激光医疗及其原理

激光是一种人造特殊的光,它与一般灯光、太阳光同是电磁波,但其产生机理不同,它是工作物质 中原子“受激”发射的光,它的光束中所有光线都具有高单色性、高方向性、高亮度性和良好的 相干性。在医学方面主要是利用激光高亮度、高方向性等特点,激光通过透镜控制聚焦光斑的大 小,改变功率密度,使人体某一点上的温度最高可达 200℃-1000℃,在极短时间内(10-2-10-3 秒)使 病变组织凝固、 分解,以至熔融和气化。 例如在ＣＯ2 激光器的输出端可获得聚焦光斑小于 0 1 毫 米,以一定速度移动代替传统的外科手术刀对人体各种软、硬病变组织进行气化切割,而且精度 高、伤口小、随时融合,基本上无痛、无菌、少出血。又可以根据需要选择不同波长的激光,调节 光斑的大小,覆盖人体病变区域进行照射,透入不同深度进行治疗,或者在计算机与Ｘ光等仪器配 合下,将激光通过光导纤维导入体内病变器官处进行治疗, 等等。目前激光已在心脏、癌症、眼、 耳、鼻、咽、牙、皮肤、妇科、骨科以及美容等方面开展临床医疗,形成全新的医学分支——— 激光医学。 与此同时,各类激光医疗系统设备的设计与制造也日趋势完善,又推进各医学专科激光 医疗向纵深发展。 根据激光治疗的特点,确保治疗方案正确实施,关键在于医生的治疗前的认真准 备和治疗过程中精心的操作,才能成功。
靠,显著提高了镶牙技术和品质。 （四）激光治疗心脏病 因心脏病患者由于动脉血管内有胆固醇或有钙质晶体(晚期)的沉积而使血液受阻,以致心肌得不 到新陈代谢必须的富氧血液,从而使心肌局部缺血,梗塞以至坏死。 现有治疗方法有内科药物治疗 及外科手术治疗,外科手术则是冠状动脉搭桥和气囊血管形成法,前者是切除人体下肢一段静脉 血管移植到心脏主动脉与狭窄血管之间进行搭桥连接。后者则是把空的微形气囊,经过静脉管缓 慢地推到已经堵塞冠状动脉处,再给气囊充气,将血斑推向动脉壁,以恢复血液流通。这两种技术 在国内外医院已临床应用,但是有些病人不适应上述治疗,故近 10 年来又有采用光纤传导激光束 到动脉管内将堵塞部位“打孔”形成血管或同时消融血管内血栓的技术。后又进一步发展成为 一种治冠心病的血管再造技术,即用激光直接在左心室壁上打孔, “再造”出数十条直径 1 毫米 的血管通道,让左心室的富氧血液直接流经再造血管内,直接改善缺血区的供血状况。 还有将上两 种技术兼用,例如,在国内于 1996 年北京邮电总医院,对一位 47 岁的冠心病人施行了“打孔+搭 桥”手术,术后病状消除,心功能明显改善,两周后痊愈出院。 （五）激光治癌症 当人体内确诊是患恶性肿瘤(癌症),传统的治疗方法之一是注入带有放射性化学物质,用放射性 射线杀死癌细胞,缺点是将肿瘤周围的好组织细胞也一起杀死了。现用激光手术刀直接切除肿瘤 外,还可以用激光动力学疗法。它是将病人先注入一种“血卟啉衍生物”光敏药物,它与癌细胞亲 合力强,而与正常细胞亲合力弱,12-24 小时后药物便附着在肿瘤上,这时用一种准分子激光器输 出的激光, 通过一根极细光纤进入肿瘤部位,当激光一遇到药物,即被吸收引起药物光化学反应, 生出单态氧,使接触组织内的细胞产生强烈氧化反应,使生物分子链发生断裂,即切断肿瘤供血并 将其分裂成碎片气化。这种疗法同样可应用到妇科的宫颈癌、膀胱癌、食道癌、直肠癌和支气 管癌等的治疗中,成功率达 70%-80%, 这一医疗法在美国 1996 年约有 400 家医院采用,年治疗约 130 万人次。另外还可用以激光动力学方法进行癌症检查, 根据血卟啉衍生物在激光的照射下 会发出橙红色荧光,故病人注入此药后,用适当波长的激光扫描人体,用人眼直观或通过内窥镜观 察是否有橙红色荧光,如有橙红色,则说明该部位有癌细胞,这种检查可靠性高。 （六）激光美容 长期以来人们希望面部皮肤上皱纹、伤疤、疣、痣等缺陷得到真实的消除,增进面部形态美,传统 的医法是多种多样的。有的收效不明显,有的恶化。自 80 年代美国和澳大利亚等国先后用激光 美容。针对皱纹成因是皮肤表层胶原质变长或断裂导致皮肤皱褶失去弹性,一般是用脉冲式ＣＯ 2 高能量激光照射,可以消除产生缺陷的极薄的外层皮肤,以及使表层胶原质的长度缩短 1/3 恢 复皮肤弹性,修复伤痕,并使胶原质碎片加热熔融在一起,形成新的胶原质, 重新塑造皮肤外表层。 