激光與強脈沖光基礎(chǔ)培訓(xùn)李建鋼

激光與強脈沖光基礎(chǔ)培訓(xùn)李建鋼1960年：Maiman發(fā)明第一臺紅寶石激光，獲得諾貝爾物理學(xué)獎激光發(fā)展歷史Maiman,T.H.:1960,Nature,187,493.光的基礎(chǔ)知識：分類電磁輻射是能量的一種基本形式具有波的特性和粒子特性電磁輻射波包括：無線電、微波、紅外線、可見光、紫外線、X線、和咖瑪線產(chǎn)生激光的基本要素：1.產(chǎn)生激光的物質(zhì)

(激光介質(zhì))2.激勵源3.光學(xué)放大器激光是一種電磁波常見光源

熱燈絲或煤氣燃燒寬帶光譜（白色是所有顏色的混合）向各方向散發(fā)或許是連續(xù)的或脈沖的（“閃光燈”）有限聚焦性能激光發(fā)射原理自發(fā)輻射：在一個體系中，熱平衡時低能級的粒子數(shù)總比高能級的粒子數(shù)目多。高能級的粒子總是向低能級躍遷而趨于穩(wěn)定，多余能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾酉蛲廨椛洹Ｊ芗の眨旱湍芗壍牧Ｗ尤缥胀鈦砉庾拥哪芰靠杉ぐl(fā)到高能級上去。受激輻射：受激吸收后，高能級粒子向低能級躍遷同時，發(fā)射一個與外來光相同的光子。產(chǎn)生激光的條件：受激輻射＞受激吸收。

電磁波Cynosure,Inc.波長=顏色振幅=強度激光的形成Cynosure,Inc.基態(tài)激發(fā)態(tài)激光的形成Cynosure,Inc.激發(fā)態(tài)基態(tài)受激吸收第一步激光的形成過程單個光子受激輻射兩個相干光子第二步

光的類型 波形

波譜濾色光激光Filter白光激光的物理特性－高單色性：用于精確測量物體的長度。激光的物理特性－高定向性方向性：用于定位、導(dǎo)向、測距等。醫(yī)學(xué)上用作普通手術(shù)刀和微手術(shù)刀（直接對DNA等生物大分子進(jìn)行切割或?qū)樱?。普通光源：光射向四面八方探照燈：光投射到月球上（離地40萬公里），光斑直徑將擴大到1000公里以上。激光：光投射至月球上，光斑的直徑散開只有兩公里多。激光的物理特性－相干性：a.時間相干性:從激光器輸出口不同空間發(fā)出的光位相差恒定,方向一致,波長相同,此種相干性稱時間相干性。即從光源不同點發(fā)出的光有相干性稱時間相干性。b.空間相干性:從光源同一點在不同時間發(fā)出的光如有恒定的位相關(guān)系,方向和波長也相同,此種相干性稱空間相干性。激光的相干性用于全息照相、激光衍射激光的物理特性－高亮度性激光是目前世界上最亮的光源二氧化碳激光管比日光燈管亮度高100億倍激光器的亮度可以做到比太陽表面亮度高1010倍醫(yī)學(xué)上切割組織、氣化表淺腫瘤都是利用激光的高亮度性所產(chǎn)生的高溫效應(yīng)。激光的特點___5.高能量密度能量在空間和時間上高度集中。激光武器；激光切割金屬；炭化和氣化組織。激光的顏色波長決定了激光的顏色，不同波長的激光表現(xiàn)為不同顏色的光為了獲取不同波長的光，需要不同的激光介質(zhì)激光器種類_

激光器有很多種，可從不同角度分類：一、工作物質(zhì)——1、氣體激光介質(zhì)是氣體，如：CO2,He-Ne,Argon；2、液體激光介質(zhì)是液體，如染料激光；3、固體激光介質(zhì)是固體，如：釹：釔鋁石榴石、紅寶石、紫翠石、鉺、鈥；4、半導(dǎo)體激光器等如：GaAs。二、激勵方式——電激勵、光激勵、熱激勵、化學(xué)激勵激光器等三、工作方式——連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)波、脈沖(巨脈沖)、鎖膜、調(diào)Ｑ激光器等四、激光波長——紅外、紫外、可見光、射線激光器等

