Utilizzando le fibre ottiche si possono inviare fasci di luce laser nellecoronarie per vaporizzare le placche aterosclerotiche. Uno dei di-spositivi realizzabili in un prossimo futuro comprende un fibrosco-pio, un manicotto gonfiabile e una fibra per il trasporto della lucelaser. Questo dispositivo potrebbe essere introdotto in un'arteria

del braccio ed essere spinto fino al cuore. Il fibroscopio consenti-rebbe al medico di vedere le placche o altre ostruzioni. Gonfiandoil manicotto il flusso ematico verrebbe temporaneamente arrestato;il fascio laser inviato attraverso la fibra farebbe vaporizzare laplacca. Sgonfiando il manicotto, si ripristinerebbe la circolazione.

DMMANICOTTGONFIABILE -- -CANALE

AUSILIARIOFIBRA

DI POTENZA

AORTA

ARTERIACORONARIA

ARTERIA BRACHIALE

FASCIODI ILI INAZIONE

Le tecniche diagnostiche e chirurgiche che, mediante le fibre ottiche,consentono di operare in modo incruento su organi interni progredisconocostantemente e presto saranno impiegate nei casi di tumore e aterosclerosi

Le applicazioni medichedelle fibre ottiche

S

e da una parte le fibre ottiche stan-no trasformando la tecnica dellecomunicazioni, dall'altra stanno

rivoluzionando gli strumenti medici diindagine nonché i metodi di diagnosi edi terapia. Queste fibre ultrafini e flessi-bili hanno spalancato una finestra su or-gani e apparati del corpo umano. Intro-ducendo fibre ottiche attraverso gli ori-fizi naturali o attraverso piccole incisionie facendole scorrere lungo le vie dell'or-ganismo, lo sguardo dello specialista puòraggiungere le vie aeree inferiori, le anseintestinali, le cavità cardiache e moltealtre zone in precedenza inaccessibili.Immergendo sensori a fibre ottiche nelflusso ematico, il medico può eseguireanalisi chimiche rapide e sicure al lettodel paziente, in ambulatorio o in salaoperatoria, analisi che altrimenti com-porterebbero un prelievo di sangue el'invio del campione in laboratorio. In-viando un fascio di luce laser lungo unafibra ottica (detta anche fibra di poten-za per distinguerla dalle fibre del fasciodi yisione), il chirurgo può addiritturaeseguire un'operazione chirurgica all'in-terno dell'organismo evitando, quandopossibile, il ricorso a tecniche invasiveche comportino l'incisione di tessuti saniper raggiungere la parte malata.

Per esempio, già oggi è possibile ese-guire delicati interventi inviando un fa-scio di luce laser tramite fibre ottiche. Ingastroenterologia si possono cauterizza-re i vasi per interrompere un'emorragiaintestinale, in chirurgia vascolare si co-minciano a eseguire interventi di vapo-rizzazione sulle placche aterosclerotichee sui trombi delle arterie periferiche e inneurochirurgia si potranno presto con-nettere le fibre nervose lesionate. È pro-babile che, tra non molto, i dispositivia fibre ottiche consentano di combinarediagnosi e terapia avendo incorporati,per esempio, un mezzo per riconoscerele cellule cancerose e uno per distrug-

di Abraham Katzir

gerle senza danneggiare il tessuto sanocircostante.

Molte tecniche diagnostiche e tera-peutiche basate sulle fibre ottiche nonrichiedono anestesia e possono essereeseguite in tutta sicurezza in ambulato-rio; il loro sviluppo dovrebbe quindi viavia ridurre i rischi e i costi delle curemediche. Un altro vantaggio delle tecni-che basate sulle fibre ottiche è che pos-sono essere applicate anche nei casi incui la chirurgia tradizionale è rischiosa oimpossibile, come accade talora in pa-zienti giovanissimi o molto anziani.

