激光医学基础

激光医学在皮肤科的应用光与激光基础物理光与激光束都是磁的辐射形式，它们涉及从伽马射线到无线电波。光在空间的传播可通过波动理论或粒子理论来描述的波长。光的性质TheWaveTheory频率(uor¦)µ(Hz)无波长1波长——纳米nm或微米短波长高频率长波长低频率每个光子都携带了一个“量子”能量的（E）:E=hu

(h–普郎克常数)

短波长

高频率

高能光子长波

低频率

低能光子

粒子理论光粒子——“光子”电磁光谱x-rayscosmicraysMicrowavesTVandradiowavesUVVISIBLEINFRARED400nm700nm常见光源热灯丝或煤气燃烧宽带光谱（白色是所有颜色的混合）向各方向散发或许是连续的或脉冲的（“闪光灯”）有限聚焦性能

Light

AmplificationbytheStimulated

EmissionofRadiation基础于以下原理:激光源激光发射原理自发辐射：在一个体系中，热平衡时低能级的粒子数总比高能级的粒子数目多。高能级的粒子总是向低能级跃迁而趋于稳定，多余能量转变为光子向外辐射。受激吸收：低能级的粒子如吸收外来光子的能量可激发到高能级上去。受激辐射：受激吸收后，高能级粒子向低能级跃迁同时，发射一个与外来光相同的光子。产生激光的条件：受激辐射＞受激吸收。

受激辐射光放大h'1光子受激发的原子h'h'2个光子激光器基本工作原理激光器的基本结构：

工作物质、激励能源和光学谐振腔。

激光器的基本工作原理：启动泵浦源粒子数反转辐射几率＞吸收几率光学谐振腔定向、单色辐射场不断加强受激辐射场激光

激光示意图激光介质泵浦能量后反射镜R~100%前反射镜R~90%激光束激光的特性单色性好

用于精确测量物体的长度。相干性好a.时间相干性；b.空间相干性。用于全息照相、激光衍射仪。方向性好

用于定位、导向、测距等。医学上用作普通手术刀和微手术刀（直接对DNA等生物大分子进行切割或对接）。亮度高

能量在空间和时间上高度集中。激光武器；激光切割金属；炭化和气化组织。激光脉冲类型C.W.连续

(CO2,Nd:YAG,Diode)

电脉冲

(CO2,Nd:Yag,Diode)

自由输出

(Ruby,Er,Ho,Alex)Q开关

(Ruby,Nd:YAG)脉冲宽度连续波10微秒-1秒0.25-2毫秒5-40纳秒激光束强度功率表示连续光束——瓦特（功率单位）指示一秒钟传输的总能量，典型范围为mW至

100W（瓦）电脉冲光——相同，对于小于毫秒级脉冲光可以是毫焦耳级的能量。自由输出及Q开关——焦耳（能量单位）指单脉冲总的能量。以瓦特表示的能量等于每次脉冲（用焦耳表示）乘以频率（赫兹）

激光计量及有关参数1.能量（E）

概念：脉冲输出的激光器，其每一脉冲所具有的做功能力。单位：焦耳（J）

相关参数：

脉冲幅度--脉冲可有多种形状，脉冲所能达到的最大值脉冲宽度--脉冲的持续时间脉冲频率--周期性重复的脉冲每秒出现的个数脉冲周期--频率的倒数峰值功率--脉冲能量与脉冲宽度之比平均功率--脉冲能量与脉冲频率的乘积激光计量及有关参数2.功率（P）

概念：连续输出的激光器在单位时间内所做的功。它表征激光器在每秒（S）内输出的能量。从光子水平上看，功率代表单位时间内通过的光子数。

单位：瓦（W）或毫瓦（mW）

W=J/s

mW=mJ/s

激光计量及有关参数3.光斑面积（A）

概念：通常指激光束落在受照组织表面的光斑的面积。单位：平方厘米（m2）测量方法：

可见激光直接测量不可见激光用特殊的转换材料，显示其光斑大小高斯光斑取强度为幅值1/e2的两点间距离定义为光斑的直径激光计量及有关参数4.照射时间（T）

概念：激光束照射于组织表面所持续的时间。单位：秒（S）相关参数：功率密度（P/A）---即幅照度，这是表示激光光强度的重要参数，表征单位面积受照组织所接受的光功率。从光子水平看，功率密度代表单位时间内通过单位面积的光子数。

