激光與物質相互作用朱海紅武漢光電國家實驗室激光部C204Tel13016467839Email:zhuhh@

Laser-MatterInteraction激光與物質相互作用朱海紅Laser-MatterInt1第六章:激光與生物組織相互作用1、[德]MarkolfH.Niemz著張鎮西等譯,激光與生物組織相互作用-原理及應用，Springer2、孫承偉，激光輻照效應，國防工業出版社，20023、朱林泉，現代激光工程應用技術，國防工業出版社，20084、陳家璧，激光原理及應用，電子工業出版社，2004第六章:激光與生物組織相互作用1、[德]MarkolfH.2激光生物醫學臨床治療醫學測量和診斷顯微外科手術激光手術刀、治療視網膜裂孔、眼底病變、矯正屈光不正，清除血管堵塞物，激光結合光敏藥物治療惡性腫瘤，激光美容等。激光多普勒流速計可以非接觸地法測量血流速度；激光流式細胞計技術能對大量細胞的多項指標進行快速測定；激光光譜分析法大大提高了分辨率、靈敏度；激光全息、激光透照等有獨特的檢查效果。激光聚焦照射并摧毀活細胞體內的某個區域；激光誘導細胞融合；激光裁剪DNA生物大分子等。激光與生物組織相互作用—應用范圍應用前景巨大激光生物醫學臨床治療醫學測量和診斷顯微外科手術激3激光與生物組織相互作用—歷史最初的臨床應用為眼科—Ar離子激光凝結視網膜脫落—19611964年牙科應用—1964年近十年微創技術，激光占主角應用廣泛，被認為是神奇的工具激光與生物組織相互作用—歷史最初的臨床應用為眼科—Ar離子激4激光與生物組織相互作用--參數第一參數：脈沖寬度—曝光時間第二參數：波長—穿透組織深度，即吸收和散射效率；第三參數：能量密度，特定效應的必要條件和程度；激光與生物組織相互作用--參數第一參數：脈沖寬度—曝光時間第5皮膚嚴重損傷：高功率、高能量意外眼外傷：在視網膜上的輻照功率密度或能量密度將比激光輻照強度增加105倍以上。微焦耳級的超短脈沖激光就能擊穿眼的多層組織，使眼底出血，灼傷視網膜，造成永久性的局部失明，而外觀沒有損傷。激光與生物組織相互作用—安全皮膚嚴重損傷：高功率、高能量意外眼外傷：在視網膜上的輻照功率6激光與生物組織相互作用—醫用激光器激光與生物組織相互作用—醫用激光器7激光與生物組織相互作用—醫用激光器激光與生物組織相互作用—醫用激光器8內容提要§6.1生物體的光學特性§6.2激光與生物組織相互作用機理§6.3激光在臨床醫學中的應用舉例內容提要§6.1生物體的光學特性§6.2激光與生物組織相9§6.1:生物組織的光學性質預測應用及效果很重要§6.1:生物組織的光學性質預測應用及效果很重要10生物組織的性能與特點光學性質：反射、透射、散射、吸收等；熱學：比熱容、熱導率、熱擴散等；機械：密度、彈性等；電學：阻抗、極化率等聲學：聲阻、聲吸收等其他：水量、血流量、色素類型及含量等主成分是水，還含有蛋白質、脂肪、無機質等。軟組織（softtissue，皮膚、肌肉、內臟)中含水約70％性能特點生物組織的性能與特點光學性質：反射、透射、散射、吸收等；主成11衰減系數也稱為消光系數。將光能轉換成其他形式的能量過程稱為吸收，側向傳播稱為散射；衰減后的光束沿原方向繼續傳播稱為透射激光在生物組織中的傳輸直透射光：沿入射方向傳播的透射光（相干信息光、光程最短）折射光：皮膚組織復雜的層次結構形成的透射光（準相干信息光、光程較長）散射光：被皮膚組織散射后，透過皮膚形成的漫反射光（非相干信息光、光程最長）角膜這種透明介質中起重要作用；不透明介質中難以分辨衰減系數也稱為消光系數。