激光的特点和应用医学

固
5、热致汽化
汽化 治疗
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6、热致炭化 7、热致燃烧
8、热致切割
组织温度升至 43 ~ 44 0C 皮肤温度升至 47 ~ 48 0C 组织温度达 60 ~ 100 0C 组织温度升至略超过 100 0C 当温度高达 300 ~ 400 0C 温度超过 530 0C
当功率密度进一步提高，受 照处会出现火山口状的坑。
（一）光化效应
光化学反应 激光与生物组织相互作用时，可 能会导致若干键断裂与键形成的化学反应，即 旧键被完全破坏或新键形成的过程。 光化学吸收定律 特定的光化反应要由特定波 长的光子来引发。 简言之：光化反应具有波长选择性。
引起光化反应的波谱范围通常是 350 ~ 700nm
激光的特点和应用医学
红外激光以热效应为主； 紫外激光以光化效应为主。 例如：含有大量色素的黑色素瘤，能量密度 1000J/cm2，严重破坏。
激光的特点和应用医学
光化学量子定律 任何原初光化反应中，每个 光子只和一个分子反应。
简言之：光化效应决定于光的总能量。
非线性吸收 一个分子可能吸收多个光子的现象。
条件：强度大的激光束照射。
例如：1060nm的钕激光照射组织 2h 1060nm 4h 265nm
530nm
激光的特点和应用医学
光化反应的类型
伤小，或无损伤; （2）对各种不同组织类型恶性肿瘤都起作用； （3）位于体表或内镜可以到达的内腔表浅恶性肿
瘤、散在分布或复发性小肿瘤均可作根治；
激光的特点和应用医学
（二）压力和冲击波效应
阳光对地球上一个黑点的光压是 4 1012atm
能量密度为 1J/cm2 、脉宽为 5 108 s 的激光
束的光压是 6.6 103 atm
激光的特点和应用医学
原光束
聚焦透镜
焦 点
切汽 割化
凝 固
区区 区
通过聚焦透镜激光的能量分布
激光的特点和应用医学
（三）光致热作用的应用
弱激光的热作用 理疗。改善局部血液循环，改善组织营养，促进 代谢、修复等。改善神经系统功能。 强激光的热作用 激光温热疗法、激光诱导间质热疗法（LITT）、 激光组织融合术、眼科视网膜焊接术、皮肤科的 葡萄酒色素斑、血管瘤等凝固止血术等。
15
60
6
3. 血循环供应障碍
s
min
h
热损伤阈值温度与热作用持续时间关系
激光的特点和应用医学
表3.1 激光辐射的热效应
温度
370 C 450 C 500 C 600 C 800 C 1000 C 1000C 3000C
生物效应
正常 体温过高 酶活性减弱，细胞固定 蛋白质和胶原蛋白变性（凝结） 生物组织膜通透性 汽化，热分解（蚀除） 碳化 熔融
一次压强 二次压强
光
直接由光子碰撞引起的光压。 致
透明组织，能量密度5000~60000J/cm2， 没有 明显破坏。
激光的特点和应用医学
相
对
值 光化杀菌作用光谱
100
光化合成维生素D作用光谱
80
光化致色素沉着作用光谱
60
40
20
0.2
0.3
0.4 波长(mm)
光化效应作用光谱
最有效波长
光化杀菌 265nm
光化合成维生素D 285nm 色素沉着 350nm
( X , Y , Z , S ) h ( X , Y , P , S )
一类无氧参加，如补骨脂素，加365 nm 的激光照射 可治疗白癜风或牛皮癣。 另一类有氧参加，如光敏剂HpD（血卟啉衍生物）;
激光的特点和应用医学
Photodynamic Therapy(PDT)
是指某些生物染料，能被恶性肿瘤选择性吸 收和滞留，在有O2条件下，接受波长与吸收峰相 一致的光照射时，其光化效应破坏它所在的组织， 这一系列化学反应过程，被称为光敏反应，利用 这种效应治疗恶性肿瘤称为光动力学疗法。 单态氧的瞬时强烈氧化作用，使细胞质受到破坏。
激光的特点和应用医学
光动力作用的要素
（1）基质 —— 受作用的物质（主要生物物质： 蛋白质、酶和核酸等）
（2）敏化剂 —— 主要有血卟啉衍生物 （3）光源 —— 主要有Ar+激光 （4）氧（O2）—— 是启动光动力作用的前提，
各组织细胞中均含有。
激光的特点和应用医学
光化作用的应用 用光动力学作用治疗恶性肿瘤、皮肤鲜红斑痣、 消除血制品中的病毒等。 PDT治癌的优点 （1）有选择性破坏恶性肿瘤细胞，对正常细胞损
结果：蛋白质破坏，细胞受损害。 McGuff 用180J 红宝石激光束照射黑鼠颊囊内 移植性恶性肿瘤 。
结果：肿瘤内温升至少到 46 0C，持续 1 分钟
以上。
激光的特点和应用医学
热引起组织破 坏的原因：
温度 (0C )
70
60
组织破坏
1. 细胞蛋白质变性 50
2. 细胞基础代谢障碍 40
1 10 60
激光的特点和应用医学
强激光的医学应用
（1） 对组织进行切割和分离 （2） 对组织进行汽化和融解 （3） 对组织进行烧灼和止血 （4） 对组织进行凝固和封闭
激光的特点和应用医学
二、光致生物的非热效应
光致 第一、光化效应
生物 非热 第二、压力和冲击波效应 效应 第三、电磁场效应
激光的特点和应用医学
光致分解 光致氧化
将原来物质分解成为更简单的物质。 如：紫外光照射H2S 凡激光致反应物失去电子的过程。
光致聚合
光子很易将一些稳定的分子激发成 自由基，可使之形成二聚体或三聚 体等简单分子，也可促成链式反应 形成大分子。
激光的特点和应用医学
光致敏化 在光敏剂的参与下，由光照射到生物 组织而发生的一种化学反应。
激光的特点和应用医学
（二）热效应对生物组织的影响
对代谢的影响
温度变化 1 0C，代谢率的 变化为 10% 。
对血液循环的影响 可改善加热区的血供与营养。
生物组织的各级热反应水平
1、温热感觉 皮肤表面温度上升至 38 ~ 40 0C
激光的特点和应用医学
光 2、热致红斑
致 热
3、热致水泡
凝 4、热致凝固
第三节 激光生物作用机理
一、光致发热作用 二、光致生物的非热效应 三、光致生物的刺激作用
激光的特点和应用医学
一、光致发热作用
（一）激光辐射的热效应
激光束
波长，照度，时间，光强分布
光热转换
反射，吸收，散射
热扩散 组织变性
扩散率，时间特性 组织感受性
组织坏死
激光的特点和应用医学
组织在几毫秒内，温升 200 ~ 1000 0C； 或持续 1 分钟，组织中温度达 45 ~ 50 0C；