美容激光基础

1美容激光基础知识2什么是光？光具有两种含义：•粒子性–光子•电磁波：–振幅（强度）–波长或频率（Hz)–光速：3x108m/sec（真空）AmplitudeWavelength3•电磁辐射波电场磁场传播方向λC=fλ4电磁波谱5电磁辐射•是能量的一种基本形式•具有波的特性和粒子特性•电磁辐射波包括：无线电、射频能、微波、红外线、可见光、紫外线、X线、和咖玛线6电磁辐射•激光•脉冲强光•脉冲紫外光•射频能量7激光8LASER=LightAmplificationStimulatedEmissionRadiationLASERmedium=Gas(CO2)Liquid(Dye)Solid(Nd:YAG)Semiconductors(Diode)激光9LaserTypesx-rayscosmicraysMicrowavesTVandradiowavesExcimerKTPNd:YAGEr:YAG190-390488-514532577-6307556941064294010600UVVISIBLEINFRARED400nm700nmHolmium210010+++e¯e¯e¯+++e¯e¯e¯SpontaneousEmissionStimulatedEmissionP1P1P1P2P1P211激光谐振腔LaserMedium(i.e.crystal,gas,dye)ReflectiveMirrorR-100%PartiallyReflectiveMirrorR-90%PumpingCavityEnergySource(i.e.flashlamp,electriccurrent,laser)12Nd:YAGLaserHead•YAG-YttriumAluminumGarnet•Wavelength-1.06micron(1064nm),nearI.R.pulses•PulsedNd:YAG-Pulsedpumpinglamp(flashlamp-e.g.Xe.)+-Nd:YAGRodPumpingLampGoldCoatedPumpingCavityMirrorMirrorLaserHeadCylindricalWaveguide13激光的特性•单色性•相干性•平行性•高能量和聚焦性14激光普通光激光与普通光15LaserCollimated(non-divergent)WhiteLightCoherentNon-coherentMonochromaticBroadSpectrumNon-collimated(divergent)16Nd:YAGLaserHead•YAG-YttriumAluminumGarnet•Wavelength-1.06micron(1064nm),nearI.R.pulses•PulsedNd:YAG-Pulsedpumpinglamp(flashlamp-e.g.Xe.)+-Nd:YAGRodPumpingLampGoldCoatedPumpingCavityMirrorMirrorLaserHeadCylindricalWaveguide17激光的分类激光介质：气体激光染料激光固体激光化学激光18激光的颜色•波长决定了激光的颜色，不同波长的激光表现为不同颜色的光•为了获取不同波长的光，需要不同的激光介质19激光器的分类•连续激光CO2,氩，氪，氪离子染料激光•准连续激光或半脉冲激光铜蒸气激光•脉冲激光Q-开关激光20激光的分类连续激光准脉冲激光脉冲激光21脉冲激光脉冲宽度组织加热脉冲延迟组织冷却22激光的能量单位•能量(energy):J•能量密度(fluenceordose):J/cm2•功率(power)：W=J/sec•辐射度（Irradiance):W/cm2,J/cm2/sec23激光-组织的作用方式24激光/强光与皮肤组织的作用•反射：在激光的防护中具有意义•吸收：只有能量被吸收才具有治疗作用•散射：是影响穿透的重要因素•传导：对组织不起任何作用25CO2,Er:YAGMidandfarI.R.Diode,Nd:YAGVisibleandnearI.R.LasersBlockedbycorneawaterNotblockedbycorneawater26组织吸收能量•热效应和机械效应组织作用的温度-时间相关性•热的传导热驰豫和热驰豫时间(Thermalrelaxationtime)•荧光•光化学反应27组织吸收能量高热区热弥散热驰豫及热驰豫时间28组织变性•时间相关•温度相关2930崩解、热变性31选择性光热作用selectivephotothermolysis•能为色基理想吸收波长的激光•激光照射时间（脉冲宽度）必需短于色基的热驰豫时间•高能量激光32物体的颜色•光源：发光体所发射出的光波长决定了光源的颜色。•物体：物体所反射出来的光波长决定了物体的颜色33皮肤组织•皮肤是由不同来源的细胞和基质组成，具有不同的光学属性（吸收和反射光能力）•不同皮肤结构能吸收或反射不同波长的光•大多数光是能穿透皮肤的。•皮肤组织这种对光吸收和反射的不同，为我们使用光进行治疗提供了可能性。34光热作用（photothermolysis)：–色基（血红蛋白，黑素或文刺颗粒）吸收光子(photo)能量–光子能量转变成热能(thermo)–靶组织因热能的作用而毁坏或变性(lysis)靶组织毁坏机制35选择性光热作用的过程•携带足够能量的光子经过皮肤到达色基。•表皮和真皮最小程度地吸收光子能量。•在靶组织中有足够多的光子吸收，并产生热量。•靶组织中（血红蛋白，黑素）蛋白热变性，并传递到周围细胞引起损伤。•体内的清除系统（免疫系统）清除。36波长/穿透深度•皮肤的不同结构对的光吸收存在差异•利用组织对光吸收的差异，选择合适的光源进行治疗，就由可能做到选择性治疗•靶基与周围组织颜色差异越大越好37波长/穿透深度•穿透深度：一定能量的激光穿透皮肤组织，能量衰减一半（能量发生明显衰减）时的深度。