El uso del láser en medicina
El sitio web de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) afirma que: «Los láseres médicos son dispositivos médicos que utilizan fuentes de luz enfocadas con precisión para tratar o extirpar tejidos». 1 En los últimos años, los láseres se han utilizado para el diagnóstico y el tratamiento de un µm de afecciones médicas. La investigación continua sobre terapias láser, realizada por instituciones médicas y empresas comerciales, continúa generando alternativas novedosas, eficaces y fáciles de usar para el paciente a las vías de atención más tradicionales. Además, se prevé que las pruebas patológicas se revolucionen gracias a chips miniaturizados basados en fotónica en los próximos 10 a 15 años.
Según un informe de 2022 publicado por Research and Markets, el mercado mundial de láseres médicos alcanzó un valor de US$ 3.70 mil millones en 2021 y se espera que aumente a US$ 7.01 mil millones para 2027.2 El aumento en el valor de este cto resalta los nuevos tratamientos y condiciones médicas que se tratan de manera exitosa y rentable mediante tecnologías láser.
En el Reino Unido, el NHS emplea actualmente a 25.000 personas en laboratorios de patología, todos los cuales utilizan µm fotónicos para analizar muestras de pacientes. Esto supone un coste para el NHS de 2.000 millones de dólares anuales, equivalente al 4% de su presupuesto.3
Afecciones médicas diagnosticadas y tratadas con láser
Los láseres se pueden utilizar para una variedad de procedimientos médicos, ya que el haz en sí es tan pequeño y preciso que permite a los cirujanos tratar el tejido de forma segura y eficaz sin dañar el área circundante.
Los dermatólogos cosméticos utilizan láseres para la eliminación o el tratamiento eficaz de tatuajes, cicatrices, estrías, manchas solares, arrugas, marcas de nacimiento, arañas vasculares y vello no deseado. Otros especialistas en el campo de la cosmética también han adoptado recientemente el uso del láser, por ejemplo, para el blanqueamiento dental.
Fuera del mercado cosmético, el láser se utiliza para una gama cada vez más amplia de tratamientos médicos. Los oftalmólogos llevan utilizando láseres para cirugía ocular desde finales de la década de 1980, empleando esta tecnología para tratar diversas afecciones, como errores refractivos, opacidad de la cápsula posterior, glaucoma, enfermedad ocular diabética y desgarros de retina. Otras ramas de la cirugía también utilizan con éxito el láser para el tratamiento de ciertas enfermedades. T µm ours, cálculos renales y próstata se extirpan rutinariamente mediante láser en cirugía.
El uso de tratamientos con láser ofrece una µm de beneficios en comparación con las técnicas quirúrgicas más tradicionales. Los tratamientos con láser conllevan los mismos riesgos que la cirugía abierta, como dolor, sangrado y cicatrices, pero se ha demostrado que el tiempo de recuperación del paciente y, por lo tanto, el coste hospitalario posterior, se reducen considerablemente. Además, el haz de luz láser no supone riesgos para la salud del paciente ni del equipo médico como otros tratamientos, como la radioterapia.
El futuro de los láseres en la medicina
Con el aumento y el envejecimiento de la población en muchos países del mundo, los laboratorios centrales de patología tradicionales resultan inasequibles e insostenibles. Se prevé que para 2035, gracias a los avances en fotónica integrada, las pruebas en el punto de atención se realizarán en la consulta del médico de cabecera o junto a la cama del paciente mediante chips miniaturizados. Se estima que las pruebas en el punto de atención alcanzarán los 31 000 millones de dólares estadounidenses para 2025, lo que reducirá las necesidades de análisis de los laboratorios de patología hasta en una cuarta parte.4
El uso de láseres en medicina ofrece una serie de otras aplicaciones potenciales para el futuro, como por ejemplo, el uso de espectroscopia para monitorear la glucosa en sangre y la irradiación altamente localizada para tratamientos contra el cáncer activados por luz a través de cirugía de orificio de cerradura, entre una amplia gama de otros diagnósticos y tratamientos que actualmente ya se utilizan o se encuentran en ensayos activos.5, 6
Garantizar que estos pioneros en el ámbito sanitario tengan las longitudes de onda y otras propiedades de la luz láser adecuadas para satisfacer el desarrollo continuo de aplicaciones médicas es un área de enfoque importante para los fabricantes de equipos médicos y láser.
