روش های تصویربرداری پزشکی

این جلد محتوای آموزشی را برای درک جنبه های نظری و عملی تکنیک های تصویربرداری تشخیصی ارائه می دهد. بینشی از شیوه‌های فعلی ارائه می‌کند، و همچنین ویژگی‌های عملی خاص مانند قرار گرفتن در معرض تشعشع، حساسیت به تشعشع، نفوذ سیگنال، تعامل بافت، و محصور کردن سیگنال را با اشاره به تکنیک‌های تصویربرداری فردی مورد بحث قرار می‌دهد. همچنین علاوه بر روش‌های موجود، روش‌های تصویربرداری نسبتاً کمتر رایج را نیز پوشش می‌دهد. به عنوان مرجعی برای محققان و دانشجویانی که در زمینه پزشکی، علوم زیست پزشکی، فیزیک و ابزار دقیق کار می کنند، عمل می کند.

ویژگی های کلیدی

• روی کاربردهای بالینی تمرکز می کند و در عین حال اطمینان از درک ثابت علم اساسی دارد

• از یک رویکرد پایین به بالا پیروی می کند تا نظریه، محاسبات، و روش ها را پوشش دهد تا به دانشجویان و محققان در تصویربرداری زیست پزشکی، رادیولوژی و ابزار دقیق کمک کند.

• مفاهیم منحصر به فرد کاربردهای نانوذرات را به همراه مسائل اخلاقی در تصویربرداری پزشکی پوشش می دهد

فصل 1. خدمات تصویربرداری پزشکی تشخیصی با هزاران معضل اخلاقی در زمینه مراقبت های بهداشتی معاصر: آیا هوش مصنوعی راه حل است؟

فصل 2. تصویربرداری پزشکی و تشخیص به کمک کامپیوتر

فصل 3. تصویربرداری اشعه ایکس و گاما (CT، PET و SPEC، فلوروسکوپی، سینتی گرافی و رادیوگرافی): مزایا و خطرات

فصل 4. کاربردهای توموگرافی کامپیوتری با پرتو مخروطی در دندانپزشکی

فصل 5. نقش نانوذرات در تصویربرداری پزشکی

فصل 6. نانوبیوسنسورها و کاربردهای آنها در تشخیص و تصویربرداری پزشکی

پردازش مواد لیزری

پردازش مواد لیزری

در پردازش مواد لیزری، به عنوان مثال. حفاری یا برش لیزری، اغلب استفاده از پالس های نوری بسیار کوتاه با قدرت پیک بالا برای انرژی پالسی معین، سودمند است. مدت زمان پالس نانوثانیه (از لیزرهای نانوثانیه) اغلب بیش از حد طولانی است، زیرا انتشار قابل توجهی از انرژی ته نشین شده می تواند توسط هدایت حرارتی در طول مدت پالس رخ دهد. این برای مدت زمان پالس به عنوان مثال کاملاً متفاوت است. 10 ps یا کمتر، جایی که حداقل انتشار گرما در طول مدت پالس وجود دارد. در نتیجه، ساختارهای بسیار ظریف‌تری را می‌توان با کیفیت بالا (ریزماشینکاری لیزری) پردازش کرد. البته توجه داشته باشید که نتایج با کیفیت بالا معمولاً نیازمند بهینه سازی دقیق بسیاری از جزئیات فرآیند هستند.

در مقایسه با لیزرهای فمتوثانیه، منابع لیزر پیکو ثانیه ای اغلب مقرون به صرفه تر هستند: میانگین توان خروجی بالاتر با قیمت پایین تر در دسترس است. در کاربردهایی مانند ریزماشین کاری لیزری، گاهی اوقات با پالس های فمتوثانیه نتایج با کیفیت بهتری به دست می آید، اما پالس های پیکو ثانیه ای اغلب زمانی کافی هستند که فرآیند به طور کلی به اندازه کافی بهینه شده باشد. در چنین مواردی، لیزرهای پیکو ثانیه ای اغلب ترجیح داده می شوند.

