מאז הומצא על ידי תאודור מיימן ב-1960, הפך הלייזר לכלי פרקטי המסייע רבות בתחום הרפואה ולכלי לחימה. לכבוד כנס הלייזר הבינלאומי, פרופ’ זאב זלבסקי מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת בר אילן מסביר מדוע עתידו של הלייזר בכלל עוד לפניו
“לייזר” היא מילה שלרוב מעוררת קונטציות שליליות אצל הקורא הטיפוסי, ומתקשרת ישר עם קרינה מסוכנת לעיניים. הקוראים ההרפתקניים יותר יקשרו את הלייזר עם חרבות האור בסרטי “מלחמת הכוכבים”, ואילו קוראים טכניים יותר יקשרו לייזרים לקוראי דיסקים ולתקשורת אופטית בסיבים. אבל לאמיתו של דבר קונטציות אלו, ואף האפליקציות הרבות שהיו ללייזר בעבר הלא רחוק, לא מחוברות למציאות של היכולות האמיתיות של הלייזר הבאות לידי ביטוי מבחינת החשיבות והתרומה החזקה שלו בחיי היומיום שלנו בכלל, ובפרט בעולם ביו-רפואי המתפתח.
לייזר הרובי (Ruby Laser) הראשון הודגם על ידי תאודור מיימן (יהודי, אגב) ב-1960, ומאז התפתחו ללייזר שימושים רבים. הלייזר אינו שונה מהותית ממקור אור רגיל כמו מנורה או שמש, למעט תכונה אחת הנקראת קוהרנטיות (זמנית ומרחבית), המאפשרת לשלוט ולהשפיע על הקרינה שלו בצורה הרבה יותר יעילה, למשל לרכז אותה. קרינת הלייזר יכולה להיות בטוחת עין ובטוחת רקמה, הכל תלוי בצבע (אורך גל) שלה, בעוצמה שלה ליחידת שטח ובאופן ההפעלה שלה (בצורה רציפה או בפולסים).
בשבוע הבא (18-20 בנובמבר) ייערך בפקולטה להנדסה בבר אילן הכנס הבינלאומי לאפליקציות לייזרים במדעי החיים International Conference on) Laser Applications in Life Sciences). הכנס נועד לספק פורום מפגש ייחודי שבו מדענים מתחומים שונים של מדעי החיים, כגון אופטיקה ביו-רפואית והדמיה, ספקטרוסקופיית לייזר, טיפול בלייזר וחישה ביו-פוטונית, יכולים להיפגש כדי ליצור פלטפורמה של שיתוף פעולה, כדי להחליף רעיונות, כמו גם ללמוד על האתגרים הכרוכים ביישומי לייזר במדעי החיים. המפגש יכלול תוכנית מדעית פורייה לאינטראקציות פורמליות ולא פורמליות בין המשתתפים, כמו גם תערוכה מקצועית.
ללייזר כאמור שימושים רבים הקשורים ליכולת לרכז קרינה זו באופן יעיל, החל משימושים צבאיים מובהקים כמו בתוכנית ההגנה מטילים של רונלד רייגן (תוכנית “מלחמת הכוכבים”) והניגזרת שלה המשותפת לישראל ולארה”ב – מערכת הלייזר “נאוטילוס” שגורמת לייזום פיצוץ של רקטות ופגזי ארטילריה במהלך מעופם, או בשימוש של לייזרים חזקים בתעשייה לריתוך ולחיתוך מתכות וחומרי גלם אחרים.
אולם, למרות כל התפחויות אלו, מעניינת במיוחד ההתפתחות שחלה בשנים האחרונות להתאמת שימוש הלייזר לתחום הביו-רפואי. שימושי הלייזר בתחום זה נחלקים לשני חלקים: הפן הטיפולי והפן של החישה.
בפן הטיפולי קיימות פרוצדורות רפואיות רבות, שבהן הלייזר הוא מרכיב דומיננטי. השימוש הוותיק ביותר הוא בתעשיית הקוסמטיקה, שבה הלייזר משמש לשריפת שורשי שיער בתהליך הסרת שיער בלייזר וכן לטיפולים קוסמטיים של הסרת כתמי עור. שימוש בלייזר באורכי גל שמתאימים ובעוצמות מתאימות, יכול לבצע פעולות אלו בצורה מוצלחת, וזו הפכה לתהליך סטנדרטי ומקובל בימינו. קרינת הלייזר נבלעת ברקמה, מחממת אותה ויוצרת את האפקט הרצוי בצורה סטרילית וממוקדת מאוד. כיוון נוסף פופולרי הוא שימוש בלייזר לתיקוני ראייה. אנשים שלהם קרנית עבה מספיק שאפשר לשייף אותה עם קרן הלייזר – כלומר, לשרוף בפני השטח של הקרנית אזורים לא רצויים ובכך לשנות את צורתה (את העקמומיות שלה) ואת אורך המוקד שלה. כך אפשר להסיר את הצורך במשקפיים.