將光能轉換成其他形式的能量過程稱為吸12生物體與激光相互作用多重散射－－光擴散---近似各向同性散射強前散射光能被吸收后轉換成熱和激勵生物分子感應出熒光和磷光生物體與激光相互作用多重散射－－光擴散---近似各向同性散射13生物組織的光學性能—吸收生物軟組織中含水量達60－80％，水對紅外范圍激光的吸收是生物組織光學吸收系數的主要決定因素之一。水對1.06m的Nd：YAG激光吸收很少，而對10.6m的CO2激光吸收很多。因此Nd：YAG激光穿透很深，而CO2激光穿透很淺Er：YAG激光（2.9um)的穿透深度比CO2激光還要淺生物組織的光學性能—吸收生物軟組織中含水量達60－80％，水14生物組織的光學特性－－吸收水對紅外光有著很強的吸收帶－－軟組織含水70％，若在軟組織上照射紅外光，可以高效地把光能轉換成熱量；血紅蛋白－－600nm以下的波長帶中的吸收增大；蛋白質－－紫外區域吸收很強軟組織上各種物質的吸收系數與波長的關系窗口：各種組織吸收系數比較小，光能到達組織的比較深處主要由水、蛋白質、色素等大分子決定生物組織的光學特性－－吸收水對紅外光有著很強的吸收帶－－軟組15生物組織的光學特性－－吸收可見光范圍，皮膚的吸收峰值比角膜高20倍以上主動脈壁與血紅蛋白峰值類似四個峰值Kr離子激光：531nm,568nm，可用于血液及血管的凝結生物組織的光學特性－－吸收可見光范圍，皮膚的吸收峰值比角膜高16生物組織的光學特性－－吸收提高吸收，可以減少對鄰近組織的損傷可以加一些添加劑來提高吸收生物組織的光學特性－－吸收提高吸收，可以減少對鄰近組織的損傷17生物組織的光學特性－－散射Rayleigh散射—彈性散射考慮散射角，Rayleigh散射：生物組織的光學特性－－散射Rayleigh散射—彈性散射考慮18生物組織的光學特性－－散射Brillouin散射—非彈性散射：向著或者背離光源的方向；導致頻率升高或降低只有在沖擊波產生時才明顯生物組織的光學特性－－散射Brillouin散射—非彈性散射19生物組織的光學特性－－散射Mie散射前向散射多，散射角多，各向散射參數g1、波長依賴性更弱；2、發生在前向上Wilson和Adam（1983）以及Jacques（1987）等發現：當散射粒子與波長相當，rayleigh散射不再適應：比Mie散射強g=0各向同性；g=+1純向前散射；g=-1純向后散射；一般g=0.7-0.99，對應的散射角為8-45°生物組織的光學特性－－散射Mie散射前向散射多，散射角多，各20生物組織通常既有吸收又有散射—渾濁介質在入射深度x處，激光強度為（Lambert-Beer定律）：生物組織的光學特性－－衰減生物組織通常既有吸收又有散射—渾濁介質在入射深度x處，激光強21光子的平均自由程L為：生物組織的光學特性－－衰減吸收與散射有時一種占主要的，另外一種可以忽略光漫反照率a：光學深度d為：穿透深度光子的平均自由程L為：生物組織的光學特性－－衰減吸收與散射有22生物組織的光學特性－－穿透軟組織與激光波長的關系在近紅外附近較深，在3m以上的紅外區域或300nm以下的紫外區域中較淺生物組織的光學特性－－穿透軟組織與激光波長的關系在近紅外附近23生物組織的光學特性－－穿透光穿透深度對波長的依賴性與組織種類有關骨等硬組織中：藍綠色波長的穿透深度深。眼睛：藍光、綠光的穿透深度較深。皮膚等：Nd：YAG的穿透深度較深。