T e prime applicazioni mediche delle fi-bre ottiche furono i fibroscopi, stru-

menti di indagine visiva. Il primo fibro-scopio fu costruito nel 1957 da Basil I.Hirschowitz e Lawrence Curtis, dellaSchool of Medicine dell'Università delMichigan, allo scopo di esaminare la ca-vità interna dello stomaco e dell'esofa-go. Da allora questo dispositivo è statoperfezionato a tal punto che oggi lo sipuò impiegare per esaminare in praticaqualunque organo o apparato. In effetti,le fibre ottiche impiegate in medicina so-no per lo più incorporate nei fibroscopi.Un fibroscopio moderno contiene duefasci di fibre ottiche. Uno, il fascio diilluminazione, porta la luce ai tessuti el'altro, il fascio divisione, trasmette l'im-magine all'osservatore.

Il fascio d'illuminazione è accoppiatocon un'intensa sorgente luminosa, peresempio una lampada ad arco allo xeno.La luce penetra nel nucleo delle fibreottiche che sono fatte di vetro silicaticopurissimo. Questo vetro è diecimila vol-te più trasparente del comune vetro dafinestra e può quindi trasmettere la luceper molti chilometri. Poiché la luce ten-de a disperdersi uscendo dal nucleo,questo è avvolto da un mantello che ri-flette la maggior parte della luce rinvian-dola all'interno della fibra. Questo è il

meccanismo con il quale la luce si pro-paga in tutte le fibre ottiche (si vedal'articolo Le comunicazioni su fibre otti-che di J. S. Cook in «Le Scienze» n. 66,febbraio 1974).

La luce riflessa dal tessuto bersaglio èraccolta da un obiettivo che la concentrasull'estremità ricevente del fascio di vi-sione. Ciascuna fibra ottica di questo fa-scio può ricevere solo luce riflessa in li-nea con l'asse e quindi ogni fibra tra-smette solo una piccola frazione dell'im-magine complessiva. Le fibre sono sal-date tra loro solo alle estremità il che, daun lato, conferisce flessibilità al fascio,mentre, dall'altro, evita che l'immaginegiunga disordinata. L'immagine rico-struita può essere osservata attraversoun oculare, registrata su pellicola foto-grafica oppure inviata a uno schermo te-levisivo. Poiché in un unico fascio deldiametro di meno di un millimetro sipossono combinare migliaia di fibre, unfibroscopio può trasmettere immaginicon elevata risoluzione spaziale e croma-ticità quasi perfetta.

I fasci d'illuminazione e di visione pos-sono essere facilmente alloggiati in uncatetere di pochi millimetri di diametro.Le dimensioni ridotte dello strumentofanno sì che esso possa venire introdottonel corpo attraverso un orifizio naturalee che possa essere diretto su tessuti di-stanti da cinque a cento millimetri dallasua estremità.

Spesso i fibroscopi sono inseriti instrumenti più grandi, gli endoscopi, do-tati di canali ausiliari che consentono al-lo specialista di ampliare le prestazionidello strumento. Un canale può servire,per esempio, ad aspirare liquidi o a iniet-tare acqua o aria per allontanare detritie migliorare la visibilità. Un altro canalepuò contenere sottili fili che vengono ti-rati per orientare l'estremità dell'endo-scopio. Un terzo canale può consentirel'introduzione di minuscoli bisturi per ta-

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OCULARE

LENTE

FASCIODI ILLUMINAZIONE

IMMAGINE

LAMPADA

FASCIO ORDINATO

OBIETTIVO

gliare i tessuti o di pinze per rimuoverlio può essere dotato di siringhe per iniet-tare farmaci. La lunghezza degli endo-scopi attualmente disponibili varia da0,3 a 1,2 metri e il loro diametro da 2,5a 15 millimetri.

Con questi strumenti i medici possonoosservare da vicino l'interno degli appa7rati digerente, riproduttivo, circolatorioe respiratorio. Possono rimuovere fram-menti di tessuto da sottoporre a esamebioptico ed effettuare addirittura opera-zioni chirurgiche. Attraverso l'endosco-pio si possono scoprire un polipo nel co-lon, un corpo estraneo nei polmoni o untumore nell'esofago e poi asportarli construmenti chirurgici in miniatura.

