L'ablazione laser o terapia termoablativa laser consiste nella distruzione di un tessuto, indotta da un aumento locale della temperatura mediante la trasmissione di energia luminosa Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
La tecnica di ablazione laser è utilizzata anche per la creazione di pattern rimuovendo selettivamente il coating nei filtri dicroici. Questi prodotti sono utilizzati sia nel settore dello stage lighting per la proiezione di grandi immagini che nella taratura degli strumenti per machine vision.
Storia
Sin dall'antichità si riscontra che il calore è stato utilizzato come strumento terapeutico. In un rotolo di papiro egizio, datato intorno al 3000 a.C., viene descritto il trattamento dei tumori al seno attraverso la cauterizzazione con ferri ardenti. Nel 1898, il trattamento locale per mezzo di acqua calda si è rivelato avere un buon effetto palliativo nei casi avanzati di cancro cervicale. Dall'inizio del ventesimo secolo si assiste alla produzione di un gran numero di ricerche volte a verificare l'effetto dell'uso del calore per la terapia dei tumori. Il trattamento termico è stato impiegato anche per incrementare l'efficacia di altre terapie oncologiche, ad esempio come coadiuvante della radioterapia, fin dal primo Novecento. Il trattamento termico locale, combinato con la radioterapia, è stato successivamente applicato anche al cancro della mammella, alle metastasi cervicali provenienti da cancro alla testa e al collo, e ai melanomi maligni ereditari o metastatici. Questi studi hanno mostrato un vantaggio della terapia combinata rispetto alla sola radioterapia. Nel 1969, si è verificato un aumento nella percentuale di sopravvivenza del melanoma agli arti, trattato tramite perfusione dell'area con sangue riscaldato ed un agente citostatico. Questa tecnica è utilizzata tuttora per trattare melanomi inoperabili.
Interazione laser-tessuto
La necrosi irreversibile dei tessuti irradiati da energia laser avviene grazie alla combinazione dell'aumento di temperatura prodotto localmente ed il tempo di esposizione: la morte cellulare avviene in pochi secondi per temperature che superano i 60 °C, mentre per temperature inferiori sono necessari tempi di esposizione più lunghi.
Il vantaggio di usare la luce laser per la termoterapia, rispetto ad altri metodi, risiede nell'abilità che questa ha di depositare una quantità precisa di energia in una regione ben definita. Grazie alle sue caratteristiche di luce monocromatica (onde della stessa lunghezza d'onda), coerente (onde in fase) e collimata (onde parallele) è possibile indurre lesioni di dimensioni riproducibili, trasmettendo grandi quantità di energia a distanze elevate. Tutte le applicazioni di termoterapia laser avvengono all'interno di un intervallo di lunghezze d'onda, detta 'finestra terapeutica', nelle quali la luce ha una buona penetrazione nei tessuti. La luce prodotta da un laser Nd:YAG con lunghezza d'onda di 1064 nm rappresenta un compromesso ideale per ottenere una sicura penetrazione in profondità, inversamente proporzionale alla frequenza dell'onda, e un sufficiente assorbimento tissutale, dipendente dalle proprietà ottiche del tessuto.
La maggior parte della luce assorbita è convertita in calore, che provoca cambiamenti nelle proprietà ottiche del tessuto. La coagulazione è definita come il danno termico delle proteine tissutali a temperature comprese tra 55 e 95 °C. La sua regione di estensione dipende principalmente dal tempo durante il quale le temperature rimangono all'interno del range. L'esempio più evidente di coagulazione è la bollitura della chiara d'uovo, dove il mezzo cambia da trasparente a bianco. Se la temperatura supera i 100 °C si induce la vaporizzazione dell'acqua contenuta nel tessuto con formazione di vapore.
Di seguito la tabella che riporta in dettaglio gli effetti della temperatura sui tessuti:
| Temperatura | Effetto biologico sui tessuti | Tempo di esposizione |
| >300 °C | fusione | < 1 secondo |
| >100 °C | carbonizzazione | < 1 secondo |
| 100 °C | formazione di bolle di vapore, rotture meccaniche | secondi |
| 60 °C | denaturazione proteine, coagulazione del tessuto | minuti/secondi |
| >50 °C | riduzione attività enzimatica, disattivazione meccanismi di riparazione cellulare | minuti |
| 42 °C - 50 °C | ipertermia, distruzione legami | ore/minuti |
La tecnica percutanea
Nella tecnica percutanea (PLA, ablazione laser percutanea oppure LITT, Termoterapia interstiziale laser) il riscaldamento avviene grazie all'inserimento di fibre ottiche che portano l'energia laser che viene assorbita dal tessuto e convertita in calore, provocando la distruzione irreversibile di porzioni di tessuto e la denaturazione delle proteine quando si utilizzano temperature superiori ai 50 °C. Le fibre ottiche vengono posizionate all'interno della regione da ablare passando attraverso il lume di aghi molto sottili (21/22 Gauge), il cui diametro è inferiore ad 1 mm, inseriti per via percutanea.
Attualmente la PLA trova largo impiego nel trattamento dei noduli benigni della tiroide e delle lesioni tumorali del fegato, quando la resezione chirurgica non è praticabile.
Applicazioni
La risposta terapeutica dell'ablazione laser dipende in maniera complessa dalla scelta della lunghezza d'onda, della durata di irradiazione e della potenza del laser. La lunghezza d'onda della luce laser può essere scelta in modo tale che la luce sia assorbita selettivamente dal bersaglio.
La coagulazione selettiva delle vene varicose in chirurgia estetica può essere compiuta usando luce laser assorbita selettivamente dall'emoglobina. L'impulso è scelto allora sufficientemente breve così da non arrecare danno al tessuto normale circostante, ma anche lungo a sufficienza da permettere la coagulazione sull'intero diametro del vaso.
Per il riscaldamento non-selettivo viene utilizzata comunemente la luce vicino all'infrarosso, la quale penetra più profondamente nel tessuto rispetto ad altre. Il riscaldamento laser è stato usato per trattare ulcere peptiche emorragiche, poiché la contrazione termica del tessuto sigilla i vasi sanguigni.
La luce laser offre un mezzo eccellente per indurre un aumento locale di temperatura nel tessuto, che può essere impiegato per la terapia oncologica. La vaporizzazione dei tumori si è dimostrata efficace per il trattamento palliativo del cancro dell'esofago, del fegato, del pancreas e della mammella, con lo scopo primario di concentrare il trattamento localmente nella regione tumorale dell'organo, cercando di preservare la struttura parenchimale originaria del tessuto.
Bibliografia
- M H Niemz, Laser-tissue interactions. Fundamentals and applications (3rd ed), Berlin, Ed. Springer, 2007, ISBN 3-540-72191-6.
- W F Cheong, Summary of Optical Properties Optical - Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue (2nd ed), New York, Ed. Welch AJ and van Gemert MJC, 1995, ISBN 978-90-481-8830-7.
Altri progetti
-
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su ablazione laser
Collegamenti esterni
- (EN) Ablazione laser, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.