光电技术临床应用基础课件

1、光电技术临床应用基础光电技术临床应用基础光电技术临床应用基础 1690年荷兰惠更斯在光论：光波动说牛顿：微粒说1864年麦克斯韦确认：光是电磁波1905年爱因斯坦：光量子；光量子能量表达式1920年代法国德布罗意创立物质波动学： 光具有波动性和微粒性 光的本质2020/11/142光电技术临床应用基础光电技术临床应用基础光电技术临床应用基础 1690年荷兰惠更斯在光论：光波动说牛顿：微粒说1864年麦克斯韦确认：光是电磁波1905年爱因斯坦：光量子；光量子能量表达式1920年代法国德布罗意创立物质波动学： 光具有波动性和微粒性 光的本质2020/11/142 1690年荷兰惠更斯在光论：光波动

2、说光的本质2光的本质光的本质是电磁辐射，具有波粒二象性2020/11/143光的本质光的本质是电磁辐射，具有波粒二象性2020/11/电磁辐射波普2020/11/144电磁辐射波普2020/11/144激光是怎么回事？1916年爱因斯坦：受激辐射理论20世纪40年代末，量子电子学诞生1951年珀塞尔和庞德实验成功：粒子数反转古尔德在1957年提出：“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)这个词 1960年美国物理学家梅曼在迈阿密的研究实验室里造出了“红宝石激光器”1960年长春光机所成功造出了中国第一台激光器 2020/11/145激光是怎么回事？1916年爱因斯坦：受激辐射理论2020/

3、1 激光器的构造图 2020/11/146 激光器的构造图 2020/11/146激光的基本特性高方向性：发散角小，气体固体半导体高单色性：最好的是单纵模稳频气体激光器高相干性：通过受激辐射产生的每个光子的运动状态都相同；时间相干性和空间相干性高亮度：调Q固体气体 2020/11/147激光的基本特性高方向性：发散角小，气体固体半导体2020 激光的生物效应 一、热效应： 光子能量转变成热能，表现为温度对生物组织的影响，促进代谢率、影响血液循环。 生物组织的各级热反应水平： 1、温热感觉：温度38-40，相当热敷，不会热损伤。 2、热致红斑：温度43-44，数秒出现红斑，数分钟有渗出物。 3、

4、热致水泡：温度47-48，数秒有渗出物，表皮与真皮分离。 4、热致凝固：温度60-100，10S细胞凝固坏死，治疗血管瘤。 5、热致汽化：温度略高于100，可使组织液沸腾。 6、热致炭化：温度300-400，组织立刻发生干性坏死，炭化。2020/11/148 激光的生物效应 一、热效应：2020/11/148激光的生物效应二、弱激光生物效应： 弱激光：激光照射不直接引起生物组织发生不可逆损伤。具有生物刺激作用，生物效应直接产生于辐射而不是热效应。可产生多种良性生物学效应。其特点： 1、兴奋或抑制：能量密度小表现为兴奋，反之，抑制。 2、累积作用：小剂量有累积，最终效应依赖激光总能量。 3、抛物

5、线效应：照射次数有阈值，效应不随次数增加无限增大。刺激作用一般从第三次开始逐渐增强，到10-17次时达到最强，以后逐渐减弱，并可突变为抑制作用。 对免疫功能、血液循环、组织代谢、神经刺激等作用 2020/11/149激光的生物效应二、弱激光生物效应：2020/11/149激光的生物效应三、光动力作用： 光动力疗法：在光敏剂的参与下，经过光激发使得有机体、细胞或生物分子发生功能及形态变化，从而使之受伤或坏死的一种作用。必须有氧的参与，故又称为光敏氧化作用。 光动力作用的三要素：光敏剂、光源、氧气。 光动力作用四种效应： 1、细胞性损伤：直接作用于亚细胞结构。 2、血管性损伤： 3、调节免疫功能：

