激光生物学效应及医学应用

激光的生物效应及医学应用

当把激光照到生物样品并相互作用时，除可发生同波段普通光引起的生物效应外，还可引起许多特别的生物效应，如热作用、光化作用、机械作用、电磁作用以及对生物系统的刺激作用等. 根据这些生物效应，激光在医学中可用于研究、诊断和治疗.

热效应激光照射生物组织时，激光的光子作用于生物分子，分子运动加剧，与其他分子的碰撞频率增加，由光转化为分子的动能后变成热能. 为此将造成蛋白质变性，生物组织表面收缩、脱水、组织内部因水分蒸发而受到破坏，造成组织凝固坏死，当局部温度急剧上升达几百度甚至上千度时，可以造成照射部分碳化或汽化. 在照射生物组织时，不同波长的激光产生热效应的机制也不尽相同，红外激光的光子能量小，生物组织吸收后只能增加生物分子的热运动导致温度升高，所以它是直接生热；可见光和紫外光的光子能量大，生物组织吸收了光子能量后引起生物分子电子态跃迁，在它从电子激发态回到基态的驰豫过程中释放能量，该能量可能引起光化反应，也可能转化为热量产生温度升高，所以它们是间接生热. 激光热效应究竟应表现为哪种形式，在激光方面取决于其输出参数、作用时间，在生物组织方面则取决于其光学、热学特性等许多因素.

在临床治疗时基本上是用热致凝固、热致汽化、热致碳化、热致燃烧这四种热效应，相对低能量的连续激光如CO2激光或Ar+激光，准连续的激光如铜蒸汽激光或KTP激光，通常产生可控的表浅的部分厚度的热致凝固效应；将脉冲染料激光的特异性作用于微血管治疗瘢痕，也应用了热致凝固效应；采用脉冲CO2激光或Er:YAG激光进行面部疤痕和皱纹的去除，则是利用了使病变皮肤组织汽化的热致汽化效应，从而获得理想的美容效果. 随着半导体激光器波长范围的扩展，半导体激光已经用于软组织切除及组织接合、凝固、和汽化，在医学上获得广泛应用. 有时根据情况，也采用多波长激光在空间、时间上的组合使用，比如在激光美容中，通常用CO2激光(10.6 μm)作大面积去皱后，再用铒激光(2.94 μm)做精细修整，可以产生优于单一波长的医疗效果.

光化学效应当一个处于基态的分子吸收了能量足够大的光子以后，受激跃迁到激发态，在它从激发态返回到基态，但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，其发生的化学反应即为原初光化学反应. 在原初光化学反应过程中形成的产物，大多数极不稳定，它们继续进行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应，前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程. 这一过程大致可分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型. 光致敏化效应又包括光动力作用和一般光敏化作用.

应用光敏剂进行的光动力学疗法是其中典型的应用. 光动力学疗法，也称为光化学疗法. 在机体内注射某种光敏物质，由于肿瘤细胞和正常细胞与光敏物质的亲和力不同，使病变组织内的光敏物质浓度远大于邻近的正常组织. 选择性存积于肿瘤细胞内的光敏剂经特定波

长的光照射激发后，发生光物理化学反应，产生活性氧分子和自由基等其他活性物质，导致肿瘤细胞凋亡或坏死；或通过破坏肿瘤组织内的微血管循环系统，使肿瘤细胞缺氧或营养匮乏而衰竭，从而选择性地破坏肿瘤组织，对正常组织损伤小，所以它是一种较好的治疗方法，尤其对浅表肿瘤疗效较好. 光动力学疗法治疗原位鳞状细胞癌早有报道，现在除了疗效较好的浅表肿瘤，已经用于早期肺癌和食道癌，深部的甚至大体积的实体瘤治疗. 随着各国卫生组织的先后批准，PDT已逐渐成为临床常用的备选治疗方式，包括晚期癌的姑息性治疗和早期癌及癌前病变的根治性治疗.

机械效应由激光照射产生的机械作用可分为两部分：激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强，即光压，称作一次压强；生物组织吸收强激光造成的热膨胀和相变以及超声波、冲击波、电致伸缩等引起的压强，叫二次压强. 由激光导致的生物细胞的压强的变化可以改变生物细胞、组织的形状，使得生物细胞、组织内部或之间产生机械力，从而对生物细胞、组织产生巨大的影响. 在临床上，利用激光引起的压强作用可治疗多种疾病，如眼科中的压力打孔等.

生物刺激效应当低功率激光照射生物组织时，不对生物组织直接造成不可逆性的损伤，而是产生某种与超声波、针灸、艾灸等机械的和热的物理因子所获得的生物刺激相类似的效应，称为激光生物刺激效应. 这种生物刺激效应是低功率激光作用的结果，为了解释低功率激光的生物效应，人们提出了种种设想和假说，有生物电场假设、偏振刺激假设、细胞膜受体假设、色素调节设想等数种，到目前还没有形成为学术界普遍接受的理论. 虽然低功率激光的作用过程和作用原理尚不很清楚，有待于进一步的探讨，但其生物刺激效应在医学研究和临床工作中确有广泛应用且取得了一定成果.

低功率激光对肌体有多种生物刺激效应，涉及到肌体各个部分和器官. 并可激活巨噬细胞活性，激活后可产生多种活性物质，增强肌体抗感染、抗肿瘤及免疫调节作用. 低能量HeNe激光血管内照射在辅助化疗恶性肿瘤时可以缓解化疗引起的免疫抑制. 任明姬等研究了HeNe激光穴位照射对小鼠腹腔巨噬细胞功能的影响，实验得出适当剂量照射小鼠神阙穴能活化其巨噬细胞从而提高机体免疫功能的结论. 此外，低功率激光照射还对血液循环和组织代谢等系统有一定的调整作用，使其病理状态恢复正常.采用HeNe激光照射大鼠心前区，可使心肌内层、外层的毛细血管开放率增加，从而有可能在血压变化不大的情况下，增加局部心肌组织的血液灌注量，提高心肌细胞的供血、供氧能力和新陈代谢状况，有效改善心肌微循环. Shefer等实验研究发现低强度激光照射可使处于静止状态的骨骼肌卫星细胞进入细胞分裂周期，并促进它们的增生，从而促进骨骼肌的再生.

