激光在医学领域的应用

激光光镊技术
光镊特点： 1、光镊的捕获和操控范围是数十nm到数十微米大小的微粒， 光镊恰好成为这些生物微粒操控和研究的特有手 2、光镊是用“无形”的光来实现对微粒非机械接触的捕获， 捕获力是施加在整个微粒上，不会对生物微粒产生机械损伤。 3、 选择粒子吸收小的光波长（600～1000nm）即可避免光 吸收对生物粒子造成损伤。 4、“遥控”操作，几乎不 干扰生物粒子周围环境和 它的正常生命活动。 5、利用光的穿透性，可 以无损伤地穿过封闭系统 的透明表层（如细胞膜）操控内部颗粒（细胞器），实现真正 的无菌操作。这是常规生物仪器所不具备的。
普通显微镜（左）和LSCM（右）对比图
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激光扫描共焦显微镜技术及应用
LSCM在医学及生物学研究 中的应用 1、 在细胞原位检测核酸
2、 检测细胞凋亡
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激光扫描共焦显微镜技术及应用
3、原位检测蛋白质,抗体及其 他分子 4、细胞器观察及测定 5、检测细胞融合 6、观察细胞骨架（图） 7、检测细胞间缝隙连接通讯 8、检测细胞内脂肪
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激光针灸优势
激光针灸的优势 1、无痛，低强度激光刺激，不会破损皮肤 2、无菌，光针治疗和患者无机械接触，避免带细菌入体的 可能 3、安全，光针可避免毫针所可能发生的弯针、断针晕针和 刺伤内脏等危险 4、易控，光治疗比艾灸更易控制剂量，可通过对剂量的调 节，同一束光既可以做灸又可以做针 5、操作简便
1917年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了 受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础； 1928年，Landenburg证实了受激辐射和“负吸收” 的存在并利用贾民（Jamin）干涉仪求出了色散系数；
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激光发展的历史
1947年，兰姆（Lamb）和雷瑟福（Reherford）在 氢原子光谱中发现了明显的受激辐射，这是受激辐射 第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光谱研究方 面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖；
激光记录白光再现时期 20 世纪 80 年代以后至今是全息 术发展的第三阶段，这个阶段是进行激光记录而 用白光再现 的研究，如反射全息、像全息、彩虹全息、模压全息及合成全 息等
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激光全息技术
激光全息防伪
激光全息：黄鹤楼
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激光全息技术
激光全息技术在医学中的应用及发展趋势 (1)眼科疾病的诊断过程中，利用激光全息成像技术可以提供 整个眼睛的三维立体图像，并可以用显微镜对整个眼睛图像的 不同位置进行逐层观察和研究。 (2)利用激光全息技术可在普通白炽灯下观察的一组清晰、深 度感强且各个断层面之间互不干扰的三维透视头颅图像，为医 生准确、迅速地判断出患病部位提供有利、可靠的帮助。
1950年，法国物理学家卡斯特勒（Kastler）提出了 光学泵浦的方法，两年后该方法被实现。他因为提出 了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝 尔奖。
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激光发展的历史
1951年, 汤斯（Townes）提出受激辐射微波放 大，即MASER的概念。 1952 年，韦伯（F.Weber）在著名光谱学家赫 兹堡主持的受激辐射讨论会上得到启示，产生了 利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波 的思想。他提出了微波激射器的原理。 1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了 粒子数反转，其主要作用是放大无线电信号，以 便研究宇宙背景辐射。Townes由于在受激辐射 放大方面的成就获得1964年诺贝尔物理学奖。
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激光发展的历史
黎明前的黑暗
1900年，普朗克提出了能量量子化概念，并因此 获得1918年诺贝尔物理学奖；
1905年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光 电效应，并因此获得1921年诺贝尔物理学奖；
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激光发展的历史
1913年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全 新的原子结构模型，并因此获得1922年诺贝尔物 理学奖；
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激光发展的历史
突破
1958年肖落（Schawlow）和汤斯（Townes） 在Phy. Rev. 上发表论文“Infrared and Optical Maser”，标志着激光作为一种新事物登上了历 史舞台。 1960年5月，休斯实验室的梅曼（Maiman）和 兰姆（Lamb）共同研制的红宝石激光器发出了 694.3nm的红色激光，这是公认的世界上第一台 激光器。
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
激光：
受激辐射光放大
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激光发展的历史
20世纪初，出现了黑体辐射、原子线 状光谱、光电效应、光化学反应和康普 顿散射等实验现象，这些涉及到光与物 质相互作用时能量与动量交换特征的就 无法用当时的经典理论来解释。
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激光医学的发展
2、20世纪70年代为临床试用阶段 1970年首次用连续二氧化碳激光治疗基底细胞癌和皮肤血 管瘤，由于连续地提供有效的激光功率和能量密度，克服了早 期脉冲激光功率低、效率低的缺点，从而掀起了国内外首次激 光医疗热潮。
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激光医学的发展
