激光与光子基础知识

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热限制/热驰豫时间
• 当激光的照射时间（脉冲宽度）小于色基 的热驰豫时间时，热能被最大限度地限制 在靶位内，而不能有效地传递到周围组织 中去 。 • 能量是守恒的，能量最终会转变为机械能 （颗粒崩解）或化学能量（蛋白变性）释 放出来。
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热限制/热驰豫时间
Vessel Diameter 20 m 50 m 100 m 300 m
激光的分类
连续激光
准脉冲激光
脉冲激光
连续激光VS脉冲激光
激光常用的参数
激光 / 光组织影响
反射
散射
传输
吸收
激光/强光与皮肤组织的作用
• 反射：在激光的防护中具有意义
• 散射：是影响穿透的重要因素
• 传导：对组织不起任何作用
• 吸收：只有能量被吸收才具有治疗作用
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皮肤组织
• 皮肤是由不同来源的细胞和基
• 治疗机制：
– 显微爆破效应 – 高温汽化
激光皮表重建
• 脉冲激光去掉表皮及部分真皮结构，启动 机体强大的修复功能，使皮肤重新形成一 层“正常”的皮表的治疗。 • 其它的翻译：激光换肤、激光磨削、激光 嫩肤等。 • 治疗机制：
– 瞬间气化 – 可控制的热损伤/刺激
选择性光热作用原理拓展
• 选择性光热作用原理 的拓展 • 临床应用
• 手具
– CPG治疗头 – CAP治疗装置
• 气化型局灶型皮表重建 (ablative fractional resurfacing)
– 10600nm(Lumenis)
• 气化性点阵 (ablative fractional laser)
– 2790nm (Cutera) – 2940nm (Alma, Fotona, Palomar,wavelight, Sicton) – 10600nm (Lumenis,, Alma, Reliant)
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近红外激光
• 穿透深 • 对深色皮肤人种治疗有优势 • 治疗文身和太田痣非常有效
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维 纳 斯
Q532:雀斑、咖啡斑
Q755:雀斑、太田痣
Q1064：太田痣、文刺
VPW532:血管、皱纹、痤疮
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治疗血管性皮肤疾病的激光系统
• 波长：532nm,585nm,595nm,1064nm • 脉宽：长脉冲宽度（0.5-100ms) • 色基：血红蛋白 • 靶位：血管内皮 • 机制：蛋白质凝固
• 红色激光：红宝石（694nm、20-50ns）
翠绿宝石（755nm、50-100ns）
• 近红外激光：Nd:YAG(1064nm、10ns）
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绿色激光
• 穿透较浅，用以治疗表皮色素性疾病 • 对雀斑和日光性黑子非常有效 • 氧合血红蛋白吸收较好，可形成紫癜和色 素沉着
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红色激光
• 穿透较深 • 可用来治疗表皮和真皮的色素性疾病 • 氧合血红蛋白吸收差，形成紫癜和色 素沉着风险较低
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脉冲染料595激光
• 优点：具有一定的穿透深度，有理想的脉冲宽度 • 缺陷：波长偏离吸收峰值，选择性削弱。 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣
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长脉冲1064激光(Nd:YAG)
• 优点：良好的穿透深度，有理想的脉冲宽度 • 缺陷：选择性削弱。 • 临床：深部的血管扩张、鲜红斑痣
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脱毛激光
美容激光与光子基础知识
昆明医科大学附一院皮肤科/医疗美容科 杨智 何黎
目录
• • • • • • 激光与激光器 选择性光热作用原理 选择性光热作用原理的拓展 局灶性光热作用 强脉冲光技术 其他能量
激光与激光治疗仪器
Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation
UV
VISIBLE
INFRARED
400 nm
700 nm
10
2940
532
694
755
x-rays cosmic rays
Microwaves TV and radio waves
10600
激光器的分类
• 连续激光
CO2,氩，氪，氪离子染料激光
• 准连续激光或半脉冲激光
铜蒸气激光