生物学中常见化学元素及作用

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一、生物学中常见化学元素及作用: 1、Ca：人体缺之会患骨软化病，血液中Ca2+含量低会引起抽搐,过高则会引起肌无力。血液中的Cａ２+ 具有促进血液凝固的作用,如果用柠檬酸钠或草酸钠除掉血液中的Ｃa２+,血液就不会发生凝固。属于植物中不能再得用元素，一旦缺乏，幼嫩的组织会受到伤害。 2、Ｆe:血红蛋白的组成成分，缺乏会患缺铁性贫血。血红蛋白中的Fｅ是二价铁，三价铁是不能利用的。属于植物中不能再得用元素，一旦缺乏，幼嫩的组织会受到伤害。 3、Mg：叶绿体的组成元素。很多酶的激活剂。植物缺镁时老叶易出现叶脉失绿。 4、B：促进花粉的萌发和花粉管的伸长,缺乏植物会出现花而不实。 5、I：甲状腺激素的成分，缺乏幼儿会患呆小症,成人会患地方性甲状腺肿。 6、K：血钾含量过低时，会出现心肌的自动节律异常，并导致心律失常。 7、N：N是构成叶绿素、蛋白质和核酸的必需元素。N在植物体内形成的化合物都是不稳定的或易溶于水的,故N在植物体内可以自由移动,缺Ｎ时,幼叶可向老叶吸收N而导致老叶先黄。N是一种容易造成水域生态系统富营养化的一种化学元素，在水域生态系统中,过多的Ｎ与P配合会造成富营养化，在淡水生态系统中的富营养化称为“水华”，在海洋生态系统中的富营养化称为“赤潮”。动物体内缺N，实际就是缺少氨基酸，就会影响到动物体的生长发育。 8、Ｐ：P是构成磷脂、核酸和AＴP的必需元素。植物体内缺Ｐ,会影响到DNA的复制和ＲNA的转录，从而影响到植物的生长发育。P还参与植物光合作用和呼吸作用中的能量传递过程，因为ATP和AＤ P中都含有磷酸。P也是容易造成水域生态系统富营养化的一种元素。植物缺Ｐ时老叶易出现茎叶暗绿或呈紫红色，生育期延迟。 9、Zｎ:是某些酶的组成成分，也是酶的活化中心。如催化吲哚和丝氨酸合成色氨酸的酶中含有Ｚｎ，没有Zn就不能合成吲哚乙酸。所以缺Ｚn引起苹果、桃等植物的小叶症和丛叶症，叶子变小，节间缩短。二、生物学中常用的试剂： 1、斐林试剂：成分:0．1ｇ/ml NaOH(甲液)和0.05g/ml CuSO4(乙液)。用法:将斐林试剂甲液和乙液等体积混合,再将混合后的斐林试剂倒入待测液，水浴加热或直接加热,如待测液中存在还原糖，则呈砖红色。 2、班氏糖定性试剂：为蓝色溶液。和葡萄糖混合后沸水浴会出现砖红色沉淀。用于尿糖的测定。 3、双缩脲试剂:成分：0.1g／ml NaOＨ（甲液)和0．０1g/mｌCuSＯ4(乙液)。用法：向待测液中先加入 2ml甲液，摇匀，再向其中加入3~4滴乙液，摇匀。如待测中存在蛋白质，则呈现紫色。 4、苏丹Ⅲ:用法：取苏丹Ⅲ颗粒溶于9５%的酒精中，摇匀。用于检测脂肪。可将脂肪染成橘黄色(被苏丹Ⅳ染成红色)。 5、二苯胺:用于鉴定ＤＮA。DＮA遇二苯胺(沸水浴）会被染成蓝色。 6、甲基绿:用于鉴定ＤＮA。DNA遇甲基绿(常温)会被染成蓝绿色。 7、５0%的酒精溶液 8、75%的酒精溶液 9、95%的酒精溶液：冷却的体积分数为9５%的酒精可用于凝集ＤNA 10、1５%的盐酸：和95％的酒精溶液等体积混合可用于解离根尖。 11、龙胆紫溶液：（浓度为0.01g/ml或0.02ｇ/ml)用于染色体着色，可将染色体染成紫色,通常染色３~5 分钟。(也可以用醋酸洋红染色) 12、２0％的肝脏、3%的过氧化氢、3.5%的氯化铁：用于比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率。(新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶） 13、3%的可溶性淀粉溶液、3%的蔗糖溶液、2%的新鲜淀粉酶溶液:用于探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验。 14、碘液:用于鉴定淀粉的存在。遇淀粉变蓝。 15、丙酮:用于提取叶绿体中的色素

激光在医学中的应用

激光在医学中的应用摘要激光是利用受激发射放大原理产生的高相干性、高强度的单色光。产生激光束的光源称激光器，在医学领域里有广泛的用途。激光医学是一门新兴的边缘学科，其内容包括用激光新技术去研究、诊断、预防和治疗疾病。激光已应用于内、外、妇、儿、眼、耳鼻喉、口腔、皮肤、肿瘤、针灸、理疗等临床各科。它不仅为研究生命科学和研究疾病的发生发展开辟了新的研究途径，而且为临床诊治疾病提供了崭新的手段。激光在医学上的应用主要分三类：激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。关键词：激光手术激光理疗激光针灸激光诊断和检测激光的生物效应一般认为激光有五个方面的效应： ① 热作用。主要是在可见光和红外光范围的激光引起的。弱激光不会直接造成不可逆损伤，可促使血管扩张，血液流动加强，从而改善局部的营养状态，促进伤口和溃疡的愈合，还具有镇痛和缓解肌肉痉挛等作用。强激光直接造成生物组织的不可逆性损伤，故可用以清除各种赘生物，如疣、痣、癌等，或凝固出血点、封闭破孔等。 ② 压力作用激光照射到人体上形成一种压力(光压)。如果激光呈大功率脉冲状态,则产生的压力很强。若激光聚焦功率为10W／cm则其压力可达40g/cm。强激光照射到生物组织上时,使组织汽化,产生热膨胀，这时体积剧烈增加而产生巨大的压力，可以大至几百个大气压，破坏性较大。临床上可利用这种压力在眼睛上房角处打孔，以沟通房水，降低眼压，治疗青光眼，还可以利用这种冲击波的力量来治疗后发性白内障和玻璃体出血后形成的机化索条等。