单位：瓦/平方厘米(W/cm2)

激光计量及有关参数5.激光计量（D）

概念：幅照到组织上能量密度的多少。

单位：焦耳/平方厘米（J/cm2）以

连续激光垂直照射，则：D=P/A·T

以

单位脉冲激光垂直照射，则：D=E/A

如果激光束并非垂直而是以入射角θ照射组织，则：

D=P/A·T·cosθ

D=E/As·cosθ

上式表明，入射角θ越大，生物体所接受的激光剂量越小。由此可见，我们在用激光做治疗时，在一般情况下应尽量使光束与组织表面垂直。临床用激光做穴位照射或其他非损伤性照射治疗时，调节激光射剂量的最简便的方法是改变激光的照射时间。激光

/光组织影响反射散射传输吸收组织内部光的吸收波长（微米）)1.00.21020100,00010,0001,000100101.00.10.010.0010.0001水黑色素血色素氧合血红素吸收系数(每厘米)CO2铒:YAG3.0白色肤的光学穿透

(50%吸收深度单位mm)(nm)53258569475510602100294010,600穿透600120013001600800－20180激光倍频YAG脉冲染料红宝石翠绿宝石Nd:YAG钬铒CO2吸收体黑色素,血液血液,黑色素黑色素黑色素黑色素,血液水水水组织吸收的热量烟100OC及隐含热量汽化碳化皱纹90O-100OC空泡化白/灰65O-90OC组织变性漂白60O-70OC凝结(坏死)开端无50O-60OC温度视觉变化生物学变化热

皮肤组织各级水平热致作用表

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

热致水平热致温度持续时间临床表现────热敷38～40℃长时间温热感觉热致红斑43～44℃长时间微血管充血扩张见红斑反应热致水疱47～48℃数秒炎性渗出物潴留皮内,表真皮分离热致凝固55～60℃约10秒受照处皮肤组织凝固坏死热致沸腾100℃以上数秒皮肤组织中的组织液沸腾热致炭化300～400℃瞬间可见呈棕黑色干性坏死组织,

伴有水蒸气白烟热致燃烧530℃以上瞬间可见火光,伴有水蒸气白烟热致汽化5730℃瞬间皮肤由固体立即变成气体,并以极高的速度射出,留下一个凹陷,

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━热量释放时间()t该时间表示通过热传导从一个结构扩散至周围结构消耗热量所需的时间。当脉冲宽度小，热损伤将被限制于目标上。当脉冲宽度大于，热量将被从目标上传导到周围结构。tttP<

tP>

“选择性光热作用”工作模式靶组织对激光的吸收系数应大于正常组织脉冲延迟时间小于靶组织热驰豫（即温度降至一半）时间激光能量足够大激光的生物效应

激光照射于生物组织时，因其波长、强度、工作方式、曝光时间等参数的不同，可以表现出不同的生物学作用，就生物组织而言，则因其光学特性和热学特性不一，在不同参数的激光作用下可以产生不同的生物效应，包括：光热效应－－组织吸收光以后，光能转化为热能，使局部温度升高。应用:在手术治疗及非手术治疗上。光化学效应－－当光子给予生物大分子的能量，大于断开其弱键所需的能量时,就会发生化学反应.光热效应光子能量E=hC/λ(h:普朗克常数;C:光速;λ:光波长

)

产热机制：长波长光子---直接生热短波长光子---激发态电子以无辐射跃迁返回低能态时,所释放的能量使周围分子增加热运动,以及激发态电子并非直接返回基态,而是在众多复杂的能量差不大的能级之间分次逐级向下弛豫,每次只能释放较低的能量,而使周围的分子增加热运动.激光在手术方面的应用

根据激光功率密度的不同:1.切割术—组织中水汽化导致的体积扩大压力增加,以及组织固有的张力而被分开而形成切口.2.气化术—组织中水分在瞬间被蒸发,干燥,凝固了的组织也随即燃烧而一并被蒸发去除.3.碳化术—以焦点以外一定大小的光斑,在一定的时间内连续的照射组织,使受照组织发生干性坏死和炭化,