انواع لیزر فمتوثانیه

انواع لیزر فمتوثانیه

پالس های فمتوثانیه را می توان با انواع بسیار متفاوتی از لیزر تولید کرد که در ادامه توضیح داده شده است. برخی از این لیزرها لیزرهای صنعتی و برخی دیگر لیزرهای علمی هستند.

لیزر فمتوثانیه

لیزر فمتوثانیه لیزری است که پالس های نوری با مدت زمان بسیار کمتر از 1 ps (← پالس های فوق کوتاه)، یعنی در حوزه فمتوثانیه (1 fs = 10-15 اینچ) ساطع می کند. بنابراین همچنین به دسته لیزرهای فوق سریع یا لیزرهای پالس فوق کوتاه (که شامل لیزرهای پیکوثانیه نیز می شود) تعلق دارد.

تولید چنین پالس های نوری کوتاه (زیر پیکوثانیه) تقریباً همیشه با تکنیک قفل کردن حالت غیرفعال به دست می آید. این منجر به پالس هایی با انرژی پالس متوسط (اغلب در ناحیه نانوژول) و نرخ های تکرار پالس بالا در ناحیه مگاهرتز یا گیگاهرتز می شود. انرژی های پالس بسیار بالاتر (در نرخ های تکرار کمتر) با استفاده از نوعی سیستم تقویت کننده نوری (← تقویت کننده های فوق سریع) علاوه بر لیزر فمتوثانیه امکان پذیر است.

لیزر پیکو ثانیه

لیزر پیکو ثانیه ای لیزری است که پالس های نوری با مدت زمان بین 1 ثانیه و (معمولا) چند ده پیکو ثانیه منتشر می کند. بنابراین همچنین به دسته لیزرهای فوق سریع یا لیزرهای پالس فوق کوتاه تعلق دارد.

گاهی اوقات، سایر منابع مبتنی بر لیزر برای پالس‌های پیکوثانیه - برای مثال OPOهای پمپ شده همزمان - لیزرهای پیکوثانیه نیز نامیده می‌شوند، حتی اگر به طور دقیق بدون لیزر باشند.

انواع مختلفی از لیزر می‌توانند پالس‌های پیکوثانیه‌ای تولید کنند که سایر پارامترهای عملکرد در محدوده‌های وسیعی متفاوت هستند:

رایج ترین منابع لیزرهای حجیم حالت جامد با حالت قفل فعال یا غیرفعال هستند. اینها می توانند پالس های فوق کوتاه بسیار تمیز (تبدیل محدود و کم نویز) با نرخ های تکرار پالس از چند مگاهرتز تا بیش از 100 گیگاهرتز را ارائه دهند. به عنوان مثال، یک لیزر Nd:YAG یا vanadate با حالت غیرفعال قفل شده می تواند به راحتی به عنوان مثال تولید کند. پالس‌های 10 ثانیه با توان خروجی چند وات و لیزرهای دیسک نازک می‌توانند ده‌ها وات را در پالس‌های کوتاه‌تر تولید کنند.

لیزرهای فیبر حالت قفل شده همچنین می توانند طیف گسترده ای از نرخ های تکرار را از چند مگاهرتز تا بیش از 100 گیگاهرتز (با قفل حالت هارمونیک) پوشش دهند. به خصوص با سیستم های MOPA یا MOFA، میانگین توان خروجی بسیار بالا امکان پذیر است. کیفیت پالس از چنین منابعی متفاوت است. به عنوان مثال، پالس ها ممکن است نزدیک به پهنای باند محدود باشند یا نباشند.

نرخ‌های تکرار کمتر با یک جمع‌کننده پالس اضافی امکان‌پذیر است و همچنین امکان تقویت به انرژی‌های پالس بالاتر را فراهم می‌کند. با تقویت کننده احیا کننده، احتمالاً با استفاده از تقویت کننده پالس چیرپ. ریختن حفره لیزر قفل شده یک گزینه دیگر است.