③ 光化学作用。利用激光能量激活体内某些化学反应。其中包括光致分解（吸收光能而导致化学分解的过程）、光致氧化(光作用下，反应物失去电子的过程)、光致聚合(光作用下，小分子聚合成大分子的过程)、光致敏化（在光敏剂的参与下，用特定波长的光作用而产生的化学反应）等四种主要类型。光敏化治疗是以血卟啉衍生物为代表的光动力学疗法，用以破坏癌细胞，需要氧分子参加才能起反应。另一类光敏剂如补骨脂素不需氧分子参加。局部涂补骨酯酊后，再用紫外激光局部照射，可以治疗白癜风和银屑病等疾病。 ④电磁场作用。高功率激光所产生的强电磁场，可以使生物组织发生明显的变化。⑤ 刺激作用。主要指功率较低的He－Ne激光对机体的作用。可促进神经再生，毛发生长，降低的血细胞回升，使骨痂生长迅速而使骨折愈合，还可抑制细菌生长从而消炎止痛。以上五种效应中，压力效应和电磁场效应主要为大功率或中等功率激光所具有。而光化学反应和光刺激作用主要由小功率激光引起，热效应则大、中、小三种功率的激光均有。医用激光器的种类常用的医用激光器有以下几种：①氦氖激光器。输出波长为6328的红色激光。特点是结构简单，操作方便，价廉，寿命长，使用万小时以上。用于消炎、镇痛或作激光光针和理疗。②二氧化碳激光器。输出波长为10.6m 的远红外激光。特点是输出功率大，用作激光刀进行烧灼、切割和汽化。③氩离子激光器。输出波长为4880和5145的蓝绿色激光。特点是功率大，又在可见光范围。用于光凝固治疗，如眼底病和十二指肠、胃溃疡的光凝固治疗。④掺钕钇铝石榴石激光器。输出波长为1.060m的近红外激光。特点是输出功率大，对组织作用深而均匀，对红色组织有亲和力，又可用光导纤维传输。常与内窥镜结合进入腔内治疗肿瘤、息肉、出血等，是最常用的激光器之一。其他准分子激光器、铜蒸气激光器、红宝石固体激光器、半导体激光器等在临床上也经常使用。激光手术

激光在皮肤科的应用

激光在皮肤科的应用王金良近20年来，激光领域取得了突破性的进展，使原来一些没法治疗的皮肤病得到了有效的治疗，如太田痣、文身，多毛症，鲜红斑痣等。作为一个皮肤科医师，有必要了解皮肤激光的原理、应用。一、激光基础理论 1 激光的产生原理：在大部分情况下，原子核外的电子处于稳定的低能量状态—E1，吸收能量后，处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量正好为某一对能级之差E2-E1,则这电子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。同时释放出2个具有相同波长、位相、相同方向的光子,如果处于高能级E2状态的电子足够多，这2个电子诱发4个具有相同波长、位相、相同方向的光子……，最后产生大量的一致性的光子流，这就是激光。 2 激光的特点：频率相同（单色性），发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样（方向性、相干性）、能量高。 3 激光特点的临床意义：单色性：选择吸收的必要条件（但不是充分条件）方向性：平行光方便治疗；易于聚焦成很小的一点，有很高的能量密度，起到治疗作用；易于耦合通过光纤传导，方便治疗。 4 激光器的结构：一般包括三个部分：激光工作介质——决定了激光的波长，是激光分类的基础。激励源——提供能量。谐振腔——是光子反复反射，激发。 5 激光的分类按工作介质的不同来分类：固体激光器：Nd:YAG，气体激光器:CO2激光半导体激光器:Smoothbeam 液体激光器:染料激光。根据激光输出方式分类：连续激光(半连续激光)普通CO2激光，Nd:YAG，脉冲激光:脉冲染料激光。 6 美容激光与传统激光的区别美容激光基于选择性激光热分解理论，激光仅仅作用于要破坏的组织结构、细胞或色素颗粒，使之发生不可逆的损伤，而对其他组织细胞无破坏或破坏很小，这样就能在治疗疾病的同时，不会留下疤痕。而传统激光：一般为连续波激光，烧灼作用，类似酒精喷灯，无选择性。 7 选择性激光热分解理论：通过调整以下3个激光参数即可达到选择性激光分解的目的：激光的波长：要治疗的病变组织的性质，决定激光的波长，例如鲜红斑痣，需通过加热红细胞继而破坏内皮细胞，血红蛋白最易吸收的532、585nm的光，但是为了增加穿透性、减少表皮黑色素的吸收、现在多用595nm激光。激光的脉冲宽度：脉冲以几个纳秒到几十毫秒不等，这取决于要作用的靶颗粒的大小，目的是将激光的能量局限在要清除的组织内，即脉冲宽度不大于靶组织（颗粒）的热驰豫时间。合适的能量密度：只有合适的能量才能达到清楚相应靶细胞而不损伤正常组织的目的。目前，为了进一步加强激光的选择性，对以上传统的选择性激光分解理论进行了扩展。靶组织本身无色素，但其周围有色素的组织结构，需要延长脉宽，有意使热量扩散，以破

激光在医学中的应用

激光在医学中的应用骆旺达 (北京工业大学应用数理学院612班15061230) 摘要: 目的：了解激光的基本特性及激光仪器在医学中的作用。方法：通过分析激光4个基本特性，对其在医学中的应用进行分类总结。内容：进行传统医学与激光医学的对比，探讨激光在医学上的应用。结果：通过对比分析，了解激光为何能在医学中发展。结论：激光已被广泛应用于基础医学研究及医疗诊断、治疗。关键词：激光；激光医学仪器应用；激光特性；激光针灸引言激光（laser）是受激辐射光放大的简称。1964年经钱学森教授建议而得此名，它是20世纪最重大的科技成就之一。激光医学是激光技术与医学相结合的一们新兴的边缘学科。上世纪60年代，激光问世不久，就与医学结合起来。激光技术从临床诊断、治疗到基础医学研究被广泛应用。目前激光医学已基本上发展成为一门体系完整、相对独立的学科。在医学科学中起着越来越重要的作用. 激光有4个特性： 1）方向性好。普通光源表面所辐射出来的每列光，是向四面八方发散的；而激光束的发散角是很小的，与普通光束相比差10倍～10000倍，是理想的平行光束。利用激光方向性好的特点，经聚焦后可获得不同尺寸的光斑，分别用做普通手术刀和微手术刀；还可以进一步压缩光斑到1um，直接对DNA等生物大分子进行切割或对接。 2）高亮度，强度大。激光的方向性好，其能量可以在时间及空间上高度集中起来，使激光的亮度达到普通光的1×1012倍1×1019倍，强度可达1×1017W/cm2,在医学上用其独特的优点，可以对肿瘤及其他病变组织进行照射治疗，可使病变组织立即汽化而消失或做组织的切割及组织焊接。 3）单色性好。一般的激光器只发射单一波长的激光，是世界上最好的单色光源，给医学研究和临床诊断增加了新的手段。 4）相干性好。激光器发出的激光，具有相对固定的位相差，使得激光的相干性非常好。激光全息技术已广泛地应用在牙科、眼科和肿瘤科，来观察和分析细胞及其生物组织的形态。激光仪器在医学上的应用：

