激光在医学中的应用 PPT课件

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弱激光体外治疗仪器 氦氖激光治疗机（包括具有扩束装置的照 射仪）； 氦镉激光治疗机； 半导体激光治疗机； 激光针灸治疗仪
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激光手术和治疗设备
固体激光手术设备（Nd:YAG、Ho:YAG、 Er:YAG、红宝石、蓝宝石、翠绿宝石）、
气体激光手术设备（CO2、金蒸汽、准分子、氩 离子）、半导体激光治疗仪、氮分子激光治疗仪、 眼科激光光凝机、眼晶体激光乳化设备、激光血 管焊接机
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HDP测定
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HDP测定癌
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光动力学疗法在皮肤科的应用
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什么是光动力学疗法？
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❖ 过程:特定波长的激光照射使组织吸收的光敏 剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传 递给周围的氧，生成活性很强的单态氧。单 态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产 生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死 亡。
➢ 光动力效应的深浅主要取决于光的穿透深度。 后者在肿瘤的治疗中有很有意义，
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光的传递
✓ 表面的肿瘤（皮肤或口腔内）可用简单的 透镜；
✓ 支气管、消化道或膀胱内的肿瘤: 可将石 英光导纤维通过内镜技术送达肿瘤部位；
✓ 扩散装置：通过在光纤的顶端安置球状或 圆柱状的扩散装置，还可以在内填充散射 价质使光线向四周均匀的扩散。
压力和冲击波效应
如脉冲激光在焦点处功率密度达1018W/cm2,可产生可 观的一次压力。
光化效应
不同生物对不同的激光波长具有选择性吸收。
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释放生物效应
对有机染料的光子激活作用，它决定了选择性吸收。
如用不同荧光染色剂在激光的辐射下对光的吸收。
1、一般可以诊断恶性肿瘤，如食道癌，胃癌的早期诊断。 由于癌细胞与正常细胞对荧光染色剂的吸收有很大区别， 一般癌细胞的吸收较强，所以在一段时间后癌细胞中的荧 光染色剂还有相当数量，而正常细胞中已很少有荧光染色 剂，当激光照射时，对激光的荧光图会有很大的差别。
对于多普勒产生的频移量一般在300MHz，所 以很难直接测量，一般用差频的方法测量。
激光多普勒装置的基本结构
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双散射型激光多普勒测速仪的工作原理
fd ＝(2n/sin/2) u， u＝ fd /(2n/sin/2)
其中fd 表示多普勒频率； u 表示垂直于光轴方向上流体速度；
1、释放生物反应，无明显的热度。 2、局部组织发热，不损害其生命活力。 3、损伤酶的作用。 4、脱水和组织萎缩。 5、超过一定温度以后出现不可逆的蛋白质凝结。 6、形成痂和薄的碳化层和炭化。 7、组织的气化。
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在活组织中激光照射，除热效应外，还有如下 非热效应：
电磁场效应
强场对组织的激励、振动和自由基作用等。
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一般光照射到物质层通常有以下三个部分 1、反射：一部分从表面反射回来。 2、衰减Baidu Nhomakorabea
a、吸收（在物质中一部分被吸收并转变为热） b、散射（另一部分通过物质，改变了它的传播方向并随后消失）
3、透射：一部分透过物质。
R＋A＋T＝1
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激光的生物学效应
激光与生物组织相互作用最重要的作用是热 效应。光学范围内的激光束的作用从刺激到完全 破坏组织。可以分为以下各级：
➢ 1984年， Roswell Park 癌症研究所从 HpD 中分离 出高效组分 , 命名为 photofrinII( 即后来商品化 的 PHOTOFRIN II) 。自此，世界上大多使用 photofrinII 作为基本的光敏剂。
➢ 1986年，国际光动力学会（ IPA ）成立。迄今 IPA 已举行了 8 届国际学术会议。
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介入式激光诊治仪器 He-Ne激光血管内照射治疗仪； 其他激光源内照射治疗仪
激光手术器械 激光显微手术器； LASIK用角膜板层刀
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激光治癌 激光角膜矫正术 激光治疗心血管症
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激光多普勒技术在生物检测 中的应用