Ingeniería de longitud de onda utilizando cristales ópticos no lineales
Los cristales ópticos no lineales (NLO) ofrecen una solución enormemente flexible para generar nuevas longitudes de onda a partir de fuentes láser comerciales. Si bien existe una amplia variedad de fuentes láser disponibles comercialmente que cubren el espectro óptico extendido µm aún no siempre es posible encontrar una fuente de luz directa o rentable para todas las aplicaciones. En estos casos,
cuando no se dispone de una fuente directa práctica, la conversión de longitud de onda mediante cristales ópticos no lineales de alta eficiencia ofrece una solución eficaz.
Al considerar materiales cristalinos ópticos no lineales, el niobato de litio de µm (LiNbO₃) es una opción particularmente atractiva debido a su alto coeficiente no lineal µm dopado con MgO y polarizado periódicamente se convierte en una solución altamente flexible para longitudes de onda de generación de 400 nm a 5 μm.
Ejemplos de longitudes de onda necesarias para aplicaciones médicas
Los láseres se utilizan en oftalmología más que en cualquier otra especialidad médica. La transparencia de la luz µm permite abordar estructuras intraoculares sin necesidad de endoscopia ni cirugía adicional. Entre las longitudes de onda de interés se incluyen los 689 nm, utilizados en la terapia fotodinámica (TFD), un tratamiento que utiliza medicamentos fotosensibles y una fuente de luz para destruir las células anormales. La TFD se utiliza para tratar la degeneración macular asociada a la edad (DMAE) 7 . La luz láser a 810 nm se utiliza en la termoterapia transpupilar (TTT), el tipo de tratamiento láser más común para el melanoma ocular. La TTT utiliza luz infrarroja para calentar y destruir la luz t µm o 8
La citometría de flujo es un método ampliamente utilizado en la investigación biomédica y, cada vez más, en el diagnóstico clínico.<sup> 9</sup> Es una técnica potente y rápida para analizar las propiedades físicas y químicas de células o partículas individuales mientras se encuentran suspendidas en un líquido y pasan en una línea estrecha a través de los rayos láser. La fluorescencia, junto con la luz láser dispersa, se filtra, detecta y analiza. Además del análisis, muchos citómetros de flujo también pueden clasificar y purificar poblaciones celulares de interés para su posterior análisis, basándose en las propiedades identificadas de las células o partículas. Los láseres se utilizan exclusivamente para la citometría de flujo debido a su potencia, uniformidad y focalización en la µm . Las múltiples longitudes de onda láser monocromáticas ofrecen posibilidades de detección multiparamétrica mediante el uso de diversos marcadores fluorescentes. Los marcadores de anticuerpos más utilizados en biociencias fluorescen en las siguientes longitudes de onda: 405, 445, 488, 532, 561, 633, 640, 660 y 810 nm.<sup> 10
En ambos ejemplos, las longitudes de onda de interés abarcan las regiones visible e infrarroja cercana (NIR) del espectro óptico µm . La conversión no lineal de longitudes de onda proporciona un método eficaz para la generación de longitudes de onda visibles a partir de fuentes láser infrarrojas y, por lo tanto, puede utilizarse para rellenar las brechas de longitud de onda existentes entre las fuentes láser directas.
Generación de longitud de onda visible
Las longitudes de onda que cubren la región visible del espectro óptico µm se pueden generar mediante la Generación de Segundos Armónicos (SHG) o la Generación de Frecuencia S µm (SFG). Con la elección adecuada de los láseres p µm , se puede producir una salida de longitud de onda fija o ajustable.
La generación de segundo armónico (SHG), o duplicación de frecuencia, es el proceso no lineal de segundo orden más comúnmente utilizado. En SHG, dos fotones de entrada p µm p con la misma longitud de onda λ P se combinan mediante un proceso no lineal para generar un tercer fotón en λ SHG , donde λ SHG = λ P /2 (o en términos de frecuencia f SHG = 2f P ).