红外线的生物学效应

红外线(Infrared rays)是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射(Infrared radiation).太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75～1000μm.红外线可分为三部分,即近红外线,波长为0.75～1.50μm之间；中红外线,波长为1.50～6.0μm之间；远红外线,波长为6.0～l000μm 之间.近年来,由于检测设备的完善及研究的深入,人们对红外线的物理性能及其生物学效应有了比较全面的认识,获得了许多进展.红外线特别是远红外线已被广泛运用在医疗保健产业中,与日常生活有关的各种红外线产品也大量出现.本文在此主要对红外线的生物学效应机理及其临床应用研究的现况进行介绍. 一、红外线生物学效应的机理红外线是一种电磁波,当它通过放射方式辐射到物体时,被物体吸收的辐射能传递给物体内的原子、分子等粒子,使这些粒子发生不规则运动,引起物体的升温作用,称为远红外线的一次效应,也称为增温效应.产生一次效应的同时,物体也随之发生其他的化学、物理等改变,这称之为物体吸收远红外线辐射后产生的二次效应,也称为继发效应. 红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力.外界红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高,促进血液的循环和新陈代谢,促进人的健康[1] .红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定,通常治疗均采用对病变部位直接照射.近红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著,尤以微血流状态改善明显.表现为辐照后毛细血管血流速度加快,红细胞聚集现象减少,乳头下静脉丛淤血现象减轻或消失,从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用[2]. 红外线对人体产生二次效应的机理目前尚未完全清楚. 有学者认为远红外线可对细胞产生共振作用,主要是引起细胞内外水分子的振动,使细胞活化,发生一系列有益于健康的细胞生物化学及细胞组织化学改变[1].也有人认为波长8～14微米的远红外线可称为“生命光线”,能够显著改善人体微循环.它作用于人体水分子时可对人体内老化了的大分子团产生共振使之裂化,重新组合成较小的水分子团,在这个过程中,吸附在老化的分子团表面的污染物质得以去除,水的比重上升,附着于细胞膜表面的水分子增加,增强了细胞的活性和表面张力.由于渗透细胞膜的水分子增加,细胞内钙离子活性加强,因此增强了人体细胞的正常机能,使杀菌能力、免疫能力等均有所提高.此外,生命光线还可以使血液中不饱和脂肪酸的二重键或三重键被切断,饱和脂肪酸不容易再被氧化成血脂[过氧化脂质],减少了血管内脂质的沉积,使血管壁光滑,从而减少动脉硬化、白内障等心血管疾病或眼科疾病的发生,对人体健康起着良好的促进功效[3]. 庞小峰研究了由ATP 分子水解释放的生物能量传递的机制和特点,认为红外线对生物(包括人)所具有的生物效应和医学功能主要来自红外线的非热生物效应.1～7μm 的红外线波可以透射过皮肤到细胞上,被蛋白质分子吸收.蛋白质分子能够而且也只能吸收或发射出1～3.5μm 和5～7μm 波长的红外线,这一范围波长的红外线吸收后能导致蛋白质分子中的酰胺键的量子振动,从而可使生物能量顺利地从一处传递到另一处,使生命体处于正常状态,保持生命体的生长、发育及健康.维持生命系统正常运行的生物能量是由ATP 的水解提供的,但是,一旦ATP 分子或ATP 酶(ATP 的水解需要酶的参与) 或水不足,或者蛋白质的结构和构象改变或畸变等等原因,便可使提供的生物能量不足以引起酰胺键的正常振动或生物能量不能正常传递. 生物组织在得不到足够能量时,便不能正常生长,会诱发出各种疾病. 在这种情况下,若能用具有上述波长的红外线照射,并能被蛋白质吸收,就可以使蛋白质分子恢复正常和正常传递生物能量,从而可能使生物组织从病态恢复到正常状态,使疾病得到治疗. 在红外线医疗仪的临床试验中也证明,对生物体或人有一定医疗效果的红外线也正好是

8.第八章激光在医学中的应用

第8章激光在医学中的应用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。1960年，Maiman 发明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，从此开始了激光在医学临床的应用。1963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 发明了光导纤维，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发展。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，而且在基础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。另外，还可以利用激光显微加工技术制造医用微型仪器。再者，利用全息的生物体信息的记录及医疗信息光通信等与信息工程有关的领域，从广义来讲，也属于激光在医学中的应用。本章主要对医学临床，重点是激光对诊断和治疗领域中的应用进行论述。由于诊断和治疗在本质上都是利用激光与生物体的相互作用，因此，有必要首先对这些基础进行介绍。在8.1节中归纳介绍了生物体的光学特性、激光对生物体的作用、激光在生物体中的应用特点等内容；然后在8.2节中通过典型的治疗应用实例，介绍了激光在外科、皮肤科、整形外科、眼科、泌尿外科、耳鼻喉科等领域中的治疗和光动力学治疗等；在8.3节中重点围绕诊断中的应用，介绍了生物体光谱测量、激光计算机断层摄影（光学CT ）、激光显微镜等。在8.4节中，对激光在医学中的应用的激光装置与激光转播路线的开发动向进行介绍。最后8.5节对激光医学的前景作了展望。 8.1 激光与生物体的相互作用 8.1.1 生物体的光学特性假设生物体中入射的单色平行光强度为0I ，若生物体是均匀的吸收物质，根据1.5节证明的(1-89)式,入射深度为x 处的光强度I 可用下述关系式表示 ()x a I I 00exp -= (8-1) 其中0a 为吸收系数（参见图8.1）。但是，由于生物体对光是很强的散射体，因此生物体内光的衰减不仅由于吸收，而且取决于散射的影响。在不能忽略散射的条件下，上式可用衰减

激光技术在医学临床上的应用

激光技术在医学临床上的应用 ——物理技术在医学上的应用【摘要】：应用是高新技术发展的一个重要推动力．本文从激光的基本特性出发，以激光与人体相互作用产生的热效应为根据，综合论述了激光在医学临床上的两种主要应用方式：激光凝固疗法和激光汽化疗法．【关键词】：应用激光医学临床激光技术激光汽化激光凝固疗法【引言】：激光是物质受激辐射产生的一种相干光，具有单色性好，高亮度，辐射方向性强等特点。这些特点使激光非常适合于疾病的诊断、监测和高精度定位治疗。1963年Goldm an等人用激光有效地治疗了皮肤病，从而揭开了激光医疗技术革命的序幕。随着各种新型激光器的研制与开发，激光技术在医疗领域的应用越来越广，形成了别具特色的激光疗法。激光疗法具有非接触、无侵袭等传统方法无可比拟的优点。激光用来治疗疾病时，就是利用激光高能量密度辐射对人体组织所产生的生物效应，这些生物效应主要包括: 光热效应、光压效应、光化效应、生物刺激效应、强电磁场效应等。本文从激光的生物效应机理以及临床应用方面阐述激光技术在医学上的若干应用。