دیودهای لیزری را می توان برای تولید پالس پیکو ثانیه ای قفل کرد (← لیزرهای دایود حالت قفل شده). این منجر به منابع فشرده با نرخ های تکرار پالس معمولی بین 1 گیگاهرتز و صدها گیگاهرتز می شود. با این حال، انرژی پالس به شدت محدود است و کیفیت پالس همیشه بالا نیست.

دیودهای لیزر را می‌توان با تجهیزات الکترونیکی با دقت طراحی شده برای دستیابی به مدت زمان پالس بسیار کمتر از 1 ns، گاهی اوقات حتی زیر 100 ثانیه، سوئیچ کرد. این منجر به منابع بسیار فشرده و بالقوه ارزان می شود، و مزیت دیگر این است که نرخ تکرار پالس را می توان به راحتی در محدوده بسیار وسیعی به سادگی از طریق الکترونیک درایور تغییر داد. مقاله لیزر دایود پیکوثانیه را ببینید.

اگرچه لیزرهای سوئیچ کیو معمولاً پالس های نانوثانیه ای تولید می کنند، لیزرهای ریزتراشه سوئیچ کیو می توانند به مدت زمان پالس بسیار کمتر از 100 ثانیه برسند.

منابع عجیب‌تر پالس‌های پیکوثانیه، لیزرهای الکترون آزاد هستند که می‌توانند انرژی‌های پالس بالایی را حتی در مناطق با طول موج شدید فراهم کنند.

فرسایش لیزری

فرسایش لیزری

حذف مواد جامد با استفاده از نور شدید لیزرفرسایش لیزری به معنای برداشتن مقداری ماده از سطح جامد با استفاده از نور شدید لیزر، معمولاً به شکل پرتو لیزر است. این اصطلاح اغلب به عنوان یک کاربرد لیزری در نظر گرفته نمی شود، بلکه به عنوان فرآیندی در زمینه کاربردهای خاص در پردازش مواد لیزری تفریقی (ماشین کاری لیزر)، مانند حکاکی لیزری، برش یا حفاری استفاده می شود.

کاربردهای لیزر ابلیشن

فرآیندهای فرسایش لیزر در بسیاری از زمینه های پردازش مواد لیزری استفاده می شود:

در فرآیندهای ماشینکاری لیزری مانند برش لیزری، حفاری و فرز لیزری، حذف مقداری از مواد مورد نیاز است.

همین امر برای حکاکی لیزری به منظور علامت گذاری لیزری یا موارد دیگر صدق می کند. در اینجا، اغلب نیاز به حذف مواد تا عمق مشخصی وجود دارد. یکنواختی به‌دست‌آمده و زبری کم سطح پایین‌تر حاصل می‌تواند مهم باشد. معمولاً ابلیشن با توالی بسیاری از پالس‌های لیزری انجام می‌شود که هر کدام کمی بر خلاف موقعیت قبلی حرکت می‌کنند. چنین فرآیندهایی با طیف وسیعی از مواد مانند فلزات، سرامیک ها، شیشه ها و پلیمرها امکان پذیر است.

قطعات ماشین برای بدست آوردن سطوح ریز بافت پردازش می شوند، به عنوان مثال. به منظور کاهش اصطکاک قطعات روغن کاری شده - برای مثال روی سیلندرها و پیستون های موتورهای احتراقی.

برخی از انواع اصلاح سطح لیزری نیز شامل فرسایش، معمولاً در مقیاس میکروسکوپی است.

تمیز کردن لیزر به معنای حذف برخی از نوع مواد ناخواسته است که اغلب تابش لیزر را بهتر از لایه زیرین جذب می کند. این گزینش پذیری در عمل اغلب برای حذف کامل تمام مواد ناخواسته و در عین حال حفظ مواد بستر بسیار مفید است.

پانل های فتوولتائیک لایه نازک باید در مرزهای خود عایق بندی شوند، به عنوان مثال، یک لایه فلزی باید جدا شود.

رسوب لیزر پالسی از فرسایش لیزری یک ماده به منظور رسوب آن در جای دیگر استفاده می کند.

