激光技术在医学上的应用

激光技术在医学上的应用 摘 要: 本文简要介绍了激光技术在医学上的应用与发展,从激光的技术优势、 研究内容和临床应用等方面进行了具体阐释。激光是物质受激辐射产生的一种 相干光具有单色性好高亮度辐射方向性强等特点。这些特点使激光非常适合于 疾病的诊断监测和高精度定位治疗。 关键词：激光技术；激光医学；临床应用 1引言 1917 年，爱因斯坦发表了辐射的量子理论,文中提出了受激辐射的概 念,奠定了激光的理论基础。1960 年，诞生了世界上第一台激光器,开创了激光 新技术革命,1961 年激光器首次应用于临床,此后激光技术逐步应用于医学各领 域,其发展经历了 60 年代基础研究、70 年代临床研究应用、80 年代激光医学学 科形成和以后的发展几个阶段。1981 年，世界卫生组织将激光医学列为医学的 一门新学科。激光医学是专门用激光技术来研究、诊断和治疗疾病的学科,激光 医学在临床应用范围广,精确性高,副作用小,是临床治疗某些疾病的理想方法, 在医学科学和临床实践中起着越来越重要的作用。 2.激光医学的研究内容 根据激光的特性，以及它与生物组织相互作用过程中的的特异规律，激光 技术在临床医学上可以用于研究、诊断和治疗疾病。 21 研究生命现象和规律 借助激光微束仪把激光束直径聚焦到 051m，用以切割或焊接细胞， 研究生物遗传规律。借助激光拉曼光谱分析技术，研究生物大分子的结构及其 变化。借助于红外吸收光谱仪，通过对唇部的测定，能测定人血液内所存在的 元素。借助于激光多普勒测速技术测量皮肤、肠粘膜、胃粘膜的血流特征，可 瞬时或连续地直接测量任何使光束可到达之处的组织的毛细血管的血流。 22 激光诊断 用于检验和诊断的激光技术主要有，激光荧光光谱术，激光喇曼光谱分析 术，激光全息术，激光散斑分析术，激光多普勒测速术，激光流动式细胞分析 术，激光干涉术，激光透照术和激光偏振技术等等，分别用来测量血液、尿液 2 和人体其他组织的成份、微量元素的含量等，以及识别和分辨细胞是否病变或 癌变。 23 激光治疗 激光治疗的适应症现在已经涉及到临床所有各科。大体可分为激光手术治 疗、激光非手术治疗和激光光敏治疗三类。 231 激光手术治疗 这是用强激光，即用较高功率密度的激光束对病变组织施行凝固、汽化和 切割等各级水平的手术。与传统的解剖刀比，激光刀多不出血或少出血；与传 统的冷刀、超声刀和高频电刀比，激光刀的切割能力强，切口锋利，损伤少； 激光刀还能通过光导纤维进人体内施行手术而不用剖腹等开腔手术，能透过眼 屈光介质对眼底施行手术而不用切开任何部位，这对于任何其他传统手术是做 不到的。 232 激光非手术治疗 这是用弱激光，即较低功率密度的激光，用这种激光照射人体组织不会直 接损伤组织和细胞，用来作理疗照射治疗或光针灸治疗。与传统理疗中的光疗 比，激光的疗效显著地提高，且适应症更广泛得多；与传统毫针比，激光光针 无菌、无痛，不会断针、晕针，却能治疗毫针的所有适应症。 233 激光光敏治疗 在通常情况下，视细胞以外的绝大多数生物细胞不容易被可见光直接引起 光化效应。但是，当人体组织摄入了某些光敏化剂时，敏化剂分子吸收即使是 较低功率的激光能量后，就会发生一系列化学反应，这种反应就叫光敏化反应。 光敏化反应因有无分子氧参加而分成两类。 一类是光敏化反应有分子氧参加，即生物系统被光氧化过程所敏化，这种 有分子氧参加的光敏作用叫光动力作用。这类光敏化反应往往不消耗敏化剂， 敏化剂可被反复不断地使用，直致该处的生物细胞被杀死。目前国内外普遍应 用这一类光动力作用治癌，所用的敏化剂多为血卟琳衍生物，所用的敏化光源 多为波长为 630 毫微米的红色可见光激光。 另一类光敏化反应不需要分子氧参加，此类敏化反应可消耗敏化剂，这一 类较典型的敏化剂如呋喃香豆素。临床上先使病灶处局部摄入呋喃香豆素，再 3 用波长长于 290 毫微米的紫外激光照射，可治疗牛皮癣，也可使白癜风的白色 永久性变暗。但用这类光敏治疗时需控制剂量，并密切注意随访，因为有报导 用补骨脂素光敏化动物实验导致了皮肤癌。 3.激光医学的生物效应 （1）热效应。在激光束照射下，在几毫秒或更短的时间内可使生物组织的 局部温度升高达 200 到 300 摄氏度，而且维持在 40 到 50 摄氏度左右的温度可 持续在 1min 左右，其热效应可使生物组织的蛋白质变性凝固，甚至组织炭化或 气化。 （2）压力效应。因为激光能量密度高，因而会产生很大辐射压力，若激光 聚焦到 0.2mm 以下光点时，其单位面积压力可达 200g/cm2，与此同时，由于热 效应引起的组织热膨胀将导致产生冲击波，因而光压和由冲击波所构成的总压 力，可使产生热效应的生物组织破坏。 （3）光效应。由于激光照射生物组织吸收反射和传热，色系组织（特别是 黑色）对激光有选择性的吸收作用，很少反射和传热，因此引起的破坏作用更 大，实验表明与它互为补色的组织吸收更多，因此引起的破坏更大，利用这一 效应，可在需破坏的组织上先进行组织染色，然后再进行组织照射，即可获得 更佳效果。 （4）电磁场效应。激光是一种电磁波，因此激光产生磁场，激光光功率密 度为 51014w/cm2时产生的电场强度可达 4108v/cm,由此在电磁场强度作用下， 生物组织必然产生电离，使该处的组织细胞受到破坏。激光通过以上几种效应 对生物组织发生作用。 4.激光在临床医学上的应用 41 激光在治疗上的应用 激光在皮肤科主要应用方向有体表赘生物祛除术、色素障碍性皮肤病的治 疗及体表多毛症的治疗。激光辐射组织产生的热量有效地限制在靶组织内,极大 地减少了周围组织的热损伤。同时由于脉宽达到纳秒级,脉冲峰值能量很高,瞬 间爆破色素颗粒,形成较小碎片,被机体吸收而清除出体外。皮肤美容激光系统 种波长激光配合使用,可有效治疗不同深度的各种皮肤色素性疾病,此外也可用 4 于文身色素的清除,血管瘤、蜘蛛瘤和酒糟鼻的治疗。 411 激光在眼科的应用 目前,眼科激光设备已经应用于屈光性角膜切除术、虹膜切除术、巩膜切除 术和眼底组织凝固术等领域。光动力疗法蔡司公司激光系统治疗老年黄斑变性 有显著效果。 准分子激光矫正视力是当前眼科主要的前沿课题之一。准分子激光的原理 是利用被激发的气体,释放出高能量的光子。高能量的激光光能将角膜组织内的 结构键切割分离开来,而又不会产生热效应伤及周围组织,所以能精密准确地产 生光切作用,将角膜组织气化移除,进而改变角膜弧度,除去屈光不正度数。因为 每一发激光能量所气化组织的量与深度是固定的,所以准确又精密,准分子激光 屈光矫正术现已取代传统的放射状角膜切开术。 412 激光在泌尿外科的应用 激光在泌尿外科的应用是一个热门课题,人们对它的研究已有年的历史。目 前,在泌尿系统疾病如结石、前列腺增生、尿道狭窄等手术治疗中,采用激光经 内窥镜导人进行气化切割是一种比较理想的治疗方案。研究表明，激光器是一 种理想的泌尿外科激光器,对周围组织热损伤小。同时,光束可通过石英光纤传 播,配合输尿管镜等器具,将激光能量传送到靶组织,具有手术视野清晰、无需输 血、患者恢复快等优点。 413 低功率激光及其临床应用 目前医学上将输出功率小于的医用激光器都包括在低功率激光器的范畴内。 常用的医用低功率激光器包括半导体激光、激光（扩束）等。其中半导体激光 波长丰富，具有光纤传送效率高、体积小、寿命长、便于携带等优点,是今后低 功率激光的发展方向。 低功率激光照射治疗是一项十分有效的医疗手段,大量的临床实践表明低功 率激光的生物刺激效应,具有促进细胞再生,加速修复功能,改善血液循环,消炎 止痛,减轻水肿,调节机体免疫功能等疗效,为此已将低功率激光用于很多疾病的 理疗与康复。 42 激光在诊断上的应用 激光诊断是利用激光的方向性好、单色性好及极好的时间和空间相干特性。 5 激光光子是能量的载体,也是信息的载体。激光与生物组织相互作用可发生光致 发光作用。激光照射组织产生的反射光、透射光、散射光及荧光等携带组织本 身的信息,通过对这些反射光、透射光、散射光及荧光以及由此产生的干涉、衍 射和偏振等光学现象进行识别、分析和判断,从而获得组织或生物样品的重要诊 断信息。发展激光医学诊断技术是激光侠学的首要任务之一。当前,医学诊断正 向非侵人性、微量化、自动化和快速化方向发展,激光检测与诊断技术为此开辟 了新途径。 例如，利用激光荧光光谱测量技术诊断腔内肿瘤；利用激光多普勒技术检 测单一细胞的流动信息以及微血管内的血流分布激光多普勒效应与电泳技术结 合,研究生物分子的参量。近年来发展的激光诊断技术与计算机相结合,具有自 动、快速获取诊断信息的功能。如激光流式细胞仪可快速测量及分析细胞。 5.结语 激光应用已在医学中形成了激光医学的新领域。基础研究不断深入，新型 激光诊断和治疗仪器不断出现，临床应用不断扩展，激光医疗仪器的产业迅速 发展。但同时，还有许多基础的理论问题和临床应用问题需要进一步研究。可 以预见，只要科研人员和医疗人员合作创新，加大科研经费投入，激光医疗将 会有更大的发展。 6.参考文献 1徐国祥.激光医学M.北京：人民卫生出版社，1998. 2骆清铭.激光与生物组织相互作用理论与医学应用研究D.华中科技大学博 士论文，1993. 3李正佳，朱长虹.激光生物医学工程基础M.武汉：华中科技大学出版社， 2001. 4黄卓正，李峻亨.现代激光医