6、 4、诱发肿瘤细胞凋亡：2020/11/1410激光的生物效应三、光动力作用：2020/11/1410选择性光热作用原理 1983年Anderson和Parish在Science发表选择性光热作用理论： 不同的色素对不同波长的激光具有不同的吸收率， 不同波长激光在皮肤组织中的穿透性不同， 靶色基与周边正常组织对治疗激光的吸收率存在明显差异。2020/11/1411选择性光热作用原理 1983年Anderson和P热弛豫时间（thermal relax time) 使用脉冲激光对皮肤色素性病变进行照射时，激光的脉宽必须短于靶色基的热弛豫时间，方能使靶色基在吸收光能量后受到破坏，并同时最大限度地保

7、护周边正常组织。 热弛豫时间：靶色素在被激光照射后，温升释放一半所需要的时间。 如果温度散失50%的时间短于该靶组织的热弛豫时间，能量主要局限在靶组织内部，靶组织被快速加热与破坏。 如果温度散失50%的时间长于该靶组织的热弛豫时间，则该靶组织结构就将成为热能转换物，使热能大量向周边组织扩散，最终造成周围组织的损伤。 2020/11/1412热弛豫时间（thermal relax time) 扩展的选择性光热作用 在脱毛和治疗血管病变时，脉宽要适度延长，使激光作用时间长于色基（毛囊或血红蛋白）的热弛豫时间，使色基在选择性光热作用的基础上成为热能转换物，将热量转递到周边组织，造成热损伤而取得疗效。

8、 热损伤时间：导致整个靶组织包括色基和周围的靶组织冷却63%的时间。2020/11/1413扩展的选择性光热作用 在脱毛和治疗血管病变时，脉组织对光的反应和激光剂量与参数 一、波长： 光入射到组织可以发生反射、折射、散射、吸收和透射，不同的组织对不同的波长光的反应均不一样，其中波长是最重要的因素。在临床应用时，首要问题是对激光波长的选择，亦即对治疗工具的选择，选择了波长以后，才是对激光参数的选择。波长对，全对；波长错，全错。 光在组织浅层被吸收愈多，透射到组织深层就愈少，反之则愈多。组织对光的吸收主要由水和色素两个因素决定。 1、水：皮肤含水量约60-80%，是影响光吸收的最重要的因素。嫩肤

9、时需要水吸收少的波长，IPL的波段水吸收少。1064nm、 532nm水吸收少，甚至不吸收。因为水吸收最大，铒激光的穿 透性最差，组织损伤也小。吸收少，则穿透深。 Er:YAG（2940nm）CO2 (10600nm)Nd:YAG（1064nm ）2020/11/1414组织对光的反应和激光剂量与参数 一、波长：2020/11/1组织对光的反应和激光剂量与参数 2、黑色素： 是皮肤基本色素，在250-1200nm的波长范围内波长越短，黑色素吸收越多。1400nm后，黑色素吸收就可以忽略不计了。 KTP(532nm)RubyAlex（755nm)LDNG:YAG(1064nm) 755黑素吸收多

10、，IPL不能用于黄褐斑，对于黄种人雀斑IPL不是一个好工具，但是白种人可一次性去掉雀斑。 3、血红蛋白： 是血管内的主要色素，在250-1200nm范围内有几个主要吸收峰：280nm、420nm、542nm、577nm。自577nm后，从600nm处吸收峰陡降，至690nm达到最低点，然后又小幅回升。 Dye(585nm)KTP(532nmn)Nd:YAG(1064nm)LD 表层的红血丝则需要用光吸收多的波长，但深层血管瘤则需要穿透性好的。2020/11/1415组织对光的反应和激光剂量与参数 2、黑色素：2020/1组织对光的反应和激光剂量与参数二、脉宽： 即光照射时间，组织吸收光后热反应