生物組織的光學特性－－穿透光穿透深度對波長的依賴性與組織種類24激光首先輻照皮膚或眼睛，然后才能到達皮下組織和內部器官，發生各種作用。生物組織的光學特性激光首先輻照皮膚或眼睛，然后才能到達皮下組織和內部器官，發生25皮膚皮膚是由表皮、真皮、皮下組織三部分組成的皮膚皮膚是由表皮、真皮、皮下組織三部分組成的26激光與皮膚的相互作用在任何一層內，都可能存在四種基本光學過程：反射：直接反射；散射：由分子、粒子、纖維、細胞器和細胞引起的散射；吸收：皮膚吸收光能引起的物理或化學變化，產生熱量、熒光、磷光等；透射：光線通過皮膚層的透射激光與皮膚的相互作用在任何一層內，都可能存在四種基本光學過程27皮膚對激光的反射與皮膚粗糙度、厚度有關，還要考慮是無毛厚表皮（手掌、腳掌）還是有毛薄表皮當皮膚粗糙度小于激光波長，發生鏡面發射，反射角等于入射角內部漫反射。內部散射光返回透出表面而形成漫反射。當皮膚粗糙度遠大于激光波長，發生漫反射實際皮膚既非理想鏡面，也非理想漫反射面，一般較粗糙，漫反射的比例多于鏡面反射皮膚對激光的反射與皮膚粗糙度、厚度有關，還要考慮是無毛厚表皮28皮膚對激光的反射與波長有關可見光和近紅外光，特別是在600－1300nm波段的激光，皮膚內部漫反射的比例大于皮膚表面的鏡面和漫反射之和。0.3m以下的紫外線和2m以上的紅外線，皮膚的反射率約5％，與膚色無關。皮膚對激光的反射與波長有關可見光和近紅外光，特別是在600－29皮膚對激光的反射膚色白黃黑反射峰值波長（m）0.70.721.05反射峰值％635545與膚色有關白色人種反射率最高黃色人種次之黑色人種最低紅外區皮膚對激光的反射膚色白黃黑反射峰值波長（m）0.70.730皮膚組織的透射光譜近紅外激光易穿透皮膚組織，損傷內部器官紫外和遠紅外激光的透射率低，易損傷表皮波長/um透過率％2mm厚皮膚對可見光和紅外線的透射光譜波長/um透過率％人的皮膚包括5mm厚淺層組織的透射光譜？？皮膚組織的透射光譜近紅外激光易穿透皮膚組織，損傷內部器官紫外31皮膚組織的穿透深度皮膚組織的穿透深度32皮膚對激光能量的吸收與波長有關：對紫外線的吸收最強對紅外線的吸收次之對可見光的吸收則隨波長增加而減弱皮膚對激光能量的吸收與波長有關：對紫外線的吸收最強對紅外線的33皮膚對激光能量的吸收與波長有關：波長范圍300－1400nm的激光透入皮膚，絕大部分激光能量在最初的3.6mm厚度的組織中被吸收消光；波長范圍180－280nm的真空紫外輻射基本上被角質層吸收波長范圍280－315nm的遠紫外輻射有很大部分被角質層吸收紫外線（315－400nm)、可見光（400－700nm)和近紅外線（700－1400nm)均能穿過表皮被真皮內的組織所吸收。紫外區皮膚對激光能量的吸收與波長有關：波長范圍300－1400nm34皮膚對激光能量的吸收與膚色有關：色素越多，吸收越多。入射光顏色與膚色為互補時吸收最大；原色波長nm互補色波長nm紅色653.2綠色492.1橙色607.2藍綠489.7黃色585.3藍綠485.4黃色573.9藍綠482.1黃色567.1深藍464.5黃色564.4深藍461.8綠黃色563.6紫色433.07對互補色皮膚對激光能量的吸收與膚色有關：色素越多，吸收越多。