一、临床应用 1. 激光诱导荧光光谱诊断近年来，激光诱导荧光技术在诊断恶性肿瘤方面的应用价值，已引起国内外肿瘤专家的关注。这种方法有利于在肿瘤早期找出其存在的部位，实现肿瘤的早期诊断与治疗。目前，人们利用激光诱导荧光法诊断肿瘤组织主要有两种方法: a. 外加光敏物质诊断根据荧光物质与肿瘤组织有比较强的亲和力的原理，在病人静脉注射或口服光敏剂后一段时间(一般为48~72h)接受激光照射，根据记录下来的荧光光谱特性曲线，便可以确定肿瘤的部位。但这种方法常受到其他组织荧光和自体荧光的干扰，容易引起误诊，所以这种非自身的激光诱导荧光从医学的角度来看尚待改进，医学界正致力于寻求更为有效且无副作用的染色药物。 b. 自体荧光光谱诊断该方法不用外源性荧光物质，利用人体组织在激光激励下产生的荧光，进行光谱特征分析，可以将肿瘤组织与正常组织区分开来。以荧光强度比为参数诊断胃癌在实验和临床上已获得成功。该方法能够避免注射或口服光敏药物所带来的副作用，不会损伤病变组织的生物状态和正常细胞的生理功能，因而是一种无侵袭诊断技术。同时该方法快捷、无损伤，避免了活检需长时间等待病理分析结果的缺点，它将会成为早期肿瘤诊断的一种重要手段。

激光对生物体的作用及这方面的应用

激光也是一种光，从本质上讲它和普通光源如太阳、白炽灯、火焰等所发出的光没有什么区别，因此它具有普通光所具有的性质。由于它是一种电磁波，所以又具有波粒二象性。它遵守反射、折射的定律，在传播中会出现干涉、衍射、偏振等现象。但是，激光又有着和普通光显著不同的特点，如它的单色性、相干性、方向性极好，亮度极高等。因此，它与生物体作用时会产生许多特殊的效应，这也是激光可以用来诊治疾病的原因之一。激光美容的原理是通过组织吸收高能量的激光后所产生的光热反应，使局部温度在数秒内骤然升高到数百度或更高，组织发生凝固性坏死，甚至碳化或汽化，与此同时，由于急剧发热，组织的水分突然剧烈丧失，聚焦后，可用以切割或烧灼病变组织。常用于皮肤的激光有二氧化碳激光、红宝石激光、染料激光等。激光美容的优势是显而易见的：操作简便、省时、可同时止血，对于有些大面积斑、痣无须手术切除，自体植皮，可以起到美容和保留原有皮肤功能的双重效果。但是它同其他治疗方法一样，也会有一些副作用，在清除病变组织的同时，对正常组织也有不同程度伤害，最常见的是遗留表浅疤痕、色素减退或沉着斑。激光的生物作用机理及生物效应激光对生物体的作用有五种：热作用、光化作用、机械作用、电磁场作用和生物刺激作用。激光和生物体相互作用以后所引起生物组织方面的任何改变都称为“激光的生物效应”。激光与生物体作用后，不仅会引起生物效应，而且激光本身的参数（波长、功率、能量等）也可能会改变。由于激光的生物效应是“五作用”所致，故这“五作用”即为激光生物效应的机理。一、医用强激光与弱激光在医学上，由于强、弱激光的生物作用机理不同，所以临床应用时其目的和方法也不同。在医学领域里，不以激光本身的物理参量（如功率和能量）来衡量激光的强弱，而是以它对生物组织作用后产生生物效应的强弱来区分的。它的定义是：激光照射生物组织后，若直接造成了该生物组织的不可逆损伤，则此受照表面处的激光称为强激光；若不会直接造成不可逆损伤者，称为弱激光。

综述--磁场的生物学效应(以人为对象)

磁场的生物学效应(以人为对象) 摘要:磁场作用于生物体后产生一系列的生物学效应, 这种观点已被多年来的许多实脸所证实。早在1896年, 磁场对神经系统作用的研究就已被报道出来。后来, 磁场杭炎，促进骨生成，促进血管神经再生等作用相继被发现。近几十年来，关于磁场对生物体的作用，从流行病学调查到实脸室研究也都有了一定进展。如今，磁场的生物学效应研究已成为物理医学研究的热点。本文就近年来以人为对象的磁场生物学效应研究的热点与进展作一简要综述。关键词: 磁场; 生物学效应生物磁学是研究物质磁性和磁场与生物特性及生命活动之间相互联系相互影响的一门新兴边缘学科。随着研究的深入，磁场作用于生物的效应与机理有了新的更深刻的认识。 1 应用于生物处理的外磁场类型不同磁场的类型及其物理参数（场强大小、均匀性、方向性、作用时间等）会导致不同的磁场生物效应。变化磁场又因频率高低不同、作用时间长短不一也会产生不同的生物效应。[1] 2 磁场基本的生物学特性磁场能在机体内引起电动势而作用于机体，从而对生物体产生不同的生物学效应。这里所谓的生物效应包括正生物效应和负生物效应。磁场并非越大越好，也不是越小越好，而是特定的强度和作用时间会产生不同的效果，称为“窗口效应（window effect）”，而这个恰到好处的窗口是要靠不断的摸索才能找到的。

