光電技術(shù)臨床應(yīng)用基礎(chǔ)

光電技術(shù)臨床應(yīng)用基礎(chǔ)

1690年荷蘭惠更斯在《光論》：光波動(dòng)說牛頓：微粒說1864年麥克斯韋確認(rèn)：光是電磁波1905年愛因斯坦：光量子；光量子能量表達(dá)式1920年代法國(guó)德布羅意創(chuàng)立物質(zhì)波動(dòng)學(xué)：光具有波動(dòng)性和微粒性

光的本質(zhì)光的本質(zhì)

光的本質(zhì)是電磁輻射，具有波粒二象性電磁輻射波普激光是怎么回事？1916年愛因斯坦：受激輻射理論20世紀(jì)40年代末，量子電子學(xué)誕生1951年珀塞爾和龐德實(shí)驗(yàn)成功：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)古爾德在1957年提出：“激光”(“受激輻射式光頻放大器”的縮略詞)這個(gè)詞1960年美國(guó)物理學(xué)家梅曼在邁阿密的研究實(shí)驗(yàn)室里造出了“紅寶石激光器”1960年長(zhǎng)春光機(jī)所成功造出了中國(guó)第一臺(tái)激光器激光器的構(gòu)造圖

激光的基本特性高方向性：發(fā)散角小，氣體＞固體＞半導(dǎo)體高單色性：最好的是單縱模穩(wěn)頻氣體激光器高相干性：通過受激輻射產(chǎn)生的每個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都相同；時(shí)間相干性和空間相干性高亮度：調(diào)Q＞固體＞氣體

激光的生物效應(yīng)一、熱效應(yīng)：光子能量轉(zhuǎn)變成熱能，表現(xiàn)為溫度對(duì)生物組織的影響，促進(jìn)代謝率、影響血液循環(huán)。生物組織的各級(jí)熱反應(yīng)水平：

1、溫?zé)岣杏X：溫度38-40℃，相當(dāng)熱敷，不會(huì)熱損傷。

2、熱致紅斑：溫度43-44℃，數(shù)秒出現(xiàn)紅斑，數(shù)分鐘有滲出物。

3、熱致水泡：溫度47-48℃，數(shù)秒有滲出物，表皮與真皮分離。

4、熱致凝固：溫度60-100℃，10S細(xì)胞凝固壞死，治療血管瘤。

5、熱致汽化：溫度略高于100℃，可使組織液沸騰。

6、熱致炭化：溫度300-400℃，組織立刻發(fā)生干性壞死，炭化。激光的生物效應(yīng)二、弱激光生物效應(yīng)：

弱激光：激光照射不直接引起生物組織發(fā)生不可逆損傷。具有生物刺激作用，生物效應(yīng)直接產(chǎn)生于輻射而不是熱效應(yīng)?？僧a(chǎn)生多種良性生物學(xué)效應(yīng)。其特點(diǎn)：

1、興奮或抑制：能量密度小表現(xiàn)為興奮，反之，抑制。

2、累積作用：小劑量有累積，最終效應(yīng)依賴激光總能量。

3、拋物線效應(yīng)：照射次數(shù)有閾值，效應(yīng)不隨次數(shù)增加無限增大。刺激作用一般從第三次開始逐漸增強(qiáng)，到10-17次時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，以后逐漸減弱，并可突變?yōu)橐种谱饔?。?duì)免疫功能、血液循環(huán)、組織代謝、神經(jīng)刺激等作用

激光的生物效應(yīng)三、光動(dòng)力作用：

光動(dòng)力療法：在光敏劑的參與下，經(jīng)過光激發(fā)使得有機(jī)體、細(xì)胞或生物分子發(fā)生功能及形態(tài)變化，從而使之受傷或壞死的一種作用。必須有氧的參與，故又稱為光敏氧化作用。光動(dòng)力作用的三要素：光敏劑、光源、氧氣。光動(dòng)力作用四種效應(yīng)：