入射光顏35皮膚的反射、透射和吸收的關系皮膚的反射、透射和吸收的關系36皮膚的反射、透射和吸收的關系從反射和透射圖看：反射率高的波段基本上是透射率高的范圍激光波長nm反射率%透射率%吸收率%400.08.04.088.0441.612.011.077.0488.017.020.063.0514.519.024.057.0632.828.040.032.0694.332.046.022.0800.038.053.09.0皮膚（表皮+真皮）的反射、透射和吸收特性與波長的關系皮膚的反射、透射和吸收的關系從反射和透射圖看：反射率高的波段37眼睛的結構人體眼球近似為球形，從眼前到眼底依次為：角膜；房水；虹膜；瞳孔；晶狀體玻璃體；視網膜脈絡膜；鞏膜人眼象一架高級照相機：鏡頭：角膜、房水、晶狀體和玻璃體（屈光介質）光圈：瞳孔感光底板：視網膜眼睛的結構人體眼球近似為球形，從眼前到眼底依次為：角膜；房水38眼睛的光學特性－－反射角膜（折射率1.376）、房水（折射率1.336）、晶狀體（折射率1.410）和玻璃體（折射率1.337）之間的界面的兩側，折射率相差很小，界面反射率很小，可以忽略不計激光正入射時，眼睛反射率約2％角膜無需考慮其表面和內部的漫反射角膜前的淚層類似增透膜，進一步降低對光的反射人眼反射率可以忽略眼睛的光學特性－－反射角膜（折射率1.376）、房水（折射39眼睛的光學特性－－吸收角膜對短于0.28m和長于1.90m的光輻射幾乎全部吸收對于1.40－1.90m的激光部分吸收；對可見光－1.40m的近紅外線則幾乎不吸收房水對可見光幾乎不吸收對0.34－0.40m和0.78－1.40m波長光少量吸收晶狀體是0.78－1.40m波長的光的主要吸收體視網膜吸收大部分的可見光和5％左右的近紅外線眼睛的光學特性－－吸收角膜對短于0.28m和長于1.9040眼睛的光學特性－－作用效率（T.A）譜入射光真正被視網膜吸收的比例人眼屈光介質的總透射率及T.A作用效率曲線視網膜的易損性與激光波長有關450－700nm最強，峰值550nm眼睛的光學特性－－作用效率（T.A）譜入射光真正被視網膜吸收41眼睛的光學特性－－透射人眼屈光介質的總透射率及T.A作用效率曲線500－900nm光的透射率最高400－1400nm的光能通過屈光介質到達視網膜，且有累積效應，注意防護眼睛的光學特性－－透射人眼屈光介質的總透射率及T.A作用效率42眼睛的光學特性－－散射前向散射占總透射光的50％，后向散射幾乎為零散射與入射波長有關?？梢姽夥秶鷥龋ㄩL愈短散射愈多。眼睛的光學特性－－散射前向散射占總透射光的50％，后向散射幾43眼睛的激光損傷致眩（眼花）：很低的激光能量即可導致視覺對比度的敏感性下降，持續數秒－幾十秒閃光盲：視網膜中有一種光色素的物質，它吸收可見光并轉換成視覺信號。入射激光相當強，是光色素收到損害，產生脫色效應，暫時喪失感受光線的能力損傷：視網膜局部燒傷和光致凝結破壞：視網膜或玻璃體出血，感光細胞燒傷和出血，造成永久失明眼睛的激光損傷致眩（眼花）：很低的激光能量即可導致視覺對比度44眼睛的激光損傷光線通過瞳孔（明視直徑2－3mm），經屈光介質在視網膜上聚焦成一個直徑為5－50m的實像。瞳孔面積是實像的10萬倍，聚焦光功率密度增加10萬倍激光經眼球聚焦后能量密度將為入射激光的10萬倍左右弱激光也可損傷眼底眼睛的激光損傷光線通過瞳孔（明視直徑2－3mm），經屈光介質45激光與生物組織相互作用－－分析方法分析理論基于Marxwell方程：最基本的方法，分析解太復雜傳輸理論：直接論述通過吸收介質和散射介質中光子傳播—逐漸試探--缺少分析理論的嚴格性—得到廣泛應用，預測結果令人滿意傳輸理論激光與生物組織相互作用－－分析方法分析理論基于Marxwel46§6.2:激光與生物組織相互作用機理§6.2:激光與生物