یک کاربرد عجیب و غریب پیشرانه لیزری است که از پس زدن مواد فرسوده استفاده می کند [6]. برای سرعت‌های پس‌زدگی بسیار بالاتر از سرعت گازهای خروجی موشک‌ها، پیشرانه لیزری ممکن است از نظر جرم مورد نیاز پیشران کارآمدتر باشد، در حالی که به انرژی بیشتری نیاز دارد (به عنوان مثال از یک راکتور هسته‌ای).

همچنین برنامه های کاربردی خارج از حوزه پردازش مواد وجود دارد، به عنوان مثال. طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS). در اینجا، یکی تابش توده پلاسمای تولید شده را به صورت طیفی تجزیه و تحلیل می کند.

کاربردهای غیر فنی لیزر فرسایش عمدتاً در حوزه پزشکی است:

جراحی لیزری به فرد این امکان را می دهد که ساختارهای ظریف (مثلاً بخش هایی از تومورهای بدخیم) را بدون تأثیر قابل توجهی بر روی همسایگی آنها به دقت حذف کند. با این حال، سرعت پردازش ممکن است بسیار پایین باشد.

لیزر فرسایش همچنین می تواند در دندانپزشکی برای درمان پوسیدگی استفاده شود. هنگام استفاده از لیزرهایی با طول موج مناسب، می‌توان بافت آسیب‌دیده به پوسیدگی را به‌طور انتخابی حذف کرد و در عین حال قسمت‌های سالم دندان را حفظ کرد.

برای جزئیات بیشتر به پیوندهای مقالات دایره المعارف مراجعه کنید.

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

درمان و تشخیص فوتونیک. در این جلسه موضوعاتی مانند کاربردهای نور در قلب و عروق، تجسم و تعیین کمیت داروها در بافت و جراحی با هدایت مولکولی ارائه خواهد شد. 

نوروفوتونیک، جراحی اعصاب و اپتوژنتیک. در این جلسه موضوعاتی مانند نوروفوتونیک بالینی و ترجمه، تصویربرداری و سنجش عصبی و اپتوژنتیک و دستکاری نوری ارائه می شود.

فن آوری ها و سیستم های بالینی. در این جلسه موضوعاتی مانند توموگرافی انسجام نوری و روش‌های نوری حوزه انسجام در زیست‌پزشکی ارائه می‌شود. اپتیک و بیوفوتونیک در تنظیمات کم منابع. و میکروسیال

اپتیک بافت، تعامل لیزر-بافت، و مهندسی بافت. در این جلسه موضوعاتی مانند فوتون ها به همراه اولتراسوند ارائه می شود: تصویربرداری و سنجش، بیوفتونیک و پاسخ ایمنی، و نور پلاریزه و تکانه زاویه ای نوری برای تشخیص های زیست پزشکی. 

طیف سنجی زیست پزشکی، میکروسکوپ و تصویربرداری. در این جلسه موضوعاتی مانند میکروسکوپ چند فوتونی در علوم زیست پزشکی، طیف سنجی تک مولکولی و تصویربرداری با وضوح فوق العاده و پیشرفت در تصویربرداری و طیف سنجی زیست پزشکی تراهرتز ارائه می شود. 

نانو/بیوفوتونیک. در این جلسه موضوعاتی مانند تصویربرداری در مقیاس نانو، سنجش و فعال سازی برای کاربردهای زیست پزشکی ارائه خواهد شد. پلاسمونیک در زیست شناسی و پزشکی؛ و مرزها در تشخیص بیولوژیکی: از نانوحسگرها تا سیستم ها 

تکنیک‌های نوروفوتونیک، آسیب‌های تروماتیک مغز را روشن می‌کنند

تکنیک‌های نوروفوتونیک، آسیب‌های تروماتیک مغز را روشن می‌کنند

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

امواج ضربه ای ناشی از لیزر بر روی سلول های عصبی، که با تصویربرداری فاز کمی نظارت می شود، به درک آسیب مغزی و اثرات فیزیولوژیکی آن کمک می کند.

