کیوسوئیچ یک مکانیزم کنترل کیفیت نوری (Quality Switching) در سامانههای لیزری است که هدف آن ذخیرهسازی انرژی در کاویتۀ لیزر و رهاسازی ناگهانی آن در قالب پالسهای فوقکوتاه و بسیار پرانرژی است. در حالت عادی، لیزر انرژی را بهصورت پیوسته یا پالسهای معمولی آزاد میکند، اما در فناوری Q-Switch، مسیر نوری یا «Q-factor» کاویتۀ لیزر برای مدت کوتاهی مسدود یا تضعیف میشود تا انرژی در محیط فعال جمع شود. زمانی که محدودیت مسیر برداشته میشود، کل انرژی ذخیرهشده در بازهای بین نانوثانیه تا پیکوثانیه آزاد میشود و همین ویژگی، لیزر کیوسوئیچ را از تمام فناوریهای لیزری دیگر متمایز میکند. این پالسهای فوقالعاده قوی قادرند ساختارهای رنگدانهای، تتوهای جوهری و ذرات ملانین را بدون ایجاد افزایش حرارتی قابلتوجه در بافت اطراف، در ابعاد میکرونی خرد کنند.
از نظر فیزیک لیزر، عملکرد Q-Switch بر پایهٔ افزایش لحظهای بهره (Gain) و کاهش ضررهای نوری کاویتۀ لیزر است. در این حالت، کاویتۀ لیزر در یک شرایط «Q – پایین» نگه داشته میشود که مانع از شروع لیزینگ میشود. با انتقال ناگهانی به «Q – بالا»، انرژی ذخیرهشده فوراً تخلیه میشود. این تغییر ناگهانی Q باعث شکلگیری پالسهایی با توان قلهای بسیار بالا (High Peak Power) اما زمان بسیار کوتاه میشود که برای تخریب فوتومکانیکی بافتها ایدهآل است. درواقع، برهمکنش این لیزر با بافت بیشتر مبتنی بر اثر Photoacoustic است تا گرمایش، و همین علت اصلی انتخاب آن برای درمانهای pigment-targeting است.
تکنولوژی و اجزای اصلی سیستم Q-Switch
در فناوری کیوسوئیچ، قلب سیستم بخشی است که اجازه میدهد Q-factor کاویتۀ لیزر بهصورت کنترلشده تغییر کند. این بخش ممکن است الکترواپتیکی، آکوستواپتیکی یا مکانیکی باشد. در نوع الکترواپتیکی، معمولاً از کریستالهای Pockels یا Kerr استفاده میشود که با اعمال ولتاژ، خاصیت اپتیکی آنها تغییر کرده و نور را عبور یا بازتاب میدهند. این سیستمها سرعت بسیار بالایی دارند و میتوانند پالسهای نانوثانیهای دقیق تولید کنند. در نوع آکوستواپتیکی از مدولاتورهای AO استفاده میشود که با ایجاد موج صوتی در کریستال، شکست نور را تغییر داده و اجازه ذخیرهسازی انرژی در کاویتۀ لیزر را میدهند.
نکتهٔ مهم این است که فناوری Q-Switch مستقل از نوع محیط فعال لیزر است و میتواند روی Nd:YAG، الکساندرایت یا حتی روبی استفاده شود. بیشتر دستگاههای پاککردن تاتو از Nd:YAG Q-Switch با طول موجهای 1064nm و 532nm استفاده میکنند که به ترتیب برای رنگهای تیره و روشن مؤثرند. وجود کاویتۀ مقاوم، کریستالهای باکیفیت و سیستم پرانرژی پمپکننده نقش کلیدی در ایجاد پالسهای بسیار قوی دارد. بهطور معمول، انرژی هر پالس بین 100 تا 1500 میلیژول متغیر است و فرکانس تکرار آن در محدوده 1–10Hz قرار میگیرد.