1、細(xì)胞性損傷：直接作用于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

2、血管性損傷：

3、調(diào)節(jié)免疫功能：

4、誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡：選擇性光熱作用原理1983年Anderson和Parish在《Science》發(fā)表選擇性光熱作用理論：不同的色素對(duì)不同波長(zhǎng)的激光具有不同的吸收率，不同波長(zhǎng)激光在皮膚組織中的穿透性不同，靶色基與周邊正常組織對(duì)治療激光的吸收率存在明顯差異。熱弛豫時(shí)間（thermalrelaxtime)使用脈沖激光對(duì)皮膚色素性病變進(jìn)行照射時(shí)，激光的脈寬必須短于靶色基的熱弛豫時(shí)間，方能使靶色基在吸收光能量后受到破壞，并同時(shí)最大限度地保護(hù)周邊正常組織。熱弛豫時(shí)間：靶色素在被激光照射后，溫升釋放一半所需要的時(shí)間。

如果溫度散失50%的時(shí)間短于該靶組織的熱弛豫時(shí)間，能量主要局限在靶組織內(nèi)部，靶組織被快速加熱與破壞。如果溫度散失50%的時(shí)間長(zhǎng)于該靶組織的熱弛豫時(shí)間，則該靶組織結(jié)構(gòu)就將成為熱能轉(zhuǎn)換物，使熱能大量向周邊組織擴(kuò)散，最終造成周圍組織的損傷。

擴(kuò)展的選擇性光熱作用在脫毛和治療血管病變時(shí)，脈寬要適度延長(zhǎng)，使激光作用時(shí)間長(zhǎng)于色基（毛囊或血紅蛋白）的熱弛豫時(shí)間，使色基在選擇性光熱作用的基礎(chǔ)上成為熱能轉(zhuǎn)換物，將熱量轉(zhuǎn)遞到周邊組織，造成熱損傷而取得療效。熱損傷時(shí)間：導(dǎo)致整個(gè)靶組織包括色基和周圍的靶組織冷卻63%的時(shí)間。組織對(duì)光的反應(yīng)和激光劑量與參數(shù)一、波長(zhǎng)：光入射到組織可以發(fā)生反射、折射、散射、吸收和透射，不同的組織對(duì)不同的波長(zhǎng)光的反應(yīng)均不一樣，其中波長(zhǎng)是最重要的因素。在臨床應(yīng)用時(shí)，首要問題是對(duì)激光波長(zhǎng)的選擇，亦即對(duì)治療工具的選擇，選擇了波長(zhǎng)以后，才是對(duì)激光參數(shù)的選擇。波長(zhǎng)對(duì)，全對(duì)；波長(zhǎng)錯(cuò)，全錯(cuò)。光在組織淺層被吸收愈多，透射到組織深層就愈少，反之則愈多。組織對(duì)光的吸收主要由水和色素兩個(gè)因素決定。

1、水：皮膚含水量約60-80%，是影響光吸收的最重要的因素。嫩膚時(shí)需要水吸收少的波長(zhǎng)，IPL的波段水吸收少。1064nm、532nm水吸收少，甚至不吸收。因?yàn)樗兆畲?，鉺激光的穿透性最差，組織損傷也小。吸收少，則穿透深。

Er:YAG（2940nm）>CO2

(10600nm)>Nd:YAG（1064nm）組織對(duì)光的反應(yīng)和激光劑量與參數(shù)2、黑色素：是皮膚基本色素，在250-1200nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)波長(zhǎng)越短，黑色素吸收越多。1400nm后，黑色素吸收就可以忽略不計(jì)了。KTP(532nm)>Ruby>Alex（755nm)>LD>NG:YAG(1064nm)755黑素吸收多，IPL不能用于黃褐斑，對(duì)于黃種人雀斑IPL不是一個(gè)好工具，但是白種人可一次性去掉雀斑。3、血紅蛋白：是血管內(nèi)的主要色素，在250-1200nm范圍內(nèi)有幾個(gè)主要吸收峰：280nm、420nm、542nm、577nm。自577nm后，從600nm處吸收峰陡降，至690nm達(dá)到最低點(diǎn)，然后又小幅回升。