組織相互作用機理47激光與生物相互作用機理光化學（photochemicalinteraction)熱作用（thermalinteraction)光蝕除（photoablation)等離子體誘導蝕除（plasma-inducedablation)光致破裂（photodisruption)激光與生物相互作用機理光化學（photochemicali48激光與生物相互作用機理曝光時間很重要1J/cm2-1000J/cm2通常難以嚴格區分激光與生物相互作用機理曝光時間很重要1J/cm2-1000J49生物組織吸收激光能量后，轉化成熱量使溫度升高,高于正常值，從而使得生物細胞、組織發生變化。

一般按損傷度可分為下列各級:(1)釋放生物反應,無明顯熱度。(2)局部組織發熱,不損害其生命活力。(3)損傷酶的作用。(4)脫水與組織萎縮。(5)超過一定溫度以后出現不可逆的蛋白質凝結。(6)形成痂和薄薄的碳化層及碳化。(7)組織的汽化、烤焦。熱敷、紅斑、灼傷、氣化、切開、熱凝和熱傷等是醫學應用的基礎Thermalaction激光的生物學效應－－熱作用生物組織吸收激光能量后，轉化成熱量使溫度升高50生物組織的熱學性質生物組織的熱學性質：比熱容、熱容量、熱導率和熱擴散率。角質層生發層真皮層脂肪肌肉血液水2093293131822177360138524187含水量越高、比熱容越大，越不容易升溫生物組織的比熱容(Jkg-1K-1)水是世界上比熱容最高的物質生物組織的熱學性質生物組織的熱學性質：比熱容、熱容量、熱導率51生物組織的熱導率（10-1W/mK)生物組織的熱導率隨含水量增加而增加生物組織的熱學性質生物組織的熱導率（10-1W/mK)生物組織的熱導率隨含水量52生物組織的熱擴散率（室溫，m2/s)主動脈心肌脂肪腦血漿肺肝1.271.481.311.381.241.311.14生物組織的熱擴散率與溫度有關，差別不大生物組織的熱學性質生物組織的熱擴散率（室溫，m2/s)主動脈心肌脂肪腦血漿肺肝53激光的生物學效應－－熱作用機制低能量光子可使生物組織直接加熱。如CO2激光，Ho：YAG激光，光子能量較小，被生物組織吸收后轉變為生物分子的振動能和轉動能，隨后轉化為平動能，達到熱平衡，即熱能。高能量光子則往往需要經過中間轉換過程－－間接生熱。如可見和紫外的光子能量大，被生物分子吸收后可使得電子從基態躍遷到激發態。受激分子可能通過釋放光子再從電子激發態到基態，也可能與周圍分子碰撞，把激發態能量轉換成分子的平均運動能量，即熱能。激光的生物學效應－－熱作用機制低能量光子可使生物組織直接加熱54組織表面的加熱速度：若加熱速度遠遠高于蒸發組織所需的速度，則組織被很快消融汽化（ablation)ArF準分子激光器（193nm)和Er:YAG激光(2.94m)照射輻，其加熱速度能引起組織的充分消融，光穿透深度1m左右的組織層迅速被汽化對亞微米的精密組織的切除成為可能為得到深度消融，則應選擇光穿透深度比較深的波長，如CO2激光，穿透深度20m。YAG激光不適合于軟組織的氣化，因吸收系數過小，穿透深度過大，光能空間分散;大多用于凝固，因為蛋白質在較低溫度（60－70

C)下受熱凝固對組織進行切除和消融激光的生物學效應－－熱作用機制組織表面的加熱速度：若加熱速度遠遠高于蒸發組織所需的速度，則55加熱能夠充分破壞組織－－使組織壞死：中等強度的激光，將組織加熱到一定溫度（200－1000