激光器類型x-rayscosmicrays電視和收音機策波準(zhǔn)分子氬倍頻染料紅寶石翠綠寶石Nd:YAG鉺:YAGCO2190-390488-514532577-6307556941064294010600紫外的可見的紅外線400nm700nm鈥2100常見激光器及其特性類型名稱工作物質(zhì)波長(μm)激勵方式特征氣體激光器原子He-NeHe-Ne0.6328氣體放電廣泛分子CO2CO210.6氣體放電高功率輸出N2N20.3371氣體放電無諧振腔離子Ar+Ar+0.4880氣體放電常用作泵浦源He-CdHe-Cd0.4416氣體放電固體激光器紅寶石Cr3+－Al2O30.6943光泵浦應(yīng)用廣泛，可得到高功率輸出Nd3+－YAGNd3+－YAG1.06光泵浦釹玻璃Nd3+1.06光泵浦液體激光器染料染料0.585激光泵浦波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器GaAs/GaAlAsGaAs0.85電流注入短波長通信InP/InGaAsPInP1.30電流注入長波長通信激光的工作方式圖連續(xù)激光準(zhǔn)脈沖激光脈沖激光波長: 激光的顏色(nm)W=J/s脈沖周期--頻率的倒數(shù)→單態(tài)氧使靶組織的生物膜產(chǎn)生過氧化損傷單位：瓦（W）或毫瓦（mW）→受到接近光敏劑發(fā)射光譜峰值波長的光照射生物分子吸收相應(yīng)能量的光子能量：4-10J/cm2Diode 800-810色素，血管 Hair,Vascular峰值功率--脈沖能量與脈沖寬度之比組織光學(xué)(吸收光譜)概念：激光束照射于組織表面所持續(xù)的時間。傳染性軟疣皰疹紅外、紫外、可見光、射線激光器等1、氣體激光介質(zhì)是氣體，如：CO2,He-Ne,Argon；產(chǎn)生不同激光的方法：2.通過激光波長轉(zhuǎn)換方法:1）應(yīng)用非線性光學(xué):倍頻(SHG); 3HG,4HG,5HG,OPO等

2）固體染料波長轉(zhuǎn)換片

KTP晶體1064nm532nm激光計量及有關(guān)參數(shù)1.能量（E）

概念：脈沖輸出的激光器，其每一脈沖所具有的做功能力。單位：焦耳（J）

相關(guān)參數(shù)：

脈沖幅度--脈沖可有多種形狀，脈沖所能達(dá)到的最大值脈沖寬度--脈沖的持續(xù)時間脈沖頻率--周期性重復(fù)的脈沖每秒出現(xiàn)的個數(shù)脈沖周期--頻率的倒數(shù)峰值功率--脈沖能量與脈沖寬度之比平均功率--脈沖能量與脈沖頻率的乘積光熱敷—利用功率密度約為150-800mW/cm2的低強度激用途：調(diào)Q—皮膚色素病非調(diào)Q—脫毛織固有的張力而被分開而形成切口.英國

EnergistULTRA?VPL?

可變脈沖光

脫毛嫩膚系統(tǒng)組織光吸收曲線圖峰值功率--脈沖能量與脈沖寬度之比以單位脈沖激光垂直照射，則：D=E/A光老化Photoaging◆光動力療法（PDT）IPL,光子嫩膚的金標(biāo)準(zhǔn)激光功率:激光脈沖傳輸?shù)哪芰恐?mj,jouls)脈沖周期--頻率的倒數(shù)→靶組織中的分子氧被激發(fā)為強氧化劑（單態(tài)氧）*傳統(tǒng)的Q開關(guān)Nd:YAG激光的峰值能量密度位于中央激光計量及有關(guān)參數(shù)2.功率（P）

