激光医学与激光在医学中的应用

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1、激光医学与激光在医学中的应用【摘要】激光在医学上的应用在近半个世纪里突飞猛进，更形成了激光医学这 门年轻的学科，促使了医学技术的进一步开展。无论在医学的诊断还是治疗应用 方面，激光的作用都举足轻重。激光技术的开展史还较短，这注定了激光的开展 前途无穷，随着各方面科学技术的开展，未来激光与医学的结合必将引领医学事 业更上一层楼。【关键词】激光医学 应用开展一、医学与激光医学是激光的首批应用领域。激光医学是激光技术和医学相结合的一门新兴的边缘 学科。I960年，Maiman创造第一台红宝石激光器，1961年，Campbell首先将红宝石激 光用于眼科的治疗，从此开场了激光在医学临床的应用。1963

2、年，Goldman将其应用于 皮肤科学。同时，值得关注的是二氧化碳激光器的作为光学手术刀的出现，逐渐在医学 临床的各学科确立了自己的地位。1970年，Nath创造了光导纤维，到1973年通过内镜 技术成功地将激光导入动物的胃肠道，自此实现了无创导入技术的飞速开展。1976年， Hofstetter首先将激光用于泌尿外科。随着血卟啉及其衍生物在1960年被发现,Diamond 在1972年首先将这种物质用于光动力学治疗。在医学领域中，激光的应用范围非常广泛， 不仅在临床上激光作为一种技术手段，被各临床学科用于疾病的诊断和治疗，而且在根 底医学中的细胞水平的操作和生物学领域中激光技术也占有重要地位

3、。另外，还可以利 用激光显微加工技术制造医用微型仪器。目前激光医学包括激光医学根底、临床检测诊断与治疗、医学与生物学用激光器械 与技术、激光的危害与防护等四局部内容。二、激光对生物体的作用及其优点激光对生物体的作用是医学应用的物理根底。目前认为激光对于受照射的组织有四 方面的作用，即热力作用thermal action机电作用electro-mechanical action 激光消融作用pho toabla tive act ion和光化学作用pho tochemical ac tion。激光的热效应是医学上使用最广泛而且最早被人们认识的激光组织效应之一。机械 效应在医学上较多用于泌尿道或胆

4、道结石的粉碎上。采用脉冲激光，使结石外表有非常 高的能量密度，产生自由排列的电子列，并组成“浆气泡。这些气泡不断扩大，造成 结石亚构造的变化，最后使其裂解而将结石碎裂。光化学效应是基于一种选择性的、光 激发的特殊药物，在激光的激发下转化成一种毒性成分，在细胞内产生单氧态，造成细 胞产生毒性的代谢产物而死亡，而单态氧的作用机理那么是产生氧自由基和过氧化物， 对细胞的构造如DNA和线粒体起杀伤作用。激光由于其能量和特殊的波长，是激发这种 药物的理想光源。此外，激光还有组织的焊接作用效应，激光将相邻组织连接起来需要 把组织加热到70C左右，在这个温度范围内，组织内胶原的变化引发组织的物理特性改 变，

5、组织粘度增加。事实上激光的焊接效应是利用聚焦的激光，对组织器官的构造进展 对接和重建。这个能量产生了胶原的交互形的凝结，而对周围组织的损伤减少到最小。另外，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X,血液循环改变，改善组织的缺氧状态并减轻 慢性炎症反响促使炎症吸收好转。在很多情况下，激光可以通过细软的光导纤维传送，因此使得激光在生物体深部的 传导成为可能。对生物体应用激光的优点有以下四个方面：第一，人们日常工作生活在 表现为光的电磁场中，除特殊情况外光对生物体的害处是很少的。第二，在医学上利用 激光在大气中直线传播的特性，可以非接触

6、地作用于生物体，又可以利用光导纤维将激 光导入到生物体的深部；第三，利用激光的高度的方向性，将其会聚成极小的点，使微 观的、精细的治疗和高空间分辨率的测定成为可能。第四，光与生物体进展着极其多种 多样的相互作用，至今被利用的还只是很少的一局部，前景十分光明。三、激光在临床治疗中的应用 临床上激光的用途不外乎切割、别离；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。压电作用一fB超、压电体外碎石等光化学作用一局部照射切割组织、眼科手术中凝固等光热作用一f高功率输出的二氧化碳激光，光点具有200C以上的高温和一定的