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3、气化
组织完全变成烟和蒸气，这时由于物体强烈地 吸收了激光引起的。这样就可以无接触地将有病 的组织破坏掉，而临近的健康组织则不受损伤。
神经外科医生很乐意采用这种方法。
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适应性
一个激光对某一目的（凝固、切割和气化） 是否适用，主要取决于激光的功率和发射 的波长；其次在波长范围内生物组织的主 要光学特性：
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光动力治疗中的激光照射 与通常的激光手术的区别
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通常的激光手术：利用高能激光束所产生的 局部高温，来切开、汽化或凝固病变组织， 是一种单纯的物理作用过程；
1、吸收能力：吸收系数指组织中单位程长上 一个光子被吸收的几率。
2、散射特性：散射系数指组织中单位程长上 一个光子被散射的几率。
3、穿透深度：热扩散和热传导。
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医用激光的分类
激光医学诊断与检测
激光治疗
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激光医学诊断与检测
生物分子的激光荧光特性 激光荧光光谱法 激光多普勒散射技术 激光散射喇曼光谱法 激光散斑技术 激光全息技术
2、可以用于恶性肿瘤的治疗。 如：丫啶撜能被癌细胞所吸收，而对正常细胞很少吸收甚 至不吸收，当激光照射时产生光化学反应，达到杀死癌细 胞的目的。这种效应也称为趋光性效应。
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激光热效应在医学上应用
1、凝结 生物体吸收激光以后，由热效应引起的温度上
升导致蛋白质变质的现象。因为凝固是光引起的， 所以叫光凝固。 当温度超过＋56ºC时，可以观测到蛋白质的变质现 象。例如：在+61ºC卵白脱在几秒钟内凝固，血红 朊在＋63ºC时凝固。凝固可以破坏病理组织（坏 死），也可以封闭血管止血。
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激光诊断仪器
激光肿瘤光谱诊断装置； 激光荧光肿瘤诊断仪； 激光血液分析仪； 激光检测仪；
激光多普勒血流计；
激光眼科诊断仪； 眼科激光扫描仪
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激光治疗
激光光动力学治疗 激光在皮肤科的应用 激光在眼科的应用 激光在呼吸系统疾病的应用 激光在消化系统的应用 激光在外科的应用 激光在心血管外科领域的应用 激光在泌尿外科的应用 激光在骨科的应用 激光在神经外科的应用 激光在妇科的应用 激光在耳鼻喉科的应用 激光在口腔科的应用
n 是被测流体的折射率； 为入射激光束波长； 为两束光之间的
夹角。
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参考光束型激光多普勒显微镜的光路示意图
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后向散射光接收图
适合人体血流的测量，如眼球微血管血流的测 量
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激光多普勒技术在血流检测中的应用
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流采 计用
显 微 镜 的 激 光 显 微 血
这种方法最早用于眼科，如视网膜脱落的焊接。 至今这种方法还在应用。
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2、切割
用聚焦的激光在组织上运动，通过快速燃烧从 而分离组织。这时在切口的两边组成一个坏死区， 它封住了血管。因此激光切口的失血最少。
激光刀的优点不接触被切物、无压力，术后 的疼痛比其他外科手术刀做的手术要轻些。
➢ 主要影响因素是光敏剂和照射光。 ➢ 光敏剂: 光动力活性、光吸收特性和靶向特
性,决定了其临床可用性和适用范围。 ➢ 照射光: 波长正确性、输出稳定性和投照可
靠性也是决定治疗效果重要的可控因素。
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光敏剂
➢ 定义：在光化学反应中，只吸收光子并将能 量传递给那些不能吸收光子的分子，促其发 生化学反应，而自己则不参与化学反应，这 类分子就称为光敏剂。
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目前，在欧美日等许多发达国家，光动力 治疗作为一种肿瘤治疗的新技术，已经获 得政府主管机构的审查批准，在越来越多 的医院成为一种新的常规治疗手段，基础 研究不断深入，临床应用日益广泛。
产业界也在加快新型光敏药物和配套设备 的研究制步伐，以满足医疗市场不断增长 的需要。
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由于 PDT 需要大光斑照射或多光路输出，照射持 续时间长，激光器应具有较大的输出功率和稳定 的工作性能。
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➢ 在 PDT 治疗的过程中，吸收光谱有时和最佳 作用光谱不一致，即最大吸收波长，不一定 就是最佳治疗波长。
