Η αυξανόμενη κατανόηση της βιοφυσικής της τεχνολογίας των λέιζερ για το δέρμα έχει οδηγήσει σε μια πιο αποτελεσματική χρήση της παρούσας τεχνολογίας στο κλινικό πεδίο . Παράλληλα, βοηθά τους φυσικούς να προσθέτουν ολοένα και πιο επιλεγμένα laser στο  χειρουργικό πεδίο  της ιατρικής . Η χειρουργική επέμβαση των δερματικών παθήσεων μέσω  της χρήσης λέιζερ  έχει σημαντικές αισθητικές  επιπτώσεις, οι οποίες δεν συγκρίνονται  με καμία άλλη μέθοδο θεραπείας με νυστέρι ή χωρίς.

Είδη λέιζερ

Q-switched Ruby Laser

Είναι  το πρώτο λέιζερ που χρησιμοποίησε ο Dr.Goldman το 1965 για τη θεραπεία των δερματικών αλλοιώσεων και τατουάζ. Το μήκος κύματος του Ruby Laser είναι 694 nm. 

Nd YAG

Το Nd: YAG είναι ένας άλλος τύπος λέιζερ  q switched  . Έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος (1064 nm) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση τατουάζ και δερματικών χρωματισμών .  Χρησιμοποιείται και στην οφθαλμολογία .

Copper Vappor Laser

Αρκετά μεταλλικά λέιζερ έχουν εισαχθεί πρόσφατα, τα οποία εξαρτώνται από ένα μεταλλικό μέσο ψύξης που θερμαίνεται πάνω από το σημείο βράσης στην αέρια κατάσταση. Το πράσινο φως στα 511 nm χρησιμοποιείται για τη θεραπεία καλοήθων χρωστικών τραυμάτων lento και καλοήθων δερματικών όγκων. 

Το κίτρινο φως  με μήκος κύματος 578nm χρησιμοποιείται για τη θεραπεία αγγειακών αλλοιώσεων όπως η τελαγγειεκτασία.

Argon Ion Laser

Το συγκεκριμένο  laser εκπέμπει δέσμη φωτός στα  488-514 νανόμετρα . Χρησιμοποιείται στη δερματολογία και την οφθαλμολογία για τη θεραπεία αιμαγγειώματος .

Ανθρώπινο δέρμα και αλληλεπίδραση

Η φύση της αλληλεπίδρασης όλων των φασμάτων λέιζερ με τον βιολογικό ιστό μπορεί να περιγραφεί από τα ακόλουθα φαινόμενα.

Αντανάκλαση: Υπάρχει πάντα ένας βαθμός αντανάκλασης του φωτός λέιζερ από την επιδερμίδα. 

Μετάδοση: Το φως του λέιζερ μεταδίδεται μέσω των ιστών στο στόχο του. 

Διάχυση: Συμβαίνει μετά τη μετάδοση του λέιζερ φωτός και τη διέλευση του  σε βαθύτερους ιστούς της επιδερμίδας. Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που εισέρχεται στον ιστό διασπάται  από την αλληλεπίδραση του με το νερό, τα λιπίδια και την κυτταρική μεμβράνη.

Η διάχυση είναι μεγαλύτερη στα μικρά  μήκη κύματος του ορατού φωτός.

Απορρόφηση: Το φως του λέιζερ το οποίο απορροφάται μπορεί να προκαλέσει την πήξη ή την εξαέρωση του ιστού. Το φως του λέιζερ επηρεάζει κυρίως την χρωστική ουσία, την αιμοσφαιρίνη ή το νερό. Η χρωστική ουσία που περιέχει σίδηρο ο οποίος κάνει το αίμα κόκκινο, αποκλείει μια μεγάλη ποσότητα μετάδοσης του φωτός στους ιστούς .

Η μελανίνη είναι η πρώτη χρωστική ουσία που συναντά το φως καθώς εισέρχεται στο δέρμα. Η μελανίνη προστατεύει το δέρμα από την υπερβολική ηλιακή ακτινοβολία, ιδιαίτερα από την υπεριώδη ακτινοβολία UV απορροφώντας τα επιβλαβή μήκη κύματος. Αυτή η φυσική ιδιότητα της μελανίνης την καθιστά είτε βοηθητική είτε παρεμβατική στη χειρουργική επέμβαση μέσω  λέιζερ ανάλογα με τον τύπο της αλλοίωσης που αντιμετωπίζεται. Η μελανίνη εμφανίζεται κυρίως στην επιδερμίδα και τα θυλάκια τρίχας απορροφούν το οπτικό φάσμα. Υπερβολικές δόσεις υπεριώδους ακτινοβολίας προκαλούν φωτοχημική βλάβη του ιστού. 

