第一章 激光与光—组织相互作用.ppt

1、第1章：激光-组织相互作用，1。激光概念和特性2。各种激光器。组织光学4。光学-组织相互作用。组织冷却6。光学组织相互作用的临床相关性。纹身和良性色素皮肤病变。脱毛。皮肤再生。激光还具有以下不同于普通光源发出的光的特性：(1)单色性：受激发的原子或分子本身决定了所产生的辐射光的波长。更准确地说，在激光的特征波长周围有一个正态分布的窄带。氩离子激光器与众不同，它发射两种波长的光(488纳米和514纳米)。原因是在激发态和基态之间有一个中间轨道。(2)相干性：光可以看作正弦波，激光发出的光具有时间相干性和空间相干性，即光波是同相的、同时的和空间的。平行性：这是连贯性的直接结果。光是平行的，因为它的

2、直度和能量保护。这意味着，除非光线穿过透镜，否则光线会传播很长一段距离，光束会散射得更少(图1-2)。图1-2显示了平行光束的示意图。各种激光，1。激光通常以介质(激光介质)的成分命名(图1-3)。介质可以是气体(如氩气、CO2和准分子激光器)、液体(如脉冲染料激光器)、固体或固体(半导体激光器)2。激光介质放置在光学谐振腔(或谐振器)中，以确定受激辐射光的波长。3.一面镜子是全镜，另一面是部分镜。4.传输系统可以是光纤或关节臂，光通过它被反射镜反射。光纤的优点是重量轻，便于操作和储存。然而，当光纤在操作、移动或清洁过程中弯曲或扭曲超过极限时，它将断裂，这将增加使用成本，因为更换光纤要花费数千

3、美元，并且通常不在制造商的保修或服务合同范围内。光纤的质量不足以传输CO2、Er:YAG或短脉冲调Q等激光器释放的光，需要多面镜的关节臂来传输。激光也根据光束的脉冲特性进行分类。这可以是连续的、脉冲的或质量切换的(q开关)(图1-4 A、b、c)。图1-3显示了外部能量源的激光器、谐振腔中的激光介质、全反射镜和部分反射系统。图1-4显示了脉冲类型、组织光学和光照射皮肤的结果的简单演示，可以从四个方面进行讨论(图1-5) (1)反射：4%6%的光从角质层反射。(2)吸收：光子的吸收遵循比尔斯定律。特定波长的光通过组织(理想的均匀介质)的强度状态取决于其初始光强、穿透深度和消失距离(超过90%的光

4、被吸收的距离)。没有光的吸收，就不会对组织产生影响。当一个光子被目标分子或目标发色团吸收时，它所有的能量都转移到那个分子上。选择性皮肤激光手术的原理是可以根据波长、能量和脉冲宽度来操作激光器，使得特定目标发色团吸收的光被破坏或破坏，而其他发色团不受影响。(3)散射：在皮肤中，这主要是由于真皮胶原蛋白，因为胶原蛋白分子的大小类似于近红外可见光的波长。散射主要是向前的，并且大量的光在一些部分被反射，这增加了上部真皮的能量密度并且超过了入射位置的强度。散射是非常重要的，因为它能迅速降低能量密度，并能吸收目标发色团，从而对组织产生临床效果。随着波长的增加，散射减少，使其成为指向深层皮肤结构(如毛囊)的

5、理想介质。600-1200纳米的波长是通向皮肤的光窗，因为它们不仅散射少，而且限制了色素在该波长范围内被生物体吸收。(4)投射：剩余的光传输到皮下组织，这主要取决于波长。短波长(300-400纳米)的光被散射，穿透小于0.1毫米。波长为600-1200纳米的光穿透更深，因为它们散射更少。图1-5入射光在皮肤上的结果，光-组织相互作用。首先，如果光能要改变目标组织的结构，除了被吸收之外，它必须有足够的能量。能量以焦(焦)为单位测量，但通常更适合描述“流速”或能量密度(焦/CM2)。功率是发射能量的比率，以瓦特为单位。第二，光可以通过以下方式影响组织：(1)光刺激：有模糊的证据表明低能量激光加速伤