C），組織和細胞受到嚴重破壞；移動激光－－切開病變組織氣化或碳化光斑處能量密度產生的光壓，使由蛋白質、水組成的組織在收到高溫后迅速膨脹和氣化－－組織分離；激光的生物學效應－－熱作用機制加熱能夠充分破壞組織－－使組織壞死：中等強度的激光，將組織加56低功率密度的激光輻照生物體時，刺激生物體，提高非特異性免疫功能，可使局部血管擴張，血液循環改變，改善組織的缺陷狀態。將組織加熱到70C左右，組織內膠原的變化引發組織的物理特性改變，組織粘度增加，蛋白質次級鍵鍵能比較低，因此分子不穩定56C，蛋白質變質；60C，蛋白質永久性凝固組織內部溫度超過60C為熱損傷深度減輕慢性炎癥反應促使炎癥好轉激光的生物學效應－－熱作用機制破壞某些組織組織器官的結構進行對接和搭接低功率密度的激光輻照生物體時，刺激生物體，提高非特異性免疫功57酶是具有催化性能的蛋白質熱作用的影響－－對酶、DNA的影響溫度升高，催化作用加劇60C以上，酶和其他蛋白質一樣，因過熱而死去，完全喪失生理功能DNA是生物遺傳基因的載體比一般蛋白質耐熱激光輻照對DNA的生長速度和活性均有影響誘發DNA突變激光育種局部加熱促進新陳代謝酶是具有催化性能的蛋白質熱作用的影響－－對酶、DNA的影響溫58神經細胞的傳導速度隨體溫的上升而加快熱作用的影響－－對神經細胞、血液循環的影響40C以上，神經細胞的傳導速度變慢超過正常體溫4C，中樞神經細胞不能正常工作毛細血管擴張、血流速度加快和血流量增多，有利于帶走升溫處生物組織的熱量，促使其溫度回復正常理療神經細胞的傳導速度隨體溫的上升而加快熱作用的影響－－對神經細59皮膚對溫度的反應溫熱感覺：38～40C熱致紅斑：53～44C熱致水泡：47～48C熱致凝固：55～60C熱致氣化：>100C熱致炭化：300～400C熱致燃燒：>530C熱致切割：激光功率進一步提高皮膚對溫度的反應溫熱感覺：38～40C60影響激光加熱作用的參數激光參數：波長：紅外激光的加熱效率比可見光和紫外高功率密度：脈沖和連續：生物組織的光學和熱學性能：吸收系數：比熱容、熱容量熱導率和熱擴散率：影響激光加熱作用的參數激光參數：生物組織的光學和熱學性能：61光化作用是指在光的作用下進行的生物化學反應。它的反應速度主要取決于光的強度,而溫度的影響則很小。激光生物學效應－－光化反應普通光對生物組織的作用光合作用、生物顏色、生物視覺、生物節律、光生物效應、光在生物進化中的作用激光代替普通光可使光化反應更有效、更易控光化作用是指在光的作用下進行的生物化學反應。它的反應速度主62處于基態的分子吸收光子后躍遷到電子激發態，在返回到基態的過程中，多余的能量將消耗在自身化學鍵的斷裂或形成新鍵上原初光化反應的不穩定的中間產物繼續發生反應，直至形成穩定的產物光化作用過程激光生物學效應－－光化反應原初光化反應繼發光化反應處于基態的分子吸收光子后躍遷到電子激發態，在返回到基態的過程63光必須被吸收才能提供化學反應和生物學反應的能量在任何初級光化學反應中，每個分子（離子、原子）只能從入射光束中吸收一個光子光化作用規律激光生物學效應－－光化反應光化學吸收定律光化學量子定律波長選擇性：光子能量必須大于其弱鍵斷開所需的能量光化效應取決于光束的總能量，而不取決于功率。如果功率密度低，可以延長時間光必須被吸收才能提供化學反應和生物學反應的能量在任何初級光化64光化作用的應用選擇性的、光激發的特殊藥物，在激光的激發下轉化成一種毒性成分，在細胞內產生單氧體，造成細胞產生毒性的代謝產物而死亡。單態氧的作用機理使產生氧自由基和過氧化物，對細胞的結構如DNA和線粒體起殺傷作用。