隨著激光技術的發展,壹門全新的應用學科——激光醫學逐漸形成。激光的獨特優勢,解決了許多傳統醫學在基礎研究和臨川應用中無法解決的問題,引起了國內外醫學界的關註。
191年麥曼研制出第壹臺紅寶石激光器後,1965438年紮雷、坎貝爾、茲翁用於視網膜脫離,1964年古德曼緊隨其後。在眼科中,激光是最早也是最成熟的學科。在壹些眼科疾病中,激光治療被列為首選。如眼底疾病中的視網膜裂孔、中心性漿液性視網膜病變、糖尿病性視網膜病變、視網膜劈裂、視網膜血管瘤、原發性青光眼,激光角膜成形術是計算機技術應用於屈光醫學的新技術,是屈光角膜領域的壹次革命。目前已經開展了激光角膜切削術(PRK)、激光原位角膜磨鑲術(LASIK)和激光上皮下角膜磨鑲術(LASIK),最後壹種是最新的手術方法。
激光在其他科室的發展也很快,如經尿道激光前列腺切除電凝術、激光心肌血管重建術、激光碎石術等。
激光可用於通過各種內窺鏡進行手術,如關節鏡下鈥激光半月板切除術、腹腔鏡膽囊切除術、子宮內膜異位癥、消化道疾病如出血、息肉的良惡性腫瘤、呼吸道瘢痕狹窄、炎性肉芽及息肉、良惡性腫瘤等。,而且腸鏡還可以治療直腸、乙狀結腸、結腸的出血、息肉、惡性腫瘤。
激光咽成形術已經成為治療阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征的常規方法。
旋轉光導關節臂、光纖等激光傳輸工具發展迅速。比如西德Nath在1971年制造出能夠傳輸高能Ar+激光的單根應時光纖後,1973年第壹臺光纖傳輸的激光內窺鏡問世,現在已經發展成各種形狀的光纖頭(球形、顆粒狀等。),為激光進入內腔打開了通道。1977年,美國研制出溴化鉈等多晶芯的新型遠紅外光纖,1981年,日本也研制成功臨床應用的CO2激光光纖。
尤其是光動力療法,即光敏藥物結合激光照射,激光光源也從單壹的He-Ne激光器(不常用)發展到染料激光器、金蒸氣激光器、Kr+激光器、半導體激光器。
光敏劑從血卟啉衍生物(HPD)發展到各種效果更好的激光光敏劑,如血卟啉but單甲氧基肟(HMME),在燃料酞菁中合成磺化酞菁鋅(ZR-PeS4)。二氫卟吩衍生物中的磺基花青(SPs)、L-單天冬酰二氫卟吩(Npe6)和葉綠素衍生物4 (CPD4)以及5-氨基乙酰丙酸(ALA)。
光動力療法的範圍,從惡性腫瘤,如皮膚癌、肺癌、消化道腫瘤、膀胱癌等。,還擴展到治療良性病變,如鮮紅斑痣、老年性黃斑變性等。
激光美容過去僅限於皮膚色素痣和血管病變,現在已發展為美容激光醫學,這主要得益於上世紀80年代安德森提出的“選擇性光熱作用”理論,即根據不同組織的生物學特性,選擇合適的波長、能量和脈沖持續時間,以保證對病變組織的有效治療,並盡可能避免對周圍正常組織的損傷。
20世紀80年代初,氬離子被用於治療血管病變,80年代後期開發了黃色脈沖燃料激光(PDL)。90年代中期,用YAG倍頻產生的532nm綠光治療鮮紅斑痣,小血管擴張明顯改善。80年代用調Q紅寶石激光治療太田痣,90年代發展到雙頻調Q Nd:YAG激光治療色素性疾病,取得了近乎完美的效果。在除皺方面,也是從脈沖CO2激光發展到超脈沖CO2激光(白種人效果更好)。1996年研制出2940nm誘餌激光治療黃皮,使激光去黃皮皺紋成為可能。脫毛從90年代初的紅寶石激光、Nd: YAG開始,到90年代末已經發展到半導體激光脫毛,取得了較好的效果。
上面所說的屬於高強度激光的發展,對患者的病竈進行汽化、切割、凝固、燒灼,使其選擇性破壞病竈而不損傷正常組織,達到治療的目的。
在激光治療機方面,我們還生產特種光纖、激光內窺鏡、介入治療等各種導管。激光裂隙燈、激光手術顯微鏡等。,激光醫療設備所需的各種配套設備均由專業廠家供應。
此外,用於生物醫學基礎研究和臨床診斷的激光設備也是國內外重點發展的領域,如激光熒光技術、激光拉曼技術、激光細胞分析技術、激光微束技術等。,及其相應的激光設備,有的已形成產品,有的已在實驗室應用。
激光器的性能參數
1.激光能量和輸出功率。激光的生物效應必然涉及到兩個方面,激光的特性和生物組織的特性。描述激光特性的參數有很多,但對於生物醫學來說,最直接相關的參數有:激光波長、輸出能量或輸出功率、輻照能量密度或輻照功率密度、輻照光斑大小、輻照持續時間或脈沖寬度。其中,最常用的參數是輻照功率密度或輻照能量密度,即輻照功率(能量)除以光斑面積,前者稱為“輻照度”[W/cm2 (w/cm2)],後者稱為“輻照劑量”[J/cm2 (focal/cm2)],是評價任何生物效應和臨床治療效果的主要參數。計算公式為:
功率密度=輻照功率/光斑面積=P/πr2
能量密度=輻照能量/光斑面積=E/πr2
其中,p是輻照功率,單位為瓦特(W);π是圓周率(約3.14);r是光斑半徑;e為輻照能量,即輻照功率×脈沖寬度,單位為焦(J)。
壹般連續激光用功率密度表示,脈沖激光用能量密度表示。
不同劑量的激光照射在人體上引起不同的生物效應。壹般來說,我們稱之為強激光或高功率激光破壞組織以達到治療疾病的目的,如燒灼、凝固、切割、汽化等。無創治療,即激光作用於生物組織時,並不對生物組織造成不可逆的損傷,而是刺激機體產生壹系列應答反應進行調節、增強或抑制,從而達到治療疾病的目的。這種激光稱為低強度激光,或稱低功率激光、低強度激光、低能激光。低強度激光分為大、中、小劑量。小劑量能刺激,大劑量能抑制。
2.激光振蕩模式。這些包括連續、脈沖和Q開關。連續激光對機體的作用主要是熱量,而脈沖激光對機體的作用有不可忽視的壓力效應。如果采用調Q激光器,可以提高脈沖峰值功率。
3.激光波長。不同的波長對身體的影響不同,比如紅外激光對身體的影響就是熱效應;紅光和近紅外光能更深入組織內部,而紫外波段對機體有光化學作用,各種不同波長的激光對機體的作用明顯不同。
激光模式:激光可分為多模和單模,其功率密度剖面為高斯型,即光斑中間的功率密度遠大於邊緣。這種模式具有最好的相幹性和方向性,因此可以用作激光手術刀和全息術。多模激光器在工藝上容易制造,所以制造出來的機器功率大,只用於醫療中的局部照射。
4.激光偏振。因為光波是電磁波,光的振動矢量偏向某些方向的現象叫做偏振,有偏振的光叫做偏振光。由於其發光機理的特殊性,激光器發出的激光可能是偏振光。壹般帶有布儒斯特窗的激光器發出的激光是完全偏振光,在醫療上可以用來診斷腫瘤。因為癌細胞和正常細胞的偏振角不同,所以可以區分癌細胞和正常細胞。另外,梅斯特證明了只要是偏振光,不管是不是相幹光,都可以刺激生物體,因為極化電場強度改變了細胞膜脂雙層的構象。從而影響電荷分布等膜表面特性的變化,進而可能影響與細胞膜相關的每壹個過程,如細胞能量、免疫、酶的變化。
5.行動時間。壹般來說,激光照射在身體上的時間越長,身體的反應越強烈,照射時間越短,熱量向周圍傳遞的機會就越少,受熱體積就越小,對周圍組織的影響也就越小。
激光生物效應
(1)機械性能(密度、彈性等。)的生物組織:組織密度越高,激光作用於其上的強度越低。
(2)熱性質(比熱、熱導率、熱擴散率):組織的熱導率越高,激光對其作用越大;組織的熱擴散率越高,激光造成的損傷越小。電容越大,皮膚溫度上升越慢。
(3)電性能:阻抗和極化率。
(4)光學特性(反射率、吸收率、透射率、散射率):激光對組織的吸收率越高,反應越大;反射率和透射率越高,對組織的影響越小。
(5)聲學性能:聲阻和吸聲率。
(6)生物學特性:組織色素、含水量、血流量、異質性、層次結構等。組織色素越多,激光對其作用越強。
可以看出,激光對生物組織的作用是由許多復雜的因素決定的,尤其是生物組織的層次結構,使得因素更加復雜。然而,激光照射生物組織時,影響生物反應程度的主要因素有:激光的波長;入射光的強度和激光的發散角;輻射面積和輻射持續時間;目標組織的吸收特性;含水量和色素含量。
紫外光由於光子能量高,不能被分子吸收或儲存,但能破壞酶,誘發基因突變。對於紅外光來說,由於光子能量太小,只能使分子振動旋轉,加熱生物組織。對於近紫外光來說,可見光到近紅外光可以引起生命過程中至關重要的大部分光化學過程。激光在細胞內生化過程中最重要的作用是明確振動吸收的實用價值,當細胞內代謝產物的最大吸收與所用激光的波長壹致時,就會發生選擇性損傷,此處不再贅述。
激光照射體表和軟組織時,波長越長,穿透越深,在紅光和近紅外達到最大穿透深度。考慮到激光的生物效應,有兩個參數需要考慮,即生物組織的吸收系統和激光的實際穿透深度。根據壹些實驗可以得出以下結論:①有色組織的吸收大於無色組織;②有色組織的吸收是選擇性的;(3)激光很容易透過軟組織穿透皮膚。