另外，生物是具有磁性的，从分子、细胞、组织器官中任一层次分析看，其体内都存在着顺磁性物质与逆磁性物质。每个生物细胞都可以看做一个微型电池，也可以看做一个微型磁极子。首先，体内存在着带电离子（表2），电荷运动产生磁场。其次，由于细胞膜内外各种离子具有不同的通透性，且分布不均匀，膜内外存在电位差，离子在细胞膜上离子通道中迁移时也会产生一定的生物电流。生物体的磁性、组成、种类、敏感性等同样会影响到生物学效应。生物体内存在着顺磁性物质与逆磁性物质。顺磁性物质与磁场弱相吸引，在外加磁场作用下产生与外加磁场方向一致的磁场，比如脱氧血红蛋白等。逆磁性物质与磁场弱相斥，在外加磁场作用下产生与外加磁场方向相反的磁场，比如水和脂肪等。由于这种磁性，外加磁场、环境磁场和生物体内的磁场都会对生物组织和生命活动产生影响，即磁场的生物效应。 [2] 磁生物效应一般具有几个特点1）窗口性：生物体只对某一特定强度的磁场产生效应2）阈值性：磁场在某一范围内才能引起生物效应3）滞后性：生物体必须经过一段时间才能表现出相对应的磁场作用4）协同性：很弱的外加磁场能激发很强的生物响应。 3静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会工业用和医用静磁场技术的快速发展，导致人体静磁场曝露增加，并促进了许多对其可能产生的健康影响的科学研究。世界卫生组织（WHO）最近在环境健康准则项目（WHO 2006）中提出了关于静态电场和磁场的健康准则文献，文献包括对静场曝露生物效应的复核。[3] 1)曝露源地球的自然静磁场约为50μT，根据地理位置不同在30~70μT间波动。较高的直流输电线下方产生的磁通密度量级为20μT。快速磁悬浮客运列车在靠近电动机处产生的磁通密度较高。然而，无论磁悬浮列车还是常规电气化列车，乘客车厢内的场强都相对较低——低于100μT，但是乘客车厢地板下的感应电机会导致车厢地板水平区域的局部磁场达几个mT（WHO 2006；ICNIRP 2008）。其他在居所和职业环境中的静磁场源包括磁夹扣和磁附件（如箱包、纽扣、磁性的项链和手链、磁性腰带、磁性玩具等中的）中的小型永磁体产生的局部静态场超过0.5 mT。在磁共振过程中，磁通密度通常为0.15~3Ｔ，且曝露时间限制在１小时以内，但也可能会持续数个小时（Gowland 2005）。这类医疗过程同样会增加职业曝露，尤其是对医疗专业人士（外科医生、放射科医师、护士和技术人员）而言。在医疗专业人员必须非常近距离处理病人的紧急情况下，工作人员遭受的曝露也会增加。此外，当移动病人进/出MR系统时，工作人员也会遭受短时间的曝露。最后，参与制造或维修此类MR系统的工作人员也会职业性地曝露于高静磁场中。诸如热核反应堆、磁流体动力系统、超导发电机等高能技术也会产生强场。在研究机构使用的气泡室、粒子加速器、超导光谱仪、同位素分离装置等设备的周围，也会出现高磁通

激光在医学上的应用-论文最终版

激光在医学上的应用 1、引言 1.1、激光的特点（特性）：(选自：现代激光工程应用技术P2-3+文献【4】百度知道网址) 概括地说，激光有四大特性：高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。他们之间不是互相独立的，而是互有联系的。激光所具有的上述优异特性是普通光源望尘莫及的。【2】1.1.1、激光的高亮度【4】普通光源所发出的光是连续的，并且在4π立体角内传播，能量十分分散，所以亮度不高。激光的亮度可比普通光源高出1012－1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。 1.1.2、激光的高方向性激光的高方向性主要指其光束的发散角小。激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀。另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。 1.1.3、激光的高单色性普通光源发射的光子，在频率上是各不相同的，所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同，因此激光是最好的单色光源。由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长，使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。此外，激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用，已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。 1.1.4、激光的高相干性由于受激辐射的光子在相位上是一致的，再加之谐振腔的选模作用，使激光束横截面上各点间有固定的相位关系，所以激光的空间相干性很好（由自发辐射产生的普通光是非相干光）。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世，才促使相干技术获得飞跃发展，全息技术才得以实现。【4】 1.2、激光在医学上涉及的方面（选自：激光原理及应用P184【1】）激光在医学及医疗领域中的应用，可分为在治疗中的应用与在测定、诊断中的应用两大类。细胞操纵等基础医学和生物学领域中的激光应用也占据着重要的地位，另外还有利用激光微细加工技术制造微型医疗仪器和利用光造形技术进行生物体模型制造（光敏树脂固化快速成形—SLARP）等领域。利用全息技术的生物体信息记录及医疗信息光通信等与信息工程有关的领域，从广义上将也属于激光在医学中的应用。因此，激光在医学及医疗领域中的应用是非常广泛的并且今后一定会有更大发展。【1】 2、激光的生物医学机理（选自：激光医学应用最新进展及前沿P1-2【3】）激光在生物组织中传播及与目标相互作用表现出的光学特性，是激光在生物医学中广泛应用的基础。一束激光入射到生物组织，一部分被吸收，一部分被散射，激光被生物吸收，与生物组织产生相互作用。具体表现在激光与生物组织的光热效应（Photothermal）、光化学效应（Photochemical）、光机械效应（Photomechanical）等。组织对光的吸收与组织的分子结构和吸收光谱有关，但主要依赖于激光的波长：紫外光主要被蛋白质吸收；可见光被血色素、黑色素和其他的色素吸收，700~900nm被称作为生物组织光学窗口（Optical window），在此波段范围，组织对光的吸收最少；而红外光主要是被水吸收。目前利用激光对生物组织的作用机制在医学上的应用十分广泛，光凝固（Photocoagulation）、光消融（Photoablation）、生物刺激（Biostimulation）、激光碎石（Laser