能量集中和特殊的激光波長，是激發這種藥物的理想光源。用一定頻率的激光照射反應物，反應分子中振動模式頻率與紅外激光頻率相同或相近的那個化學鍵被迫“共振”，吸收多個光子后被激發到高振動能級，從而表現出化學活性，引起化學反應。由于激光的單色性，這種反應的選擇性很高采用這種方式，可以選擇激發分子的振動模式，從而活化并進一步破壞指定的化學鍵－－分子剪裁，即選擇性地保留或破壞一些化學鍵對生物工程和生命科學很有意義光化作用的應用選擇性的、光激發的特殊藥物，在激光的激發下轉化65一次壓力：光壓，依賴吸收氣流反沖壓力：蒸氣反沖很小，可忽略不計很小，可忽略不計內部氣化壓力：激光束聚焦于組織內部引起的壓力熱膨脹超聲波：入射激光功率密度不高，熱彈聲波；大小與溫度梯度有關，有可能很大等離子體壓力：電致伸縮壓力：生物組織在激光強電場種極化，產生感生電偶極矩，并隨激光電場頻率變化，從而產生應力。不以來吸收，可以很大激光生物學效應－－機械作用一次壓力：光壓，依賴吸收氣流反沖壓力：蒸氣反沖很小，可忽略不66機械作用應用泌尿道和膽道結石的粉碎：采用脈沖激光使解釋表面有非常高的能量密度，產生自由排列的電子列，并組成“漿”氣泡。這些氣泡不斷擴大，造成結石亞結構的變化，最后使其裂解而將結石碎裂小血管凝固，減少出血其他應用中均可以觀察到機械作用機械作用應用泌尿道和膽道結石的粉碎：采用脈沖激光使解釋表面有67偶極子生物體等離子體內的正負電荷會在電場作用下形成偶極子。偶極子隨電場振動,發出光波,而生物體內的某些細胞成分可能會吸收這些光波。激光生物學效應－－電磁作用非線性效應強激光的非線性效應會產生二次、三次諧波,其二次、三次諧波會被某些蛋白質和核酸吸收。電致伸縮生物實體作為電介質與激光脈沖電場相互作用,產生感應電偶極矩,從而使得生物體隨著電場頻率的變化而伸縮變化。強磁場作用下形成高溫等離子區和出現電離輻射紫外線等。偶極子生物體等離子體內的正負電荷會在電場作用下形成偶極子。68布里淵散射這種效應是入射光波場與介質中的彈性聲波場相互作用產生的光散射現象,其散射光相對于入射光有少量轉移,頻移主要決定于介質的聲學特性和彈性力學特性,并與入射光頻率和散射有關。它所產生的聲脈沖頻率范圍為幾兆之幾十兆,這種散射會引起細胞損傷或破裂,造成水腫。激光生物學效應－－電磁作用拉曼散射是由于極化率隨著分子內部振動、轉動的變化而引起的光散射現象,某些蛋白質或其它細胞可能吸收拉曼散射光。多光子吸收一個分子可能吸收多個光子,這種效應在強脈沖激光與生物相互作用過程中起主要作用,它可以引起光化學反應并形成自由基。布里淵散射這種效應是入射光波場與介質中的彈性聲波場相互作用69§6.3:激光在臨床醫學中的應用§6.3:激光在臨床醫學中的應用70激光生物效應應用－－臨床醫學效應：切割、分離、氣化、融解、燒灼、止血、凝固、封閉、壓電、局部照射等激光作為手術刀：優點：能量集中、光斑小，切緣銳利，對周圍組織破壞?。桓邷貧⒕?；封閉血管；連續CO2激光，能切開皮膚、脂肪、肌肉、筋骨、軟骨，還能在20s內切開肋骨激光消融病變組織：優點：能量集中、光斑小，病變層氣化迅速，對周圍健康組織傷害??；愈合后疤痕光滑脈沖CO2激光，光點具有200C以上的高溫和一定的壓強，不僅能消融組織還有極強的穿透作用。血管瘤、色素痔、經手術暴露的深部腫瘤激光生物效應應用－－臨床醫學效應：切割、分離、氣化、融解、燒71激光生物效應應用－－臨床醫學激光灼燒：優點：時間短，作用快；治療肥大性鼻炎和痔瘡療效顯著激光焊接：優點：能量集中、光斑小，局限于照射區，不引起擴散性熱傷害激光凝結視網膜剝離癥，眼內封閉止血；－－藍光、綠光，常用514.5nm的Ar離子激光CO2激光封閉淋巴管和血管，腫瘤體積明顯縮小。