激光原理与技术--第八章 激光在医学中的应用
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激光在医学中的应用
目录
激光医学的形成 组织吸收光的波长 激光的效应 激光医学应用领域 一般医用激光器及其用途
一、激光医学的形成
1961年 , Campbell首先将红宝石激光用于眼科学 ,被用来治疗 视网膜脱落 , 1963年 , Goldmann将其应用于皮肤科学 ,利用激 光刀切割肿瘤 , 1964年 ,匈牙利医生 Mester首先将红宝石激光 用于生物刺激。1965年 ,Polanyi和 Kap lan将二氧化碳激光作为 光学手术刀成功地进行了实验 ,此后 ,二氧化碳激光逐渐在医 学各个领域确立了自己的地位。1971 年 , Nath 发明了一种光 纤 ,利用这种光纤 ,他和Kiefhaber在 1973年通过内镜技术成功 地把激光导入动物的胃肠道。自此以后 , 无创导入技术飞速进 展 。
激光医学应用领域
激光医学在临床上的应用主要分为三大部分 ,包括:
①激光在基础医学研究中的应用 ,主要是通过激光与人体 器官组织、 细胞和生物分子的相互作用来研究激光的生物 效应。 ②激光诊断 ,是以激光作为信息载体 ,利用激光单色性好的 特点 , 对组织病理形态、 病理情况下的功能及找出某些致 病因素等方面进行光谱分析。 ③ 激光治疗 , 是以激光作为能量载体 , 利用激光对组织的 生物学效应进行治疗 ,多年来 ,激光技术已成为临床治疗的 有效手段 ,也成为发展医学诊断的关键技术。
三、激光的效应
1 热效应 强激光照射生物组织时 ,瞬间可产生几百度甚至 上千度高温 ,其热效应可使生物组织的蛋白质变性凝固 ,甚至组 织炭化或气化。 2 机械效应 由激光照射产生的机械作用可分为两部分 ： 一次压强，即激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强。因 为激光能量密度高 ,因而会产生很大辐射压力即光压 ,激光产生 的压强可达 104～105帕斯卡;二次压强生物组织吸收强激光造 成的热膨胀和相变以及超声波、 冲击波、 电致伸缩等引起的 压强 。在临床上 ,利用激光引起的压强作用可治疗多种疾病 , 如眼科中的压力打孔等。
2. 激光纤维内窥镜
借助于光纤，可以把激光引入人体内部用激光施 行手术，避免一些剖腹的大手术。
低功率激光的应用 弱激光对生物组织有刺激、镇痛、消炎、扩张血 管等作用，用弱激光照射病灶，有治疗效果。利用弱
激光照射穴位，可产生类似针炙的效果。
激光医学应用领域
2 高强度激光手术 以激光束代替金属的常规手术器械对 组织进行分离、 切割、 切除、 凝固、 焊接、 打孔、 截骨等 以去除病灶以及吻合组织、 血管、 淋巴管、 神经等。手术用 激光治疗机统称光刀。激光手术具有不出血或出血少、 感染 机会少、 手术时间短、 精确度高等优点 ,在处理外科疾病中 , 已经开始部分地用激光刀代替钢刀进行手术。激光刀还能通 过光导纤维进入人体内施行手术而不用剖腹等开腔手术 ,能透 过眼屈光介质对眼底施行手术而不用切开任何部位 ,这是传统 手术做不到的。
1981年 ,联合国世界卫生组织正式宣布激光医学为 医学的一个新分支。
二、组织吸收光的波长
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、黑色素和其它的色素吸收,700～900nm被称作生物 组织光学窗口 ,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。
1975年 ,美国的 Dwyer和德国的 Fruhmorgen分别利用氩离子激 光成功地为患者治疗了胃出血。1976年 , Hofstetter激光用于泌 尿科学。1979年 , Choy申请了利用激光治疗动脉硬化的专利。
一、激光医学的形成
由于激光器具有切割、 凝固、 汽化、 打孔、 截 骨等功能 ,70年代医学激光治疗机在临床各科得到 广泛应用。激光以其特有的优越性解决了许多传 统医学的难题。医用激光器作为手术治疗的器械 , 已充分显示了它的优越性。
激光的效应