激光在医学美容上的应用

激光在医学美容上的应用摘要：激光美容是近几年兴起的一种新的美容法。此法可以消除面部皱纹，用适量的激光照射使皮肤变得细嫩、光滑。如去痘、去黑痣、祛斑、除皱、治疗痤疮等。由于激光美容无痛苦且安全可靠，受到人们欢迎。激光是通过产生高能量，聚焦精确，具有一定穿透力的单色光，作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，以及去纹身、洗眼线、洗眉等。而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾，美白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光外科开辟越来越广阔的领域。激光医疗设备早在20年前已在国外各大医院普及。2005年全球民用激光器产品总销售额大约为586亿美元，其中医疗激光器产品约占1/10（50多亿美元）。美国和德国，激光医疗设备不仅在国内获得广泛应用，而且大量出口海外市场，仅CO2激光美容器械和准分子激光视力矫正器2类产品即带来数亿美元的销售收入。日本从1960年代开始激光器研究。自1990年代以来，日本在激光医疗设备研制与生产上急追美国。日本现已生产出ar激光眼底凝固器（治疗视网膜剥离等常见眼病）、外科用CO2激光手术刀、内科用nd、yag激光内窥镜等一系列新型激光医疗设备，不仅能满足国内临床需求，而且已出口至欧美国家市场。我国的激光医疗器械生产从1990年代初以来，发展速度异常迅猛。国产激光医疗设备在国产激光器销售中已上升至第三位，年增长率高达20~~30%。目前全国各大医院均已建立了激光医疗中心，80%的中小型医院成立了激光医疗科室，国内医疗界对激光医疗设备的需求大大增加。可以预料，今后几年国产医用激光器的销售额有望大幅上升，我国激光医疗器械市场将迎来一个新的繁荣期。激光在医学美容上的应用主要有去痘、去黑痣、祛斑、除皱。利用复合彩光可以去痘。复合彩光去痘是一种全新的绿色治疗方法，应用独一无二的光热治疗技术，光热能量高效杀灭痤疮丙酸杆菌，其最大的优势在于起效快速，且无任何副作用。复合彩光（ LPD ）是一种混合光，它是强光源产生的强光通过光栅过滤后产生的。它虽不是激光，但却涵盖了常用激光的所有波长，它虽没有激光的治疗针对性强，效能高，但由于其含盖面广，作用综合，既可除痘，又可嫩肤，还可退皮肤色素，还可改善人的肤色等，而不失为面部美容和面部除痘的重要方法。定期多次接受复合彩光嫩肤治疗对面部皮肤，特别是患痤疮的皮肤，必有裨益。利用激光可以去黑痣。其原理就在于将激光在瞬间爆发出的巨大能量置于色素组织中，把色素打碎并分解，使其可以被巨噬细胞吞并掉，而后会随着淋巴循环系统排出体外，由此达到将色素去去掉的目的。激光去痣可以适用的痣的类型很多，比如包括上面提到的三种色素痣、太田痣、鲜红斑痣等，疗效都很明显，并且不容易留疤，风险性小。刚刚用激光去除黑痣后，局部会有一个痂，所以应该注意避免局部感染。头两天尽量不要接触水，以后可以洗脸，但洗后应立刻擦干净，同时注意避免日晒。一般在一周后表面的痂可以自然脱落，不要自己将痂去除，否则容易留下瘢痕。季节选择最好是春秋，夏天天气热，容易出汗，伤口

激光在医学中的应用

激光在医学中的应用任永进 05061106 摘要:通过简单介绍几种常用激光器,进一步评述了激光技术在外科、皮肤科、妇产科、眼科、耳鼻喉科、内科、儿科、口腔科、肿瘤科、中医科等医学专科的应用概况,并预示激光医疗今后将会有更大的发展,我国的激光医学将显示出更加广阔、美好的前景. 关键词:激光医疗;激光穴位照射;光动力疗法从总的趋势来看, 激光在医学中的应用，它由体表向内腔,甚至向心内的纵深、高难度激光手术方面发展;由激光治疗向激光荧光、激光光谱、激光刺激阈值测量、激光喇曼散射光谱、激光散斑术、激光多普勒效应、激光流式细胞光度术、激光内镜、激光微束、激光毫微微秒脉冲、激光的非结性效率、激光计算机等激光诊断和科研方向发展;由低功率激光照射的生物刺激疗法向高能激光手术、普通外科手术、中西药物和祖国医学的针灸疗法相结合的方面发展. 下面具体的介绍激光在医学中的应用。世界上第一台激光器发明后，由于激光具有波长的一致性、方向性好等优点，可以应用不同波长的激光，目标准确地针对眼球的不同组织发挥作用，所以在医学领域中首先应用于眼科，而且范围最广。现在已能应用红宝石(ruby)激光、氩离子(Ar+)激光、氪离子(Kr+)激光、染料(dye)激光、掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)激光和氟化氩(ArF)准分子激光等固体、气体和液体的激光器，治疗眼底、色素膜和屈光间质等部位的数十种有关眼部疾病，使不少原来十分复杂的手术趋于简化，甚至只需作简单的门诊治疗。不少传统疗法无法治愈的眼病得到治愈。不但能用激光治疗眼部疾病，而且也能用来诊断眼部疾病。历经30多年的开拓和发展，已经形成了激光医学的一门分支学科——激光眼科学。自从1961 年红宝石激光器首先应用于眼科治疗疾病并获得理想效果,开辟激光医疗新领域以来,激光医疗有了很大的发展. 其主要标志是: (1) 激光的临床应用已广泛地深入到几乎所有医学专科,临床治疗证明应用激光可治疗多种疾病. (2) 常用的激光医疗仪器已获得很大的发展. 如He - Ne 激光器、CO2 激光器、YAG激光器及Ar 离子激光器制作的医疗仪器形成系列,质量不断提高,功能更为齐全,普遍采用微机控制,使用安全,与它配套的手术器械也已完善,且市场稳定发展. (3) 激光医学诊断技术与设备相应有了较大的发展. (4) 在解决某些重大的医学难题方面,如血管成形术、角膜再成形术、光动力学法治癌、激光碎石术等方面显示出巨大的生命力,前途光明. 激光的临床应用,如激光椎间盘切除术、激光去除纹身及牙科应用等,已在不断地深入和发展. (5) 激光医疗使用的激光器,如准分子激光器、倍频Nd :YAG激光器、半导体激光器及多波长组合医用激光设备的研制和应用已经不断地发展. 激光应用已在医学中形成了激光医学的新领城. 基础研究不断深入,新型激光诊断和治疗仪器不断出现,临床应用不断扩展,激光医疗仪器的产业迅速发展,在西方国家一些激光仪器已逐步成为必备的仪器而进入医疗机构. 可以预见激光医疗将会有更大的发展. 1 常用的医用激光系统医用激光装置就其作用原理和使用方式的不同可分为:激光刀、激光内窥镜、激光照射器、激光凝固器和激光诊断仪器等几种类别. 一种激光器可以设计成不同用途的医用装置,而某一类的装置又可由不同的激光器作为光源. 现将这五种类型装置简介如下: 激光刀———是将高能量的激光照射生物组织,使细胞在瞬间汽化蒸发,切开组织的一种医用器械. 一般国外把汽化病灶的激光器械也归于此类. CO2 激光具有最佳的外科特性,构成最理想的一种“光刀”. 激光内窥镜———激光束通过医用内窥镜传输进入体腔内,可用于治疗. 因为利用光学纤维传输激光,故亦有“激光纤维内窥镜”之称. 激光同各种内窥镜的结合可用于胃、支气管、