• 脉冲激光
Q-开关激光
• 波长：694nm, 755nm, 800nm, 1064nm • 脉宽: 大于10ms • 色基：黑色素 • 靶组织：毛乳头生长部位 • 机制：热凝固变性
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选择性光热作用
• 当激光波长处于色基吸收峰值 时，其光子能量被转移到最终
• 能为色基理想吸收波
长的激光
• 激光照射时间（脉冲
具有临床效果色基分子上，而
– – – – 血管性皮肤疾病的治疗 脱毛治疗 嫩肤治疗 点阵激光
热损伤时间
• 治疗机制：
– 可控制的热凝固/损伤
血管性皮肤疾病的治疗
• 激光的波长：
– 532nm、585nm、595nm、1064nm
• 脉冲宽度：
– 0.5-100ms
治疗实例
毛细血管瘤治疗4次
皮肤科激光治疗中心
激光脱毛
激光脱毛：
可能的适应症
• 主要治疗适应症：
– 皮肤松弛、皱纹 – 光老化皮肤 – 萎缩性瘢痕
• 其他应用：
– 色素增加性皮肤疾 病
• • • • 咖啡斑 太田痣 Backer痣 黄褐斑
• 拓展性应用：
– 改善毛孔粗大 – 妊娠纹及腹部皮肤松弛 – 外伤、烫伤及外科瘢痕
– 其他疾病
强脉冲光治疗技术
IPL = Intense Pulsed Light
基本原理 创伤修复（Wound healing)： 炎症期 增生期 成熟期 点阵激光启动了一个可控的皮肤创伤修复过程。
点阵激光分类
• 非气化型点阵 （non-ablative fractional laser)
– – – – 1320nm（Cynosure) 1410nm（Reliant) 1540nm (Palomar) 1550nm (Reliant, Solta))

Thermal Relaxation Time 140 s 1.2 ms 3.6 ms 5-10 ms
小的色基热量低 无论加热还是散热都很快 大的色基热量高 无论是加热还是散热都比较慢
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选择性光热作用原理应用
• 临床应用
– 文刺治疗 – 太田痣治疗
• 色素性皮肤疾病的治疗
– 气化型激光皮表重建技术
Spontaneous Emission
P1
+
e¯
e¯
P1
+
Stimulated Emission
+
e¯
P1
+
e¯
P2
e¯
+
P1 P2
+
e¯
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激光谐振腔
激光介质
(i.e. crystal, gas, dye)
全反射镜
R- 100%
部分反射镜
R- 90%
能量源 (i.e. flashlamp, electric current, laser)
Light Absorption Into Tissue
100,000 10,000
Er:YAG
Melanin
1,000
Absorption Coefficient (per centimeter)
100ຫໍສະໝຸດ Baidu
10 1.0 0.1 0.01 0.001
Hemoglobin
Water
CO2
Oxyhemoglobin
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选择性光热作用的过程
• 携带足够能量的光子经过皮肤到达色基。 • 表皮和真皮最小程度地吸收光子能量。
• 在靶组织中有足够多的光子吸收，并产生热量。
• 靶组织中（血红蛋白，黑素）蛋白热变性，并传递 到周围细胞引起损伤。 • 体内的清除系统（免疫系统）清除。
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皮肤结构
黑色素
血管中血红蛋白
毛囊皮脂腺以及水
周围色基竞争吸收最少，且当 脉宽等于或小于该组织的热弛 豫时间时，激光所产生的热效 应仅限于靶组织，而不引起周
宽度）必需短于色基
的热驰豫时间
• 高能量激光
围组织热损伤和瘢痕。
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靶组织毁坏机制
光热作用（photothermolysis)：
– 色基（血红蛋白，黑素或文刺颗粒）吸收光子 (photo)能量 – 光子能量转变成热能(thermo) – 靶组织因热能的作用而毁坏或变性 (lysis)
局部产生高热
毛发再生组织 热坏死
局灶性光热作用原理
Fractional means 点阵意义
Shot
Healing process
Normal skin
CO2点阵激光-组织相互作用
•激光气化部分皮肤组织 •热刺激导致部分组织热变性 •启动组织修复过程 •成纤维细胞活跃 •胶原组织增生 •组织致密 •缓解皮肤松弛、治疗皱纹、萎缩 性瘢痕等
光子的历史
• • • • 第一代光子: Photoderm/1995/ESC 第二代光子: Vasculight/1998/ESC 第三代光子: Quantum/2000/Lumenis 第四代光子: Lumenis one (OPT时代)/2004/Lumenis