外观呈综黑色.激光在手术方面的应用

4.凝固术—以焦点以外相应大小的光斑,把功率降低至适当水平,连续的照射组织,使受照组织在保持上皮完整,不产生缺损和碳化的基础上沙出现热凝固坏死.外观由灰白色渐变为灰褐色。5.激光组织间热疗法—让激光通过插入组织内的光纤维对组织进行加热，使组织内温度升至

60°C以上，并持续照射一定时间，使该组织凝固坏死。已应用于治疗肿瘤。6.光热敷—利用功率密度约为150-800mW/cm2的低强度激光对病灶局部产生一种温热的感觉，犹如热敷。光化学作用

产生条件：光子给予生物大分子的能量>断开其弱键所需的能量全过程：生物分子吸收相应能量的光子

→外层价电子被激发跃迁至电子激发态

→在其驰豫返回基态时释放出的能量消耗在某一化学键的断裂和新键的形成上

→生成稳定的最终产物光动力疗法（PDT）

原理：光敏剂进入靶组织→受到接近光敏剂发射光谱峰值波长的光照射→光敏剂被激发→光敏剂把能量转移给靶组织中的分子氧→靶组织中的分子氧被激发为强氧化剂（单态氧）→单态氧使靶组织的生物膜产生过氧化损伤→靶组织破坏常用光敏剂

HPD（血卟啉衍生物）DHE（双血卟啉酯）酞花菁染料脱镁叶绿环类癌光啉（PSD-007）光敏素ⅡmTHPC（间四羟基氯苯酚）卟啉合成物的母体ALA（5氨基-γ-酮戊酸）进入靶组织方式：

静脉给药动脉给药组织内注射局部敷贴光化学效应的临床应用

产生条件：

•低光功率密度（低强度）

•较长曝光时间典型应用：

◆光动力疗法（PDT）◆低强度激光血管内照射

◆激光局部照射激光器种类激光器有很多种，可从不同角度分类：

工作物质——气体、液体、固体、半导体激光器等激励方式——电激励、光激励、热激励、化学激励激光器等工作方式——连续波、准连续波、脉冲(巨脉冲)、锁膜、调Ｑ激光器等激光波长——红外、紫外、可见、射线激光器等

激光技术气体激光: 激光介质是气体

CO2,He-Ne,Argon固体激光: 激光介质是固体钕：钇铝石榴石、红宝石、紫翠石、铒、钬其它激光: 半导体,染料激光器类型x-rayscosmicrays电视和收音机策波准分子氩倍频染料红宝石翠绿宝石Nd:YAG铒:YAGCO2190-390488-514532577-6307556941064294010600紫外的可见的红外线400nm700nm钬2100常用激光器简介Nd:YAG激光器YAG–钇铝石榴石波长-1.06微米,接近红外光束连续Nd:YAG–持续泵浦灯(例如Kr氪灯)脉冲Nd:YAG–脉冲泵浦灯(闪光泵浦灯-

例如氙)Nd:YAG激光棒泵浦灯镀金泵浦腔镜镜镜MirrorQ开关Nd3+:YAG

激光机Q开关技术波长：1064/532nm能量：500mJ/250mJ脉宽：<10ns频率：1-5Hz导光方式：七关节导光臂，三自由度指示光：5mw半导体激光用途：各类皮肤色素病和血管病超脉冲CO2激光机波长：10600ms导光系统：六关节导光臂，五种刀头功率：1-30W用途：皮肤外科，整形外科五官科，肛肠科等各科手术

便携式CO2激光机波长：10600ms导光系统：直接输出功率：1-10W冷却方式：内置水冷循环半导体激光laserSmile便携式高速牙齿漂白系统最大输出功率：10w光纤长度：191cm用途：平行输出的半导体激光高速激发涂抹在牙齿表面的专利漂白凝胶，催化凝胶与色素的反应，从而快速的美白牙齿。脉冲染料激光波长：585nm脉宽：350us输出光斑直径：5mm重复频率：2Hz输出系统：柔性光纤＋手柄Q开关红宝石激光机Q开关脉冲激光波长：694nm能量：调Q—10J

非调Q—40J脉宽：调Q—7ns用途：调Q—皮肤色素病非调Q—脱毛Q开关翠绿宝石激光波长：755nm能量：4-10J/cm2脉宽：50-90ns用途：皮肤色素病ALEXlazr短脉冲激光系统丝柔光子脱毛/痤疮治疗仪光源：光热脉冲输出方式：直接耦合能量密度：2-7.5J/c