Negli ultimi cinque anni la fabbrica-zione di fibre ultrafini ha permesso diridurre il diametro dei fibroscopi e diaumentare il numero di fibre nel fasciodi visione, il che ha consentito un au-mento di risoluzione. Gli strumenti piùrecenti incorporano 10 000 fibre in unfascio di diametro inferiore a un millime-tro e la loro risoluzione raggiunge i 70micrometri. Introdotti in un'arteria delbraccio, questi fibroscopi possono forni-re immagini delle valvole cardiache e di

eventuali ostruzioni nelle coronarie, learterie che alimentano il cuore.

ltre a fornire immagini, i sistemi afibre ottiche possono offrire un'a-

nalisi chimica e fisica diretta e immediatadel sangue e di altri elementi importantiper la fisiologia umana. Il sensore è co-stituito fondamentalmente da una fibraottica introdotta nel corpo attraverso uncatetere. L'estremità esterna della fibraè accoppiata con una sorgente luminosae con un processore in grado di analiz-zare la luce riflessa. L'altra estremitàdella fibra invia la luce direttamentedentro la cavità da esaminare oppure aun sensore in miniatura detto optodo.La luce riflessa ripercorre all'indietrola fibra fino al processore che, dalla lun-ghezza d'onda e intensità della luce, ri-cava informazioni sulle condizioni fisio-logiche del paziente.

In molti casi questi sistemi a fibra ot-tica sono più sensibili, affidabili ed eco-nomici dei metodi tradizionali basati sulprelievo di liquidi organici e sulla lorosuccessiva analisi in laboratorio. I siste-mi a fibra ottica abbreviano i tempi eriducono le possibilità d'errore. Inoltre i

sensori a fibra ottica sono biocompatibili(per esempio non provocano reazionidel sistema immunitario) e, in linea diprincipio, la stessa fibra ottica può nonessere recuperata. I sistemi a fibra otti-ca, inoltre, appaiono più resistenti, fles-sibili e potenzialmente meno rischiosidei dispositivi microelettronici che sonostati allestiti per gli stessi compiti. Alcunidei dispositivi a fibra ottica sopra descrit-ti sono già sul mercato e molti altri sonosottoposti a sperimentazione clinica.

Le tecniche di misura del flusso ema-tico mediante fibre ottiche si basano sul-la luce riflessa dai globuli rossi. Una fi-bra viene introdotta in un'arteria attra-verso un catetere in modo che una lucelaser di bassa intensità inviata attraversola fibra colpisca i globuli rossi. Quandola luce viene diffusa dalle cellule in mo-vimento, la sua lunghezza d'onda variaper effetto Doppler. Quanto più veloceè il moto della cellula verso l'estremitàdella fibra, tanto più breve è la lunghez-za d'onda della luce diffusa. Una partedi questa luce torna indietro lungo la fi-bra. Il processore situato all'altra estre-mità della fibra può così determinare ladifferenza di lunghezza d'onda tra la luce

laser e la luce diffusa e calcolare la velo-cità del sangue nella zona dove è immer-sa la fibra.

I primi esperimenti che dimostraronola validità di questa tecnica furono de-scritti quasi trent'anni fa, ma la speri-mentazione clinica ha avuto inizio soloda pochi anni. Disponendo di misurazio-ni istantanee della velocità del sanguefornite da uno strumento altamente af-fidabile, i medici avranno la possibilitàdi stabilire se gli organi vitali sono irro-rati a sufficienza.

Le fibre ottiche consentono anche dideterminare direttamente il contenutodi ossigeno nel sangue. L'emoglobina (lamolecola che trasporta l'ossigeno nelsangue) riflette di più la luce rossa quan-do contiene ossigeno che quando non locontiene. Invece la luce infrarossa vieneriflessa dell'emoglobina sempre nellastessa maniera, indipendentemente dalsuo contenuto di ossigeno. Se mediantefibre ottiche vengono immesse nel san-gue luce rossa e infrarossa l'intensità del-la luce rossa riflessa rivela la quantitàdi emoglobina che trasporta ossigeno,mentre l'intensità della luce infrarossariflessa misura la quantità di emoglobinacomplessiva. Questa tecnica, oggi diroutine, consente di valutare la capacitàdi trasporto dell'ossigeno attraverso ilsangue del paziente e di stabilire conquale efficienza cuore e polmoni riforni-scono il sangue di ossigeno.