概念：連續(xù)輸出的激光器在單位時間內(nèi)所做的功。它表征激光器在每秒（S）內(nèi)輸出的能量。從光子水平上看，功率代表單位時間內(nèi)通過的光子數(shù)。單位：瓦（W）或毫瓦（mW）

W=J/smW=mJ/s

激光計量及有關(guān)參數(shù)3.光斑面積（A）

概念：通常指激光束落在受照組織表面的光斑的面積。單位：平方厘米（m2）測量方法：

可見激光直接測量不可見激光用特殊的轉(zhuǎn)換材料，顯示其光斑大小高斯光斑取強度為幅值1/e2的兩點間距離定義為光斑的直徑激光計量及有關(guān)參數(shù)4.照射時間（T）

概念：激光束照射于組織表面所持續(xù)的時間。單位：秒（S）相關(guān)參數(shù)：功率密度（P/A）---即幅照度，這是表示激光光強度的重要參數(shù)，表征單位面積受照組織所接受的光功率。從光子水平看，功率密度代表單位時間內(nèi)通過單位面積的光子數(shù)。單位：瓦/平方厘米(W/cm2)

激光計量及有關(guān)參數(shù)5.激光計量（D）

概念：幅照到組織上能量密度的多少。單位：焦耳/平方厘米（J/cm2）以

連續(xù)激光垂直照射，則：D=P/A·T

以

單位脈沖激光垂直照射，則：D=E/A

如果激光束并非垂直而是以入射角θ照射組織，則：

D=P/A·T·cosθ

D=E/As·cosθ

上式表明，入射角θ越大，生物體所接受的激光劑量越小。由此可見，我們在用激光做治療時，在一般情況下應(yīng)盡量使光束與組織表面垂直。臨床用激光做穴位照射或其他非損傷性照射治療時，調(diào)節(jié)激光射劑量的最簡便的方法是改變激光的照射時間。激光/光組織影響反射散射傳輸吸收組織內(nèi)部光的吸收波長（微米）)1.00.21020100,00010,0001,000100101.00.10.010.0010.0001水黑色素血色素氧合血紅素吸收系數(shù)(每厘米)CO2鉺:YAG3.0

組織光學(xué)(吸收光譜)皮膚色團光譜血紅蛋白(Hb)，氧合血紅蛋白(HbO2),正鐵血紅蛋白(Met-Hb)都在585nm波長處有吸收峰.

水(Water)在此波長的吸收小很多量級.

色素(Melanin)是唯一的干擾因素.?

組織光吸收曲線圖中紅外1100-2600nm被水完全吸收,而不被黑色素和血紅蛋白吸收激光波長對應(yīng)不同的目標(biāo)靶基激光r 工作波長 皮膚靶基 治療類型Argon 488 色素 PigmentLesionsDoubledNd:Yag 532 色素，血管 Vascular,Pigmented LesionsCuVapor 578 血管 VascularLesionsPulsedDye 585-600血管 VascularLesionsRuby 694 色素 Hair,Pigmented,TattoosAlexandrite 755 色素，血管 Hair,Pigmented,TattoosDiode 800-810色素，血管 Hair,VascularNd:Yag 1060 色素 Hair,Pigmented,TattooErbium 2940 水 EpidermalAblation用途：調(diào)Q—皮膚色素病非調(diào)Q—脫毛能量在空間和時間上高度集中。方向性：用于定位、導(dǎo)向、測距等。4、半導(dǎo)體激光器等如：GaAs。二氧化碳激光管比日光燈管亮度高100億倍?低光功率密度（低強度）CuVapor 578 血管 VascularLesions→在其馳豫返回基態(tài)時釋放出的能量消耗在某一化學(xué)時間相干性:從激光器輸出口不同空間發(fā)出的光位相差恒定,方向一致,波長相同,此種相干性稱時間相干性。脈沖延遲時,組織冷卻下來強脈沖光能轉(zhuǎn)化為熱量，影響皮膚表面深部的膠原纖維和彈力纖維，使之重新排列，并恢復(fù)彈性，從而達(dá)到消除皺紋，縮小毛孔的治療效果去黑：治療色素沉著、老年斑脈沖Nd:YAG–脈沖泵浦燈(閃光泵浦燈-

