فصلنامه لیزر در پزشکی
سال شانزدهم شماره 3 (پیاپی 73، پاییز 1398)

طراحی و آماده سازی نانو ساختارهای فلزی یکی از موضوعات تحقیقاتی مهم در علم مواد، شیمی، پزشکی و مهندسی به شمار می رود. در بین انواع مختلفی از نانو ساختارها، نانو ذرات کروی نقره به دلیل داشتن خواص اپتیکی منحصر به فرد و سازگاری با محیط زیست بسیار مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند.

خواص اپتیکی نانو ذرات کروی فلزی نقره بر اساس تقریب شبه استاتیک و روش تجربی کاهش شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است. هنگامی که نانو ذره نقره تحت تاثیر میدان الکترومغناطیسی لیزر قرار می گیرد، به صورت یک دو قطبی الکتریکی تابش می کند. با حل معادله لاپلاس کروی در سه بعد و اعمال شرایط مرزی مناسب در فصل مشترک ها می توان به معادلات میدان الکتریکی در هر ناحیه دست یافت. در تقریب شبه استاتیک از وابستگی فضایی میدان الکترومغناطیسی در محاسبات صرف نظر می شود در حالی که وابستگی زمانی میدان الکترومغناطیسی حفظ می شود. همچنین با استفاده از روش کاهش شیمیایی، نانو ذرات کلوئیدی نقره سنتز و تولید می شوند. برای تولید محلول کلوئیدی نانو ذرات نقره از نیترات نقره (AgNO3) به عنوان پیش ماده، از سیترات تری سدیم 1 درصد به عنوان عامل کاهنده و پایدارساز و از آب دو یونیزه به عنوان حلال استفاده شده است.

 نتایج محاسبات تئوری نشان می دهد که نانو ذره کروی نقره دارای یک قله تشدید پلاسمون در محدوده مرئی است. طیف جذبی نانو ذره نقره نسبت به تغییرات خیلی کوچک ضریب شکست محیط اطراف حساس است و با افزایش ضریب شکست محیط به سمت طول موج های بلندتر جابه جا می شود. نتایج تجربی سنتز نانو ذرات نقره نشان می دهد که طیف جذبی نانو ذرات نقره دارای یک قله جذب پلاسمون در ناحیه مرئی (λ=425nm) است. همچنین نتایج آنالیز FESEM کروی بودن و ابعاد نانومتری ذرات را تایید می کند.

 تشدید پلاسمون سطحی نانو ذره نقره در طول موج مرئی، امکان شناسایی مولکول های زیستی اطراف نانو ذره نقره را فراهم می کند. طیف جذبی نانو ذرات فلزی نقره نسبت به تغییرات ضریب شکست محیط اطراف حساس است و با اعمال کوچک ترین تغییری در ضریب شکست محیط اطراف، مدهای پلاسمون سطحی به سمت طول موج های بلندتر جابه جا می شوند که می توان از این ویژگی به عنوان نانو حسگر اپتیکی بر اساس جابه جایی طول موج تشدید استفاده کرد. نتایج آنالیزهای UV-visible و FESEM، قله تشدید پلاسمون نانو ذرات را در طیف مرئی و ابعاد نانومتری ذرات نقره نشان دادند که تاییدی بر نتایج تئوری است.

اعمال شرایط محیطی مختلف به سامانه ‏های زیستی جهت بررسی و ایجاد جریان‏ های اسپینی از زمینه‏ های مطالعاتی نو ظهور در حال پیشرفت است. اخیرا بررسی جریان‏های اسپینی با اعمال دما به عنوان اثرات محیط توجه دانشمندان زیادی را به خود اختصاص داده است. از طرفی در علم اسپینترونیک از اسپین و جریان‏های اسپینی الکترون به منظور پردازش، حفظ و انتقال امن اطلاعات استفاده می ‏شود. با توجه به کاربردهای گسترده لیزر در علوم پزشکی، در این مطالعه با به کارگیری لیزر مادون قرمز به منظور اعمال حرارت روی سلول به بررسی شرایط ایجاد و هدایت جریان ‏های اسپینی ناشی از حرارت محیط پرداخته می‏شود.

برای این منظور، توالی‏های مختلف مولکول DNA به عنوان مولکول مرکزی، تعبیه شده در حمام حرارتی جهت شبیه‏ سازی اثرات محیطی (که در این مطالعه پرتو نور لیزر می‏ باشد) را در نظر می گیریم و از دو انتها زنجیره مولکول را به الکترودهایی در ولتاژهای قابل کنترل متصل می‏کنیم. با تغییر ولتاژ الکترودها و فرکانس حمام در طول توالی‏های مختلف، شرایط ایجاد جریان‏ های اسپینی بررسی می‏شود.

در تعداد جفت بازهای کمتر، سیستم، رفتار جایگزیده از خود نشان می‏دهد. نتایج به دست آمده با به کارگیری ابزارهای آشوب کوانتومی مشخص می‏کند که با افزایش طول توالی در زنجیره DNA تقارن‏های سیستم شکسته و تابع موج اسپینی سیستم از حالت جایگزیدگی خارج می شود و سیستم به سمت ایجاد جریان‏های اسپینی می‏رود.

با استفاده از تغییرات ایجاد شده در محیط سلولی ناشی از تابش لیزر می‏توان سیستمی برای ایجاد و هدایت جریان‏های اسپینی طراحی کرد به‏ طوری که بتوان با به کارگیری جریان‏ های اسپینی، ذخیره و انتقال اطلاعات در اسپینترونیک مولکولی را بهبود داد.