11、时间。 临床意义：靶组织加热的时间和范围。 选择脉宽的原则： 1、需要多长用多长（效果）。 2、允许多长用多长（安全）。 1s定律：光作用于靶组织必须超过1微秒（s）才能产生热传导、热效应和热损伤，低于1s可以忽略不计。 2020/11/1416组织对光的反应和激光剂量与参数二、脉宽：2020/11/14组织对光的反应和激光剂量与参数三、脉冲个数： 对子脉宽不足的补充，治疗量不够时通过调整脉冲次数，使靶组织持续升温而达到治疗效果。 子脉宽+子脉宽+=总脉宽=加热时间（治疗时间）四、间隙时间（延迟时间）： 两个脉冲之间的间隙时间，目的是使靶组织散热以保护非靶组织受到热损伤。2020/11/141

12、7组织对光的反应和激光剂量与参数三、脉冲个数：2020/11/组织对光的反应和激光剂量与参数五、能量密度： 光计量公式： J/cm=W/cmTcos J/cm: 能量密度 W/cm：强度 T： 总脉宽 ：光照射的角度，与皮肤成90时，cos 90=12020/11/1418组织对光的反应和激光剂量与参数五、能量密度：2020/11/强脉冲光（intense pulsed light，IPL） 波长范围在500-1200nm之间的多波长非相干性、以脉冲方式发射的光。在本质上属于普通光，由可见光和红外线组成。 不同的病理组织通过选择性吸收不同波段的强脉冲光产生热效应，达到治疗目的。 在治疗血管性病

13、变、色素性病变、多毛症、痤疮、瘢痕以及除皱、嫩肤等方面得到了广泛应用。2020/11/1419强脉冲光（intense pulsed light，IPL）强脉冲光（IPL）产生原理： 由高强度的光源经过聚焦和初步滤光形成一束强光，再在其前面放置一种特制的滤光片（滤光晶体），将低于某种波长的光滤掉，最后得到所需要的特殊波段的适合治疗用的强光。2020/11/1420强脉冲光（IPL）产生原理： 由高强度的光源经过射频（ radiofrequency, RF ） 指高频交流变化电磁波的简称。 每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流； 医学上把频率在0.5-8MH

14、z的交流高频电磁波称为射频。 1868年首次将射频技术用于人体活组织； 1980年代用于人体深部器官手术治疗； 1999年美国FDA批准射频技术用于美容治疗； 2002年Thermage公司的Thermacool射频技术，获 FDA批准用于皮肤美容领域。 2020/11/1421射频（ radiofrequency, RF ） 射频的作用原理： 人体组织是一个导电体，当射频电流经过人体组织时，组织对射频电波的阻力使组织内的水分子瞬间出现快速振荡，产生热能作用于靶组织，从而达到治疗目的。 目前医用射频常采用200-750kHz，射频电能几乎全部集中在电极头的附近，治疗深度是表浅的，但由于热传导作

15、用，电极头附近的高热量可传导到组织深层。温度的高低取决于输出功率和时间。2020/11/1422射频的作用原理： 人体组织是一个导电体，当射频射频的生物效应：生物热效应原理： 1、血管扩张、血循环加快、毛细血管和细胞膜通透性增加。 2、细胞内酶活性提高，新陈代谢加速。 3、增强免疫功能，抑制和杀灭病原微生物。 4、降低感觉神经的兴奋性。 5、降低肌肉和纤维结缔组织的张力，软化瘢痕组织。2020/11/1423射频的生物效应：生物热效应原理：2020/11/1423皮肤美容射频： 诱发皮下组织变性，纤维蛋白受热收缩。 单极无创射频： 射频电流在治疗头与负极板之间流动，治疗头面积较大。 双极无创射频： 射频电流在同一水平的两个治疗头之间流动，电流经过的深度比单极射频的浅，受两个电极之间距离的制约。 在治疗头与皮肤接触面增加冷却装置，有助于提高剂量参数，增大真皮层电流强度与受热程度，加大组织效应，减少皮面损伤。2020/11/1424皮肤美容射