激光在医学中的应用研究PPT课件

.,1,激光在医学中的应用,.,2,图1生物体中的光衰减特性,1.假设生物体中入射的单色平行光强度为I0。若生物体是均匀的吸收物质（a0为吸收系数，见图8-1），入射深度为X处的光强度I为,在不能忽略散射的条件下，上式可用衰减系数at和散射系数as改写为,1生物体的光学特性,一、激光与生物体的相互作用,2.如图2（a）所示，单一微粒所引起的光散射在所有方向上都存在。但是如图2（b）所示的多重散射时（反复多次散射），光在生物体内扩散，变得近似于各向同性散射。,1生物体的光学特性,图2生物体中散射光的特性,1.1生物体的光学特性,4.由图4可知，在7001500nm范围的红外光谱带上吸收比较少，因此该光谱带称为生物体光谱学之窗。,3.如图3所示为生物体与光的各种相互作用的示意图,图3生物体与光的各种相互作用的示意图,图4软组织上各种物质的吸收系数与波长的关系,5.图5所示的是软组织中各种激光波长的光穿透长度的大致数量。光穿透长度在近红外附近较大，在3m以上的红外域或300nm以下的紫外域中较小。组织的种类不同，光穿透长度对波长的依赖性也变化。,1.1生物体的光学特性,图5软组织中各种激光的穿透深度,1.2激光对生物体的作用,好处:各种不同波长的低功率密度的激光照射生物体时，对生物体的刺激作用和提高非特异性免疫功能，可使局部血管扩张，血液循环改变，改善组织的缺氧状态并减轻慢性炎症反应促使炎症吸收好转,1.3激光对生物体的作用,2.1激光临床治疗的种类与现状,二、激光在临床治疗中的作用,临床上激光的用途不外乎切割、分离；汽化、融解；烧灼、止血；凝固、封闭；压电碎石；局部照射等，这些治疗种类就是利用激光对生物体的光热作用、压电作用和光化学作用。,压电作用,光化学作用,压电体外碎石等,局部照射切割组织、眼科手术中凝固等,光热作用,.高功率输出的二氧化碳激光，光点具有200以上的高温和一定的压强，不但能熔融而且具有极强的穿透破坏作用。可极其精确切除细小组织。,激光经过聚焦后会产生极大的功率密度，是一种很好的烧灼工具。,激光止血方法比目前所应用的电烙法快60倍，失血量大大减少。,激光是非常可靠的黏着工具，眼科利用激光凝结视网膜剥离症和眼内封闭止血已经有几十年的历史。,2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用,1.激光治疗是适当地调整照射条件,在不损坏正常组织的情况下,有选择地破坏病变组织的治疗方法。痔的种类和部位（深度）不同时，激光照射条件也大不一样，因此治疗前准确地进行诊断是很重要的问题。图6所示为皮肤组织。,图8-6皮肤的断面构造示意图,2.3激光在眼科中的应用,1.眼底治疗图7所示的是眼构造，图8中所示的是眼睛对光的聚光特性。,图7眼的构造,图8眼睛中光的聚光特性示意图,2.3激光在眼科中的应用,2.近视治疗中的应用治疗近视是利用烧蚀对角膜表面进行精密加工，控制折光率（矫正）的过程。图9所示为采用激光角膜手术的示意图。,图9激光角膜手术的示意图,目前近视矫正有对角膜表面进行二维切削手术使其曲率半径增大（作成平坦的）的PRK方法和将角膜表面放射状切开的RK方法两种。但目前以副作用小的PRK方法为主流。光源一般采用能得到高质量烧蚀表面的193nmArF准分子激光器。,1.利用近红外光谱的代谢功能测量,3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断,如图13所示，血红蛋白被氧化的状态(oxy-Hb)与脱氧化的状态(deoxy-Hb)的吸收光谱具有微妙差别。在600800nm范围氧化血红蛋白的吸收小而呈鲜红色，而在800nm以上脱氧化血红蛋白的吸收小，从测量它们各自吸收率的不同可以知道组织的氧化程度。,图13血红蛋白的吸收光谱,三、激光在生物体检测及诊断中的应用,2.