皮秒激光器的原理及应用

皮秒激光器的原理及应用 * 激光技术对国民经济及社会发展的重要作用：激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。随着激光技术的不断发展，激光应用已经渗透到科研、产业的各个方面，在汽车制造、航空航天、钢铁、金属加工、冶金、太阳能以及医疗设备等领域都起到重要作用。激光产业在我国发展了五十多年，已经与多个学科形成了不同类型技术应用，比如光电技术，激光医疗与生物光子学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、超快激光学、激光化学、量子光学、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光武器等。激光器及其配件在激光产业的整个产业链中占有非常重要的地位，属于技术和专业性都很强的产业。激光通信、激光存储和激光显示主要应用在信息领域。激光加工（包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光钻孔等）和激光医疗则在医学和工业上应用广泛。超短激光脉冲的激光切除的优点在很多应用中得到了证实，直到最近也没有在工厂的地板上发现这些应用的工业副产物。在工业应用中，除去质量因素以外，可重复生产性和每个零件的成本也是很重要的标准。激光系统的可靠性当然和所使用的激光技术直接联系在一起。每个零部件的成本基本上和超短激光脉冲的重复频率直接联系在一起。高附加值，高重复率的生产力，可靠的技术等所有这些要求仅仅在最近通过二极管泵浦的皮秒激光器才完成。皮秒激光器在大规模生产中的第一次应用在The Photonics West2005上被报道。20ps 脉冲持续时间的1μJ的脉冲被聚焦到薄的钢箔上，在脉冲光束的方向上一系列同心环被去除。不同的同心圆环形成一个园盘，去除材料的不同圆盘形成一个锥形孔，这个孔在专业的高质量的打印头中作为注入墨水的喷嘴。在过去几年中，绝大多数超快激光器制造商集中精力在飞秒激光器的开发上。这些激光器需要一种复杂的CPA技术来保持峰值功率密度在某一个损伤阈值下的放大阶跃内。用这种方式，可以产生mJ水平的脉冲能量，但是重复率被限制在几KHZ。比较而言几百μJ的高脉冲能量对厚材料的钻孔或切割是有利的。柴油机的注入喷嘴的钻孔就是一个例子，这里1mm厚的钢板材料不得不被精密的打孔以致不需要进一步的清洁处理。 LUMERALASER为了这个应用开发了皮秒激光器STACCATO。因为它的脉冲时间在皮秒范围内，STACCATO激光系统不需要CPA技术。激光工作物质Nd：YVO4允许用激光二极管直接泵浦，使其具有高的脉冲能量和高的重复频率。STACCATO激光系统在10ps的脉冲持续时间内在1064nm时输出10W的平均功率，它的激光束接近衍射极限，能被很理想的聚焦。 * 与飞秒激光器相比，达到100KHZ的非常高的重复频率保证了高的生产率。在紫外光谱区域许多材料有比较高的线形吸收系数，对材料的去除来说这是非常有利的。从STACCATO 发出的红外激光辐射因为其非常高的峰值功率密度能够被转化成更短的激光波长532nm，355nm和266nm。当由STACCATO激光器产生的100μJ的光脉冲打到材料上时冷切除被触发，但是快速扩散的等离子体仍然可能导致材料的热效应。因此对一个好的结果而言，不但超短激光脉冲的产生是重要的而且适当的工艺技术也是重要的。据证明像开孔这样的工艺对微机械加工结果而言不但适当的加工策略是重要的，而且偏振控制，适当的使用辅助气体和真空喷嘴也很重要。热引起的裂纹，液化点可以通过使用适当的加工策略避免。图2左右分别为在钢铁和陶瓷上用皮秒激光器加工的孔在材料去除时伴随着高脉冲能量的强等离子体

激光生物学效应及医学应用

激光的生物效应及医学应用当把激光照到生物样品并相互作用时，除可发生同波段普通光引起的生物效应外，还可引起许多特别的生物效应，如热作用、光化作用、机械作用、电磁作用以及对生物系统的刺激作用等. 根据这些生物效应，激光在医学中可用于研究、诊断和治疗. 热效应激光照射生物组织时，激光的光子作用于生物分子，分子运动加剧，与其他分子的碰撞频率增加，由光转化为分子的动能后变成热能. 为此将造成蛋白质变性，生物组织表面收缩、脱水、组织内部因水分蒸发而受到破坏，造成组织凝固坏死，当局部温度急剧上升达几百度甚至上千度时，可以造成照射部分碳化或汽化. 在照射生物组织时，不同波长的激光产生热效应的机制也不尽相同，红外激光的光子能量小，生物组织吸收后只能增加生物分子的热运动导致温度升高，所以它是直接生热；可见光和紫外光的光子能量大，生物组织吸收了光子能量后引起生物分子电子态跃迁，在它从电子激发态回到基态的驰豫过程中释放能量，该能量可能引起光化反应，也可能转化为热量产生温度升高，所以它们是间接生热. 激光热效应究竟应表现为哪种形式，在激光方面取决于其输出参数、作用时间，在生物组织方面则取决于其光学、热学特性等许多因素. 在临床治疗时基本上是用热致凝固、热致汽化、热致碳化、热致燃烧这四种热效应，相对低能量的连续激光如CO2激光或Ar+激光，准连续的激光如铜蒸汽激光或KTP激光，通常产生可控的表浅的部分厚度的热致凝固效应；将脉冲染料激光的特异性作用于微血管治疗瘢痕，也应用了热致凝固效应；采用脉冲CO2激光或Er:YAG激光进行面部疤痕和皱纹的去除，则是利用了使病变皮肤组织汽化的热致汽化效应，从而获得理想的美容效果. 随着半导体激光器波长范围的扩展，半导体激光已经用于软组织切除及组织接合、凝固、和汽化，在医学上获得广泛应用. 有时根据情况，也采用多波长激光在空间、时间上的组合使用，比如在激光美容中，通常用CO2激光(10.6 μm)作大面积去皱后，再用铒激光(2.94 μm)做精细修整，可以产生优于单一波长的医疗效果. 光化学效应当一个处于基态的分子吸收了能量足够大的光子以后，受激跃迁到激发态，在它从激发态返回到基态，但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，其发生的化学反应即为原初光化学反应. 在原初光化学反应过程中形成的产物，大多数极不稳定，它们继续进行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应，前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程. 这一过程大致可分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型. 光致敏化效应又包括光动力作用和一般光敏化作用. 应用光敏剂进行的光动力学疗法是其中典型的应用. 光动力学疗法，也称为光化学疗法. 在机体内注射某种光敏物质，由于肿瘤细胞和正常细胞与光敏物质的亲和力不同，使病变组织内的光敏物质浓度远大于邻近的正常组织. 选择性存积于肿瘤细胞内的光敏剂经特定波