Dye(585nm)>KTP(532nmn)>Nd:YAG(1064nm)>LD

表層的紅血絲則需要用光吸收多的波長(zhǎng)，但深層血管瘤則需要穿透性好的。組織對(duì)光的反應(yīng)和激光劑量與參數(shù)二、脈寬：

即光照射時(shí)間，組織吸收光后熱反應(yīng)時(shí)間。臨床意義：靶組織加熱的時(shí)間和范圍。選擇脈寬的原則：

1、需要多長(zhǎng)用多長(zhǎng)（效果）。

2、允許多長(zhǎng)用多長(zhǎng)（安全）。

1μs定律：光作用于靶組織必須超過1微秒（μs）才能產(chǎn)生熱傳導(dǎo)、熱效應(yīng)和熱損傷，低于1μs可以忽略不計(jì)。

組織對(duì)光的反應(yīng)和激光劑量與參數(shù)三、脈沖個(gè)數(shù)：對(duì)子脈寬不足的補(bǔ)充，治療量不夠時(shí)通過調(diào)整脈沖次數(shù)，使靶組織持續(xù)升溫而達(dá)到治療效果。子脈寬+子脈寬+…=總脈寬=加熱時(shí)間（治療時(shí)間）四、間隙時(shí)間（延遲時(shí)間）：

兩個(gè)脈沖之間的間隙時(shí)間，目的是使靶組織散熱以保護(hù)非靶組織受到熱損傷。組織對(duì)光的反應(yīng)和激光劑量與參數(shù)五、能量密度：光計(jì)量公式：J/cm2=W/cm2·T·cosθJ/cm2:能量密度

W/cm2：強(qiáng)度

T：總脈寬

θ：光照射的角度，與皮膚成90°時(shí)，cos90°=1強(qiáng)脈沖光（intensepulsedlight，IPL）

波長(zhǎng)范圍在500-1200nm之間的多波長(zhǎng)非相干性、以脈沖方式發(fā)射的光。在本質(zhì)上屬于普通光，由可見光和紅外線組成。不同的病理組織通過選擇性吸收不同波段的強(qiáng)脈沖光產(chǎn)生熱效應(yīng)，達(dá)到治療目的。在治療血管性病變、色素性病變、多毛癥、痤瘡、瘢痕以及除皺、嫩膚等方面得到了廣泛應(yīng)用。強(qiáng)脈沖光（IPL）產(chǎn)生原理：由高強(qiáng)度的光源經(jīng)過聚焦和初步濾光形成一束強(qiáng)光，再在其前面放置一種特制的濾光片（濾光晶體），將低于某種波長(zhǎng)的光濾掉，最后得到所需要的特殊波段的適合治療用的強(qiáng)光。射頻（radiofrequency,RF）指高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流；醫(yī)學(xué)上把頻率在0.5-8MHz的交流高頻電磁波稱為射頻。

1868年首次將射頻技術(shù)用于人體活組織；1980年代用于人體深部器官手術(shù)治療；1999年美國(guó)FDA批準(zhǔn)射頻技術(shù)用于美容治療；2002年Thermage公司的Thermacool射頻技術(shù)，獲

FDA批準(zhǔn)用于皮膚美容領(lǐng)域。

射頻的作用原理：人體組織是一個(gè)導(dǎo)電體，當(dāng)射頻電流經(jīng)過人體組織時(shí)，組織對(duì)射頻電波的阻力使組織內(nèi)的水分子瞬間出現(xiàn)快速振蕩，產(chǎn)生熱能作用于靶組織，從而達(dá)到治療目的。目前醫(yī)用射頻常采用200-750kHz，射頻電能幾乎全部集中在電極頭的附近，治療深度是表淺的，但由于熱傳導(dǎo)作用，電極頭附近的高熱量可傳導(dǎo)到組織深層。溫度的高低取決于輸出功率和時(shí)間。射頻的生物效應(yīng)：生物熱效應(yīng)原理：

1、血管擴(kuò)張、血循環(huán)加快、毛細(xì)血管和細(xì)胞膜通透性增加。

2、細(xì)胞內(nèi)酶活性提高，新陳代謝加速。

3、增強(qiáng)免疫功能，抑制和殺滅病原微生物。

4、降低感覺神經(jīng)的興奮性。

5、降低肌肉和纖維結(jié)締組織的張力，軟化瘢痕組織。皮膚美容射頻：誘發(fā)皮下組織變性，纖維蛋白受熱收縮。單極無創(chuàng)射頻：射頻電流在治療頭與負(fù)極板之間流動(dòng)，治療頭面積較大。雙極無創(chuàng)射頻：射頻電流在同一水平的兩個(gè)治療頭之間流動(dòng)，電流經(jīng)過的深度比單極射頻的淺，受兩個(gè)電極之間距離的制約。