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Penetration Depth – Lasers
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光斑大小/治疗深度
By Spot Size
39
能量大小/治疗深度
5
10
20
40
热限制/热驰豫时间
• 选择合适的光源结合不同色基对光吸收的特点， 是选择性光热作用（选择性治疗）的第一步。 • 关键问题是我们还必需将热量限制在治疗的靶位， 使治疗本身具有选择性特点。 • 热量并不具备选择性，它的作用是非特异性的。 • 治疗的目的是合理地使用光源并将热量限制在靶 位。
激光的特性
• • • • 单色性 相干性 方向性 高能量和聚焦性
激光
普通光
激光与普通光
Laser
White Light
激光的颜色
• 波长决定了激光的颜色，不同波长的激光 表现为不同颜色的光。 • 为了获取不同波长的光，需要不同的激光 介质
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激光器的分类
Laser Head
Mirror Cylindrical Waveguide Nd:YAG Rod
0.0001
0.2 1.0 3.0 10 20
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Wavelength (Microns)
光对组织的穿透深度
0.25
0.2 Effective Penetration [cm]
0.15
0.1
0.05
0 400
500
600
700 Wavelength [nm]
800
900
1000
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不同波长的光对皮肤穿透
简单的说就是光谱为500 – 1200 nm的位于可 见光与近红外线这部分的光
IPL Head Components
Reflector Linear Xenon Flashlamp
Filter Coating
Light Guide
IPL Broadband Spectrum with Cut-Off Filters
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长脉冲532激光(倍频KTPNd:YAG)
• 优点：波长覆盖血红蛋白的吸收峰值，选择性好，有理想的 脉冲宽度 • 缺陷：穿透深度有一定的局限性。 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣
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脉冲染料585激光
• 优点：波长覆盖吸收峰值，选择性好。 • 缺陷：脉冲宽度过于窄小，穿透深度不理想 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣
694nm、755nm 、 800nm、1064nm，IPL 光子
新一代半导体激光脱毛：
压迫式快速滑动冰点无痛半导体脱毛 月光真空脱毛
激光脱毛机制
激光 作用于皮肤 毛囊中的黑色素 选择性吸收
抑制毛 发生长
激光作用于皮肤，被毛囊中的 黑色素选择性吸收，局部产生高 温，通过热扩散作用使毛囊局 部的毛发再生组织发生热坏死， 从而使毛发失去再生能力,同时 又不损伤周边组织
质组成，具有不同的光学属性
（吸收和反射光能力） • 不同皮肤结构能吸收或反射不
同波长的光
• 大多数光是能穿透皮肤的。 • 皮肤组织这种对光吸收和反射 的不同，为我们使用光进行治 疗提供了可能性。
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激光/光组织影响的类型

光热效应：组织的凝固与汽化取决于吸收，激光 脉冲大约0.5毫秒或稍长。 光机械效应：组织分裂，脉冲激光约0.2微秒或稍 短。 光化学作用：对化学组织键的直接损坏或在使用 PDT药物下出现的化学反应。 光生物刺激作用：使用低能量激光刺激组织细胞 反应。 选择性光解作用：特殊波长与脉冲宽度配合，在 靶目标组织上获得最佳效果而同时对周围组织产 生最小的影响。
治疗色素增加性皮肤疾病的激光系统
波长：500-1000nm 脉度：10-9 秒（纳秒） 色基：黑素小体 靶位：色素细胞或组织 机制：爆破效应
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治疗色素性皮肤疾病的激光
• 绿色激光：铜蒸汽激光（511nm)
氪离子激光（520-530nm） 脉冲染料（510nm、300ns） 倍频Nd:YAG(532nm、5-10ns)
+
Pumping Lamp Gold Coated Pumping Cavity
Mirror
激光介质：气体激光、染料激光、固体激光、化学激光、半导体激光
Laser Types
KTP Excimer Nd:YAG
Holmium Er:YAG
190 - 390
488 - 514
577-630
1064
2100