光学医疗应用

《光学医疗应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学医疗应用（133页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,激光技术在医疗领域的应用,Medical Application of Laser Technology,2013年4月,提 纲,1,2,3,激光相关概念原理介绍,激光介质相互作用的效应,激光在医疗科研中的应用,激光Laser,Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,受激发射光放大,激光产生原理,世界第一台激光器：红宝石激光器,1960年5月15日，在美国加州休斯公司的一个研究室里，年轻的美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中射出，它的亮度是太

2、阳表面的4倍。激光和激光器的问世，被称为20世纪最重大的科学发现之一。,激光：高斯光束,激光应用领域,激光应用,光和介质的相互作用,不同温度处组织的光热效应,150度,300度,激光的两个参数,组织的光学窗口 Optical Window in Tissue,Light in the 700-900 nm wavelength range (Near Infrared) can penetrate into tissue up to 5-6 cm Light sources working within this range can be used in investigating the o

3、ptical properties of tissue,http:/www.bme.boun.edu.tr/biophotonics/research.html,近红外脑功能成像,认识我们的大脑,2.53.0毫米,大脑,神经系统科学 语言认知的研究 运动区研究 老年性痴呆的研究,脑功能研究对象,心理学 视觉刺激研究,精神病学 抑郁及精神分裂等的研究,新生儿科学 新生儿听觉、视觉及语言等成长障碍的早期发现与治疗 儿科学ADHD及智障的研究,教育学,44名地震幸存者虽毫发无损 但脑部已产生异变,四川大地震44名幸存者脑中控制情感的几个节点，如前扣带回、岛叶、尾状核、杏仁核、海马等区域，功能活动普遍

4、比常人活跃。,大脑,外界刺激,行为,已有脑功能成像手段,目前，作为脑功能研究的手段主要有脑电图、fMRI（功能性磁共振成像）、PET、MEG等。 fNIRS：（functional Near Infrared Spectroscopy）功能性近红外光学成像技术，通过生物体穿透性高的近红外光谱对脑功能进行无侵袭性测量。 其原理是通过三个特定波长的近红外光来测量大脑皮层的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白以及总血红蛋白的含量，从而表征大脑在接受外界刺激或思维过程中不同区域的反应和功能表达 大脑在思考的时候，血流量增加，当停止思考时，大脑血流量减小。,fMRI,PET,血红蛋白,脑功能成像,扩散光学层析(D

5、OT:Diffuse Optical Tomography),http:/www.nmr.mgh.harvard.edu/martinos/research/MultimediaGallery/DOT_materials/dot.html,实验布局图,实验实例,diffuse optical tomography,光学在眼科中的应用 -激光治疗近视,眼睛结构,How the eye work,Cornea = Lens Cover Iris and Pupil = Aperture of Camera Lens = Cameras Lenses Retina = Cameras Film,角膜

6、：镜头盖 虹膜：光阑 晶状体：透镜 视网膜：探测器,How eye works?,近视,远视,散光,老花眼,激光治疗区光不正原理,Cornea角膜,Desired Corneal surface 理想曲面,Tissue to be removed 需去除组织部分,近视Myopic ablation,Cornea角膜,Desired Corneal surface 理想曲面,Tissue to be removed 需去除组织,远视Hyperopic ablation,激光治疗区光不正原理,准分子激光角膜切削术,LASIK :Laser-Assisted In Situ Keratomileus

7、is 得到美国FDA认证,准分激光是一种气体脉冲激光 波长为193nm 此波长的吸收范围窄，能量几乎完全被角膜上皮细胞和基质吸收，超过这个范围的组织不会吸收到激光 每一个激光脉冲可以切削0.2到0.25um厚度的生物组织 光化反应：分子之间的结合键断裂，将组织直接分离成挥发性的碎片而消散无踪，对周围组织则没有影响，达到对角膜的重塑目的，能精确消融人眼角膜预计去除的部分空间精确度达细胞水平，不损伤周围组织。,准分子激光对近视的矫治就是用准分子激光切削角膜中央前面，即去除角膜基质层，使角膜表面变得比原来平坦一些，弯曲度减少、使眼部成像的焦点落在视网膜上，以达到矫正近视的效果，这就如同把隐形眼镜的度

8、数精确地刻在角膜上一样。 所谓远视是指在无调节状态下，平行光线经眼屈光系统的曲折后，焦点聚在视网膜之后，没有形成清晰物像，导致看近处模糊，易疲劳。那么，准分子激光对远视的矫治就是用准分子激光切削角膜中心区周围基质层，使角膜表面变得比原来突起一些，弯曲度增加，使眼部的成像焦点落在视网膜上，以达到矫正远视的效果。,手术原理是先采用自动微型角膜板层系统在角膜表面制作一带蒂的板层角膜瓣，翻转角膜瓣后，应用准分子激光电脑控制多步分区进行角膜基质内切削，最后将角膜瓣复位。这种方法保留了角膜上皮和前弹力层的完整性，用193纳米准分子激光切削角膜基质，避免了术后雾状混浊的发生,Step 1. 负压环吸引固定眼

