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

lithotripy）、诊断肿瘤（Destroying tumor）等。

若生物组织确定，激光的散射服从统计规律，散射概率是和生物组织结构及入射波长有关。根据散射理论，透过生物组织的光分为自行光、蛇形光和漫射光，对其分别加以分析，可以得到生物组织的不同结构信息。近年来利用组织对激光的散射性，在医学上的应用主要反映在光学成像方面，例如光学相干层析成像、时间选通门扫描成像、荧光光谱诊断与治疗等。【3】

3、激光在临床治疗中的应用（选自：激光医学应用最新进展及前沿P2-4【3】）

3.1、激光在心血管中的应用

激光在心血管中的应用主要体现在两方面，即血管的选择性破坏和血管重建术。激光用于血管的选择性破坏在理论和应用方面已经取得一些突破性的进展，由于血管内是充满血色素，研究得知氧基血红素对波长为577nm的激光有最大的吸收率。美国激光与血管曲张治疗中心（the Laser and Varicose Vein Treatment Center）研究得知940nm的激光具有较深的穿透性，对血红素较好的吸收特性（是810nm和1064nm激光的三倍），对水的最佳的吸收特性（是810nm激光的10倍和1064nm激光的3倍），和对黑色素最小的吸收。据报道，利用波长为940nm的先进的Dornier D940激光器对血管曲张的治疗达到了很好的疗效。

激光心肌血管重建术是目前替代常规方法治疗心脏病的一种有效手段，它是利用激光与心肌组织作用产生的热效应，用高强度激光束在缺血的心肌区域内打数个微孔，通过这些微孔把心腔中的血液引向缺血的心肌区域，改善心肌血液微循环以达到治疗的目的。目前激光心肌血管重建术的方式有两种：一种是TMR(Trans-myocardical laser revascuarization)，利用外科手术使心脏暴露，用激光束从心外膜向心内膜打孔，所打的孔道必须穿透整个心室壁，以把心室中的血液引向缺血的心肌区域，另一种方式PMR(Percutaneous myocardial laser revascularization)则不需要外科开胸，而是利用光导纤维经皮股动脉穿刺进入心室，从心内膜向心外膜打孔。近年来，国内外关于准分子激光和CO2激光在心肌血管重建中的研究已经取得了去多成果。在欧洲和美国，用激光心肌血管重建术（TMR）治疗冠心病已经成为可以接受的治疗方案。据报道，荷兰Utrecht市Tulleken大学医学中心的Prof.Caf利用准分子激光已经成功地应用于血管的搭桥术。

3.2、激光在肿瘤中的应用

激光技术已经应用于神经系统肿瘤、消化系统肿瘤、呼吸系统肿瘤、颅内肿瘤和妇科肿瘤的诊断和治疗中。近年来，由于激光的光动力疗法和激光荧光光谱在肿瘤的诊疗中显著优点，正在逐步取代传统的治疗方法。

利用激光的光动力学法（Photodynamic therapy）来治疗肿瘤是世界各国科学家研究的一个热门课题，在英国已经获得初步的成功，英国医生已在世界上率先在临床上应用。它是将病人先注入某种光敏药物，它与癌细胞亲合力强，而与正常细胞亲合力弱，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，使肿瘤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。此方法可以大大减少正常细胞遭损坏的危险，专家认为，PDT疗法的效果比传统放疗好得多。近年来，在长波长的光敏剂、高可靠性的临床应用的半导体激光器的方面都取得了很大的进展。

激光荧光光谱技术用于诊断疾病具有灵敏、快速等优点，患者易于接受。所以近年来国内外应用荧光光谱诊断肿瘤的研究相当活跃，特别是早期诊断肿瘤方面已获得了一定的进展，成为医学应用中的一个重要方面，使用激光诱导荧光（LIF）的方法可以将单个分子加以显示。德国海德堡大学物理化学研究所的Sauer描述了这一个方法，并认为可以尽早地早期发现及控制癌症病变。德国海德堡大学与齐根大学Drexhage教授共同开发出一类新的“红色”荧光染料，可用于630~650nm的半导体激光，理想地激发出荧光。Sauer教授还应用小的半导体激光，在世界上首次成功地对稀释血清中各个用染料标记的生物分子进行了鉴定。