היכולת של הלייזר לריכוז יעיל של קרינה באה לידי ביטוי גם בטיפולים רפואיים פנימיים רבים, למשל אחת הדרכים המקובלות להסיר אבנים בכליות היא ביורטרוסקופיה – תחום שבו אנדוסקופ דק נכנס דרך דרכי השתן עד לאזור הכליות ופולסי לייזר עוצמתיים משמשים לפיצוף האבנים שם, והשאריות שלהן נשאבות החוצה. גם בניתוחים מסוגים אחרים לא פעם משתמשים באנרגיית הלייזר המרוכזת לשרוף רקמה לא רצויה, למשל רקמה סרטנית, כשאחד מהיתרונות שהלייזר יכול להציע במקרים כאלו הוא היכולת לצרוב את כלי הדם תוך כדי תהליך ההרס של הרקמה הסרטנית, ובכך למנוע דימום פנימי מזיק.
בפן של החישה בעזרת הלייזר כולנו מכירים את השימוש של הלייזרים בשערוך תלת מימד כמו שיש במודול הקינקט (Kinect) של קונסולת המשחקים 360 XBOX, שעתה גם משולב בדגם ה iPhone החדש (iPhone X) והמאפשר לקרוא תנועות ידיים וגוף ממרחק. שם, הלייזר מקרין תבנית ידועה על העצם, ומצלמה שחשה ומנתחת את השינוי בתבנית זו יכולה לשערך את הטופוגרפיה ואת המידע התלת-ממדי של העצם. כן קיים שימוש נרחב של לייזרים ב-LIDAR או במדי טווח לייזר, שבהם פולסי לייזר נשלחים לעבר מטרה ועל ידי מדידת הזמן עד חזרתם לגלאי אפשר לחשב את הטווח לעצמים אלו. מדי טווח לייזר מסוג זה מצויים גם בשירות המשטרה ומנטרים נהגים העוברים על המהירות המותרת.
תחום חדש שבו יש התפתחות רבה והקושר לייזר לחישה כולל את השימוש בקרינת הלייזר לצורך ניטור פרמטרים ביו-רפואיים מרחוק. פיתוח של טכנולוגיות מסוג זה הוא תחום מחקרי שבו אני עוסק. פרמטרים ביו-רפואיים, שאותם ניתן לנטר, כוללים פעימות לב, נשימות, לחץ דם ואף המטולוגיית דם (מציאת ריכוז של כל מיני כימיקליים בדם בצורה לא פולשנית, כימיקלים כדוגמת אלכוהול, גלוקוז ועוד). חיישנים כאלו יכולים להיות מאוד חשובים לצורך ניטור מצב חיות (vital life signals) של אנשים בקבוצות סיכון כגון חולים במחלות שונות, זקנים וכן אוכלסיות נוספות היכולות ליהנות מניטור ביתי שוטף למניעת סיבוך רפואי עתידי.
במקרים אלו, יש שוב שימוש בתכונת הקוהרנטיות הזמנית והמרחבית של הלייזר, אשר עם הארתו על החולה גורמת להיווצרות של תבניות אקראיות (של התאבכות עצמית) הנוצרות מהפיזור של האור חזרה לכיוון החיישן. על ידי מעקב על השינוי הזמני והמרחבי של תבניות אלו, אפשר להסיק על ננו-רעידות הקיימות ברקמה הנבדקת של החולה. אם רקמה זו קרובה לכלי דם, אפשר לשייך את השינוי בפרופיל הרעידות עם שינויים בתכונות זרימת הדם הקשורות ללחץ דם והמטולוגיית דם של החולה הניבדק.
היופי בפיתוחים טכנולוגיים אחרונים אלו הוא לא רק היכולת להתאים את הלייזר לכל האפליקציות החדשות שהזכרתי, אלא גם ההתפתחות במזעור וביעילות הייצורית של הלייזרים המאפשרים קבלה של לייזרים מאוד קטנים ועוצמתיים, ויחד עם זאת זולים מאוד המתאימים לשילוב בטלפונים חכמים ולשימוש ביתי, ולא רק בשימוש תעשייתי כמו שהיה בעבר (בתמונה 1 ניתן לראות את שילוב הסנסור האופטי לחישת פרמטרי חיות, מבוסס הלייזר של חברת קונטיניוס ביומטריקס הישראלית בטלפון חכם).
בטוחני שממציאי הלייזר לא חזו את מגוון היישומים שכלי חיוני זה ייצר בעתיד. בעתיד הלא רחוק, הלייזר ישתלב בשימושים רבים נוספים בעולם התעשייתי הפרקטי (ולא רק בחזית המחקרית האוניברסיטאית), כאשר לבטח שימושים אלו יכללו מעבדים אופטיים מהירים וחזקים יותר ממה שהאלקטרוניקה כיום מציעה, חיישנים לקליטה של פעילות מוחית (במקום מכונות כדוגמת ה-CT וה-MRI), תקשורת עם הצפנה משופרת (תקשורת קוונטית) ושימושים רבים נוספים. פעם איש חכם אמר שלנבא משהו זה מאוד קשה, במיוחד אם מדובר בניבוי של העתיד. בטוחני שמה שהלייזרים באים להציע לנו כיום הוא רק קצה הקרחון.
הכותב הוא פרופ’ בפקולטה להנדסה של אוניברסיטת בר אילן