➢ 波长越长对组织的穿透越深。波长是 700nm 深度就接近0.8cm，800nm 的光可达 1cm。
➢ 有氧分子参与的伴随生物效应的光敏反应称 为光动力反应，把可引发光动力反应破坏细 胞结构的药物称为光动力药物，即光敏剂。
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第一代光敏剂
➢ 第一代光敏剂 HpD 是由 8 种组分组成的混 合制剂，其有效成分主要是双血卟啉醚或酯 (DHE) ，约占药物总量的 20-30% 左右。
➢ 光敏素 Ⅱ （ Photofrin Ⅱ） 是 HpD 二期 精制、提纯以后的产物， DHE 等有效成分的 含量在 80% 以上。
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光源和传导系统
➢ 早期的光源: 利用灯泡来做体表照射，特别是 皮肤，通过过滤取得所需波长的光，去掉其它 能引起发热的光。这种光源的不足之处是在光 的传递、光的控制、精确性方面都受到限制。
➢ 1960年，Lipson 制备出血卟啉衍生物（HpD），并 于 1966 年探索性地应用于肿瘤治疗。
➢ 1976年 ,Kelly 用 HpD-PDT 治疗了一例复发的膀胱 癌,观察到治疗后病变组织坏死脱落,而周围的正常 膀胱粘膜未受损伤。
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➢ 1982年，国际抗癌联盟（ UICC ）首次将 PDT 专题 列入第十三届代表大会议程。世界各国的许多研究组， 对这项技术进行了一系列的基础实验和临床研究，并 着手相关药物和设备的开发研制。
❖ 光动力疗法的作用基础是光动力效应。
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（1）光敏剂
（2）激光
（3）光化学和光生物学反应
O2
直接杀伤细胞 血管损伤
炎症
免疫反应
（4）治疗效应
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光动力疗法的发展历程
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➢ 1900年，Raab 就发现了光动力反应。
➢ 1910年，Hausmann 报道了血卟啉（ Hp ）引起的光 动力学损伤作用。
➢ 激光以其单色性好、方向性好、功率大、亮
度高、相干性好的优点，可以更有效地激发光 动力反应。
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光动力治疗对激发光源的要求
激光波长在450-1000nm 之间，治疗表浅病变一般 选用绿光和黄光，治疗深部病变或瘤体较大的肿 瘤多选择红光和近红外光；
激光波长应与所选用的光敏剂吸收峰有最大限度 的重叠；
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我国对光动力治疗的研究起步并不晚，完 成的临床病例数更堪称世界第一，在上个 世纪八十年代曾经出现过一个研究热潮。
近年来由于种种原因，研究规模和人员队 伍都明显萎缩，基础研究和临床应用都转 入低潮。
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光动力效应的基本条件
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光动力效应三要素
1. 光敏剂 2. 照射光 3. 氧
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血液微循环研究 视网膜血流速度的测定 皮下微血管的血流测定（激光散斑血流计）
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大血管的血流检测
特点：可以测量血流的径向分布。
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激光荧光光谱法
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用Ar＋激光（476.5nm)照 射消化道粘膜溃疡和肿 瘤等鲜活体组织，收集 其荧光光谱，发现正常 组织与费正常组织的光 谱有区别，如右图所示。
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二、激光多普勒测量的基本原理
光波的多普勒效应
当一个单色光照射到运动物体上，从观测者 （探测器）看来，运动物体的散射光或反射光的 频率产生了频率偏移（与原激光比），频率偏移 量大小和物体的运动速度、运动方向、入射光的 波长方向以及观测者位置有关。
＝0(1±u/c)
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光外差接收
激光在医学中的应用
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辐射的常用计量单位
辐射强度 功率密度
I d d
dI dI dS dS cos
连续激光 W/cm2 脉冲激光 J /cm2
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激光的焦点
d＝f 其中f 是聚集透镜的焦距， 是激光光束的
发散角。
一般光斑是圆的，则光功率密度
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