Sensori in miniatura collegati alle e-stremità di fibre ottiche hanno reso pos-sibili molte altre misurazioni di notevoleimportanza per lo studio della fisiologiaumana. Sono stati ideati sensori per mi-surare la pressione all'interno delle arte-rie, della vescica, dell'uretra e del retto.Un sensore è costituito da un tubicinocollocato all'estremità di una fibra otti-ca; l'estremità più lontana del tubicino èsigillata da una sottile membrana riflet-tente. Se la pressione interna al tubicinoè uguale all'esterna, la membrana ha unaforma piana e la luce trasportata dallafibra viene semplicemente riflessa all'in-dietro. Se la pressione esterna è maggio-re di 'quella interna, la membrana s'in-curva verso l'interno e forma uno spec-chio convesso che riflette meno luce. Seviceversa prevale la pressione interna, lamembrana si incurva verso l'esterno e lasua superficie concava convoglia più lucenella fibra. In parecchi esperimenti cli-nici è stata trovata una buona correlazio-ne tra i risultati ottenuti con un disposi-tivo ottico di questo genere e quelli ot-tenuti con strumenti tradizionali.

Sono anche stati costruiti sensori chemisurano la composizione chimica delsangue. Quelli allestiti per misurare ilpH (cioè l'acidità o l'alcalinità del san-gue) sono basati su coloranti organiciche, in presenza di radiazione ultravio-letta, diventano luminescenti. Se il p1-1si modifica, alcuni di questi coloranti di-ventano più luminescenti mentre altriemettono una luminescenza di colore di-verso. Questi coloranti, inglobati in un

polimero poroso, vengono fissati all'e-stremità di una fibra. Il polimero consen-te l'ingresso agli ioni idrogeno, ma im-pedisce che ioni più grandi interagiscanocon il colorante e lo degradino. In prati-ca questo sensore può misurare ilpH delsangue con una precisione di 0,01 unità.

Si possono anche produrre sensori diconcezione analoga che però incorpora-no biomolecole come enzimi o anticorpi.Una modifica della fluorescenza di que-ste molecole può rivelare la presenza ol'assenza di particolari sostanze chimi-che in una miscela piuttosto complessacom'è il sangue o in un tessuto biologico.Anche in questo caso la fibra ottica tra-smette le informazioni dal sensore a unprocessore che interpreta le informazio-ni e fornisce misurazioni estremamenteprecise di un'ampia varietà di sostanzechimiche presenti all'interno del corpo.Questi sensori sono già stati impiegatiper seguire le variazioni nella concentra-zione del glucosio e della penicillina esaranno presto impiegati per misurare ilivelli di farmaci, metaboliti, ormoni,tossine e microrganismi.

Negli ultimi anni l'applicazione più si-gnificativa delle fibre ottiche in me-

dicina ha riguardato la terapia e la chi-rurgia laser. Le modalità d'interazionefra radiazione laser e tessuti umani di-pendono dalla lunghezza d'onda e dal-l'intensità della radiazione. Benché la lu-ce emessa da un laser particolare abbiaun'unica lunghezza d'onda, o colore, og-gi esistono svariati laser che generanoluce in tutto lo spettro visibile, infrarossoe ultravioletto. Il livello di assorbimentodella luce da parte dei tessuti è variabilee dipende dalla lunghezza d'onda e daicromofori contenuti nel tessuto comeemoglobina, melanina e cheratina. Diconseguenza un laser di una data lun-ghezza d'onda ha come bersaglio tessutispecifici e produce reazioni fotochimi-che specifiche.

In generale i laser di bassa potenzaprovocano un debole riscaldamento lo-cale che fa coagulare sangue e proteine.In tal modo la luce del laser può saldaretra loro i tessuti molli e può quindi farrimarginare le ferite o chiudere i vasisanguigni. I laser di elevata potenza ven-gono usati per l'ablazione dei tessuti e,nella maggior parte dei casi, agisconofacendo evaporare l'acqua in essi conte-nuta. Un fascio del genere cauterizza an-che le incisioni limitando al massimo leemorragie durante le operazioni. Le ap-plicazioni chirurgiche del laser richiedo-no una potenza da 10 a 100 watt nei lasercontinui o picchi di potenza da 10 000 aun milione di watt nei laser a impulsi.Dato che questa potenza viene concen-trata su superfici di area inferiore al mil-limetro quadrato, le densità di potenzasono più o meno pari a quelle di un laserda «guerre stellari», in grado di perfora-re l'involucro di un missile guidato infase di lancio.