例如氙)能量：4-10J/cm2碳化術(shù)—以焦點以外一定大小的光斑,在一定的時間內(nèi)連白色膚的光學(xué)穿透

(50%吸收深度單位mm)(nm)53258569475510602100294010,600穿透600120013001600800－20180激光倍頻YAG脈沖染料紅寶石翠綠寶石Nd:YAG鈥鉺CO2吸收體黑色素,血液血液,黑色素黑色素黑色素黑色素,血液水水水激光器指標(biāo)波長: 激光的顏色(nm)重復(fù)頻率:每秒鐘的脈沖數(shù)(Hz)脈沖寬度:激光脈沖持續(xù)作用的時間(ns,us,ms)激光功率:激光脈沖傳輸?shù)哪芰恐?mj,jouls)組織吸收的熱量煙100OC及隱含熱量汽化碳化皺紋90O-100OC空泡化白/灰65O-90OC組織變性漂白60O-70OC凝結(jié)(壞死)開端無50O-60OC溫度視覺變化生物學(xué)變化熱

皮膚組織各級水平熱致作用表━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

熱致水平熱致溫度持續(xù)時間臨床表現(xiàn)──────────────────────────────────熱敷38～40℃長時間溫?zé)岣杏X熱致紅斑43～44℃長時間微血管充血擴張見紅斑反應(yīng)熱致水皰47～48℃數(shù)秒炎性滲出物潴留皮內(nèi),表真皮分離熱致凝固55～60℃約10秒受照處皮膚組織凝固壞死熱致沸騰100℃以上數(shù)秒皮膚組織中的組織液沸騰熱致炭化300～400℃瞬間可見呈棕黑色干性壞死組織,

伴有水蒸氣白煙熱致燃燒530℃以上瞬間可見火光,伴有水蒸氣白煙熱致汽化5730℃瞬間皮膚由固體立即變成氣體,并以極高的速度射出,留下一個凹陷,━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━“選擇性光熱作用”工作模式靶組織對激光的吸收系數(shù)應(yīng)大于正常組織脈沖延遲時間小于靶組織熱馳豫（即溫度降至一半）時間激光能量足夠大激光的生物效應(yīng)

激光照射于生物組織時，因其波長、強度、工作方式、曝光時間等參數(shù)的不同，可以表現(xiàn)出不同的生物學(xué)作用，就生物組織而言，則因其光學(xué)特性和熱學(xué)特性不一，在不同參數(shù)的激光作用下可以產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)，包括：光熱效應(yīng)－－組織吸收光以后，光能轉(zhuǎn)化為熱能，使局部溫度升高。應(yīng)用:在手術(shù)治療及非手術(shù)治療上?！艄饣瘜W(xué)效應(yīng)－－當(dāng)光子給予生物大分子的能量，大于斷開其弱鍵所需的能量時,就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng).光熱效應(yīng)

光子能量E=hC/λ(h:普朗克常數(shù);C:光速;λ:光波長

)

產(chǎn)熱機制：長波長光子---直接生熱短波長光子---激發(fā)態(tài)電子以無輻射躍遷返回低能態(tài)時,所釋放的能量使周圍分子增加熱運動,以及激發(fā)態(tài)電子并非直接返回基態(tài),而是在眾多復(fù)雜的能量差不大的能級之間分次逐級向下弛豫,每次只能釋放較低的能量,而使周圍的分子增加熱運動.激光在手術(shù)方面的應(yīng)用

根據(jù)激光功率密度的不同:1.切割術(shù)—組織中水汽化導(dǎo)致的體積擴大壓力增加,以及組織固有的張力而被分開而形成切口.2.氣化術(shù)—組織中水分在瞬間被蒸發(fā),干燥,凝固了的組織也隨即燃燒而一并被蒸發(fā)去除.3.碳化術(shù)—以焦點以外一定大小的光斑,在一定的時間內(nèi)連續(xù)的照射組織,使受照組織發(fā)生干性壞死和炭化,

