激光应用之激光针灸

作用；压强作用主要为大、中等功率激光器所产生；而光化学效应则在低剂量激 光照射时特别重要。 生物刺激作用则只有用弱激光照射时才产生，而且多次照射 会产生累积效应。 而激光针灸为弱激光穴位照射，所以对于弱激光对生物体的刺 激作用是不可忽视的。对于弱激光对生物体的刺激过程，可分析如下： 首先是生物分子吸收光子，并经能量转换后，光能转换成生物分子的热能、 化学能或内能，并可能引起该分子自身能量状态的调整。 其次是生物刺激作用，生物分子吸收激光能量后发生状态的改变，这就是一 种刺激源。 另外，伴随发生的微弱的加热作用和光化学作用，也是物理性的刺激源。 上述这些刺激直接或问接作用于神经、肌肉和腺体等可兴奋组织时，就可能 产生兴奋，促使有关系统的生命活动由弱变强，如使蛋白质合成活化、提高酶的 活性等， 最后产生一系列的生物反应。当辐照的激光剂量太低时不会发生刺激作 用， 太高时则损伤组织， 只有在大于刺激阈值和小于损伤阈值之间的激光剂量才 是引起生物刺激作用所需的适当剂量，其中较小剂量可引起兴奋，较大剂量则可 引起抑制。选用适当波长、适当剂量的弱激光作用于生物体的适当部位，发生所 需要的刺激作用， 受照组织作为对这种刺激的应答性反应，在分子水平上是调整 蛋白质和核酸的合成、影响 DNA 的复制、调节酶的功能，在细胞水平上则是动 员代偿、营养、修复、免疫和其他的在生活防御机制来消除病理过程。 根据临床观察，从人体组织的反应来看，低强度的激光的作用表现为消炎、 镇痛、消肿、促进肉芽生长，加速创口愈合，改变组织病理状态和恢复组织健康 等。 1.2.4 激光针灸的光化学效应 当激光辐射穴位治疗时，其能量没有达到破坏生物组织、热效应和压强效应 又不占主导作用时，在生物组织中可能主要作用就是光化学效应和光刺激效应。 激光生物光化学效应，指激光辐照组织时，光子能量被组织内分子吸收后，使生 物物质产生理化反应，或使其反应定向及加剧等。 主要有四种类型：即光致分解、光致氧化、光致聚合和光致敏化。激光生物 光化反应可分为原初光化反应和继发光化反应两个阶段。 处于基态的分子吸收光 子之后跃迁到电子激发态， 在其返回到基态的弛豫过程中，多余的能量将消耗于 自身化学键的断裂或形成新键上，即发生了化学反应——原初光化反应。如果原 初光化反应直接形成稳定的产物没有任何中间产物出现， 则这样的反应叫做协同 光化学反应，这是很少见到的。通常在原初光化反应过程中形成的产物，大多是 具有高度化学活性的中间产物，如自由基、离子或其他不稳定的产物。这些不稳 定中间产物继续进行化学反应， 可在有光或无光环境中发生，直至形成稳定的产 物，这种光化学反应称继发光化学反应。 光化学反应一个最基本的规律，是特定的光化学反应要特定波长的光子来引 发。引起光化学反应的波段范围大致是波长 0.35～0.7 m 的近紫外和可见光。对 于一个特定的光化反应， 不同波长的光产生光化效应的效率是不同的。由于激光 的特殊性质， 生物组织吸收激光后的光化反应明显强于普通光，比如分别用准分 子激光束和低压水银灯光照射人腹部皮肤的离体角质层， 离体组织发射的荧光光 谱是相同的， 光谱峰值位置在波长 0.435 m 处发现蓝色光， 但激光照射后产生的
P Nh / Cst p / Cs
其中 s 和 t 分别表示包含 N 个光子作用在组织上的的面积和时间，p 为激光 的功率。 由上式可知，对于连续激光器，若是高斯光束，则其光压是连续作用在组织 上的，并且应为相应的高斯分布，由于光速很大，在低能量照射时，尽管光压很 小，但光子能深入到组织内部，直接作用与人体内部感受器，起到刺激作用。 对于脉冲激光器，尤其是较短脉冲激光，即使单脉冲能量 I 很小，由于峰值 功率 pm I / ，其中 为脉冲宽度，例如当 I=0.1mJ， 1s 时， pm 400W ， 所以其峰值光压会很大， 可能会造成组织的过度刺激甚至损伤，所以现临床上用 于生物刺激的激光大都是脉宽大于 1s 的或连续的，但至于脉宽小于 1s 的情况， 在多大程度时会损伤组织还有待进一步的研究， 也许在 1s 到 1s 脉宽之间存在更 好的刺激。 由于激光的光压取决于激光的功率、作用时间和激光照射方向，因此可通过 改变激光器输出功率的大小、照射时间和入射方向等，改变对穴位的光压力，这 就相当于传统针刺中的插、提、捻、捣、搓、留、弹、摇等手法，对穴位进行的 有效的刺激而得气，沿经络传输至病灶，达到治病的目的。 1.2.3 激光针灸的刺激效应 从上所述的激光对生物机体的作用中，热效应则在所有激光照射实验中都起