Negli ultimi vent'anni i ricercatori si

Il ventricolo destro di un cuore umano èstato fotografato attraverso un fibroscopioultrasottile inserito in un'arteria del brac-cio. Il fibroscopio, avente diametro infe-riore a un millimetro, è una realizzazio-ne della Olympus Corporation di Tokyo.

sono cimentati con le difficoltà connesseall'immissione nell'organismo di poten-ze così elevate attraverso le fibre ottiche.Una caratteristica di queste fibre è quel-la di attenuare in qualche misura la luceper assorbimento e diffusione. L'atte-nuazione dipende in parte dalle proprie-tà intrinseche del materiale della fibra; asua volta, questa attenuazione intrinsecavaria con la lunghezza d'onda della lucee con la potenza totale trasmessa. L'e-nergia del raggio laser può essere atte-nuata anche a causa della diffusione sullasuperficie della fibra o sui difetti internidi questa. Tutte queste cause limitano lapotenza che può essere applicata sulpunto dell'intervento. Se la potenza delfascio laser in ingresso viene aumentataoltre un livello critico, l'estremità dellafibra può surriscaldarsi, fondere o vapo-rizzare. Negli ultimi anni molte di questedifficoltà sono state superate grazie allascoperta di nuovi materiali e alla messaa punto di metodi per fabbricare con essifibre di elevata purezza.

A differenza delle fibre di vetro silica-tico usate nei sistemi diagnostici e di in-dagine visiva, le fibre per la chirurgialaser sono fatte di materiali alquanto ri-cercati. Si sono costruite fibre di quarzoche trasmettono la luce verde dei laserad argo, la luce ultravioletta dei laser aeccimeri e la radiazione quasi infrarossadei laser YAG (in cui il materiale attivoè un cristallo di granato contenente ittrioe alluminio e «drogato» con ioni neodi-mio). Tali fibre sono riuscite a trasmet-tere fasci laser aventi una potenza conti-nua di 100 watt, sufficiente per la mag-gior parte degli interventi chirurgici. Iricercatori, tuttavia, sono ancora alla ri-cerca di una fibra capace di trasmettereefficientemente la radiazione dei laserinfrarossi, in particolare dei laser ad ani-dride carbonica (si veda l'articolo Fibre

Il fibroscopio (in alto) è uno strumento che può trasmettere im-magini dello stomaco e di molti altri organi. Una lente focalizza laluce emessa da una lampada su un fascio di fibre ottiche. In questocaso la luce trasmessa dalle fibre va a illuminare un polipo dellostomaco. Un obiettivo concentra la luce riflessa dal polipo su unfascio ordinato di fibre, ciascuna delle quali trasporta una frazionedell'immagine complessiva. Emettendo la luce all'estremità oppo-sta, le fibre del fascio danno un'immagine ricostruita che può es-sere osservata mediante un oculare. Le fotografie del polipo inseritenell'illustrazione sono state ottenute mediante fibroscopi presso laMayo Clinic. I fibroscopi sono spesso incorporati in dispositivi piùgrandi, gli endoscopi (a destra), dotati di canali attraverso iquali possono essere fatti passare altri strumenti. Qui a destra èrappresentata una porzione di tessuto bronchiale mentre viene ri-mossa mediante uno strumento inserito attraverso l'endoscopio.

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w/14

MEMBRANARIFLETTENTE

PRESSIONE ALTA

PRESSIONE BASSA

wr-1-1~11111111

V

Un sensore a fibra ottica può misurare la pressione in vasi e cavità, come arterie, vescicae utero. li sensore è costituito da un tubicino posto all'estremità di una fibra e chiuso dauna membrana riflettente. Se la pressione esterna è superiore a quella interna (a sinistra),la membrana s'incurva verso l'interno, creando uno specchio convesso che riflette pocaluce attraverso la fibra. Se la pressione interna prevale su quella esterna (a destra), lamembrana s'incurva verso l'esterno e la sua superficie concava riflette più luce nella fibra.