据一项 900 人临床试验中,有 90%人消除了脸部 75%的皱纹。目前国内一些城镇医疗单位都设 有这种美容诊所,据称这种美容诊所使用皮肤科激光设备,开展治疗大田痣、鲜红斑痣、血管瘤、 胎记、雀斑,祛皱纹、祛除纹身、纹眉、纹眼线、多毛症等,能做到安全可靠,敏捷美容,无后遗症。 激光技术在医学上的应用,除了以上介绍的医科以外,还有用激光技术在治疗胆结石、 骨科、 妇科、 消化道以及激光灭菌等方面不断有新的应用成果和发展。此外,激光器件和各类激光专用或多用 的医疗设备, 也都在迅速发展,再加上未来世界经济一体化的促进,各国科研人员与医生合作创 新,可以相信在人类对于激光医疗更大需求下,一个以治病救人的激光医学正是方兴未艾,蓬勃发 展。 三、高功率激光的应用与发展前景 高功率激光在医学上的应用已经非常普遍。从体表各种疣、痣、赘生物及良恶性肿瘤的气化切 割,到内腔疾病的治疗。从最早的二氧化碳、Ｎｄ:ＹＡＧ激光到准分子激光、高能超脉冲二氧化 碳激光、调Ｑ的翠绿宝石、 ＨＯ:ＹＡＧ激光以及高功率半导体激光的应用,激光器逐步趋向于小 型化、轻便化。柔韧的光纤可选择性地输出较高功率的激光。特别是近几年出现的ＨＯ:ＹＡＧ 和高功率半导体激光使激光外科技术获得重大进展,在普外、泌尿、妇科、耳鼻喉科等多个领域 推广使用。 ＨＯ:ＹＡＧ-中红外激光波长为 2.15μ ｍ左右ＨＯ:ＹＡＧ激光,目前脉冲能量可达 0.5～2.8Ｊ/脉冲;脉冲频率 5～40 次/ｓ;平均功率 1.25～80Ｗ。人体组织水吸收率在 2.0、3.0 μ ｍ光的波长附近有两个尖锐的吸收峰,此波段与组织作用时,光易被体液吸收,对邻近组织热扩散 作用小,比其它可见光及近红外激光的热损伤小,光作用点吸收强[8] 。现已成功地应用于各内窥
二、激光技术在多种医科上的应用
（一）光验血与麻醉 验血是治疗病人之前常用的诊断方法之一,传统的方法是抽血化验,既费时间又不精确。 美国桑迪 亚国家实验室科学家最近发明一种激光测量的血细胞形态的仪器,它可在几分种内测出血细胞 的多种数据。 该仪器只有邮票大小,可产生上千条极细激光,激光发射器的下面放置内径只有头发 丝 1/10 粗的血液试样的细管,经上千条激光照射的血样管的周围激光传感器采集血细胞反射和 折射的激光,再经放大转变为电信号输入到一台便携式计算机中,计算机则根据这些信号显示出 合成血细胞的图像,并测量出大量血细胞的精确数据。过去医院长期存在病人惧怕打针和注射麻 醉药物,以及废弃针头也常有伤人事故,为此,近年来美国科研人员开发一种无痛微型激光麻醉器, 它以红色激光脉冲在病人皮肤的上层表皮上烧掉一个直径 2 毫米深 20 微米的小洞,不伤及神经 组织,不会有任何痛感,使用利多卡因一类液体麻醉药直接进入体内,皮肤在 3 分种内完全麻醉,在 6 分钟内可麻醉 2 5 厘米深处的组织。这一新的打针和麻醉方法深受医护和病人的欢迎。 （二） 激光眼病治疗 激光自 1961 年首先在眼科医疗应用。例如老年白内障是因眼球透明晶体表面蒙上一层云雾状 的膜,传统医疗方法是更换晶体,用人眼角膜或人百度文库角膜移植手术使患者重见光明。 现用低功率红 外激光照射,可迅速将其一层云雾状膜气化剥离,还原透明晶体,恢复视力;又如青光眼症状是眼内 流动液体通道堵塞,内部液压过大,以致损坏视觉神经,引起视力模糊失明,现在采用适当波长与能 量的激光气化方法,可以打开一个微细通道,使眼内液体获得流动,恢复视力;又如视网膜脱离,同 样可以用很细的激光束从瞳孔射入眼内,使病变部分的细胞和蛋白质熔融成胶体状,从而将视网 膜重新“焊固”在眼底上,恢复正常视力。以上三种激光治疗, 在 80 年代国外先进国家已临床 应用。近几年来,欧美等国用激光矫正近视、远视与散光又取得新进展。如近视眼因角膜凸起或 眼球过长,结果光线聚焦成像在视网膜之前,现用激光将角膜中央凸起部分“刮平”,使光线成像 恢复在视网膜上;对远视眼则因角膜中央过于平坦,使光线聚焦在视网膜之后,这用激光去除角膜 周边组织,中央部分相对凸起,成像正好在视网膜之上;对于散光眼因其角膜表面一些细小的凹凸 结构使入射光线向各个方向无规则偏折,致视网膜上无法形成对比度强的清晰图像,这样用激光 使角膜“平整化”,达到恢复视力。 