Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 BIOMEDICINSKE ANVENDELSER AF LASERLYS LARS LINDVOLD OVC ApS FORSKERPARKEN.

Præsentationer af emnet: "Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 BIOMEDICINSKE ANVENDELSER AF LASERLYS LARS LINDVOLD OVC ApS FORSKERPARKEN."— Præsentationens transcript:

1 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 BIOMEDICINSKE ANVENDELSER AF LASERLYS LARS LINDVOLD OVC ApS FORSKERPARKEN CAT

2 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 OVERSIGT ! Fundamentale egenskaber af laserlys ! Behandligsformer ! Diagnosticering ! Non-invasive metoder i bioomedicin

3 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 GRUNDLÆGGENDE EGENSKABER VED LASERLYS ! Rumligt kohærent; fokusering til meget lille pletstørrelse 1-10 micron ! Tidsligt kohærent; monokromatisk selektiv absorption i chromophorer ! Hurtige lyspulser 10 -14 - 10 -6 sek  tidsopløst spektroskopi og to-foton reaktioner samt laser induceret plasma

4 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 VEKSELVIRKNING MELLEM LASERLYS OG VÆV Mulige effekter: ! Fotokemiske ! Termiske ! Fotoinduceret plasma ! Fotoablation

5 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 ABSORPTIONS EGENSKABER AF FORSKELLIGE VÆVSTYPER

6 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOKEMISKE EFFEKTER FOTODYNAMISK TERAPI (PDT) ! Farvestof optages selektivt i kræftsvulst. Ved belysning med laserlys (600-800 nm) danner farvestof fri-radikaler, der virker som cellegift. ! Antistof /antigen koblet med fotosensitiser ! Kan også bruges til diagnosticering (fluorescens ved excitation 400-500 nm)

7 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 EKSEMPEL PÅ PDT Blæren set igennem endoskop med alm. lys Blæren set igennem endoskop med blåt laserlys efter ALA5 behandlig

8 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 TO-FOTON PDT Med fremkomsten af femtosekund laseren er det muligt at foretage to-foton excitation af farvestoffer i biologiske systemer. Derved kan den ønskede effekt afgrænses rumligt. 1-foton2-foton

9 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 KOAGULATION (60-100 O C) Proteiner destrueres og DNA/RNA smelter. Velegnet til især at lukke mindre blodkar Typiske anvendelser: ! Blødninger på nethinden ! Portvinsmærker ! Hæmangiomer ! Blødende mavesår ! Sammenlimning af væv

10 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOKOAGULATION (1) Angiogram af blødning på nethinden Fundus billede af laserbehandlet nethinde Laser ofthalmoskop til fotokoagulation

11 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOKOAGULATION (2) Typisk anvendelse af fotokoagulation inden for hudbehandling er fjernelsen af ”Portvins mærker”. Blodkar lukkes med Ar-ion laser og dør.

12 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FORDAMPNING Ved høj effekt opvarmes vand i væv adiabatisk. Derved sprænges cellerne. Typisk anvendes der laser med høj effekt og stor indtrængningsdybde.

13 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOINDUCERET PLASMA Meget høj effektæthed 10 GW/cm 2 kan let opnås i fokalpunktet for en pulset laser. Derved dannes en gnist (plasma), der frembringer en chockbølge. anvendelseområder: ! øjenkirurgi (efter- og grøn stær) ! lithotripsi (nyrestensknuser)

14 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 REGNEEKSEMPEL Nd-YAG LASER 10 mJ PULSENERGI VARIGHED 10 ns GIVER 1 MW SPIDSEFFEKT FOKUSERET TIL 30 MICRON FÅS 141 GW/cm 2 POYNTINGS VEKTOR : OMREGNET TIL FELTSTYRKE: E = 1.03 GV/m eller 10.3 MV/cm !

15 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOINDUCERET PLASMA OPTISKE EFFEKTER ! 2-foton processer ! Stort set alle kendte ulineære optiske effekter ! Problem kan være plasmaskærmning ved for høj spidseffekt

16 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOINDUCERET PLASMA OPTISKE EFFEKTER Efterbehandling af linseimplantater ”efterstær” Behandling forhøjet tryk i øjet ”grøn stær”

17 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 FOTOABLATION Højeffekt UV-laser pulser Kan fotodissocierer organiske molekyler. Kort puls 10 ns. Giver ikke anledning til opvarming. Gør de muligt at "laser-ætse" væv Absorptionsdybde 1  m Anvendelsesområder: ! “Mejsling” af hornhinden ! Angioplasti

18 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 PHOTOREFRACTIVE KERATECTOTMY (PRK) Højeffekt pulseret UV laser mejsler hornhinden Øje efter behandling med PRK

19 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 LASIK (LASER ASSISTED IN-SITU KERATOMILEUSIS) Velegnet til meget kraftige bygningsfejl

20 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 NON-INVASIVE METODER INDEN FOR BIOMEDICIN ! Blod flow i huden (LDA), brandsår ! Opacitet i øjets linse (profylaktisk behandling af grå stær) ! In-situ fluorescensmåling af væv (optisk biopsi) screening af hud og lunge cancer ! Ultrahurtig spektroskopi ! Optical coherence tomography (OCT) ! Laser ”pincetter”

21 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 IN-SITU FLUORESCENSMÅLING AF VÆV (OPTISK BIOPSI) SCREENING AF HUD CANCER Måling af laserinduceret egen- fluorescens er et muligt alternativ til konventionelle vævprøver (biopsier) Imidlertid observeres der ofte store variationer i spektre, hvilket kræver kompliceret data behandling.

22 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 ULTRA HURTIG SPEKTROSKOPI Visse fotokemiske processer forløber så hurtigt at de ikke kan observeres med konventionel spektroskopi. Dette gælder for; ! Synsprocessen ! Fotosyntesen ! Ion bevægelse i biologiske membraner Disse processer kan studeres med pico og femto sekund lasere.

23 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY (OCT) Principskitse af OCT-system

24 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 GRUNDPRINCIP FOR OPTISKE PINCETTER Gradient kraft: Bydning i cellemembran medfører tab af impuls ”Trækker” i cellen Lyssprednings kraft: ”Skubber” cellen Laserpincet forsøger man at balancere disse to kræfter

25 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 OPTISK PINCET: ENKELT STRÅLE “FÆLDE”

26 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014

27 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014

28 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014

29 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014

30 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 OPITISKE PINCETTER: MIKROKIRURGI I CELLER KIlde: Beckman Laser Institute, Irvine CA Organeller mærket med GFP (green fluorescent protein) destrueres med laserlys (0.2 til 0.5 micron i diameter). Mikrofoto viser resultatet hvor fire ud af ni organeller er beskadigede

31 Center for Biomedical Optics and New Laser Systems L.R.Lindvold - 21/08/2014 OPTISKE PINCETTER: 4-STRÅLE FÆLDE Opstilling Manipulering af røde blodlegmer Kilde: Harvard University,