7、压强，不但能熔融而且具有极强的穿透破坏作用。可极其准确切除细 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。1、激光美容与整形的临床应用牡毛鈿血怦图1皮肤组织Er帀2U13 连 ir-i _图 1 为皮肤组织。决定皮肤颜色的典型色素有黑色的黑色素与红色的血红蛋白。黑 色素是由称为黑素细胞的黑色素生成细胞内的小器官黑素体产生的。所谓黑痣、蓝 痣是该黑色素在局部区域增加的皮肤病变，可分为表皮上增加的情况扁平痣等与在 真皮内增加

8、的情况太田痣等。称为红痣的是一般用肉眼能看到的在真皮或者皮下组织 内血管的扩 X 和增生血管瘤，并且因为存在较多红血球，看似红色的皮肤病变。可以 利用激光使这些色素和病变细胞有选择地吸收热量，而使病变组织产生变形以致破坏。 但是激光照射后，皮肤色调的变化退色需要很长的时间。为了有选择地破坏病变细胞色素，必须利用吸收系数大的波长的激光。血红蛋白 被氧化时在 418nm、542nm、577nm 波段具有吸收峰值，而黑色素是在短波段中吸收被增 大。病变部位在组织深处时，必须考虑皮肤组织的光穿透深度。在波长的选择上，必须 考虑病变细胞的吸收系数与皮肤组织光穿透深度两个因素。例如，血红蛋白的情况，吸 收

9、强度在418nm附近时最大，但考虑光穿透深度后多半利用577nm或者根据情况采用波 长更长的激光。此外，激光照射时间脉宽也是重要的参数。即使激光在病变细胞中 有选择性地被吸收，假设照射时间长，由于热扩散而周围组织受到热影响。治疗血管瘤 的时候，有必要使血管壁也受热变形，但吸收主体为红血球血红蛋白，因此，假设脉 宽太短那么只破坏红血球，对血管壁不起作用。这样，因为使用短脉冲激光器减小了对 正常组织的影响，从而能做到不留疤痕的痣治疗。但是用顶峰值功率激光器照射时会发 生冲击波，必须注意选择好照射条件，防止发生皮下出血和水肿。激光器的开展已有40 余年，各种激光器不下6000余种，但只有极少数适合应

10、用于 整形美容外科临床。 C02激光器：二氧化碳激光器，波长为10.6 um，处于红外波段，水中吸收率为98%, 组织穿透深度为2 mm。包括高能超脉冲、单脉冲、重复脉冲及可转换类型激光器。计算 机控制的的激光发生器，这些年也开场用于临床。光导纤维的应用，还出现了光纤传导 的CO2激光器。CO2激光器通过对生物体的热效应使组织蛋白变性、凝固坏死、汽化。 这种激光的汽化作用、可靠的凝血作用成为整形美容外科常用的工具之一。超脉冲CO2 激光器最常用于激光除皱、光化皮肤的治疗，对痤疮瘢痕的治疗也被认为很有效。其次， 可在一些手术中替代手术刀，如用于激光毛发移植、耳软骨支架雕刻、皮瓣的表皮祛除 等。该

11、激光器在用于治疗血管纤维瘤、瘢痕瘤、血管瘤及各种浅表皮损。还有报道用于 治疗皮脂腺囊肿等。 YAGYTTRIUMALUMINUMGARNET激光器：Nd： YAG掺钕钇铝石榴激光器。组织穿 透能力强，可达810mm,在水中的穿透深度为70mm,又可以用光纤传输，临床上用途 较广泛。治疗各种皮肤良、恶性肿瘤、外源性色素沉着，还可以辅助脂肪抽接触型 Nd： YAG可以作为手术刀使用，手术后反响小、术中出血少、术后愈合良好。Er： YAG激光 器功率较小，主要用于浅表皱纹的治疗，类似于C02激光除皱，但炎性反响较小，色素 沉着轻。Q开关的YAG激光器，目前应用的多种Q开关YAG激光广泛的应用于整形美