现在眼科医生常规仪器是放在眼睛之上的接触式透镜,或是座式透镜,从外部检查患者眼睛内部 病情,这只是初略的了解。 据国外最新报告:近来由加拿大安大略省眼科技术学院研制出一种新型 眼部内窥镜,其体积直径小于 1/3 毫米,配以微型数字相机和监视器,医生将窥镜穿过眼白在眼内 详细的了解眼内病情。 该镜有三组光纤,一组是观察纤维,将窥镜图像送到相机, 并由监视器显示; 二是提供强氙或卤素光纤“照亮”眼睛内部;三是特制空管输送激光,用于治疗眼内疾病。术后抽 出窥镜,留下小孔,也可用激光愈合。这是一部集检查、治疗和修复各种眼病于一体的专用设备。 （三）激光焊接与愈合 迅速止住创伤或肝脏手术大出血是传统医学的难题。现采用激光瞬时照射的热效应,控制照射人 体的创伤口或血管刚好达到熔融状态而未气化,可以代替传统外科缝合手术而“焊接”,且不易发 炎,术后恢复又快。近年来美国医学专家格里高利,又在激光焊接基础上创造出激光愈合技术成 功。他是用一台手提式红外激光器和一种“弹性蛋白”的止血材料(从生物体中提取的并加工成 一种新型止血材料),手术时将激光照射弹性蛋白直接融入伤口或手术切口处的皮肤组织,从而达 到患处迅速愈合,手术过程简单易行。激光治牙病 人们常由于不注意口腔卫生,牙缝中长期存留食物残渣发酵致酸液、 微生物和细菌,侵蚀牙齿表面 釉质被破坏,在牙龈上出现通向神经的小孔或空洞的龋齿,导致对冷、热、酸、甜食物过敏,出现 牙痛、牙龈肿胀及出血等病状。传统的方法是用补牙、拔牙等手术,难于消除。现在用激光刮除 术,即运用激光照射使病牙龈气化,并杀死病变的细胞。 对龋齿孔洞用激光切割整形并用陶瓷材料 填补。另一种较好方法,是利用激光将牙釉质加热约 1000℃左右,使釉质熔融,重新固化釉质,整旧 如新。最近新加坡国立大学开发出一种低能量短脉冲激光,温度为 400℃熔化牙齿表面的有机基 质以填塞釉质结构之间的空隙,形成更好的保护层,防龋效果达到 98%。 另外,还有应用激光镶牙,即在脱牙的牙基上,用激光打一个洞,拧进一个不锈钢螺丝,其上固定一 条钛合金金属棍代替牙基,再用激光把金属假牙焊接在金属棍上, 这样安装假牙速度快、牢固可
一、激光治疗机理 激光治疗时光对生物体的各种作用结果，由于激光的高强度，他将产生强烈的热效应, 光化学 反应，光压和电磁场作用，根据这些作用可以进行各种临床治疗。 （一）激光热效应 高功率激光可以焊接高熔点材料，切割金属板，所以对人的肌肉和皮肤进行切割当然不在话下。 将 100 瓦的连续激光用光学镜头进行聚焦，在 0.1 秒钟内可以达到 1000 度的高温，使肌肉组 织在瞬间汽化。当聚焦光点缩小到微米量级,激光束便等效于光刀，可以进行各种切割手术。当 激光用于理疗的时候,其低温热效应可以起到消炎、止痛和调节人体机能的作用。 （二）光化学反应 生物有机体吸收激光,是细胞内的某些大分子产生分解,失去再生机能。 人提组织内含有大量各种 色素，对激光进行有选择的吸收并产生光化学反应。例如，在细胞质和细胞之间含有大量的黑 色素颗粒，吸收一定波长的激光并产生光化学反应，从而破坏整个细胞。如果这些细胞是病变 组织，则激光照射变起到抑制或根除病变组织的疗效。医疗中总是希望病变组织能大量吸收激 光而破坏，而对正常组织不产生影响。 （三）光压作用 光具有压力是一般常识，但普通光源的压力很小，不为人们所感知。但强激光，特别是强脉冲 激光，产生的光压是明显的，当用金属板或纸板阻挡激光时便可以听到激光光压发出的声音， 有时还可以使轻微的纸片发生振颤。已通过实验证明，如果激光能量密度达 71080W/cm2，产 生的光压力约为 3.4 达因/cm2，相当于 3.4 · 10 大气压。此压力作用于人体组织是不可忽略 的，它将使人体局部组织发生膨胀、变形等。 （四）电磁场效应 磁疗法现在已人所共知，磁疗是靠磁场，人体细胞的原子和分子是按一定的结构和规律构造的， 如果由于某种病变或伤害，大量细胞内部结构会产生畸变，会使细胞功能受到障碍，人体便感 不适。电磁场能使分子、原子产生极化，从而矫正畸变；交变场还可使原子、分子产生激励振 动，从而恢复细胞的活力。 目前，关于激光治疗机理的研究还有待深入，需要医学专家和激光专家共同去探讨这些问题。