5 光化学效应 是指物质的分子吸收了外来光 子的能量后激发的化学反应。激光作为一种能量 高度集中、 单色性极好的光源 ,它还可以发生一 些普通光不能引起的光化学效应。光致化学反应 大致可分为光致分解、 光致氧化、 光致聚合及光 致敏化4种主要类型。
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激光的效应
6 生物刺激效应 当低功率激光 ( l ow lever laser)照射生物组 织时 ,不对生物组织直接造成不可逆性的损伤 ,而是产生某种与 超声波、 针灸、 艾灸等机械的和热的物理因子所获得的生物刺 激相类似的效应 ,称为激光生物刺激效应。利用激光的特性 ,以 及它与生物组织相互作用过程中的特异规律 , 可以用于研究、 诊断和治疗疾病。例如 ,自 20世纪 70年代起 ,医生就已经利用激 光干涉术、 激光透照术和激光偏振技术等 ,来测量血液、 尿液 和人体其他组织的成分、 微量元素的含量 ,以及识别和分辨细 胞是否病变或癌变;用强激光束 ,可对病灶施行凝固、 汽化和切 割等手术 ,与传统的解剖刀比 ,激光刀不出血或少出血;用弱激光 照射人体组织 ,可达到理疗照射治疗或光针灸治疗的作用 ,与传 统理疗中的光疗比 ,激光的疗效显著提高 ,且适应证更加广泛。
激光的效应
3 光效应 色系组织 (特别是黑色 )对激光的吸收作用 是选择性的,由此引起的破坏作用很大 ,利用这一效应 ,可在 需破坏的组织上先进行组织染色 ,然后再进行激光组织照 射 , 即 可 获 得 最 佳 效 果
。
4 电磁场效应 激光是一种电磁波 ,因此激光产生电场、 磁场 ,当激光光功率密度为 5 × 1014W / cm2时 ,产生的电场 强度可达 4 × 1010V /m,在此强电场作用下 ,生物组织会产 生 电 离 , 使 该 处 的 组 织 细 胞 受 到 破 坏 。
激光医学应用领域
1 弱激光治疗 弱激光以其特有的生物作用被用于治疗 几十种疾病。 其方法又分为 3种 ,即激光理疗 (以弱激光为 物理因子进行原光束、 扩束、 光纤与腔内照射的物理疗 法 ) 、 激光针灸(以弱激光光束直接照射穴位 , 兼有针与灸 的作用 ) 与弱激光血管内照射疗法 (以弱激光光针插入静 脉照射循环血液的疗法 ) 。
目录
激光医学的形成 组织吸收光的波长 激光的效应 激光医学应用领域 一般医用激光器及其用途
一、激光医学的形成
1961年 , Campbell首先将红宝石激光用于眼科学 ,被用来治疗 视网膜脱落 , 1963年 , Goldmann将其应用于皮肤科学 ,利用激 光刀切割肿瘤 , 1964年 ,匈牙利医生 Mester首先将红宝石激光 用于生物刺激。1965年 ,Polanyi和 Kap lan将二氧化碳激光作为 光学手术刀成功地进行了实验 ,此后 ,二氧化碳激光逐渐在医 学各个领域确立了自己的地位。1971 年 , Nath 发明了一种光 纤 ,利用这种光纤 ,他和Kiefhaber在 1973年通过内镜技术成功 地把激光导入动物的胃肠道。自此以后 , 无创导入技术飞速进 展 。
激光医学应用领域
激光医学在临床上的应用主要分为三大部分 ,包括:
①激光在基础医学研究中的应用 ,主要是通过激光与人体 器官组织、 细胞和生物分子的相互作用来研究激光的生物 效应。 ②激光诊断 ,是以激光作为信息载体 ,利用激光单色性好的 特点 , 对组织病理形态、 病理情况下的功能及找出某些致 病因素等方面进行光谱分析。 ③ 激光治疗 , 是以激光作为能量载体 , 利用激光对组织的 生物学效应进行治疗 ,多年来 ,激光技术已成为临床治疗的 有效手段 ,也成为发展医学诊断的关键技术。
三、激光的效应
1 热效应 强激光照射生物组织时 ,瞬间可产生几百度甚至 上千度高温 ,其热效应可使生物组织的蛋白质变性凝固 ,甚至组 织炭化或气化。 2 机械效应 由激光照射产生的机械作用可分为两部分 ： 一次压强，即激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强。因 为激光能量密度高 ,因而会产生很大辐射压力即光压 ,激光产生 的压强可达 104～105帕斯卡;二次压强生物组织吸收强激光造 成的热膨胀和相变以及超声波、 冲击波、 电致伸缩等引起的 压强 。在临床上 ,利用激光引起的压强作用可治疗多种疾病 , 如眼科中的压力打孔等。