3、20世纪80年代为学科形成阶段 1983年，科学家提出了选择性光热作用理论——即“光热分 离”理论，这是激光医学学科形成的重要标志之一。
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细胞骨架图
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生物医学领域 激光光镊技术
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激光光镊技术
光镊又称为单光束梯度力光阱( single -beamopticalgradient force trap) ,简单地说,就是用一束高度汇聚的激光形成的三维 势阱来俘获、操纵控制微小粒子。
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1、激光针灸的治疗作用及其临床应用 2、激光针灸的优势
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激光针灸的治疗作用以及在临床应用
激光针灸的治疗作用及其临 床应用 1 、提高机体免疫力，治疗 各种炎症
2 、镇痛作用 研究表明，He—Ne激光穴 位照射可使体内的某些致痛 物质如组胺明显下降，从而 提高痛阈，故有显著的镇痛 作用。
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生物医学领域 激光针灸术
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激光针灸术
激光针灸 激光针灸是在中医理论指导下，以低强度激光束直接或聚焦 或扩束照射穴位，对穴位进行有效的刺激，以达到防病、治病、 保健作用的一种治疗方法。与传统针灸相比，激光针灸既能达 到针灸治疗的效果，还具有无痛、无菌、安全、易控、操作简 便等特点，在临床上得到广泛应用。
激光在医学领域中的应用
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Contents
概述
1 2 3
激光医学的发展
光电子中的激光在生物医学领域的应用
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概述
激光技术 光探测
光通信 光信息处理
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概述
军事 工业 环境保护
应用领域
商业
生物医学
科学研究
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激光发展的历史
什么是激光？ LASER：
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激光扫描共焦显微镜技术及应用
装 置 设 备 图
装置由倒置或直立荧光显微镜、扫描头(照明针孔、探测针 孔、荧光滤片系统、镜扫描系统和光电倍增管)、扫描头控 制电路、计算机和图像输出设备组成。
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激光扫描共焦显微镜技术及应用
LSCM对生物样品的观察的 优越性： 1、连续扫描三维 2、离子荧光标记 3、同时多重物质标记 4、数据图像可及时输出 或长期储存
通过光热分离原理和光的选择特性制造的治疗仪
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激光医学的发展
4、20世纪90年代为发展成熟阶段 90年代起，医用激光器与电子计算机、纤维内镜、图象分析、 摄像录像、荧光光谱、X线和超声等新技术不断结合，使医用 激光器朝着高性能、智能化、微型化及专科化方向发展。
图像颗粒分析系统
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生物医学领域 激光全息技术
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激光全息技术
激光全息技术
全息术是利用光的干涉和衍射原理， 将物体发射的特定光 波以干涉条纹的形式记 录下来，并在一定条件下衍射再现， 形成原物的三维像。由于记录的是物体的全部信 息（振幅和 相位） ，故称全息术或全息照相
生物医学领域
激光扫描共焦显示技术
激光光镊技术
生物医学领域
激光全息技术 激光针灸术
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生物医学领域 激光扫描共焦显微镜技术及应用
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激光扫描共焦显微镜技术及应用
激光扫描共聚焦显微镜 (laser scanning confocal microscope LSCM )是在 荧光显微镜成象的基础上加 装激光扫描装置，使用紫外 光或可见光激发荧光探针， 利用计算机进行图象处理， 对生物样品进行定性、定量、 定时和定位研究， 广泛应用于细胞生物学、生 理学、病理学、解剖学、胚 胎学、免疫学和神经生物学 等领域。
激光针灸
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激光针灸的治疗作用以及在临床应用
3 、改善血液循环。增强代谢， 促进组织修复 研究表明激光穴位照射可 扩张血管，使关闭的小动脉和 毛细血管重新开放，使血流加 速，改善血液循环，增加细胞 膜的通透性，激活酶的活性， 促进组织代谢，降低神经的兴 奋性，从而达到消肿、营养神 经的目的。 4 、促进生长、抗过敏，治疗 各种皮肤性疾病 小功率激光可使成纤维细胞 和胶原形成增加，加快血管新 生和细胞繁殖，故可加速伤口、 溃疡、烧伤和骨折的愈合，促 进毛发生长和受损神经的再生。
人体全息图
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激光全息技术
(3)超声波检测是目前临床诊断中的一种重要的手段，但它却难 以记录和观测。利用激光全息术可以得到超声波的全息图。利 用这种全息诊断方法可以查出直径在lmm以上的乳腺癌，有利 于癌症的早期诊断和治疗。 (4)2001年，解放军军事医学科学院和海军总医院合作，研制 成功了用于飞行员体检的激光全息随机点立体视觉检查仪，该 技术属国内外首创 (5) 双端固定桥是El腔修复临床上常用的修复体，采用二次曝光 全息干涉术，对桥基牙在修复前后受力时的微小位移进行三维 测量，具有直观性，能够给出全场情况的三维图像，为临床修 复设计提供实验依据。
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激光医学的发展
激光第一个被应用的领域是医学，并得到了日新月异的发展， 激光医学的发展大致经历了四个阶段： 1、20世纪60年代为基础研究阶段 自第一台激光器问世后，被称为“激光医学奠基人”的 GoldmanL(著名皮肤病学专家)等就开始在皮肤上研究了激 光与生物组织的相互作用。