激态 A*，然后，它与周围环境中的介质 M 发生非弹性碰撞而导致它本身失活， 同时能量也发生改变。即： 吸收： A h A* 失活： A* M ( Ekin ) A M ( Ekin Ekin ) 。 组织吸收光能后将其转换成热能而使自身温度升高， 组织的温升可采用近似 方法计算。为此，假设血液的对流换热过程发生在有毛细血管的肌肉层内，把毛 细血管的区内肌肉和血液看成有相同的温度，等于当地肌肉组织的温度，假设局 部毛细血管的灌注率各向同性，根据 Pennes 生物传热方程： T C ( KT ) WbCb (Tb T ) Qm Qr t 其中， 、 C 和 K 分别为生物组织的有效密度、 有效比热和导热系数，Wb 为 组织的血液灌注率， Cb 为血液比热，Tb 和 T 各为血液和生物组织的温度； Qm 为 组织代谢热产率； Qr 为激光作用时被生物组织吸收后而表现为容积发热源。可 先采用 Monte Carlo 模拟方法求解表面照射下组织内激光能量的分布，进而采用 有限差分或有限元法求解组织内的温度场分布。 为简便起见， 将激光和穴位组织看做一个平衡系统，假定生物体的热学参数 不随温度而变化， 且生物体是均匀的和各向同性的，并假定激光作用于组织时其 光能瞬时变为热能，并迅速到达局部平衡。根据能量守恒定律，得组织的传热方 程为：
(3)安全，光针可避免毫针所可能发生的弯针、滞针、断针、晕针和刺伤内 脏等危险； (4)易控，因为光疗比艾灸更易控制剂量，且可通过对剂量的调节，同一光 束既可以做灸用又可以做针用； (5)操作简便，照射穴位只需要控制剂量、照射时间和作用方向，较传统针 灸方法要简便的多。 激光技术是对传统针灸的继承与发展， 为激光医疗尤其是激光针灸的继续研 究与发展提供了借鉴和新的思路。
解此方程，求 x=0 处解，即皮肤表面的温度为
T0
2l kt k
将有关人体组织热学参数代入上式，得皮表温度与激光功率密度、激光作用 时间关为：
T0 8.04l t
可知，皮肤表面温升与激光照射时间呈抛物线关系。因此，我们可以根据灸 疗时所需要的温度和所使用的激光器来正确地选取激光的功率密度和照射时间， 从而达到有效的刺激。 如果考虑空气对流、组织热传导、血液循环、热扩散等各种热量损失，那么 理论计算的结果与临床实践是基本相吻合的。所以在临床时，可以理计算值为参 考，视具体情况作一些调整。 1.2.2 激光针刺的压力效应 激光作用于生物组织产生的力学效应主要为：光压、汽化反冲压力、超声波 压力、电致伸缩压力、散射力等。但针灸激光属于低强度激光，汽化反冲压力、 超声波压力、 电致伸缩压力等是强激光所特有的效应，对于针灸激光来说是不存 在的，而散射力很小可忽略，因此，光针的力的作用主要来自于光压作用——光 子与组织表面的碰撞。激光光子的能量为 E h ，其动量为 P h / C 。假设有 包含 N 个光子的激光垂直入射到组织上，组织吸收体每单位面积每单位秒所获 得的动量就是作用在一单位面积上的压强，即光压，其大小为：
0 综述
中国是针灸的故乡，蕴涵着博大精深的针灸理论，在科技迅猛发展的今天， 针灸学越来越受到国内外更多人士的关注，我国针灸事业也正蓬勃发展，这有力 地说明了针灸医学具有重大的临床价值。针灸作为一种自然疗法，已经成为世界 医学的重要组成部分，针灸理论结合计算机技术、微电子技术、激光技术等多种 技术开发的智能化仪器已日益成为现代医疗仪器研究的热点。 激光针灸便是传统 中医针灸与现代技术的结合， 它对于临床应用，医学仪器的发展尤其是家庭医疗 保健方面意义重大。 1966 年匈牙利学者 Mester 首先提出了弱激光的生物刺激效应。激光针灸是 利用弱激光(Low Reactive Level Laser， 简称 LRLL)的生物学效应治疗疾病的弱激 光医学。 照射中不对生物组织直接产生不可逆转损伤的称为弱激光。针灸一词有 两层含义，针是指以机械刺激施于穴位，灸是指以温热刺激施于穴位。聚焦微细 激光束辐照穴位称为激光针刺，而扩束后的激光辐照穴位称为激光光灸。 传统针灸 激光针灸 机械能或外载电能 光能 有明显的针刺感， 体弱畏针者不 较小的刺激性，易于接受 宜 侵入性 侵入性，对皮肤有损伤 非侵入性，对皮肤无损伤 穴位要求 需消毒， 有禁忌穴位，只作用于 不需消毒，无交叉感染，可用于粘 完整的皮肤 膜、溃疡皮肤 调节性 需临床医生根据经验调节 可进行激光参数调节 激光针灸可取代传统针灸的部分手法， 而且具有传统针灸许多无法比拟的优 点： (1)无痛，因为是低强度激光刺激，不破损皮肤； (2)无菌，因为光针治疗和患者无机械接触，避免带菌入体的可能性； 项目 刺激源 刺激性
1 物理理论基础和原理
1.1 理论基础概述