نیکولاس پرز، پگاه پولادیان، و داریل پریس، دانشگاه کالیفرنیا، ایروین

آسیب مغزی تروماتیک می تواند تأثیرات فاجعه باری بر عملکرد روزمره و کیفیت زندگی داشته باشد. اکنون، مجموعه ای از ابزارهای فوتونیک ممکن است بینش جدیدی در مورد این وضعیت ارائه دهد. همراه با دانش فنی که با استفاده از علوم زیستی و فیزیکی در دسترس است، از روش‌های جدید تصویربرداری و تکنیک‌های بیوفوتونیک به خوبی استفاده می‌شود. نمونه بارز این اتصال متقابل مطالعه امواج ضربه ای ناشی از لیزر (LIS) است.

اثرات امواج ضربه ای بر بدن انسان برای اولین بار در طول جنگ جهانی دوم مشاهده شد، زمانی که مشخص شد ملوانانی که در زمان انفجار اژدر در اقیانوس بودند، اما مستقیماً هدف قرار نگرفتند، اغلب به دلیل اختلال در ریه جان خود را از دست دادند. در تعدادی از موارد، هیچ آسیب فیزیکی خارجی به آنها وارد نشده بود. با این حال، اخیراً امواج ضربه ای به عنوان علت آسیب تروماتیک مغزی مطرح شده اند. هنگامی که امواج ضربه ای ایجاد شده توسط یک ضربه یا موج انفجار از جمجمه عبور می کند، می تواند به بافت عصبی آسیب برساند. آسیب به مغز ممکن است پایدار باشد و منجر به انواع اثرات ناتوان کننده مانند از دست دادن حافظه، افسردگی و سایر اختلالات ذهنی شود.

برای مطالعه اثرات امواج شوک بر مغز، تیم تحقیقاتی نویسندگان در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین اخیراً از لیزر پالسی 1064 نانومتری Nd:YAG برای ایجاد امواج شوک میکروسکوپی و نظارت بر اثرات روی سلول‌های منفرد استفاده کردند. با استفاده از یک پرتو لیزر پالسی متمرکز بر یک نقطه، می توان انرژی شدید تولید کرد. هنگامی که تجمع انرژی در نقطه کانونی به اندازه کافی قوی باشد، یک حباب کاویتاسیون تشکیل می شود و سپس فرو می ریزد، که یک موج ضربه ای ایجاد می کند که از کانون به بیرون تابش می کند. با کنترل دقیق پارامترهای پرتو، امواج ضربه ای را می توان به گونه ای کالیبره کرد تا نیروهایی معادل منابع شناخته شده آسیب تروماتیک مغزی اعمال کند.

نویسندگان از این پدیده برای شبیه سازی آسیب های مغزی در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از امواج ضربه ای ناشی از لیزر برای آسیب رساندن به سلول های عصبی مانند آستروسیت ها استفاده کردند. آستروسیت ها سلول های گلیال ستاره ای شکل هستند که پرتعدادترین سلول ها در سیستم عصبی مرکزی هستند. آنها نقش مهمی در حفظ عملکرد سالم نورون های مغز دارند. از آنجایی که سلول ها مسئول حفظ و تامین مواد مغذی به بافت عصبی در مغز و نخاع هستند، مطالعه نحوه واکنش آستروسیت ها به تروما، بینش های ارزشمندی را در مورد مکانیسم هایی که مغز برای ترمیم آسیب های داخلی استفاده می کند، ارائه می دهد.

یکی از راه های ارزیابی آسیب وارد شده به سلول، نظارت بر تغییرات مورفولوژیکی سلول است. با ایجاد امواج ضربه ای در نزدیکی سلول و اندازه گیری کمی تغییر حجم سلول با استفاده از میکروسکوپ هولوگرافیک، می توان مشاهده کرد که سلول چگونه در پاسخ به نیروی خارجی اعمال شده تغییر شکل می دهد.

