激光在医学治疗上的应用

激光在医学治疗上的应用

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提要：激光医学治疗用激光器包括紫外、红外、可见光激光器，激光用光纤输出端形式包括点状、柱状、球状等；光纤在医学器械的应用包括

光纤照明和激光传输，现今石英光纤、多组份玻璃光纤、聚合物光纤以及红外晶体光纤、氟化物玻璃光纤、红外空芯波导等在医学治疗有许多应

用，其中石英光纤已在医学美容、手术治疗和光动力疗法等方面获得广泛应用，多组份玻璃光纤可应用于光炙仪、光热治疗仪、牙科光固化机、

牙齿美白仪、光纤内窥镜等医疗仪器中，聚合物光纤POF 可应用于光纤黄疸治疗仪、激光血管内外照射治疗中，光纤在今后的激光医学治疗中发挥更加重要的作用。

光纤在医学器械的应用包括光纤照明、信息传输和激光传输，光纤医用激光器械是以光纤为激光传播介质，通过对光信息的处理和光能的利用而进行诊断和治疗〔1 - 3〕，采用光纤的医用激光器械进行激光理疗等弱激光治疗可使用直径为100 - 300!m 的石英光纤、多组份玻璃光纤和聚合物光纤POF 等，而对于激光功率高的激光手术类和激光光动力学疗法，因石英光纤可承受更大的激光阈值而选用芯径在300!m以上的石英光纤、变芯径石英光纤及其它传能光纤；选择光纤时首先考虑应用如下四个方面，首先为激光参数，如最大激光功率、波长，传输距离、激光束光斑尺寸及激光源数值孔径，其次根据光纤透光率曲线，找出应用波长的最佳透光率；第三确定传输光纤纤芯直径，通常纤芯直径大于2 / 3 激光光

斑尺寸；最后决定其套塑材料。

1 激光热疗光纤端头的设计

激光医学治疗用激光器包括紫外、红外、可见光激光器，激光用光纤输出端包括点状、柱状、球状与扩束型；体表性肿瘤和局限浅表的病灶可选用点状光纤，它在14 - 50 发射喇叭形光束，光纤端距病灶2cm，光斑约2cm 直径；对于消化道环状病灶以及除胃部肿瘤的其他内腔肿瘤和食管肿瘤可选用柱型光纤，柱形弥散头柱面均匀发光，若病灶较长可分段照射；对于局限隆起结节状肿瘤可将光纤插入瘤体做组织间照射；对于浅表广泛病灶可用球形光纤大面积照射，球形弥散头在圆周360 范围内均匀发光，胃部肿瘤可用，下面两图为柱形和球形弥散头光纤结构示意图。

激光热疗有直接和间接照射治疗两种方式，在直接照射治疗中，热效应是通过激光与生物组织的相互作用产生，通过一个光热转换装置将激光能量在到达组织之前转换成热能后再进行热疗，这种光热转换装置可通过YAG 单晶光纤制备〔4〕，或在激光光纤输出端加一个抗高热的陶瓷头，照射时照射头可直接与组织接触〔5〕。

2 石英光纤在医学治疗上的应用

纯石英大芯径光纤已成为医用激光传输系统的标准元件，因为它们有高的激光损伤阈值、生物相容性好、强度高和可靠性好。高羟基含量石英光纤适用于紫外光区，低羟基含量石英光纤适用于红外波长区。医用光纤纤芯多在200 -1000!m 之间，在低强度激光治疗中，大多选用带耦合器的芯径为100 - 300!m 的石英光纤作为激光传输元件，芯径为300-

900!m 的石英光纤承载功率能力较大，但柔软性差，传输的脉冲激光能量为10 - 100mJ，脉冲周期为10ns - 10!s，中高功率激光治疗已在美容、手术治疗和光动力疗法等方面获得广泛应用。

2 .1 光纤激光美容

光纤激光美容术是近几年来发展较快的一种激光医疗新技术，激光可去除和改善影响美观的瑕疵或缺陷，如激光治疗鲜红斑痣，激光治疗太田痣纹身及激光去皱等〔6〕。

2 .2 光纤激光手术治疗

光纤激光手术可用于妇科、肛肠科、外科、皮肤科和泌尿科等，进行诸如恶性肿瘤的切除、性病治疗、宫颈糜烂治疗和皮肤表面各种瘤症的烧灼等治疗。对于表面的肿瘤，激光可用简单的透镜传输，而对于内部的肿瘤，则需采用光纤输出，光纤的输出端安装球状和圆柱状的激光扩散装置，还可以在内填充散射介质，使光线向四周均匀地扩散。

2 .2 .1 钬激光治疗泌尿系结石

钬激光脉冲时间为250 - 350!s，脉冲峰值能量为0 . 2 -4J，频率为5 - 45Hz，可通过芯径为200 ~ 1000!m 的石英光纤传导。钬激光2 . 14!m 的波长恰好位于水的吸收范围，由于人体组织中含量最多的水为其吸收色基，因此钬激光是非组织选择性吸收激光。

2 .2 .2 动脉内腔治疗

美国哈佛医学院通过直径320!m 的软质石英光纤、强度为107W/ cm2 的可见光脉冲激光切除动脉钙化斑，脉冲时间< 50!s，这种脉冲激光不伤及正常动脉，提高了切除术的安全性和效率〔3〕。

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3 激光角膜成形术

激光角膜成形术是去除角膜上皮后，用激光消融角膜浅层基质，改变角膜曲率，达到矫正视力目的。ArF 准分子激光器系统采用SMA 接口与直径为200 - 400!m 的石英光纤耦合，通过光纤传输高光子能量6 . 4eV，产生光化学效应，打断有机分子化学键，产生非热致汽化达到切削的目的〔7〕。

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3 激光碎石术（肾结石和胆结石）

激光碎石法原理是光纤将脉冲激光引入到体内结石的部位，对着结石发射脉冲激光，结石吸收了激光的能量之后，产生冲击波，将结石震碎〔8〕。

2 .2 .4 激光血管成形术

特制的石英光纤进入血管，将激光传送至病患处，激光的高能量“汽化”作用消除血管内的血栓和硬化斑块，从而改善心肌的血液供应，而不是用气囊导管扩张术〔9〕。光纤激光手术还可用于口腔硬组织治疗、咽部微创手术治疗〔10〕、泌尿系结石治疗〔11〕、尖锐湿疣等治疗〔12〕。

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3 光动力学疗法治疗

激光可通过光纤传送至病变组织作远距离照射，光纤端部可制成各种形状，主要用于体表或腔脏器官的多种肿瘤治疗，如头颅部恶性肿瘤、宫颈癌、膀胱癌、食道癌、直肠癌、肺癌、胃癌、结肠癌及各种体表癌等，平均有效率为70% -80%〔13〕。

3 多组份玻璃光纤在医学治疗上的应用

多组份玻璃光纤（GOF）在治疗上的应用是指某一波长的光通过GOF 照射到患处，直接起到治疗的作用，GOF 主要应用于光炙仪、光热治疗仪、牙科光固化机和牙齿美白仪等中。

3 .1 光炙仪

光炙仪的工作原理是光源发出的光经聚焦后，通过分叉型GOF 传光束照射到人体穴位上，起到疏通脉络消炎止痛等作用，其中光源光的波长为700 - 1300nm，光炙仪示意图如图

3〔14〕。下表1 列出了光炙仪用导光元件是一进五出型GOF传光束相关指标。