外觀呈綜黑色.激光在手術(shù)方面的應(yīng)用

4.凝固術(shù)—以焦點以外相應(yīng)大小的光斑,把功率降低至適當(dāng)水平,連續(xù)的照射組織,使受照組織在保持上皮完整,不產(chǎn)生缺損和碳化的基礎(chǔ)上出現(xiàn)熱凝固壞死.外觀由灰白色漸變?yōu)榛液稚?.激光組織間熱療法—讓激光通過插入組織內(nèi)的光纖維對組織進(jìn)行加熱，使組織內(nèi)溫度升至60°C以上，并持續(xù)照射一定時間,使該組織凝固壞死。已應(yīng)用于治療腫瘤。6.光熱敷—利用功率密度約為150-800mW/cm2的低強度激光對病灶局部產(chǎn)生一種溫?zé)岬母杏X，猶如熱敷。光化學(xué)作用

產(chǎn)生條件：光子給予生物大分子的能量>斷開其弱鍵所需的能量全過程：生物分子吸收相應(yīng)能量的光子

→外層價電子被激發(fā)躍遷至電子激發(fā)態(tài)→在其馳豫返回基態(tài)時釋放出的能量消耗在某一化學(xué)鍵的斷裂和新鍵的形成上

→生成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物光動力療法（PDT）

原理：光敏劑進(jìn)入靶組織→受到接近光敏劑發(fā)射光譜峰值波長的光照射→光敏劑被激發(fā)→光敏劑把能量轉(zhuǎn)移給靶組織中的分子氧→靶組織中的分子氧被激發(fā)為強氧化劑（單態(tài)氧）→單態(tài)氧使靶組織的生物膜產(chǎn)生過氧化損傷→靶組織破壞常用光敏劑

HPD（血卟啉衍生物）DHE（雙血卟啉酯）酞花菁染料脫鎂葉綠環(huán)類癌光啉（PSD-007）光敏素ⅡmTHPC（間四羥基氯苯酚）卟啉合成物的母體ALA（5氨基-γ-酮戊酸）進(jìn)入靶組織方式：靜脈給藥動脈給藥組織內(nèi)注射局部敷貼光化學(xué)效應(yīng)的臨床應(yīng)用

產(chǎn)生條件：

?低光功率密度（低強度）

?較長曝光時間典型應(yīng)用：◆光動力療法（PDT）◆低強度激光血管內(nèi)照射◆激光局部照射常用激光器簡介激光在皮膚科的應(yīng)用皮膚血管病皮膚色素病皮膚腫瘤感染性皮病其它皮膚病美容治療鮮紅斑痣

草莓狀血管瘤

毛細(xì)血管擴張

蜘蛛痣

酒渣鼻

化膿性肉芽腫

血管角皮瘤

血管炎

銀屑病太田痣

伊滕痣

色素痣

先天性色痣

藍(lán)痣

文身

異物色沉

雀斑樣痣

雀斑

咖啡斑

Becker’s痣

紅斑黑變病汗管瘤

粟丘疹

表皮痣

皮脂腺痣

脂溢角化病

鮑溫病

基底細(xì)胞癌

瘢痕疙瘩

結(jié)節(jié)硬化癥

著色干皮病

息肉綜合征

黃瘤病

皮贅

皮角尋常疣扁平疣尖銳濕疣傳染性軟疣皰疹丹毒癤腫腋臭雞眼胼胝汗管角化病神經(jīng)性皮炎皮膚黃疣祛除皺紋祛除瘢痕祛除眼袋永久脫毛光子去痘光子嫩膚Nd:YAG激光器YAG–釔鋁石榴石波長-1.06微米,接近紅外光束連續(xù)Nd:YAG–持續(xù)泵浦燈(例如Kr氪燈)脈沖Nd:YAG–脈沖泵浦燈(閃光泵浦燈-

