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第五节激光疗法一、激光的生物物理学特征激光是指受激辐射放大的光，又称莱塞（Laser）。英文名称LASER，是取自英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。激光的理论基础起源于大物理学家爱因斯坦1958年，美国科学家肖洛（Schawlow）和汤斯（Townes）发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了激光原理，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文，并获得1964年的诺贝尔物理学奖。激光的实现条件活性物质：可以是气体，液体或固体发生激光的装置“激励”能源a.电激励源：常见气体激光器，分直流放电，交流放电等b.光激励源：几乎所有的固体激光器c.化学激励源：军事激光器d.核激励源：多属军用e.热激励源：高温非平衡态激光器的组成激光介质：“激励”后能产生粒子数反转的工作物质。如He,Ne,N2,Ar,CO2激活装置：使工作物质发生粒子反转的能源，为~。光学谐振腔：光线在其中反复振荡和多次被放大共振后发生激光。活性物质全反射镜部分反射镜谐振腔玻璃管（100%）（80-90%）激光工作物质全反射镜半反射镜out激光器工作原理1974年：第一个超市条形码扫描器出现1975年：IBM投放第一台商用激光打印机1978年：飞利浦制造出第一台激光盘（LD）播放机，不过价格很高1982年：第一台紧凑碟片（CD）播放机出现1983年：里根总统发表了“星球大战”的演讲，描绘了基于太空的激光武器1988年：北美和欧洲间架设了第一根光纤，用光脉冲来传输数据。1990年：激光用于制造业，包括集成电路和汽车制造1991年：第一次用激光治疗近视，海湾战争中第一次用激光制导导弹。1996年：东芝推出数字多用途光盘（DVD）播放器激光制导炸弹《星球大战》中的激光剑具有以下特点：高度定向性、高亮度性、高单色性、相干性好。高度定向性普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。高亮度性激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑肉眼可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。高单色性波长范围非常小，是光谱最存的光激光的颜色取决于激光的波长，而波长取决于发出激光的活性物质，即被刺激后能产生激光的那种材料。刺激红宝石就能产生深玫瑰色的激光束，它应用于医学领域，比如用于皮肤病的治疗和外科手术。公认最贵重的气体之一的氩气能够产生蓝绿色的激光束，它有诸多用途，如激光印刷术，在显微眼科手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出红外光，因此我们的眼睛看不见。例如氦－氖激光就是632.8nm的单色红光。相干性好频率相同、方向相同、光波波动的位相相同。两束光相遇的区域内就会产生干涉现象。普通光源由于原子发光的无规则性，同一个原子先后发出的波列之间，以及不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，且振动方向与频率也不尽相同，这就决定了两个独立的普通光源发出的光不是相干光，因而不能产生干涉现象。电灯的光中光子排列不整齐，步调也不一致。而激光呢，像队伍一样整齐划一地前进。相干性好二、激光的生物学效应1．热效应2．压强效应3．光化效应4．电磁场效应1．