چرا پالسهای کیوسوئیچ اینقدر مؤثر هستند؟
پالسهای فوقکوتاه Q-Switch قادرند انرژی زیادی را در زمانی بسیار کوتاه آزاد کنند، بنابراین توان قلهای آنها چندین برابر لیزرهای معمولی است. زمان بسیار کوتاه پالس باعث میشود که انرژی فرصت تبدیل شدن به حرارت و انتشار به بافت اطراف را نداشته باشد. به همین دلیل، اثر اصلی این پالسها فوتومکانیکی است؛ یعنی ذرات رنگدانه را با یک موج ضربهای خرد میکند نه با حرارت. همین ویژگی موجب میشود درمان با این لیزرها نسبتاً ایمن باشد و فقط ساختارهای هدف مورد تخریب قرار گیرند.
در حوزه زیبایی و پزشکی، این ویژگی به پزشکان اجازه میدهد بدون واردکردن آسیب حرارتی، تتوهای تیره، لکهای مقاوم و حتی خالهای رنگدانهای را تا حد بالایی از بین ببرند. علاوه بر این، استفاده از پالسهای با انرژی بالا اما مدت کوتاه، احتمال سوختگی اپیدرم را کم میکند و نیاز به دوره نقاهت را کاهش میدهد.
انواع کیوسوئیچ از نظر ساختار و عملکرد
سیستمهای Q-Switch بهطور کلی به سه دسته تقسیم میشوند: مکانیکی، آکوستواپتیکی و الکترواپتیکی. کیوسوئیچهای مکانیکی قدیمیتر بوده و با اجزایی مانند دیافراگمهای متحرک یا آینههای گردان کار میکردند، اما امروزه استفاده از آنها محدود شده است. سیستمهای آکوستواپتیکی از یک کریستال شفاف استفاده میکنند که با اعمال موج صوتی، ضریب شکست آن تغییر میکند و با ایجاد پراکندگی نوری، خروجی لیزر کنترل میشود. این نوعها پایدارتر و سریعتر از نوع مکانیکی هستند.
اما پیشرفتهترین نوع، کیوسوئیچهای الکترواپتیکی هستند که بر پایهٔ اثرهای Pockels یا Kerr عمل میکنند. در این فناوری، با تغییر لحظهای قطبش نور درون کاویتۀ لیزر، Q-factor سیستم کنترل میشود. این روش امکان تولید پالسهایی با توان قلهای فوقالعاده بالا و تکرارپذیری زیاد را فراهم میکند و استاندارد طلایی دستگاههای پزشکی و صنعتی به شمار میرود.
کاربردهای بالینی کیوسوئیچ
در حوزه درمانهای پوستی، Q-Switch به دلیل ویژگیهای فوتومکانیکی خود یکی از اصلیترین ابزارهای پاککردن رنگدانهها محسوب میشود. انرژی متمرکز لیزر باعث تجزیهٔ انتخابی رنگدانههای تاتو، ملانینهای غیرطبیعی و ضایعات پیگمنت میشود. سپس این ذرات خردشده توسط ماکروفاژها و سیستم لنفاوی دفع میشوند. این مکانیسم بیولوژیکی باعث میشود نتیجه درمان در چند هفته بعد از هر جلسه نمایان شود.
علاوه بر پاککردن تاتو، این فناوری در درمانهایی نظیر ککومک، لکهای عمقی، خالهای اپیدرمال، درمان ملاسما (بهصورت کنترلشده) و لیزر کربنی (Carbon Peel) نیز کاربرد دارد. در روش لیزر کربنی، یک لایه نانوکربن روی پوست اعمال میشود و سپس با پالسهای Q-Switch، هم ذرات کربنی و هم لایه سطحی پوست بهطور انتخابی تبخیر یا شکسته میشوند و نتیجه آن روشنتر شدن پوست، جمعشدن منافذ و بهبود بافت پوست است.
ویژگیها و مزایای فناوری کیوسوئیچ
- توان قلهای بسیار بالا با تخلیه انرژی در نانوثانیه
- ایجاد اثر فوتواکوستیک بهجای اثر حرارتی
- مناسب برای انواع ضایعات رنگدانهای
- توانایی هدفگیری انتخابی بدون تخریب بافت اطراف
