3. Lasertehnoloogia meditsiinilised diagnostilised rakendused

3.1 Laseripõhiste diagnostikameetodite ülevaade

Laserpõhised diagnostikameetodid kasutavad valguse täpset, lainepikkusele spetsiifilist koostoimet kudedega, et tuvastada, kujutada ja analüüsida füsioloogilisi ja patoloogilisi seisundeid. Need meetodid on mitteinvasiivsed, pakuvad kõrget ruumilist lahutust ja võimaldavad reaalajas funktsionaalsete ning struktuursete andmete saamist. Suunates valguse koetüüpide kromofooridele ja kasutades optilisi nähtusi nagu hajumine, fluorestsents ja Doppler nihked, võimaldavad need tehnoloogiad arstidel jälgida haiguse progresseerumist, juhtida kirurgilisi protseduure ning teha varajasi diagnoose minimaalsete ebamugavustega patsientidele (Barsom jt, 2016; Zafar jt, 2021).

3.2 Optiline koherentstomograafia (OCT)

OCT on üks enim kasutatavaid lasertehnoloogial põhinevaid diagnostikavahendeid, eriti oftalmoloogias. See kasutab madala koherentsusega lähiinfrapuna valgust, et toota kõrglahutusega, ristlõikelisi pilte koe mikrostruktuuridest. Meetod põhineb interferomeetrial, kus erinevatest koe sügavustest tagasipeegeldunud valgust võrreldakse võrdluskiirega, luues detailseid pilte, mis on struktuurilt sarnased ultraheliga, kuid heli asemel kasutatakse valgust. OCT võimaldab visualiseerida võrkkesta kihte, tuvastada kollatähni degeneratsiooni ning jälgida glaukoomi progresseerumist mikromeetri täpsusega.

Lisaks oftalmoloogiale kasutatakse OCT-d üha enam ka kardioloogias (nt pärgarterite naastude kujutamiseks), dermatoloogias (nahavähi sõeluuring) ja hambaravis (emaili hindamiseks või kaariese tuvastamiseks) (Albrecht jt, 2013). Selle kontaktivaba ja kiire pildistamine muudab selle eelistatud vahendiks õrnade või tundlike anatoomiliste piirkondade uurimisel.

3.3 Laseriga indutseeritud fluorestsents (LIF)

Laseriga indutseeritud fluorestsents (LIF) on diagnostiline meetod, mis seisneb koe ergutamises laseriga, et tekitada fluorestsentsi. See emissioon võib pärineda looduslikult esinevatest ainetest (endogeensed fluorofoorid), nagu NADH, FAD või porfüriinid, või väliselt lisatud fluorestseeruvatest markeritest. Fluorestsentsi intensiivsus ja spektraalne nihe peegeldavad koe biokeemilist koostist, võimaldades tuvastada metaboolset aktiivsust, kasvaja piire või bakteriaalseid biofilme.

LIF on näidanud paljulubavaid tulemusi vähieelseid kahjustusi, näiteks suuõõnes või emakakaelal, tuvastamisel ning seda kasutatakse operatsiooni ajal kasvaja eemaldamise juhtimiseks. Selle peamised eelised on kiire signaali registreerimine, kõrge tundlikkus ja võimalus jälgida ainevahetuse dünaamilisi muutusi (Zafar jt, 2021; De Miguel & Martínez, 2023).

3.4 Laser-Doppleri voolumõõtmine (LDF)

Laser-Doppleri voolumõõtmine mõõdab mikroveresoonte verevoolu, kasutades Doppleri efekti. Kui madala võimsusega laser valgustab liikuvaid punavereliblesid, kogeb tagasipeegeldunud valgus sageduse nihkumist, mis on proportsionaalne verevoolu kiiruse ja mahuga. Seejärel töödeldakse neid andmeid, et luua koeperfusiooni, põletiku või haavade paranemise dünaamika kaarte.

LDF-i kasutatakse laialdaselt põletuste hindamisel, perifeerse arteriaalse haiguse jälgimisel ja diabeetilise jala sõeluuringul, pakkudes arstidele mitteinvasiivset meetodit mikrotsirkulatsiooni funktsiooni hindamiseks reaalajas (Barsom jt, 2016). Hiljutised edusammud on parandanud LDF-i ruumilist lahutusvõimet ning hübriidsüsteemid ühendavad nüüd LDF-i termopildistamise või lähiinfrapunaspektroskoopiaga multimodaalsete diagnostikate jaoks.

3.5 Ramani spektroskoopia

Kuigi Raman-spektroskoopia on veel kliinilises arenduses, kujuneb sellest väärtuslik lasertehnoloogial põhinev tööriist molekulaartasandi diagnostikaks. Meetod põhineb laservalguse elastsel hajumisel, kus hajunud footonite energianihe paljastab koe molekulide vibratsioonirežiimid. Kuna iga molekul annab ainulaadse spektraalse sõrmejälje, võimaldab Raman-spektroskoopia eristada terveid ja vähkkasvaja kudesid isegi varajases staadiumis.

Meetodit on katsetatud ajukasvajate piiritlemisel, nahavähi tuvastamisel ja suuõõnevähi sõeluuringul, pakkudes suurt keemilist spetsiifilisust ilma värvainete või kontrastaineid kasutamata. Koos kiudoptiliste proovide ja miniseadmetega integreeritakse Raman-süsteeme voodipõhistesse diagnostikaplatvormidesse ja robotkirurgia keskkondadesse (De Miguel & Martínez, 2023).

3.6 Fotoakustiline kujutamine

Fotoakustiline kujutamine on hübriidtehnika, mis ühendab laseroptika ja ultraheli. Lühikesed laserimpulsid neelduvad koe kromofoorides, põhjustades kiiret soojuspaisumist ja akustiliste lainete teket. Seejärel tuvastavad ultraheliandurid need lained, et rekonstrueerida kõrge kontrastsusega kujutised sellistest struktuuridest nagu veresooned, kasvajad või hapnikusaturatsiooni mustrid.

See meetod võimaldab sügavate kudede kujutamist optilise kontrastiga ning on eriti kasulik onkoloogias ja veresoonte kujutamisel, sealhulgas rinnavähi, melanoomi ja aterosklerootiliste naastude varajases avastamises. Fotoakustilisi süsteeme arendatakse ka käeshoitavate diagnostikavahendite ja kantavate andurite jaoks (Zafar jt, 2021).

3.7 Laserdigagnostika eelised kliinilistes tingimustes

Laseripõhised diagnostikameetodid pakuvad mitmeid eeliseid:

• Kõrge lahutusvõime ja tundlikkus, võimaldades tuvastada haigusi varajases staadiumis,
• Mittekahjustavad ja valutud protseduurid, mis parandavad patsiendi koostööd,
• Reaalajas jälgimine, mis on kasulik kirurgiliste sekkumiste ajal,
• Ei kasuta ioniseerivat kiirgust, muutes need ohutumaks korduvaks kasutamiseks,
• Kantavad ja skaleeritavad, võimaldades kasutada neid kaug- ja esmatasandi tervishoius.

Lisaks täiustatakse paljusid neist süsteemidest masinõppe algoritmidega, mis võimaldavad automaatset mustrituvastust ning kiiremat ja täpsemat diagnostikat. Need intelligentsed laserisüsteemid tähistavad nihet personaalse meditsiini suunas, kus diagnostika on kiirem, täpsem ja kohandatud individuaalsetele bioloogilistele profiilidele (Albrecht jt, 2013).