热效应热效应是激光对组织作用的重要因素。激光的能量越大，产生的温度越高，这种热作用使蛋白子凝固、变性、甚至碳化、汽化。临床利用激光不同的热效应治疗不同的疾病。热效应治疗疾病激光的汽化作用内脏及脑部肿瘤的切除激光的汽化碳化作用治疗皮肤病和妇科疾患激光的凝固作用治疗眼底和血管疾患2．压强效应o激光比普通光的辐射压强得多。o两种压强作用：•一次压强：激光本身的辐射压力形成的压强•二次压强：机体组织吸收高能量压强后再次产生的压强o激光压强效应的临床应用：眼科疾病、泌尿系结石。3．光化效应组织吸收激光的光子之后，产生光化学反应、光电效应、电子跃迁、热能、组织分解等。光化学反应产生相应的生物学效应，如杀菌、红斑效应、色素沉着、维生素的合成。4．电磁场效应利用激光的高聚焦产生的高温高压和高电场强度，可以使细胞损伤、破坏，用于治疗肿瘤。三、治疗作用（一）低强度激光低强度激光具有明显的生物刺激作用和调节作用，其治疗基础是光的生物化学反应。低强度激光的发展1962年德国Bessis等人发表了“激光对血细胞的作用研究”；1965年匈牙利Mester研究了He-Ne激光生物效应；1973年奥地利Plog用激光代替针灸做实验，并于1975年研制出第一台He-Ne激光针灸仪用于经络穴位治疗疾病取得成功。20世纪70年代，我国开始就激光针灸用于临床。低﹑中能量激光疗法采用氦-氖(He-Ne)激光器，近年还采用砷化镓(AsGa)与镓铝砷(Ga-Al-As)半导体激光器，输出红光、红外激光这些激光器的功率均为毫瓦级，可直接或通过光导纤维照射，每次15～20min，穴位或伤口照射时每部位3～5min，每日或隔日一次，10～15次为一疗程治疗作用（低强度激光）1．生物调节作用2．消炎作用3．镇痛作用4．促进酶的活性作用5．对穴位的作用6．调节神经及免疫功能作用（二）高强度激光高强度激光对组织有损害作用，当聚焦照射时对组织产生高热、高压强、高电磁场作用，主要引起损伤性的热效应，可使蛋白质变性凝固、甚至炭化、气化，使组织止血、粘着、焊接或切割、分离。高能量激光疗法采用二氧化碳(C02)激光器、掺钕钇铝石榴石(Nd-YAG)激光器，输出红外激光这些激光器的功率均为瓦级进行激光外科治疗时，将聚集光束对准病患部位，瞬间产生组织凝固、炭化、汽化较小病灶可一次消除，较大病灶可分次处理，也可以通过内窥镜进行体腔内治疗高强度激光的治疗作用高强度激光是指激光作用于生物组织后造成不可逆的损伤，输出功率在瓦级以上。高强度激光对生物组织的作用：可使受照组织凝固、止血、融合、气化。或将病变组织切除。包括：1、凝固术：2、气化术3、切割术1、凝固术：主要作用是A、对出血的凝固止血B、抑制血管的异常增生C、气化病灶组织Ar+激光、适宜进行光凝固治疗，尤是YAG激光。2、气化术利用激光的热效应将病变组织气化、炭化（超过100度以上的温度）。用于体表赘生物、褥疮、慢性溃疡的清创。CO2激光在人体组织表层附近几乎完全被吸收，组织气化破坏，主要用于表浅病变。3、切割术用激光切割组织，最大优点是不出血或出血极少。强激光作为手术刀作用于人体，可同时进行烧灼、凝固、气化、切割。激光刀的临床特点1.出血少,封闭0.5mm动脉,1.0mm静脉2.无直接接触,无感染3.疼痛轻神经末梢被封闭4.精确度高,损伤小5.手术时间短无须止血,视野清楚6.防止肿瘤转移封闭小血管和淋巴管7.腔内精确手术光导纤维（二）激光光敏肿瘤细胞对光敏剂有特殊的亲和作用定位诊断杀灭肿瘤细胞应用(一)眼科1.治疗进行性近视2.治疗青光眼3.其他眼科疾病角膜炎，角膜色素膜炎，脉络膜视网膜变性等4.利用激光眼科手术(二)生物刺激和调节1.对神经系统的影响(1)对大脑的影响——可逆性形态学和功能的改变。(2)对周围神经的影响——治疗面神经麻痹，三叉神经痛。