•穿透深度与组织的性质和波长有关，当组织固定时，一般只与波长有关。•对一个特定波长的光来说，照射特定的组织，其穿透深度是不会发生改变的。38波长/穿透深度•治疗深度：治疗激光照射时能引起靶组织变性或销毁时的最大的皮肤深度。•治疗深度与以下因素有关：波长的长短，能量密度大小，光斑大小，皮肤色素的深浅，治疗目的不同，皮肤的保护措施等。•特定波长的激光，当增加能量密度或改变光斑大小，其治疗深度会增加。39光斑大小/治疗深度BySpotSize40能量大小/治疗深度5102041波长与穿透深度•因为皮肤中具有不同结构的细胞或成分，对光线具有一定的吸收或散射作用，因此光线在皮肤中会逐渐衰减•皮肤对光的吸收系数：单位长度距离的物体吸收光子的能力，单位cm-1.42不同波长的光对皮肤穿透43光对组织的穿透深度00.050.10.150.20.254005006007008009001000Wavelength[nm]EffectivePenetration[cm]44LightAbsorptionIntoTissueWavelength(Microns)1.00.21020100,00010,0001,000100101.00.10.010.0010.0001WaterMelaninHemoglobinOxyhemoglobinAbsorptionCoefficient(percentimeter)CO2Er:YAG3.045PenetrationDepth–Lasers46热限制/热驰豫时间•选择合适的光源结合不同色基对光吸收的特点，是选择性光热作用（选择性治疗）的第一步。•关键问题是我们还必需将热量限制在治疗的靶位，使治疗本身具有选择性特点。•热量并不具备选择性，它的作用是非特异性的。•治疗的目的是合理地使用光源并将热量限制在靶位。47热限制/热驰豫时间•当激光的照射时间（脉冲宽度）小于色基的热驰豫时间时，热能被最大限度地限制在靶位内，而不能有效地传递到周围组织中去。•能量是守恒的，能量最终会转变为机械能（颗粒崩解）或化学能量（蛋白变性）释放出来。48热限制/热驰豫时间VesselDiameterThermalRelaxationTime20m140s50m1.2ms100m3.6ms300m5-10ms小的色基热量低无论加热还是散热都很快大的色基热量高无论是加热还是散热都比较慢49吸收/热变性•电磁辐射波中任何一个部分被吸收后均能导致热能的产生。•当温度超过40°C时大多数蛋白质和核酸会发生变性•变性与温度和时间均相关•对蛋白质变性而言，要取得相同的凝固，加热时间每减少10倍，则必需将温度提高10°C。50吸收/临床•黑色素：显微爆破•血管内皮:凝固性坏死/变性•毛囊组织：凝固性坏死/变性•胶原组织与纤维母细胞：皮肤年轻化•常用的“光源”：激光、IPL、RF51波长•长波长所携带的光能量：–能穿透入深部组织–光子携带的能量较低，治疗比较温和•短波长所携带相同的光能量–穿透较浅–光子携带的能量较高，治疗较强烈。52防护镜防护镜的标识:防护的波长范围该波长的光密度（Opticaldensity，OD)在使用激光和IPL时均要求使用即便是佩戴了防护镜也不要直接看光束。53脉冲类型与热选择性54能量/皮肤反应非常重要!当深度增加时能量会衰减能量深度55热容量–冷却•热容量=物体温度上升或下降1°C所需要的能量•冷却时间：热驰豫时间56热容量–冷却时间•小的物体（小的热容量）温度上升或下降较快如表浅的小的/淡色的损害或表皮•大的物体（较大的热容量）温度上升或下降缓慢如深部的大的/黑色的皮损57延迟宽度•当脉冲宽度等于或短于靶组织的热驰豫（冷却）时间–热损害将被严格地限制在靶组织内•当脉冲宽度较靶组织的热驰豫(冷却）时间长时–热将从靶组织内传到出来，结果是：靶组织损伤不足而周围组织的损伤明显加强•脉冲宽度应该等于或短于靶组织的热驰豫时间而应该长于表皮的热驰豫时间。58热选择性大的物体小的物体（表皮）脉冲宽度20msTRT80msTRT10ms59热的选择性LargeobjectSmallobject60脉冲延迟•脉冲延迟应该较靶组织的冷却时间短，因此靶组织能充分地稽留热量。•同时，脉冲延迟应该等于或长于表皮的冷却时间，这样允许表皮达到最大程度的冷却。61光斑的作用治疗深度受光斑大小的影响散射是主要要考虑的因素小光斑由于散射光子大量“丢失治疗深度浅大光斑由于散射光子被“聚合”在一起治疗深度提高快速的治疗62RadialDistance(mm)SkinDepth(mm)-10-8-6-4-2024681002468103mmDia.1-3mmTargetDepthRadialDistance(mm)SkinDepth(mm)-10-8-6-4-20246810024681010mmDia.1-3mmTargetDepth1-3mmTargetDepth皮肤对光束散射效果及治疗深度Calculatedfluenceprofilesfor3-mmand10-mmdiameterspotsizeofequalfluence63激光系统64治疗色素增加性皮肤疾病的激光系统波长：500-1000nm脉度：10-9秒（纳秒）色基：黑素小体靶位：色素细胞或组织机制：爆破效应65治疗色素性皮肤疾病的激光•绿色激光：铜蒸汽激光（511nm)氪离子激光（520-530nm）脉冲染料（510nm、300ns）倍频Nd:YAG(532nm、5-10ns)•红色激光：红宝石（694nm、20-50ns）翠绿宝石（755nm、50-100ns）•近红外激光：Nd:YAG(1064nm、10ns）66绿色激光•穿透较浅，用以治疗表皮色素性疾病•对雀斑和日光性黑子非常有效•氧合血红蛋白吸收较好，可形成紫癜和色素沉着67红色激光•穿透较深•可用来治疗表皮和真皮的色素性疾病•氧合血红蛋白吸收差，不形成紫癜和色素沉着68近红外激光•穿透