9、球，放角膜上方 A suction ring is centered over the cornea of the eye,LASIK 工作步骤,Step 2: 自动式微型角膜刀沿轨道旋转推进，制作角膜瓣 The microkeratome creates a partial flap in the cornea of uniform thickness,Step 3: 翻开角膜瓣，暴露角膜基质 The corneal flap is folded back on the hinge exposing the middle portion of the cornea.,Step 4: 应用准分

10、子激光照射角膜中央区。 The excimer laser is then used to remove tissue and reshape the center of the cornea.,Step 5: 角膜瓣复位，无需缝合 In the final step, the hinged flap is folded back into its original position.,LASIK工作视频,光动力疗法（photodynamic therapy）,光敏剂：一类分子，只吸收光子并将能量传递给那些不能吸收光子的分子，促使其发生化学反应，而本身则不参与化学反应，恢复到原先的状态。 光动

11、力反应: 有氧分子参与的伴随生物效应的光敏反应 原理是：病变细胞与光敏剂结合，在外界光激发后产生氧自由基、单态氧等物质，损伤细胞膜和血管内皮细胞，选择性的杀伤病变细胞而达到治疗目的。,光动力疗法,Photosensitizer 光敏剂,Oxygen 氧气,Light 光,光动力作用三大要素,作用原理,S1,光敏物质受到光激发时，吸收光子能量，由基态变成激发态，处于激发态的光敏物质很不稳定，化学退激过程生成大量活性氧，其中最主要的是单线态氧，活性氧能与多种生物大分子相互作用，损伤细胞结构或影响细胞功能。,光敏剂,光敏剂的三个条件： (1)自己能首先被光照射激活； (2)在体系中有足够的浓度，且能

12、吸收足够量的光子； (3)必须能把自己的能量传递给反应物。 光敏试剂一般是芳香族酮类和安息香醚类,对生物体安全无毒； 药物能被癌组织特异性吸收和贮存； 荧光效应强，皮肤光毒作用少； 易排泄无积累，副作用小。 国际： photofrin ，photosan，ALA 国内： HpD（血卟啉衍生物）制剂，ALA,激光光源,研究开发光敏剂和相应的特定波长的光源是推广应用光动力疗法的两个主要任务。 在光动力疗法应用初期，人们利用有各种灯泡或加装滤色片的灯来获得所需的光源。 随着激光技术的发展，多种激光器被用做光动力疗法的光源。,倍频Nd:YAG激光器泵浦染料激光器 氩离子激光器泵浦染料激光器 铜蒸汽激光

13、器泵浦染料激光器 金蒸汽激光器 氦氖激光器 半导体激光器,光动力疗法临床例子,色素性皮肤病：鲜红斑痣（PWS)，有很好的治疗效果。 光敏剂： HMME (hematoporphyrin monomethyl ether)血卟啉单甲醚 要求：500nm-580nm 光源,cream is applied to the skin for about 1 hour exposed to Blue, Red or Pulsed yellow light abnormal skin cells is removed,http:/www.cdc-.au/photo_dynamic_therapy,光动力疗

14、法临床例子,完全褪色 ( CR ),光动力疗法临床例子,大部褪色 ( ER ),光动力疗法临床例子,光动力疗法治疗黄斑病,黄斑介绍,黄斑视频,老年性黄斑退化症 (AMD: Age-Related Macular Degeneration),老年性黄斑病变：发生在眼底视网膜黄斑部的一种病变，视网膜色素上皮的代谢功能衰退引发，常一眼先发病，最终双眼受累。随年龄增加而发病率上升并导致视力明显下降的疾病，具有致盲性。 与黄斑区长期慢性光损伤，脉络膜血管硬化， 视网膜色素上皮细胞老化有关。,临床上分为：萎缩性（干性）(90%病人)和 渗出性（湿性）两种类型,Macular Degeneration We

15、t,Macular Degeneration Dry,光动力治疗过程,将光敏剂Visudyne注入血管，当其在眼内积累到一定量时，用一种特定的激光将光敏剂激活，激活的光敏剂释放大量的自由基和单态氧，破坏细胞结构，导致细胞的死亡，从而导致新生血管的萎缩，减少出血和液体的渗漏，达到稳定视力的目的。,演示视频,http:/ 是毛发的增长时期,毛发生长过程,约数周，毛目细胞退化， 毛乳头萎缩，毛发停止生长,换毛的开始， 毛发脱落至新发再生,毛发生长的视频介绍,激光脱毛原理 (Laser Hair Removal),依据选择性的光热解原理，通过合理调节激光波长能量脉宽，激光便能穿过皮肤表层到达毛发的根部毛囊，毛囊中的的麦拉宁色素会吸收激光的能量并转化为破坏毛囊组织的热能，从而使毛发停止生长 周边组织对此波长无吸收，无损 只有生长期内的毛囊存在麦拉宁色素，所以需要多个周期完全实现脱毛效果 激光脱毛是目前最安全快捷长久的去毛技术,激光脱毛三种不同波长,黑色素最佳吸收波长,黑色素一定吸收率， 表皮吸收较少,细小、浅色毛发 多次脱毛后复发或残留毛发 浅肤色人群,各种精细化修正脱毛 毛发颜色较浅。 深色肤种,黑色素相对吸收较好,大面积躯干脱毛。 对疼痛特别敏感者,Laser Hair Removal (pricipal demo video),http:/