Le radiografie delle arterie femorali eseguite prima e dopo un intervento di angioplasticalaser e applicazione di catetere a palloncino confermano l'efficacia dei trattamenti. Nellaradiografia a sinistra l'arteria è del tutto ostruita. Dopo l'ablazione dell'ostruzione con illaser, resta solo il 30 per cento dell'occlusione primitiva (al centro). Per eliminare anchequesta si può inserire nell'arteria un catetere a palloncino. Quando il catetere viene ri-mosso, la radiografia dimostra che il vaso è divenuto del tutto pervio (a destra).

ottiche per l'infrarosso di Martin G.Drexhage e Cornelius T. Moynihan in«Le Scienze» n. 245, gennaio 1989). Peril momento le migliori fibre ottiche nel-l'infrarosso sono fibre policristalline co-stituite da alogenuri metallici.

Il primo dispositivo che utilizzava il la-ser e le fibre ottiche in campo medico

fu progettato nel 1973 per arrestare leemorragie delle ulcere peptiche. Questostrumento consisteva in un fibroscopiocon cui osservare il procedimento e inuna fibra ottica separata che trasportaval'energia laser per cauterizzare l'ulcera.Da allora questi dispositivi sono stati im-piegati con successo per intervenire suulcere emorragiche dello stomaco, del-l'intestino e del colon. Una fibra otticaper il trasporto di luce laser è stata im-piegata anche per frantumare i calcolirenali. Le prospettive terapeutiche piùinteressanti per i sistemi a fibre laser ri-guardano tuttavia la cura delle malattiecardiovascolari e dei tumori localizzati.

Molte delle malattie cardiovascolaripiù letali insorgono quando le arterievengono bloccate da depositi di grassicalcificati e fibrosi, le placche ateroscle-rotiche, e da trombi sanguigni. Se queste

ostruzioni arrivano a interrompere la cir-colazione, provocano ictus, infarti e can-crena degli arti. Per curare un pazientele cui arterie coronarie siano ostruite, lospecialista può oggi ricorrere a un meto-do chiamato angioplastica coronaricatransluminale percutanea. Questa tecni-ca fa uso di un catetere con un palloncinoattaccato all'estremità. Se un'arteria èostruita solo in parte, l'estremità del ca-tetere può essere inserita nella regionedove il lume è ridotto. Il palloncino vie-ne gonfiato in modo da comprimere eridurre l'occlusione. Questa tecnica nonva tuttavia applicata quando l'occlusioneè totale e i suoi risultati positivi sono avolte solo temporanei.

Il cardiochirurgo può allora racco-mandare un intervento più radicale, ilbypass coronarico; esso consiste nel pre-levare una vena dalla gamba e nell'inse-rirla nel cuore dopo aver aperto il torace.La vena serve a trasportare il sangue ol-tre l'occlusione arteriosa e, di solito, ri-esce a ripristinare l'irrorazione del cuo-re; tuttavia, si tratta di un procedimentotraumatico che comporta una lunga con-valescenza e spese rilevanti.

La realizzazione di fibre ottiche capacidi trasportare un fascio laser di elevata

potenza ha reso possibili parecchie nuo-ve tecniche per rimuovere le ostruzioniarteriose, tecniche che vanno sotto il no-me di angioplastica laser. Alcune di que-ste tecniche utilizzano una fibra la cuiestremità è coperta da un cappuccio me-tallico. Se la fibra viene inserita nell'ar-teria ostruita e attraverso di essa vienetrasmessa luce laser, il cappuccio metal-lico si scalda, disintegrando l'ostruzione.Questa tecnica richiede un controllo ac-curatissimo, per evitare che il cappuccioriscaldato si attacchi alla parete arteriosao addirittura la perfori. Oggi, per l'an-gioplastica laser, disponiamo di parec-chi, validi strumenti.