从物理角度来看，激光针灸作用的实质是：激光作用于人体穴位处组织，该 组织的细胞分子原子吸收激光能量后，状态发生了改变，并产生相应的信号，此 信号通过人体经络和神经系统传输到患病部位，使患病部位机能获得改善，从而 达到治病的目的。 一般认为激光的生物效应有 5 种：热效应、压力效应、电磁效应、光化学效 应和刺激效应。当激光照射机体时，这 5 种效应均存在。同时又与所使用的激光 光源的不同，5 种生物效应的作用强度也有所不同。如 CO2 激光具有明显的热效 应， 而氦氖激光则具有较强的光化效应和刺激效应。由于激光穴位照射多采用低 强度激光，因此激光的温热作用起着比较重要的作用。 在用激光治疗时，物理理论基础可分成二大类： ①利用强反应水平激光的破坏作用去直接破坏或清除病变组织； ②利用弱反应水平激光的生物刺激作用来调整人体的免疫系统、神经系统、 血液循环系统和组织代谢系统的病理生理状态使之恢复正常。 生物组织吸收了弱 反应水平的激光后能产生适合于治疗的激光生物效应， 所以这一类便发展成为激 光理疗针灸学。 弱激光工作方式有脉冲工作和连续工作两种方式。在相同剂量时，脉冲激光 刺激强度较连续激光为强。不同波长的激光有不同的生物学效应。 1、红外波段（0.76～1.5 m 为短波红外；1.5～15 m 为长波红外）激光，其 生物作用主要是温热刺激效应。 2、可见光波段(0.4～0.76 m )激光特别是红光(He-Ne)绿光(Ar+)激光，具有 更广泛的生物学刺激作用，如消炎、镇痛及促进组织再生的作用等。 3、紫外波段(0.18～0.4 m )激光，例如氮分子激光，则主要是光生化效应。 照射剂量以功率密度( mW / cm 2 )及照射时间(s)标示，并以照射时间和光斑大 小来控制。在适当的剂量下，最初 3～5 次，以较小剂量进行照射，以后应逐渐 加大剂量。因为组织经多次刺激后，将会产生适应性，故需加大剂量继续照射， 方可产生预期的生物学作用。
激光应用之激光针灸
【摘要】 根据激光针灸技术的临床经验，从物理角度对激光的五大生物组织效应 进行定性描述和定量分析，探讨了激光针灸仪的研究现状，提出了改进建议。 【关键词】激光针灸，理论，改进
Laser Application:Laser Acupuncture and Moxibustion
[Abstract]Based on the interaction of lasers with biological tissue and clinical application of lasers,the five main interactions are investigated qualitatively and quantitatively from physics aspect.Improvements are provided according to the research development and present situation. [Key Words]laser acupuncture and moxibustion,theory,improvement
1.2 主要物理效应
1.2.1 激光灸疗的热效应 激光针炙的目的不是损伤生物组织，而是刺激和健全生物组织。激光辐照生 物组织时， 组织热损伤和温度及辐照时间的关系可用图 1 表示。图 1 是组织热损 伤的临界曲线，曲线上方各点的温度．时间能使组织损伤，下方的不能。
皮肤表面温升和激光照射时间及功率密度的关系曲线 I 的单位：mW / cm 2 ， Il=3.82， I2=8.76， b=10.62， L=23.89， I5=42.47， k=95.54， 17=169.85，Is=382.17。 激光灸疗主要是基于激光生物组织热效应。激光照射生物组织时，由于表面 折射率的不匹配，垂直入射的激光束中通常有大约 5％的光被反射，其余的光透 射人组织内部，并经历多次散射和吸收等过程。从微观上讲，激光照射生物组织 时， 生物分子将在振动——转动带内吸收光子能量，从而将光子能量转化为分子 平动能，即通常意义上的热能。这部分热能先储存在直接受照射的组织中，然后 逐渐传递给周围组织， 使受照射组织的温度升高， 或者以热辐射的形式辐射出去。 其基本过程是：对于分子 A，它吸收带有能量 E h 的光子而受激处于受
Q le x
式中 l 为入射激光的功率密度， 为组织的吸收系数。 由于针灸用激光对组织的穿透深度是有限的，因此，可把穴位组织近似看做 半无限体,设此半无限体从 0 沿正方向无限伸延，则穴位组织中一维热传导方程 为：
2T 1 T le x 0 x 2 k t k
1 T Q T 0 k t K
式中 T 为组织中某点相对皮肤温度的温升，K 为组织的热导率，k 为组织的 热扩散率， Q 为组织内单位体积、单位时间的生热率。 假设激光垂直入射到穴位表面，设此方向为 x 方向，并假定穴位组织吸收了 全部激光能量，且全部转化为热，则组织吸收激光后的生热量为：