Τα υπεριώδη φωτόνια διαταράσσουν τις δομές DNA άμεσα ή έμμεσα από τον σχηματισμό ελεύθερων ριζών. Το δέρμα μπορεί να υποστεί ήπιες επιπτώσεις  όπως ερύθημα (ερυθρότητα) του δέρματος, φουσκάλες και οίδημα ή σοβαρές επιπτώσεις όπως ο καρκίνος του δέρματος.

Θερμική επίδραση λέιζερ στο δέρμα

Πήξη ιστών: Σχετίζεται με  τη θερμική επίδραση. Η μετατροπή της ενέργειας του λέιζερ σε θερμότητα προκαλεί πήξη, καυτηρίαση με ελάχιστη νέκρωση, σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 45 βαθμούς Κελσίου. Η θερμοκρασία σχετίζεται άμεσα με τα μόρια κινητικής διέγερσης. Στην αλληλεπίδραση του ιστού  με το  λέιζερ, η θερμική πήξη προκαλεί νέκρωση κυττάρων και  ολική τροποποίηση της εξωκυτταρικής μήτρας. Η θερμική πήξη προκαλεί κάψιμο. Τα  laser του διοξειδίου του άνθρακα εξαρτώνται από την εξάτμιση του νερού στον ιστό και θεωρούνται χρωμοφόρα λέιζερ. Άλλα έχουν ως στόχο τη χρωστική ουσία του δέρματος όπως είναι τα χρωματισμένα κύτταρα, τα αιμοφόρα αγγεία και τα τατουάζ. Η βλάβη του ιστού εξαρτάται κυρίως από την ταχύτητα εναπόθεσης ενέργειας στο στόχο.

Εξάτμιση ιστών: Αυτό συμβαίνει  όταν η θερμοκρασία ξεπερνάει τους 100 βαθμούς Κελσίου, ιδιαίτερα μέσω της ταχείας μεταφοράς της  θερμότητας από το φως του λέιζερ στους ιστούς. Μέσω της βράσης του κυτταρικού υγρού πραγματοποιείται πλήρης καταστροφή της κυτταρικής πρωτεΐνης και του ίδιου του κυττάρου. Ο αέρας αυτού του εξατμισμένου ιστού προκαλεί μικρά σωματίδια που είναι περίπου ένα micron. Η διερεύνηση τέτοιων προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας αντιμετωπίστηκε παραδοσιακά χρησιμοποιώντας το μοντέλο Pennes που σχεδιάστηκε αρχικά για την πρόβλεψη πεδίων θερμοκρασίας στο ανθρώπινο αντιβράχιο. Το μοντέλο Pennes της μεταφοράς θερμότητας σε βιολογικά συστήματα καταδεικνύει την ικανότητα του ιστού να αφαιρεί θερμότητα και με παθητική αγωγή (διάχυση)

Τεχνική ορολογία

Ενέργεια: Yπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη με το χρόνο που εκτίθεται το φως του laser στην επιφάνεια του δέρματος. Η μονάδα μέτρησης είναι το  joule.

Ισχύς: Η ισχύς υπολογίζεται διαιρώντας την ενέργεια με το χρόνο εφαρμογής του laser. H μονάδα μέτρησης είναι το watt .

Πυκνότητα ισχύος: Είναι ο ρυθμός παροχής ενέργειας ανά μονάδα στοχευμένης περιοχής ιστών.

Μονάδα μέτρησης είναι τo watt ανά τετραγωνικό εκατοστό. Η πυκνότητα  υπολογίζεται διαιρώντας την ισχύ  με την επιφάνεια της ακτίνας ή του μεγέθους του σποτ.

Fluence: Είναι η ενεργειακή πυκνότητα και υπολογίζεται ως η συνολική ενέργεια που διαιρείται με την διατομή της δέσμης . Η μονάδα μέτρησης είναι το joule ανά τετραγωνικό εκατοστό. Υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας την ισχύ  του  λέιζερ με το χρόνο έκθεσης σε μια περιοχή μεγέθους

Μέγεθος του σποτ: Τα μικρότερα σποτ  δημιουργούν  ανομοιόμορφες ράχες 

και  περισσότερη αιμορραγία από τα μεγαλύτερα σποτ .  Τα σποτ που είναι μεγαλύτερα σε μέγεθος προκαλούν μικρότερη θερμική βλάβη στους περιφερικούς ιστούς .

Χρόνος θερμικής χαλάρωσης: Αυτός είναι ο χρόνος που απαιτείται για τους θερμαινόμενους ιστούς να χάσουν  μέρος της  θερμότητας τους  μέσω της  διάχυσης. Είναι ο χρόνος που απαιτείται για να κρυώσει ο γειτονικός ιστός.