Un'alternativa potenzialmente più ef-ficace, ma tecnicamente più complessa èrappresentata da un sistema in cui la lucelaser asporta direttamente la placca. Iprimi sistemi sperimentali di questo tipoutilizzavano un laser ad argo, che emetteluce verde. Questo laser era stato sceltoper la sua affidabilità e perché la sua lucepoteva essere trasmessa in modo effi-ciente dalle tradizionali fibre di quarzo.Gli esperimenti misero tuttavia in evi-denza che la luce verde assorbita provo-cava estesi danni termici ai tessuti circo-stanti e non asportava bene la placca.Questi problemi poterono essere supe-rati usando un fascio laser a impulsiche emetteva nell'ultravioletto o nell'in-frarosso. Di recente Warren S. Grund-fest , James S. Forrester e Frank Lit-vack del Cedars-Sinai Medical Center diLos Angeles hanno collaudato un siste-ma basato su un laser a eccimeri cheemette nell'ultravioletto e su una fibra diquarzo. Il loro sistema è riuscito ad eli-minare le ostruzioni delle arterie coro-narie in parecchi pazienti.

I problemi più seri ancora da risolvereconsistono nel mettere a punto un siste-ma per manovrare il fascio laser dentrol'arteria e nel trovare un modo per di-stinguere i segmenti di arteria sani daquelli malati prima di usare il laser pervaporizzare i tessuti. In futuro vi sarannosistemi «intelligenti», basati sulla fluore-scenza endoscopica, capaci di eseguirequeste operazioni senza il pericolo diperforare i vasi sanguigni.

I miei colleghi dell'Università di TelAviv e io crediamo che, nel prossimofuturo, nuove fibre ottiche capaci di tra-smettere la radiazione infrarossa di unlaser ad anidride carbonica consentiran-no di allestire un sistema più sicuro eaffidabile. Abbiamo collaudato questosistema trapiantando in cavie arterieumane ostruite da placche ateroscleroti-che . Abbiamo poi introdotto nelle arte-rie fibre ottiche che trasportavano la lucedi un laser ad anidride carbonica per eli-minare le ostruzioni.

Allo stato attuale si può prevedere cheentro pochi anni tali strumenti chirurgicisaranno perfezionati e incorporati in undispositivo comprendente fibroscopio esensori. Questo endoscopio laser avràprobabilmente un diametro inferiore adue millimetri e circa metà dello spazio

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Un tumore che ostruisce la trachea (a sinistra) viene trattato conla terapia fotodinamica. Si inietta un colorante che viene assorbitopiù facilmente dai tessuti tumorali che da quelli sani. Una fibra

ottica inserita nel tumore (al centro) trasmette luce laser che mo-difica chimicamente il colorante. Due giorni dopo (a destra), ilcolorante modificato ha distrutto il tumore rendendolo asportabile.

sarà occupato dal fibroscopio. Il dispo-sitivo conterrà anche una fibra ottica perla trasmissione di luce laser ultravioletta,infrarossa o visibile. Sempre nell'endo-scopio saranno alloggiati sensori a fibreottiche aventi lo scopo di misurare lapressione, la temperatura e il flusso delsangue, mentre attraverso un altro cana-le sarà possibile pompare liquidi e gas.

L'endoscopio potrebbe essere intro-dotto nell'arteria coronaria come un ca-tetere ordinario. Lo specialista potrebbecosì agevolmente osservare l'ostruzionee misurare la pressione e il flusso delsangue. Il flusso potrebbe essere arresta-to con un manicotto gonfiabile, mentresoluzione fisiologica trasparente verreb-be iniettata attraverso il canale d'irriga-zione allo scopo di asportare il sangueresiduo. A questo punto attraverso la fi-bra di potenza si potrebbe inviare un fa-scio di luce laser per vaporizzare l'osta-colo. I gas sviluppati dalla vaporizzazio-ne della placca verrebbero eliminati at-traverso il canale d'aspirazione oppuresmaltiti dall'organismo. I sensori a fibraottica, collegati a uno speciale processo-re, seguirebbero le fasi dell'interventosegnalando il surriscaldamento dell'e-stremità della fibra o l'ablazione di unvaso sano. Al termine dell'angioplasticail manicotto gonfiabile verrebbe sgonfia-to e il flusso sanguigno misurato per con-fermare che l'arteria coronaria è statariaperta.