6、口愈合，其机制尚不清楚。(2)光动力反应：它构成光动力疗法的基础，包括光敏药物或其前体的局部或系统应用。合适的光源可以诱导两种反应，光氧化反应和即时细胞毒素反应。光动力疗法也可以应用于生物体中的颜色基，例如在痤疮丙酸杆菌中发现的那些。蓝光用于杀灭痤疮丙酸杆菌，临床改善痤疮。(3)光热效应和光机械效应：选择性光热效应理论已被用于去除血管畸形、纹身、一些良性色素病变和皮肤脱毛。该理论假设，如果目标组织和周围组织之间的吸收系数差异尽可能大，能量密度高到足以破坏目标组织，并且脉冲宽度小于或等于热弛豫时间(TRT)，则光可用于选择性地破坏或破坏目标发色团。热弛豫时间是指目标组织释放大约63%的热量所需的

7、时间，这将在下面详细描述。波长：皮肤病学中常用的重要组织发色团的吸收光谱和激光波长之间的关系如图1-6所示。血红蛋白有许多不同的吸收峰，而黑色素的吸收随着光波长的增加而减少。必须考虑目标组织的深度，因为真皮中的散射受到波长的强烈影响，波长越长，吸收越低。波长越短，吸收越多。在某些情况下，特别是在黑色素中，不需要简单的波长，并且可能更需要闪光灯，因为它们具有更宽的发射光谱(500-1200纳米)，这比激光制造更便宜，并且可以用于滤光器(515-755纳米)热弛豫时间(TRT):热弛豫时间仅与目标发色团的尺寸相关，并且与目标发色团的尺寸的平方成正比。变化时间从几纳秒(纹身离子)到数百毫秒或更长(腿

8、部小静脉)。在脱毛过程中，毛干的黑色素和毛基质细胞起光吸收物质的作用，而峡部的干细胞(可能是乳头的血管)是远处的靶组织。举一个脱毛的例子，毛囊中黑色素的脉冲时间(30-100毫秒)比表皮中黑色素的热损伤时间(1毫秒)长。脉冲宽度为5-50毫秒的激光或光源可以积聚能量并热凝固毛囊。即使能量扩散，表皮也受到冷却的保护，因此它的温度低于热凝固的阈值。光-组织相互作用图1-6重要组织发色团的吸收光谱，组织冷却，1。皮肤热损伤会导致水泡、色素脱失和疤痕，尤其是在色素沉着的皮肤上。2.表皮冷却的一个重要优点是，它使得高能量密度治疗成为可能，并且被认为是安全的，因此提高了治疗效果并减少了治疗次数。冷却也使得

9、安全治疗不同皮肤类型的患者成为可能。此外，冷却减少了治疗引起的疼痛，减少了局部麻醉剂的使用。然而，过度冷却会导致冻伤。光-组织相互作用、浅表血管损伤的临床相关性：闪光灯具有较大的光斑，并且结合使用接触冷却，使得治疗速度快，并且还存在减少紫癜、纹身和良性色素性皮肤病变的可能性。首先，调Q开关是一种光电元件，用来产生只有几纳秒的脉冲。这些脉冲时间是在黑素体估计的热松弛时间(0.5-1秒)内设计的，但与纹身染料相比。闪光灯的脉冲时间在毫秒范围内，相对较长，不适合这种治疗。由于逐渐分解，淋巴系统激活的巨噬细胞吞噬破碎的染料，其中大部分变弱，一些染料可以随表皮一起被去除。第二，绿色颜料最适合调Q红宝石激

10、光器(694纳米)和调Q绿宝石激光器(755纳米)，但往往很难摆脱它。相反，红色颜料最适合于倍频钕钇铝石榴石(532纳米)激光器发出的绿光。钕钇铝石榴石激光对蓝黑色纹身有效，但绿色色素相对较差。钕钇铝石榴石激光已成功用于治疗深色皮肤纹身。红色、棕色、白色或皮肤颜色含铁或二氧化钛的染料在激光处理过程中会发生化学变化，并变成持久的灰白色或黑色，在随后的处理过程中会逐渐减弱。因为这些色素可以用于化妆品纹身装饰，所以在大规模治疗前做一个小测试是很重要的。黄色、浅色和柔和的颜色很难完全处理和去除。业余纹身比专业纹身更容易治疗。脱毛和激光脱毛的机理还不完全清楚，这可能是选择性热作用的理论。然而，作用的靶位可能是干细胞(主要在下峡部)和乳头血管，而毛干黑色素和毛基质细胞吸收色基。因此，金发或白发很难治疗。600-1200纳米光谱的辐射光被黑色素吸收。波长越长，穿透皮肤越深。普通红宝石激光器(694纳米)、祖母绿激光器(755纳米)、半导体激光器(800纳米)和能量密度为20-60J/cm2的nd: YAG