تصویربرداری فلورسنت in-vivo و in-vitro به یکی از رایج ترین روش های تشخیصی آزمایشگاهی و پیش بالینی تبدیل شده است. در عمل کیفیت تصاویر ثبت شده به دلایلی از جمله شرایط محیطی نامناسب یا نقص سیستم تصویربرداری به دلیل وجود ابیراهی اپتیکی افت خواهد داشت. در صورت وجود ابیراهی PSF سیستم از حالت ایده آل فاصله می گیرد. عملیات دکانولوشن تصویر یکی از موثر ترین راه های بازیابی تصویر است که می تواند با از بین بردن اثرات مخرب PSF غیر ایده آل در تصویر ثبت شده کیفیت تصاویر را افزایش دهد.

برای بازیابی کیفیت تصویر از الگوریتم دکانولوشن تکرار شونده استفاده شد. 7 تصویر توسط سیستم تصویربرداری معرفی شده از بدن موش گرفته شد و الگوریتم نرم افزاری مورد نظر در دو حالت متفاوت با PSF ثابت و متغیر بر روی آن ها اجرا شد. برای ارزیابی میزان موثر بودن اعمال الگوریتم بر روی تصاویر نیز از معیار های استاندارد SNR و TEN استفاده شده است.

اجرای الگوریتم های نرم افزاری باعث شد پارامتر SNR در تصویر نهایی نسبت به تصویر اولیه تقریبا ثابت بماند و TEN تصویر پردازش شده نسبت به تصویر اولیه افزایش داشته باشند. این افزایش برای حالت دکانولوشن با PSF متغیر در مقایسه با PSF ثابت بسیار چشمگیر تر است (P-value = 0.043).

ثبت تصاویر با کیفیت باعث افزایش دقت تشخیص و بهبود کارآیی روش های درمانی می شود اما، در عمل کیفیت تصاویر ثبت شده در سیستم های تصویربرداری به دلیل تاری و نویز کاهش می یابد. روش نرم افزاری معرفی شده به طور موثری میزان تاری ناشی از ابیراهی های اپتیکی و شرایط محیطی را کاهش می دهد. استفاده از سیستم ارتقاء یافته باعث بهبود تشخیص لبه های تومور در کاربرد های پیش بالینی خواهد شد.

امروزه، از روش فوتوآکوستیک در تصویربرداری از بافت های سرطانی استفاده می گردد. در این روش هم از مزایای روش نوری و هم روش فراصوت به صورت همزمان برای افزایش کیفیت تصویر استفاده می شود. به همین جهت استفاده از این روش می تواند فرآیند غیر تهاجمی تشخیص ضایعات سرطانی را تسهیل کند. برای بازسازی تصویر از روش های مختلفی مانند روش زمان معکوس استفاده می شود. این روش بازسازی تصویر یک روش خوب برای تمرکز بر روی انتشار موج آکوستیکی در محیط های پیچیده و ناهمگن مانند بافت است و نتایج خوبی در بررسی امواج آکوستیک دارد. در این مقاله قصد داریم تا به کمک روش فوتوآکوستیک، عمق خال ملانوما را به دست آوریم.

به این منظور بافت پوست را به صورت سه لایه مدل سازی می کنیم و خال را به صورت استوانه درون مدل سه لایه پوست در نظر می گیریم. نور لیزر با طول موج 532 نانومتر را به بافت می تابانیم و نحوه تولید موج آکوستیکی و بازسازی تصویر را بر اساس معادلات انتشار فوتوآکوستیک بررسی خواهیم کرد. سپس بر اساس یک پروب پیشنهادی، عمق و قطر خال ملانوما تعیین می گردد.

در این مطالعه اثر تغییرات اندازه خال ملانوما بر روی انتشار موج آکوستیک بررسی می شود سپس تصویر فوتوآکوستیک در فرکانس های مختلف بین 4 تا 64 مگاهرتز بررسی می گردد که نتایج نشان می دهند در فرکانس 32 مگاهرتز، عمق و قطر خال با دقت خوبی قبول اندازه گیری می باشد.

نتایج این مطالعه نشان می دهند که امکان استفاده از پروب فوتوآکوستیک برای بررسی پیشرفت بیماری ملانوما وجود دارد.

اسکار آکنه یکی از شایع ترین موارد ناراحتی های پوستی است که اثر منفی بر روی کیفیت زندگی افراد درگیر دارد و اغلب با افزایش سن این مشکل بدتر می شود. گزینه های متعددی برای درمان اسکار اکنه از جمله دارو درمانی رتینوئیدی، میکرودرم ابریشنرین، فیلرهای پوستی و تکنیک های جراحی در دسترس است. هدف از این مقاله مروری ارزیابی مدالیته های لیزری که در مطالعات بالینی متعدد برای اسکار آتروفی آکنه استفاده شده اند، می باشد. برای این مطالعه مروری جستجو در پایگاه اطلاعات داده مدلاین با استفاده از کلید واژه آکنه، اسکار آتروفی و لیزر درمانی صورت گرفت. انواع مختلفی از لیزر برای درمان اسکار آتروفی اکنه مورد ارزیابی قرار گرفتند. این لیزر ها از نظر عوارض جانبی و نتایج بالینی بر حسب شرایط پوست بیمار و نوع آکنه آن فرد با هم تفاوت داشتند. ارزیابی متون مربوط به کاربرد لیزر در درمان اسکار آکنه نشان داد که نتایج بالینی به فاکتورهای متعددی از جمله نوع اسکار آکنه، نوع پوست بیمار و مدالیته درمانی بستگی دارد.