例如氙)Nd:YAG激光棒泵浦燈鍍金泵浦腔鏡鏡鏡MirrorQ開關(guān)Nd3+:YAG

激光機Q開關(guān)技術(shù)波長：1064/532nm能量：500mJ/250mJ脈寬：<10ns頻率：1-5Hz導(dǎo)光方式：七關(guān)節(jié)導(dǎo)光臂，三自由度指示光：5mw半導(dǎo)體激光用途：各類皮膚色素病和血管病均勻的光束特性高斯分布模式平帽模式*傳統(tǒng)的Q開關(guān)Nd:YAG激光的峰值能量密度位于中央-暫時性色素沉著的風(fēng)險增加*SpectraVRM平帽模式能量均勻分布ImageprofiledbySpiriconBeamProfiler超脈沖CO2激光機波長：10600ms導(dǎo)光系統(tǒng)：六關(guān)節(jié)導(dǎo)光臂，五種刀頭功率：1-30W用途：皮膚外科，整形外科五官科，肛腸科等各科手術(shù)

便攜式CO2激光機波長：10600ms導(dǎo)光系統(tǒng)：直接輸出功率：1-10W冷卻方式：內(nèi)置水冷循環(huán)半導(dǎo)體激光laserSmile便攜式高速牙齒漂白系統(tǒng)最大輸出功率：10w光纖長度：191cm用途：平行輸出的半導(dǎo)體激光高速激發(fā)涂抹在牙齒表面的專利漂白凝膠，催化凝膠與色素的反應(yīng)，從而快速的美白牙齒。脈沖染料激光波長：585nm脈寬：350us輸出光斑直徑：5mm重復(fù)頻率：2Hz輸出系統(tǒng)：柔性光纖＋手柄Q開關(guān)紅寶石激光機Q開關(guān)脈沖激光波長：694nm能量：調(diào)Q—10J

非調(diào)Q—40J脈寬：調(diào)Q—7ns用途：調(diào)Q—皮膚色素病非調(diào)Q—脫毛Q開關(guān)翠綠寶石激光波長：755nm能量：4-10J/cm2脈寬：50-90ns用途：皮膚色素病ALEXlazr短脈沖激光系統(tǒng)IPL

強脈沖光技術(shù)英國

Energist

ULTRA?VPL?

可變脈沖光

脫毛嫩膚系統(tǒng)強脈沖光技術(shù)

IntensePulsedLight(IPL?)反射鏡氙閃光燈柱過濾膜導(dǎo)光晶體激光與強光的輸出對比激光所有的輸出能量通過不同大小的光斑輸出；光斑越小，輸出的能量密度越大。強光小光斑的能量輸出更小，但能量密度保持一致光子嫩膚I型光子嫩膚II型光子嫩膚適應(yīng)癥良性血管病變，包括：毛細(xì)血管擴張Telangiectasias紅斑痤瘡SymptomsofRosacea紅臉Flushing皮膚色素改變Dyschromia激光磨削后紅斑陽光性色素斑Pigmentarysundamage色素斑M(jìn)ottledpigmentation色素沉著Hyperpigmentation光老化Photoaging痣Lentigines表皮及真皮結(jié)構(gòu)改變皺紋Rhytides皮膚彈性改變Elastoticchanges膠原和結(jié)締組織改變毛孔粗大Largepores通過光熱效應(yīng)刺激真皮膠原纖維增生和重新分布，以改善皮膚彈性和瘢痕，并消除使皮膚表面的色斑，毛細(xì)血管擴張等。

光子嫩膚的目的：

光熱效應(yīng)

強脈沖光能轉(zhuǎn)化為熱量，影響皮膚表面深部的膠原纖維和彈力纖維，使之重新排列，并恢復(fù)彈性，從而達(dá)到消除皺紋，縮小毛孔的治療效果EnergyPenetrationofCommonlyUsedCutaneousLasersIPL的靈活性:

不同穿透深度IPL的靈活性:

不同