课件：激光作用.ppt

EMC LAB,激 光,激光,激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”,激光生物学效应,激光的生物学效应，biological effects of laser。激光作用于生物组织后产生热、压力、光化和电磁场等的现象。激光是一种电磁波，具有平行性好、强度高、单色性和相干性好等特点。激光的生物学效应与其波长、强度和生物组织受照射部位对激光的反射、吸收及热传导特性等因素有关。生物组织内的天然色素颗粒，对近紫外、可见光和近红外光谱区的激光有选择吸收作用。,热效应,可见和红外光谱区的长脉冲（脉冲宽为毫秒级）及连续波激光,作用于生物组织时,引起生物物质变化的主要机制是产热。生物组织吸收激光辐射后，温度升高；当组织中温度超过45C，并且持续时间超过1分钟时，就会引起细胞蛋白质变性，使细胞损伤。热效应与曝光范围和持续时间关系密切。,亨利克斯和莫里茨的研究，给出了激光辐照引起组织破坏的时间-温度关系曲线(见图激光辐照引起组织破坏的时间-温度关系曲线)。辐照时间和受照部位温升按指数函数变化。短时、高温和长时、低温都可造成组织破坏。如果曝光持续时间短于 1秒，温度即使升高到70C，组织依然可以耐受。若曝光持续时间超过 10秒，温升只到58C,组织就会破坏。热效应是激光致伤的最重要因素。激光损伤区与正常组织的界缘十分清楚，这是由于激光脉冲时程短，生物组织的导热性差，瞬间放热来不及扩散到受照射部位以外的缘故。辐照后，由于继发变化，如炎症、出血、再生等，会使原初清楚的损伤界缘逐渐变得模糊。,压力效应,普通光的光压是微不足道的，然而聚焦激光束焦点上的能量密度达到 10(兆瓦/厘米时带来的压力约为40克/厘米，这将给生物组织造成相当可观的一次压力作用。聚焦激光束焦点上的能量，在短时间转换成热能,同时伴随有受照射面上物质的蒸发,组织热膨胀和组织液从液相到气相的相变等现象。这些物理变化产生的压力作用，称为二次压力作用。由这种作用产生的冲击波是激光致伤的另一原因。,冲击波在组织中以超声速运动，在组织中产生空穴现象，引起组织破坏。戈尔德曼指出：脉冲时程 50毫微秒的Q开关激光产生的冲击波压力，可大于10(个大气压。实际上，激光热效应影响范围十分局限，而由压力效应引起的组织损伤，则可波及到远离受照区的部位。例如，用红宝石激光照射小鼠头部时，发现头皮轻度损伤，颅骨和大脑硬膜并无损伤，而大脑本身却大面积出血，甚至造成死亡。,光化效应,生物组织具有一定的着色度，能选择性地吸收 3001000纳米光谱。生物体内的色素有黑色素和类黑色素、血红蛋白、胡萝卜素、铁质等，其中黑色素对激光能量的吸收最大。还原血红蛋白在556纳米,氧合血红蛋白在415、542、575纳米处有清楚的吸收带,胡萝卜素吸收带在480纳米处，黑色素和类黑色素在400450 纳米波段吸收最强。无论是正常细胞还是肿瘤细胞，在细胞质和细胞间有许多黑色素颗粒，它们吸收激光能量使能量在色素颗粒上积聚而成为一个热源，其能量向周围传导和扩散，从而引起周围组织细胞损伤。,组织细胞成分对激光的透明度是相对的，如朗兹等证明还原型烟酰胺腺嘌呤核酸 (NAD-)对波长694.3纳米的红宝石激光是透明的，但它能吸收波长为330350纳米的紫外线。当红宝石激光束作用于 NAD的浓溶液时，便出现吸收。生物大分子在可见光谱有宽而强的吸收带，因而强激光辐射与生物物质作用时有一定几率的多光子吸收现象。生物分子吸收光子后可被激发，其能量或者转化为热，或者部分以磷光或荧光的形式再辐射出来，或者把能量用以加速化学反应。,用波长约为 630纳米的激光照射与光敏药物（如血卟啉衍生物-HPD）相结合治疗恶性肿瘤，称为光敏动力学治疗。即给患者注射 HPD，在4896小时期间，癌细胞滞留较多的HPD,这时在肿瘤部位作激光直接照射，可杀伤癌细胞，这种效应称为光敏效应。一般当恶性肿瘤细胞比正常细胞吸收更多量的激光时，就可运用激光照射产生有选择性的破坏。,电磁场效应,聚焦激光束在焦点上的激光功率密度达到10(兆瓦/厘米时,相当于10(伏/厘的电场强度，可在焦点部位上引起组织离化。现在,Q开关脉冲激光器的功率输出远远大于这个数量级。强电磁场与生物分子的直接作用会产生激发、振动、热和自由基等效应，从而引起组织损伤。用电子自旋共振可测得激光束辐照黑色皮肤和黑瘤等组织所产生的自由基。 由于激光的特殊性质，生物学研究和医学应用中已在多方面采用了激光技术。如利用闪光光解和曼光谱研究生物快速反应过程及复杂分子的结构，利用激光刀在外科手术中切剖组织和凝结小血管及神经等。,激光在医学中的应用,激光在医学上的应用主要分三类：激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。,应用于牙科的激光系统依据激光在牙科应用的不同作用，分为几种不同的激光系统。区别激光的重要特征之一是：光的波长，不同波长的激光对组织的作用不同，在可见光及近红外光谱范围的光线，吸光性低，穿透性强，可以穿透到牙体组织较深的部位，例如氩离子激光、二极管激光或Nd：YAG激光(如图1)。而Er：YAG激光和CO，激光的光线穿透性差，仅能穿透牙体组织约001毫米。区别激光的重要特征之二是：激光的强度(即功率)，如在诊断学中应用的二极管激光，其强度仅为几个毫瓦特，它有时也可用在激,光显示器上。 