激光医学在皮肤科的应用

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激光医学在皮肤科的应用

第一章 激光的基本知识

一、激光的产生

激光和普通光都是电磁波，都具有光学特性，都是在外因作用下发光物质内部运动的结果，但两者的产生过程和发光过程有着很大的不同。

1.原子的能级:

原子由原子核和核外电子组成，电子受库仑力的作用绕原子核旋转。电子在核外绕核旋转的不同状态使原子处于不同的能量状态。正常情况下，多数原子处于最低能量状态，即基态，少数原子处于高于基态的能量状态，即激发态。能量越高，处于该能级上的原子越少。原子能级的转变称为跃迁。

2.粒子数反转:

采用某种特殊方法，如光、电化学、甚至核能等手段使原子的能级分布倒过来(激励)，即使某个高能级的原子数目多于某个低能级上的原子数目，这种原子在能级上的不正常分布称为粒子数反转，粒子数反转过程中，粒子吸收了一定能量从低能级跃迁到高能级，这是产生激光的必要条件之一。

然而并非任何物质都能产生粒子数反转，只有能实现粒子数反转的物质才有可能产生激光，称为激光工作物质。

3 受激辐射:

处于激发态的原子，自发从高能态到低能态的跃迁称自发跃迁，并以光的形式辐射出能量，称自发辐射。而在外界光子的作用下，原子从高能态向低能态跃迁，同时发出另一个光子，这一过程称受激辐射。受激辐射的特点是，外来光子的能量必须等于粒子中两个能级间的能量差，这时才能产生受激辐射；受激辐射所产生的光子与外来光子的频率、相位、偏振、方向及速度等完全一致，同时产生光放大。

4.激励源和谐振腔:

激励源又称泵浦源，是使激光工作物质实现粒子数反转的外加能源。激励方式有多种，如光激励、电激励等。谐振腔是由两块互相平行且垂直于工作物质中轴线的反射镜组成，其中一块为全反射镜，另一块为部分反射镜。

二、激光的特性

1.方向性:

由于激光器的谐振腔的限制，组成激光的光子只沿同一直线传播，所以光束的发散角极小。因此，激光在空间上的能量分布是高度集中的。

2.高亮度:

光源的亮度是指光源表面单位面积上，单位时间内，垂直于表面方向的单位立体角内发射出的光能量。激光光能在空间和时间上的高度集中，使其成为迄今最强的光源。

3.单色性:

单色是用某一光波颜色纯度所含波长范围(即频带)宽窄来描述的，颜色越纯或频带越窄则表示该光波的单色性越好。激光光源是迄今具最好单色性的光源。

4.相干性:

两束光波如果频率相同，振动方向相同，相位保持恒定即可产生光的干涉现象，这两束光即为相干光。激光器是最好的相干光源。在医学和生物学研究及应用中具有广泛前景。

三、激光器:

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。

激励方法----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。

激光器简介:

1.血管损害激光系统SPTL-1B：

脉冲染料激光机，治疗波长585nm(黄光)，输出能量2.5-10J/cm2,脉冲持续时间(脉宽)300-450ms。治疗原理：波长585nm为血红蛋白吸收峰值之一，且大部分可透过表皮进入真皮，而极短的脉宽可破坏毛细血管而不导致周围正常组织热损伤。主治皮肤血管瘤、鲜红斑痣、毛细血管扩张、酒渣鼻及蜘蛛痣等。也可治疗瘢痕疙瘩，并可有效祛除各种疣。

2.ALEXLazr激光系统：

Q开关蓝宝石脉冲激光机，治疗波长755nm，输出能量4-10J/cm2,脉宽50-100ns。治疗原理：该波长为色素组织吸收光谱，并可深达真皮深层，其瞬间功率可达5MW。特点是仅祛除黑色、兰色或深褐色皮损，如太田痣、伊滕痣以及各种皮肤色素痣。特别能有效祛除文身、纹眉等异物性皮肤色素沉积。

