Biofotonica

Biofotonica (gr. bios - viată) este o ştiinţă multidisciplinară, care foloseşte tehnologia fotonica în proceduri şi produse cu aplicabilitate în medicină şi biologie. Aşadar, biofotonica mai poate fi numita ştiinţa aplicării luminii în slujba vieţii.

Terapia bazată pe lumină nu este nouă Vechii egipteni au folosit soarele pentru a iniţia reacţia fotodinamică a unui produs natural din plante, psoralen, în vederea tratării pielii depigmentate.

Laserii au fost aplicaţi în medicină imediat după ce primul iaser cu rubin a fost pus în funcţiune în anul 1960 (Maiman 1960). Interesul iniţial al medicilor pentru laseri s-a bazat pe abilitatea fasciculelor laser focalizate de a coagula vasele sangvine din retină şi de a sec¬ţiona ţesutul. Retina a constituit un candidat serios pentru terapia laser, deoarece celelalte componente ale ochiului sunt transparente pentru radiaţia laserilor ce emit în vizibil. Coagularea vaselor sangvine retiniene a reprezentat prima aplicaţie neinvazivă a laserilor. Multe din încercările iniţiale au fost empirice, cu o înţelegere sumară a mecanismelor de interacţie laser-ţesut. Aplicaţiile medicale ale laserilor au cunoscut o dezvoltare continuă, accelerându-se mai ales în ultimii 10-15 ani. Cercetările continuă cu intensitate şi în prezent, noi metodici şi tehnologii sunt raportate odată cu perfecţionarea instalaţiilor cu laseri şi în special a accesoriilor, care diversifică aplicarea aceluiaşi laser în mai multe specialităţi medicale.

Există o serie de motive care justifică utilizarea intensivă a laserilor în medicină, în primul rând, majoritatea aplicaţiilor medicale nu utilizează o proprietate importantă a laserilor, rnonocromaticitatea, şi în consecinţă cerinţele instalaţiilor medicale cu laseri nu sunt atât de stringente ca în cazul spectroscopiei laser, de exemplu. Laserii medicali folo¬sesc cu preponderentă strălucirea intensă a radiaţiei laser, proprietate care poate fi utili¬zată pentru focalizarea fasciculelor laser şi producerea de intensităţi ridicate, folosite pen¬tru încălzirea locală. Deşi multe dintre aplicaţii nu necesită focalizarea ia limita de difrac¬ţie, utilizarea laserilor pentru secţionarea sau perforarea celulelor şi a structurilor lor cu precizie submicronică apelează la capacitatea de focalizare extremă a fasciculelor laser.

în al doilea rând, fibrele optice au majorat semnificativ numărul aplicaţiilor medicale ale laserilor. Posibilitatea de focalizare a radiaţiei iaser în fibre optice cu diametrul de 100-1000 m este extrem de tentantă pentru tratarea organelor interne. Mănunchiuri de fibre optice au fost încorporate în sisteme rigide sau flexibile de vizualizare endoscopică, care conferă medicului accesul pe traiectul gastrointestinaî, în plămâni sau alte organe interne. Dacă sistemul de vizualizare endoscopică este combinat cu un sistem de fibre op¬tice pentru ghidarea fasciculului laser, atunci multe organe interne devin accesibile chi¬rurgiei laser. Sistemele laser cu fibre optice sunt folosite de asemenea ca sursă de excitare în studiul fluorescentei unor ţesuturi din interiorul corpului, precum şi pentru transmiterea semnalului de fluorescentă spre sistemele optice şi electronice de analiză. De exemplu, chirurgii specializaţi în bolile cardiovasculare utilizează un sistem de diagnosticare cu fibre optice pentru a distinge segmentele normale de cele bolnave ale arterelor, înainte de a aplica radiaţia laser de putere pentru îndepărtarea plăcii ce obturează arterele.

în al treilea rând, laserii permit interacţia fără contact cu ţesutul, ceea ce conferă un avantaj clinic important. Un exemplu tipic de chirurgie fără contact este în oftalmologie, unde laserii sunt folosiţi în mod curent pentru tratarea cauzelor ce conduc la pierderea vederii: degradarea maculară accentuată de vârstă, boala retiniana indusă de diabet şi glaucomul. Interacţia fără contact iaser-tesut este de asemenea importantă în sistemele optice de diagnosticare. Tehnicile de înregistrare la distantă cu laseri în infraroşu măsoară absorbţia optică a pereţilor arterelor, pielii şi calculilor biliari, în timp ce împrăştierea cvasi-elastică a luminii este utilizată pentru investigarea biologiei formării cataractei.

în aplicaţiile medicale, radiaţia laser incidenţă pe ţesut poate suferi patru procese importante: poate fi reflectată de suprafaţă; o parte din radiaţia transmisă poate fi absor¬bită în volumul ţesutului, fie de către apa din ţesut, fie de alţi absorbanţi, cunoscuţi sub denumirea de cromofori, ca de exemplu hemoglobina şi melanină; o altă parte din radiaţia transmisă este împrăştiată în ţesut, putând, în unele cazuri, conduce la distrugeri ale ţesu¬tului în regiuni mult mai îndepărtate decât ne-am aştepta de la o simplă propagare prin ţesut; în sfârşit, o parte din radiaţie poate fi transmisă prin ţesut, în special în cazul unor grosimi mici.

Toate aplicaţiile laser biomedicale se bazează pe interacţia radiaţiei cu sistemele bio¬logice. Aceste interacţii cauzează un spectru larg de efecte, care pot fi împărţite în trei grupe principale.:

- Prima grupă înglobează efectele laser de mică putere, prin care radiaţia este absor¬bită, reflectată sau reiradiată (prin fluorescentă) de către substanţă astfel încât nu apar nici un fel de modificări. Aceste interacţii formează baza diagnosticului laser (diagnosticul spectral al moleculelor şi macro-diagnosticul la nivel de ţesut).