用于治疗的激光，通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用，还取决于激光脉冲的发射方式，以典型的连续脉冲发射方式的激光有：氩离子激光、二极管激光、CO2，激光；以短脉冲方式发射的激光有：Er：YAG激光或许多Nd：YAG激光，短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，这些强度高、吸光性也高的激光，只适用于清除硬组织。,激光在龋齿的诊断方面的应用 1脱矿、浅龋 2隐匿龋 激光在治疗方面的应用 1切割 2充填物的聚合，窝洞处理,激光美容,(1)激光在美容界的用途越来越广泛。激光是通过产生高能量，聚焦精确，具有一定穿透力的单色光，作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，如太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等；而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾,(2)激光手术有传统手术无法比拟的优越性。首先激光手术不需要住院治疗，手术切口小，术中不出血，创伤轻，无瘢痕。例如：眼袋的治疗传统手术法存在着由于剥离范围广、术中出血多，术后愈合慢，易形成瘢痕等缺点，而应用高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋，则以它术中不出血，不需缝合，不影响正常工作，手术部位水肿轻，恢复快，无瘢痕等优点，令传统手术无法比拟。而一些由于出血多而无法进行的内窥镜手术，则可由激光切割代替完成。(注：有一定的适应范围),(3)激光在血管性皮肤病以及色素沉着的治疗中成效卓越。使用脉冲染料激光治疗鲜红斑痣，疗效显著，对周围组织损伤小，几乎不落疤。它的出现，成为鲜红斑痣治疗史上的一次革命，因为鲜红斑痣治疗史上，放射、冷冻、电灼、手术等方法，其瘢痕发生率均高，并常出现色素脱失或沉着。激光治疗血管性皮肤病是利用含氧血红蛋白对一定波长的激光选择性的吸收，而导致血管组织的高度破坏，其具有高度精确性与安全性，不会影响周围邻近组织。因此，激光治疗毛细血管扩张也是疗效显著。,此外，由于可变脉冲激光等相继问世，使得不满意纹身的去除，以及各类色素性皮肤病如太田痣，老年斑等的治疗得到了重大突破。这类激光根据选择性光热效应理论，(即不同波长的激光可选择性地作用于不同颜色的皮肤损害)，利用其强大的瞬间功率，高度集中的辐射能量及色素选择性，极短的脉宽，使激光能量集中作用于色素颗粒、将其直接汽化、击碎，通过淋巴组织排出体外，而不影响周围正常组织，并且以其疗效确切，安全可靠，无瘢痕，痛苦小而深入人心。,(4)激光外科开创了医学美容的新纪元。高能超脉冲CO2激光磨皮换肤术开拓了美容外科的新技术。它利用高能量，极短脉冲的激光，使老化、损伤的皮肤组织瞬间被汽化，不伤及周围组织，治疗过程中几乎不出血，并可精确的控制作用深度。其效果得到国际医学整形美容界充分肯定，被誉为“开创了医学美容新纪元”；此外，更有高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋、打鼾、甚至激光美白牙齿等，以其安全精确的疗效，简便快捷的治疗在医学美容界创造了一个又一个奇迹。激光美容使得医学美容向前迈进了一大步，并且赋予医学美容更新的内涵。,激光是通过产生高能量，聚焦精确，具有一定穿透力的单色光，作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，如太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等；而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾，美白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光外科开辟越来越广阔的领域。,激光是通过产生高能量，聚焦精确，具有一定穿透力的单色光，作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，如太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等；而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾，美白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光外科开辟越来越广阔的领域。,激光在血管性皮肤病的治疗中成效 卓越使用脉冲染料激光治疗鲜红斑痣，疗效显著，对周围组织损伤小，几乎不落疤。它的出现，成为鲜红斑痣治疗史上的一次革命，因为鲜红斑痣治疗史上，放射、冷冻、电灼、手术等方法，其瘢痕发生率均高，并常出现色素脱失或沉着。激光治疗血管性皮肤病是利用含氧血红蛋白对一定波长的激光选择性的吸收，而导致血管组织的高度破坏，其具有高度精确性与安全性，不会影响周围邻近组织。因此，激光治疗毛细血管扩张也是疗效显著。,此外，由于可变脉冲激光等相继问世，使得不满意纹身的去除，以及各类色素性皮肤病如太田痣，老年斑等的治疗得到了重大突破。这类激光根据选择性光热效应理论，(即不同波长的激光可选择性地作用于不同颜色的皮肤损害)，利用其强大的瞬间功率，高度集中的辐射能量及色素选择性，极短的脉宽，使激光能量集中作用于色素颗粒、将其直接汽化、击碎，通过淋巴组织排出体外，而不