(3)对植物神经的影响——用He-Ne激光配合药物治疗，可治心律失常。2.对心血管系统的影响——治疗高血压，冠心病及心肌梗塞。3.调节机体的免疫功能——例：He-Ne激光照射胸腺区，增强细胞的免疫功能，照脾区巨噬细胞活性增强。4.调节内分泌的影响5.加速溃疡和伤口的愈合6.加速骨折的愈合7.消炎止痛作用8.植皮术可促进皮瓣成活(三)手术切割，焊接，烧灼1.外科疾病(1)骨科——腰椎间盘突出(2)普外——食管疾患，胃肠吻合术，痔，甲状腺(3)肝胆——肝脏手术(4)神经外科——颅内手术(5)泌尿外科——尿道狭长，前列腺手术2.皮肤疾患(1)疣及疣状物(2)血管病变和色素性皮肤病3.妇科疾患(1)慢性宫颈炎(2)子宫颈癌(3)尖锐湿疣4.内科疾患(1)冠状动脉粥样硬化(2)上消化道出血，消化性息肉，消化道癌(四)穴位治疗1.照穴位拔牙2.中耳炎3.颈椎病4.肩关节周围炎(五)肿瘤治疗激光器的种类分类：按工作物质分气体、液体、固体、半导体激光器等按光输出方式分连续、重复脉冲、单脉冲激光器等按波长范围分紫外、红外、可见光激光器医疗常用激光器种类1、气体激光器He-Ne激光器CO2激光器Ar+激光器Kr+激光器He-Cd激光器Cu-Au蒸气激光器N2激光器2、固体激光器红宝石激光器皮肤科用于文身钕玻璃激光器Nd＋3：YAG激光器倍频Nd：YAG激光器Ho：YAG激光器Er：YAG激光器3、染料激光器4、准分子激光器5、半导体激光器.常用医用激光器简介属于气体激光器，工作物质为He与Ne混合气体，发出红色激光（波长632.8nm）,用其小剂量照射对人体有明显的消炎、止痛作用。一、He-Ne激光器二、CO2激光器属于气体激光器，工作物质为CO2气体，输出激光为不可见的远红外线，波长10.6μm,多为导光关节臂输出,聚焦后常用做光刀手术,由于不可见,常用He-Ne红色激光作指示光.三、YAG激光器属于固体激光器，工作物质为掺钕乙铝石榴石（YAG），输出激光为不可见的近红外光，波长为1.06μm，多用光导纤维传输，可通过内窥镜做腔内治疗（气管，胃肠或膀胱等）四、红宝石（Ruby）激光器它是世界上研制出的第一台固体激光器（Maiman，1960）也是最早用于医学（眼科）治疗的激光器。输出红色激光，激光波长694nm。五、半导体（Diode）激光器它是所有激光器中效率最高体积最小的激光器，目前应用最多的是砷化镓（GaAs）激光器，可输出多种波长的激光。例如用850nm半导体激光照射患部，消炎、止痛效果非常好。六、准分子(Eximer)激光器工作物质为惰性气体原子，常用为Ar-F，波长为193nm紫外光，如用于激光屈光性角膜切削术（PRK），是以紫外激光的高分子能量打断角膜基质内的分子链，造成非热性汽化，改变角膜的厚度和曲率多种激光综合工作台..He-Ne激光器1963年7月邓锡铭等掺钕玻璃激光器1963年6月干福熹等GaAs同质结半导体激光器1963年12月王守武等脉冲Ar+激光器1964年10月万重怡等CO2分子激光器1965年9月王润文等CH3I化学激光器1966年3月邓锡铭等YAG激光器1966年7月屈乾华等.我国各类激光器的“第一台”四、治疗技术（一）设备1．低强度激光（1）氦-氖（He-Ne）激光器（2）砷化镓（AsGa）半导体激光器（3）镓铝砷(GaAlAs)半导体激光器氦氖激光治疗仪小剂量He-Ne激光多次照射过程中可有累积效应，在临床工作中我们体会到：在激光照射的前两次往往不出现效果，而在三、四次照射后即可出现疗效，因此要呈现激光照射的疗效，需经过一定作用的累积过程。当然，也有一次照射后即出现疗效的情况，但这往往是局部症状的改善。小功率的He-Ne激光多次照射的生物学作用和治疗作用具有抛物线特性，即在照射剂量不变的条件下，机体的反应从第3～4天起逐渐增强，至