Los cristales SHG de MgO:PPLN se pueden fabricar para funcionar con una amplia gama de longitudes de onda de láser p µm p disponibles comercialmente, desde 976 nm a 2100 nm, lo que permite la generación de luz de frecuencia duplicada entre 488 nm y 1050 nm.
Ejemplo: La luz SHG de alta eficiencia de 1064 nm que utiliza PPLN puede generar luz de 532 nm a niveles de potencia de vatios adecuados para el tratamiento de la piel, incluida la eliminación de manchas de vino de Oporto, marcas de nacimiento, melanomas, tatuajes y depilación.
S µm (SFG) combina dos fotones de entrada en λ P y λ S para generar un fotón de salida en λ SFG , donde λ SFG = (1/ λ P + 1/ λ S ) -1 (o en términos de frecuencia f SHG = f P + f S µm p fácilmente disponibles (p. ej., 1550 nm) y ajustables (p. ej., 780/810 nm), los cristales SFG de MgO:PPLN pueden proporcionar luz de salida ajustable entre 500 y 700 nm.
Ejemplo: La SFG de alta eficiencia que utiliza PPLN puede combinar fuentes sintonizables de 1560 nm y fijas de 1064 nm para generar luz alrededor de 633 nm para su uso en citometría de flujo.
Procesos no lineales de segundo orden
Facilidad de uso
El MgO:PPLN se puede fabricar fácilmente en diversas formas, desde cristal a granel hasta guía de onda, lo que ofrece una amplia gama de aplicaciones y una mayor eficiencia de conversión. Los chips de conversión de longitud de onda, ya sea en forma de cristal a granel o de guía de onda, se pueden empaquetar fácilmente con entrada y salida acopladas a fibra, lo que facilita su uso. La combinación de un encapsulado acoplado a fibra con un controlador de temperatura de alta precisión proporciona una solución de conversión de longitud de onda lista para usar, lista para su uso en laboratorios o para su integración en fabricantes de equipos originales (OEM).
Productos de control electrónico
S µm maría
En conclusión, el uso de PPLN ofrece una solución práctica para la generación de una amplia gama de longitudes de onda importantes en aplicaciones médicas. Ofrece una alternativa a las costosas fuentes láser existentes y una solución para longitudes de onda difíciles de acceder mediante fuentes láser directas. Este material altamente eficiente puede integrarse en componentes listos para su integración en láseres OEM y equipos médicos.
Como proveedor líder de productos de conversión de longitud de onda basados en PPLN, Covesion ofrece asesoramiento sobre soluciones específicas para cada cliente, así como soporte técnico para su configuración, uso y optimización. Con una amplia cartera de productos COTS y capacidad de diseño a medida, Covesion está en una posición privilegiada para dar soporte a la más amplia gama de aplicaciones de conversión de longitud de onda.
Referencias
- https://www.fda.gov/productos-emisores-de-radiación/productos-quirúrgicos-y-terapéuticos/láseres-médicos
- https://www.researchandmarkets.com/reports/5615173/médico-láseres-mercado-global-industry-trends?gclid=EAIaIQobCh MI9Nztl9nW_gIVieDtCh2HAQ13EAAYAiAAEgIYnPD
- https://photonicsuk.org/wp-content/uploads/2021/10/Photonics_2035_Vision_Web_1.0.pdf
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7349820/
- https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=2146
- M. Houe y otros, J. Phys. D. Appl. Phys., 28:1747–1763, 1995
- Terapia fotodinámica para la degeneración macular asociada a la edad | Johns Hopkins Medicine
- B. Faisting et al, Medical Laser Application, vol. µm e 25, número 4, noviembre de 2010, páginas 214-222
- Cómo funciona un citómetro de flujo | Thermo Fisher Scientific – Reino Unido
- Las tendencias en láseres de citometría de flujo exigen nuevas longitudes de onda | Laser Focus World