Un'altra applicazione in via di svilup-po è l'impiego delle fibre ottiche

per la diagnosi e la cura di piccoli tumorimaligni. Il metodo diagnostico dell'en-doscopia a fluorescenza ha avuto un no-tevole successo nella diagnosi di tumoripolmonari troppo piccoli per essere in-dividuati dalla tomografia assiale com-puterizzata (TAC) o dalla radiografia to-racica. Si è osservato che se nel pazien-te viene iniettata una sostanza nota co-me derivato dell'ematoporfirina, un co-lorante che emette fluorescenza rossa

quando è colpito da radiazione ultravio-letta, dopo alcuni giorni i tumori mostra-no di aver assorbito molto più colorantedei tessuti sani. Se la regione sospettaviene illuminata con una sorgente ultra-violetta idonea, per esempio una fibra diquarzo accoppiata con un laser al cripto,il tessuto maligno diventa riconoscibilein quanto emette luce rossa. Per rilevar-la, si collega al fascio di visione un filtroche trasmette la luce rossa e blocca laluce ultravioletta assorbita.

Se il tessuto viene colpito da luce ros-sa, anziché ultravioletta, abbastanza in-tensa, i risultati sono profondamente di-versi. Il derivato dell'ematoporfirina as-sorbe fortemente la luce rossa e l'energiaassorbita provoca una serie di reazionifotochimiche che uccidono i tessuti ma-ligni in precedenza saturati con derivatodell'ematoporfirina. Un laser a vaporid'oro può fornire la luce rossa a elevataintensità che viene trasmessa attraversouna fibra di quarzo direttamente all'in-terno del tumore. Questa luce dunquedistrugge selettivamente le cellule can-cerose. Tale terapia fotodinamica è at-tualmente in fase di sperimentazione cli-nica (per approfondire l'argomento siveda l'articolo li laser in oncologia di C.A. Sacchi e P. Spinelli in Progressi nellaricerca sul cancro, Le Scienze, 1989).

Nel prossimo futuro questi sistemidiagnostici e chirurgici potrebbero esse-re abbinati in un unico endoscopio laserper la cura dei tumori. Il dispositivocomprenderebbe un fibroscopio, una fi-bra di quarzo per la trasmissione dellaluce d'eccitazione ultravioletta e un'altrafibra di quarzo per la trasmissione dellaluce rossa per la terapia fotodinamica.L'endoscopio verrebbe introdotto attra-verso un orifizio naturale o attraverso lacute e raggiungerebbe il sospetto tumo-re. La luce laser ultravioletta sarebbetrasmessa attraverso la prima fibra el'immagine fornita dal fibroscopio ver-rebbe osservata attraverso un filtro chelascia passare selettivamente il rosso. Le

neoplasie sarebbero identificate graziealla loro emissione rossa e, attraverso laseconda fibra di quarzo, verrebbe invia-ta luce rossa di intensità elevata per di-struggerle. In caso di tumore di grandidimensioni, la fibra ottica potrebbe es-sere inserita direttamente dentro la neo-formazione. Dopo alcune settimane (odopo alcune applicazioni) il procedi-mento potrebbe essere ripetuto per sin-cerarsi che la crescita del tumore si siaarrestata.

Fbroscopi flessibili, sensori ottici e si-sterni laser aprono un'era di tecniche

mediche pochissimo invasive. Gli endo-scopi laser comprenderanno un fibro-scopio completo di fascio di visione e diguide per l'illuminazione, fibre otticheaccoppiate con sensori diagnostici, unafibra di potenza per erogare la radiazio-ne laser e un canale per iniettare liquidie aspirare liquidi o gas. Lo specialistadisporrà così di uno strumento dotatocontemporaneamente della chiarezza diun televisore ad alta definizione, dellaprecisione di un laboratorio medico, del-l'abilità di un'équipe di chirurghi e di di-mensioni che gli consentono di passareattraverso le più piccole cavità del corpoumano.

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