弱激光刺激治療炎癥和慢性潰瘍等連續CO2激光治療下肢潰瘍、慢性鼻炎等氦氖激光治療神經性皮炎、世震、神經性水腫等有一定療效－－無痛感、止癢、鎮痛、消腫、促進創面愈合激光生物效應應用－－臨床醫學激光灼燒：優點：時間短，作用快；72有多種方式準分子激光手術人們一般說的“準分子激光手術”，其全稱應該是“準分子激光屈光性角膜手術”，主要包括三種術式：PRK：準分子激光角膜表面切削術：是最早用于臨床的方法。把角膜表面上皮去除之后，再用激光將預計要去除的角膜組織予以汽化，激光完全由計算機控制。目前認為PRK治療中低度近視、遠視及散光安全有效，但因其術后疼痛、屈光回退等并發癥，現較少使用。有多種方式準分子激光手術人們一般說的“準分子激光手術”，其全73準分子激光手術

LASIK：準分子激光原位角膜磨鑲術：目前主流術式。它在角膜瓣下的基質層切削，保持了角膜上皮及前彈力層的完整，可避免PRK的大多數并發癥。特點是拓寬了近視度數的矯治范圍，術中術后無疼痛，視力恢復快，角膜不遺留斑翳。手術時，先用一種微型刀在角膜上切出一個帶蒂的薄層角膜瓣，掀開此瓣，在瓣下行激光切削，然后將瓣復于原位。此可用于低、中、高度近視。LASIK也有角膜瓣帶來的缺陷，即角膜瓣皺褶、移位、角膜瓣下上皮植入、散光以及過度切削，造成角膜擴張、圓錐角膜等。對于角膜相對近視度數高而比較薄的患者，使用LASIK也受到限制，但對于角膜瓣足夠厚的高度近視患者，還是首選LASIK好。準分子激光手術

LASIK：準分子激光原位角膜磨鑲術：目前主74準分子激光手術

LASEK：準分子激光上皮下原位角膜磨鑲術：是PRK手術的改良術式。用激光或低濃度酒精浸泡角膜手術區，做成一個角膜上皮瓣，激光切削上皮瓣下組織，當角膜上皮瓣復位后，依然要在其表面蓋上一片隱形眼鏡。LASEK手術后疼痛較PRK明顯減輕，加上瓣薄，可以用于角膜厚度相對較薄、瞳孔較大的患者。

LASEK無LASIK做角膜瓣的并發癥，縮短了PRK手術后角膜上皮愈合時間，減輕了疼痛反應及角膜混濁的程度，但手術中角膜上皮瓣破損和水腫與PRK同，而且手術后視力恢復及屈光穩定速度比LASIK慢。因此主要適用于角膜較薄、職業特點容易發生眼外傷導致角膜瓣移位或其他不宜進行LASIK的患者。

準分子激光手術

LASEK：準分子激光上皮下原位角膜磨鑲術75準分子激光手術

Epi－LASIK：希臘醫師Ioannis最新率先提出的術式。認為Epi－LASIK能綜合LASEK和LASIK手術的優點，較好地避免兩者的不足，它利用旋轉上皮刀在角膜上皮層“做活性上皮瓣”，厚度僅50多μm，而非像LASEK手術那樣用酒精浸泡，在最大限度地“節約”角膜厚度的同時，術后刺激癥狀也很小，發生角膜混濁的機會比較PRK少，近視回退發生率低。

準分子激光手術

Epi－LASIK：希臘醫師Ioannis76準分子激光矯正近視準分子激光屈光性原位角膜磨鑲術－－90年代初（laserinsitukeratomileusis，LASIK）先利用角膜板層刀做一角膜板層切開形成一個完整角膜瓣(約130μm左右)在角膜基質層進行激光消融，1只眼切削過程1-2min將角膜板層原位復位所用激光：準分子激光ArF，193nm：角膜幾乎全部吸收，消融深度很淺（1um）；不透射眼