2. 激光纤维内窥镜
借助于光纤，可以把激光引入人体内部用激光施 行手术，避免一些剖腹的大手术。
低功率激光的应用 弱激光对生物组织有刺激、镇痛、消炎、扩张血 管等作用，用弱激光照射病灶，有治疗效果。利用弱
激光照射穴位，可产生类似针炙的效果。
激光医学应用领域
2 高强度激光手术 以激光束代替金属的常规手术器械对 组织进行分离、 切割、 切除、 凝固、 焊接、 打孔、 截骨等 以去除病灶以及吻合组织、 血管、 淋巴管、 神经等。手术用 激光治疗机统称光刀。激光手术具有不出血或出血少、 感染 机会少、 手术时间短、 精确度高等优点 ,在处理外科疾病中 , 已经开始部分地用激光刀代替钢刀进行手术。激光刀还能通 过光导纤维进入人体内施行手术而不用剖腹等开腔手术 ,能透 过眼屈光介质对眼底施行手术而不用切开任何部位 ,这是传统 手术做不到的。
1981年 ,联合国世界卫生组织正式宣布激光医学为 医学的一个新分支。
二、组织吸收光的波长
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、黑色素和其它的色素吸收,700～900nm被称作生物 组织光学窗口 ,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。
1975年 ,美国的 Dwyer和德国的 Fruhmorgen分别利用氩离子激 光成功地为患者治疗了胃出血。1976年 , Hofstetter激光用于泌 尿科学。1979年 , Choy申请了利用激光治疗动脉硬化的专利。
一、激光医学的形成
由于激光器具有切割、 凝固、 汽化、 打孔、 截 骨等功能 ,70年代医学激光治疗机在临床各科得到 广泛应用。激光以其特有的优越性解决了许多传 统医学的难题。医用激光器作为手术治疗的器械 , 已充分显示了它的优越性。
激光的效应
5 光化学效应 是指物质的分子吸收了外来光 子的能量后激发的化学反应。激光作为一种能量 高度集中、 单色性极好的光源 ,它还可以发生一 些普通光不能引起的光化学效应。光致化学反应 大致可分为光致分解、 光致氧化、 光致聚合及光 致敏化4种主要类型。
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激光的效应
6 生物刺激效应 当低功率激光 ( l ow lever laser)照射生物组 织时 ,不对生物组织直接造成不可逆性的损伤 ,而是产生某种与 超声波、 针灸、 艾灸等机械的和热的物理因子所获得的生物刺 激相类似的效应 ,称为激光生物刺激效应。利用激光的特性 ,以 及它与生物组织相互作用过程中的特异规律 , 可以用于研究、 诊断和治疗疾病。例如 ,自 20世纪 70年代起 ,医生就已经利用激 光干涉术、 激光透照术和激光偏振技术等 ,来测量血液、 尿液 和人体其他组织的成分、 微量元素的含量 ,以及识别和分辨细 胞是否病变或癌变;用强激光束 ,可对病灶施行凝固、 汽化和切 割等手术 ,与传统的解剖刀比 ,激光刀不出血或少出血;用弱激光 照射人体组织 ,可达到理疗照射治疗或光针灸治疗的作用 ,与传 统理疗中的光疗比 ,激光的疗效显著提高 ,且适应证更加广泛。
激光的效应
3 光效应 色系组织 (特别是黑色 )对激光的吸收作用 是选择性的,由此引起的破坏作用很大 ,利用这一效应 ,可在 需破坏的组织上先进行组织染色 ,然后再进行激光组织照 射 , 即 可 获 得 最 佳 效 果
。
4 电磁场效应 激光是一种电磁波 ,因此激光产生电场、 磁场 ,当激光光功率密度为 5 × 1014W / cm2时 ,产生的电场 强度可达 4 × 1010V /m,在此强电场作用下 ,生物组织会产 生 电 离 , 使 该 处 的 组 织 细 胞 受 到 破 坏 。
激光医学应用领域
1 弱激光治疗 弱激光以其特有的生物作用被用于治疗 几十种疾病。 其方法又分为 3种 ,即激光理疗 (以弱激光为 物理因子进行原光束、 扩束、 光纤与腔内照射的物理疗 法 ) 、 激光针灸(以弱激光光束直接照射穴位 , 兼有针与灸 的作用 ) 与弱激光血管内照射疗法 (以弱激光光针插入静 脉照射循环血液的疗法 ) 。