لیزر درمانی به صرع سخت می رسد

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

برای دهه‌ها، رایج‌ترین درمان‌های مورد استفاده برای صرع، داروسازی یا جراحی برداشتن بود که شامل برداشتن بخشی از بافت مغز از جایی که تشنج بیمار منشأ می‌گیرد، می‌شود. این درمان ها می توانند به خوبی کار کنند و در بسیاری از موارد بهترین گزینه درمانی هستند، اما همچنین می توانند عوارض جانبی ناتوان کننده ای ایجاد کنند. برای برخی از بیماران، درمان دارویی بی اثر بوده و آنها را به جستجوی راه حل دیگری واداشته است. لیزر درمانی مدرن هم در مطالعات بالینی و هم در مطالعات اثبات مفهوم نشان داده شده است که به طور بالقوه برای بسیاری مفید یا حتی درمانی است، زیرا توانایی منحصر به فرد آن در هدف قرار دادن دقیق بافت مغز آسیب دیده و متوقف کردن یا حداقل به حداقل رساندن سیگنال های نامنظم ناشی از آن است.

تخمین زده می شود که 1.2٪ از جمعیت ایالات متحده به صرع فعال مبتلا هستند و از هر 26 نفر یک نفر در طول زندگی خود به آن مبتلا می شود. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، 50 میلیون نفر در سراسر جهان به این اختلال عصبی مبتلا هستند. صرع عمومی وضعیتی است که در آن عدم تعادل اتصالات عصبی تحریکی و مهاری می تواند باعث ایجاد تشنج در سراسر مغز شود. صرع کانونی شامل عدم تعادلی است که در یک ناحیه از مغز شروع می شود و به مناطق بزرگتر منتشر می شود.

صرع معمولاً پس از تجربه دو یا چند تشنج، بدون محرک شناخته شده، با فاصله بیش از 24 ساعت تشخیص داده می شود. تشنج باعث حرکات کوتاه و غیرارادی می شود که ممکن است همراه با از دست دادن هوشیاری یا سایر عملکردها رخ دهد.

چندین اشکال لیزر درمانی، از جمله ابلیشن، بیش از یک دهه است که برای درمان انواع خاصی از صرع استفاده می شود. تحقیقات مداوم در مورد استفاده از انواع مختلف لیزر در طول موج‌های خاص، پتانسیل آن‌ها را برای جلوگیری از عود تشنج نشان داده است، که می‌تواند به افرادی که از آن رنج می‌برند و درمان‌های دیگر به آنها کمک نکرده است، اجازه دهد تا زندگی عادی داشته باشند.

جایگزینی برای چاقوی جراحی

تیمی از محققان و پزشکان در دانشگاه کرنل روش‌های منحصر به فردی را آزمایش کرده‌اند که از لیزرهای پالسی می‌توان برای کاهش و احتمالاً از بین بردن تشنج در حیوانات استفاده کرد. در حالی که کاربرد بالینی انسان احتمالاً سال‌ها دورتر است، این تیم با یافته‌های تحقیقات خود تا کنون تشویق شده است.

کریس شافر، دانشیار دانشکده مهندسی بیومدیکال Meinig در کورنل، می گوید: «درمان درمانی استاندارد برای صرع کانونی برداشتن است که می تواند به خوبی کار کند، اما همچنین می تواند نقایص عصبی دائمی ایجاد کند.

روش‌های تصویربرداری نشان داده‌اند که بیشتر تشنج‌ها از طریق اتصالات عصبی جانبی زیرسطحی در لایه‌های قشری خاص در مغز گسترش می‌یابند. قطع اتصالات ناکارآمد خاص به جای برداشتن کل کانون صرع می تواند نقایص عصبی را که گاهی اوقات در اثر جراحی صرع ایجاد می شود کاهش دهد. با این حال، برش اتصالات عصبی زیرسطحی روشی است که نمی توان آن را با چاقوی جراحی مکانیکی انجام داد.

شافر گفت: «در کارمان، ما می‌خواستیم یک اسکالپل لیزری دقیق ایجاد کنیم و پالس‌های لیزری داشته باشیم که می‌تواند به شدت، در عمق بافت، بدون تأثیر بر بافت اطراف، برش دهد.