利用荧光光谱确定病变部位,在生物体组织上照射激光时病变部位显示特有的荧光，根据此荧光就能确定病变部位。采用NPe6做光敏感性物质。如图14所示，利用符合它的吸收带范围的光来激励，则发出在662nm处出现峰值的荧光（磷酸溶液中）。,图14光敏感性物质NPe6（mono-L-aspartylchlorine6）的吸收光谱与荧光光谱,1.光学计算机断层术即光学CT,3.2激光断层摄影,（1）直线传播光的透射光强非常小，因此问题在于如何将这样的信号选择出来进行高灵敏的检测。目前最有效的方法是光外差探测方法。,（2）所谓的外差探测法，一般是对两个不同频率的光波（信号波与参考波）进行混合后检测拍频信号的方法。将激光束分为参考光与入射到生物体试样的信号光。给予参考光一定的频移后与信号光混合，多次散射得到的光与参考光偏振方向不一致，不会产生拍频信号，因此检测出的拍频信号是直线传播光与参考光干涉的结果。利用外差法的光学CT检测的实验装置如图,1.激光共焦显微镜,3.3激光显微镜,（1）图8-19所示为激光共焦显微镜（laserconfocalmicroscope）的原理图。从点光源（激光）发出的光经过透镜聚光后照射到试样内的观察点上，此时在试样内形成照射光的斑点，利用物镜通过空间滤波器使这些斑点在检测器上成像。,（2）以上用透射型模型说明了其原理，但实际上采用如图8-20所示的反射型结构。,图8-20反射型激光共焦显微镜的原理图,图8-19激光共焦显微镜的原理图,2.近场光学显微镜,图21所示的是近场光学显微镜与通常的显微镜的示意图。两者基本结构相似，但近场光学显微镜在离试样表面很近处存在探头，该探头起着实现超分辨率的关键作用。,图21近场光学显微镜（a）与通常光学显微镜（b）的示意图,1.固体激光器,四、医用激光设备,固体激光器所使用的是晶体和非晶体类型的工作物质，大体上可分为氟化物、盐类和氧化物三大类。临床上常用的是红宝石激光器和掺钕钇铝石榴石激光器（Nd：YAG），可用作手术刀和照射治疗等方面。,2.气体激光器,(1)惰性原子气体激光器,（3）离子气体激光器,(2)分子气体激光器,3.半导体激光器,半导体激光器的工作物质是半导体，作为半导体激光的材料有几十种，医学上常用的是砷化镓、铝砷化镓等。,液体激光器主要是指有机液体激光器，常用的是染料激光，输出波长连续可调（通过变换工作物质的成分、浓度等方法）、工作物质多（已有一百多种染料中得到受激发射），而且可以得到连续或者高重复频率的振荡，所以用途相当广泛。,4.液体激光器,1.光纤（实心光纤）,4.2医用激光传播用光纤,（1）医用激光的光束直径通常是数十至数百微米，因此一般采用多模光纤。激光以很小的光束直径聚光时，功率密度过高会引起光纤材料的损伤。由于这种限制，常常不能使用细光纤。,（2）实用上，目前最广泛使用的是石英玻璃光纤，如图22所示1m附近损失最低，适合用于Nd：YAG激光器等的近红外激光的传播。,图22石英玻璃光纤的损失光谱,五、激光应用于医学的未来,5.1医用激光新技术（1）目前最新的进展是间质激光凝固法和间质的光动力学治疗。间质激光凝固法能够用于实质性器官内病损的治疗，治疗方法有效而且手术后并发症少，激光手术发展前景看好。（2）激光冷却装置在皮肤科应用广泛。可将皮肤的热损伤减小到最小，并且降低治疗的疼痛！（3）光动力学治疗和激光焊接技术在实验室研究已进入实质性阶段，相信将在不久的将来能走向临床治疗！,5.2光动力学治疗（PDT）的前景,（1）光动力学疗法作为一微创疗法，主要用于治疗癌前病变、早期癌或不能手术的癌肿。（2）在欧美以及日本等一些发达国家，PDT已经陆续被批准应用于临床治疗。（3）这一涉及相关药物、设备制造业和医疗服务业的新的肿瘤治疗方法，将为我国在这一领域里开展光敏药物研究、医学基础研究与临床应用研究提供了广阔的探索空间，而且有很大的学术上意义和社会效益，其将会产生的经济价值也相当可观。,.,23,人有了知