12、容 临床，它能祛除色素沉着，减少对周围组织的损伤。Ho： YAG激光主要优点是可以通过 光导纤维来传输。它发出 2.1um 的波长，可作用于液态环境，可准确的切割。 氩激光： 波长在 450515nm 之间，为可见光。在水中又很好的穿透性。在人体 中，由于被血红蛋白吸收，因此具有良好的选择吸收特性，穿透性被限制在0.2mm左右。 整形美容外科用于葡萄酒色斑、血管瘤、海绵状血管瘤和太田痣13。氩激光还被用在 血管再造及激光指示光。 染料激光： 固体染料激光用于治疗色素性皮肤病。气体染料激光用于治疗血管性 皮肤病，其中氩泵可调染料激光广泛应用于浅表性血管病变和色素性病变，使用计算机 扫描装置，平安

13、性得到进一步提高，反复治疗屡次可是病变颜色减退而无瘢痕和其它并 发症。脉冲染料激光，主要用于血管曲X及弥散性蜘蛛痣的治疗，可获得较为满意的效 果，但还有少数患者又色素减退现象。对幼儿血管瘤的治疗效果较差。连续可调染料激 光，主要用于葡萄酒色斑。 红宝石激光：包括普通红宝石激光，Q开关控制的红宝石激光，倍频红宝石激光。 临床上多用于治疗文身2、激光治疗近视眼巩黛屈时I八 艮辄门! 比神计$_、!戍为、*、f & i. v於眼加:刪站12亦5、图2 人眼球构造治疗近视是利用烧蚀对角膜外表进展精细加工，控制折光率矫正的过程。眼睛 对光的折射由角膜与晶状体完成，因为晶状体与前房和玻璃体连接，而角膜的一

14、侧那么 与大气接触，角膜折射作用比晶状体要大。因而只对角膜作手术可以有效地矫正近视。 近视本身一般不认为是疾病，但用眼镜或隐形眼镜所矫正不了的重度近视的情况，需要 做这种角膜手术。下列图所示的是其示意图。目前近视矫正有对角膜外表进展二维切削 手术使其曲率半径增大作成平坦的的PRKphotorefractive keratectomy方法和 将角膜外表放射状切开的RK(radial keratotomy)方法两种。但目前以副作用小的PRK 方法为主流。PKK与 I.ASfK 法PK法角膜横浙形状角膜平:斯o图3激光角膜手术的示意图光源一般采用能得到高质量烧蚀外表的193nmArF准分子激光器。这

15、是由于该波长上 能得到光穿透深度浅且可精细烧蚀的缘故。又因光子能量大，所以同时存在光化学的烧 蚀过程，这也是能得到高质量烧蚀外表的一个原因。激光是通过可变口径的小孔照射到 角膜的。为了照射外表上得到均匀的烧蚀，必须均匀地照射激光。因此有采用强度分布 均匀的大口径光束和用小口径光束进展二维扫描的两种方法。在实际治疗中，先进展角 膜形状的测定，确定烧蚀量后进展激光照射。准分子激光是氟氩两种气体混合后经激发而产生的一种人眼看不见的紫外光，其波 长仅193纳米，不会穿入眼内，属冷激光，无热效应，能以“照射方式对人眼角膜组 织进展准确气化，到达“切削和“雕琢角膜的目的而不损伤周围组织和其他器官， 其独特

16、性质是最适合角膜屈光手术。激光治疗近视（准分子激光手术）的原理是用一种特殊的极其精细的微型角膜板层切 割系统（简称角膜刀）将角膜表层组织制作成一个带蒂的圆形角膜瓣，翻转角膜瓣后，在 计算机控制下，用准分子激光对瓣下的角膜基质层拟去除的局部组织予以准确气化，然 后于瓣下冲洗并将角膜瓣复位，以此改变角膜前外表的形态，调整角膜的屈光力，到达 矫正近视、远视或散光的目的。激光治疗近视优势： 适应范围广：可矫正100-3000度的近视，还可矫治高度散光和高度远视。 术后反响轻：LASIK完整保存了角膜表层的“屏障组织，故术后无疼痛，不住院 不包眼，仅有短暂的怕光，流泪和眼内异物感。 视力恢复快：术后即刻便能用眼，几小