3.色素损害激光系统PLDL-1：

脉冲染料激光机，治疗波长510nm,输出能量1.5-6J/cm2,脉宽400-450ns，治疗原理：该波长为黑色素吸收峰。极短的脉宽可破坏黑色素而不导致周围正常组织热损伤。其特点是针对棕色皮损，特别适合较浅皮损如雀斑、咖啡斑、老年斑、皮肤色痣等的治疗。

4.超脉冲CO2激光治疗仪:

波长10640nm，输出功率1mW-100W连续可调，脉宽0.5ms。由于脉冲持续时间短于皮肤热弛豫时间，因此靶组织周围无热损伤。可用于各种皮肤浅表肿瘤，可有效治疗打鼾，鼻炎，咽炎，鼻息肉，鼻甲肥大及扁桃体肿大,并可开展部分外科及妇科疾病的激光治疗。配备图形发生器(PCG)，可开展除皱换肤、祛除眼袋及祛除瘢痕等美容治疗服务。

5.YAG激光器即掺钕钇石榴石激光器:

激光输出波长为1064nm，其输出光纤可深入组织，作为光刀或照射治疗均有很好疗效，且具有良好止血效果。其波长经倍频后产生波长为532nm绿光，对皮肤血管有显著疗效。

6.Diolite 532半导体激光:

为脉冲激光，激光输出波长532nm，最大功率3.0W,脉宽1-100ms,能量密度0.1-950J/cm2,主要用于皮肤血管病和色素病的治疗。

7.He-Ne30II型激光治疗仪:

属低能量激光器，激光输出波长为632.8nm，最大输出功率为30mW，最大能量密度140mW/mm2。广泛用于临床各科。

第二节 激光的生物学效应

一.热效应

热效应是激光生物学中最重要的生物效应。激光治疗原理多基于热效应。组织对热的反应程度，根据温度不同依次有温热、红斑、水疱、凝固、炭化、汽化、燃烧。

红外激光生成于发光物质的振动态和转动态能级之间的跃迁，其量子能量较小。生物组织吸收此光量子只能引进生物分子振动和转动，增加生物分子的热运动，使生物组织温度升高，为直接生热，也称吸收生热。

可见光和紫外光的光量子能量较大，组织吸收后可引起生物分子的电子跃迁，其回到基态的过程中所释放的能量可能引起光化反应或热效应。热效应来源于两个方面，一是受激分子的无辐射跃迁所释放的能量，二是在回到基态过程中，各能级间分别向下弛豫，依次释放较低的量子能量。结果均使周围分子热运动增强。

二.光化作用

光能作为激活能在组织细胞内引起的化学反应即为光化作用。处于基态的分子吸收了足够的能量的光子而跃迁到电子激发态后，在其向低能态跃迁，但又不返回其基态的弛豫过程中，多出的能量消耗在其自身的化学键断裂或形成新键上，从而发生光化反应即为原初光化反应。在大多数情况下，原初光化反应过程中形成具有高度化学活性的中间产物，如自由基等不稳定产物，后者进行继发光生化反应，直至形成最终产物。光化反应可表现为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化等类型。

三.压强效应

激光高度集中的能量，能在人体组织中产生高温、高压和高电场强度等特殊效应。光子既有质量又有动能，其照射时能受照部位的压力即为光压。

用调Q脉冲激光聚焦照射组织时，局部急剧升温沸腾，喷发出气流，组织受到此气流的反冲力称气流反冲压。

调Q脉激光的巨大能量可使组织中水分瞬间蒸发，产生瞬变压强，导致定域或损伤，称内部气化压。

强激光照射组织，局部迅速升温，体积膨胀，使周边产生超声波，称热膨胀超声压，其压强值与温度梯度成正比。

组织在强激光(电磁波)照射下，因电场作用而发生极化，极化产生应力，从而产生电致伸缩压强。

四.电磁场作用

激光是电磁波，因此可以说激光对生物组织也是电磁场对组织的作用，但多认为主要是电场作用。可产生各种次级效应，包括电致伸缩、自聚焦、自俘获及受激布里渊散射等现象。

五、生物刺激效应

生物机体内产生复杂的生物效应，可表现为兴奋或者相反。当弱激光照射生物组织时，不对其直接造成不可逆转的损伤，而只产生类似于超声波、针灸热疗等机械或热效应，称为激光的生物刺激效应。