او و تیم تحقیقاتی کرنل از لیزر Ti:Sapphire (شکل 1) استفاده کردند که در 800 نانومتر ساطع می‌کرد که پالس‌های 50 fs ایجاد می‌کرد تا برش‌های قشر زیرسطحی به وسعت 100 میکرومتر را به عمق 1 میلی‌متر در نئوکورتیس موش برش دهد. این برش ها یک "جعبه" در اطراف کانون صرع ناشی از مواد شیمیایی ایجاد کردند که انتشار تشنج را مسدود کرد.

تخمین زده می شود که 1.2٪ از جمعیت ایالات متحده به صرع فعال مبتلا هستند و از هر 26 نفر یک نفر در طول زندگی خود به آن مبتلا می شود. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، 50 میلیون نفر در سراسر جهان به این اختلال عصبی مبتلا هستند. صرع عمومی وضعیتی است که در آن عدم تعادل اتصالات عصبی تحریکی و مهاری می تواند باعث ایجاد تشنج در سراسر مغز شود. صرع کانونی شامل عدم تعادلی است که در یک ناحیه از مغز شروع می شود و به مناطق بزرگتر منتشر می شود.

صرع معمولاً پس از تجربه دو یا چند تشنج، بدون محرک شناخته شده، با فاصله بیش از 24 ساعت تشخیص داده می شود. تشنج باعث حرکات کوتاه و غیرارادی می شود که ممکن است همراه با از دست دادن هوشیاری یا سایر عملکردها رخ دهد.

چندین اشکال لیزر درمانی، از جمله ابلیشن، بیش از یک دهه است که برای درمان انواع خاصی از صرع استفاده می شود. تحقیقات مداوم در مورد استفاده از انواع مختلف لیزر در طول موج‌های خاص، پتانسیل آن‌ها را برای جلوگیری از عود تشنج نشان داده است، که می‌تواند به افرادی که از آن رنج می‌برند و درمان‌های دیگر به آنها کمک نکرده است، اجازه دهد تا زندگی عادی داشته باشند.

جایگزینی برای چاقوی جراحی

تیمی از محققان و پزشکان در دانشگاه کرنل روش‌های منحصر به فردی را آزمایش کرده‌اند که از لیزرهای پالسی می‌توان برای کاهش و احتمالاً از بین بردن تشنج در حیوانات استفاده کرد. در حالی که کاربرد بالینی انسان احتمالاً سال‌ها دورتر است، این تیم با یافته‌های تحقیقات خود تا کنون تشویق شده است.

کریس شافر، دانشیار دانشکده مهندسی بیومدیکال Meinig در کورنل، می گوید: «درمان درمانی استاندارد برای صرع کانونی برداشتن است که می تواند به خوبی کار کند، اما همچنین می تواند نقایص عصبی دائمی ایجاد کند.

روش‌های تصویربرداری نشان داده‌اند که بیشتر تشنج‌ها از طریق اتصالات عصبی جانبی زیرسطحی در لایه‌های قشری خاص در مغز گسترش می‌یابند. قطع اتصالات ناکارآمد خاص به جای برداشتن کل کانون صرع می تواند نقایص عصبی را که گاهی اوقات در اثر جراحی صرع ایجاد می شود کاهش دهد. با این حال، برش اتصالات عصبی زیرسطحی روشی است که نمی توان آن را با چاقوی جراحی مکانیکی انجام داد.

شافر گفت: «در کارمان، ما می‌خواستیم یک اسکالپل لیزری دقیق ایجاد کنیم و پالس‌های لیزری داشته باشیم که می‌تواند به شدت، در عمق بافت، بدون تأثیر بر بافت اطراف، برش دهد.

او و تیم تحقیقاتی کرنل از لیزر Ti:Sapphire (شکل 1) استفاده کردند که در 800 نانومتر ساطع می‌کرد که پالس‌های 50 fs ایجاد می‌کرد تا برش‌های قشر زیرسطحی به وسعت 100 میکرومتر را به عمق 1 میلی‌متر در نئوکورتیس موش برش دهد. این برش ها یک "جعبه" در اطراف کانون صرع ناشی از مواد شیمیایی ایجاد کردند که انتشار تشنج را مسدود کرد.

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری