激光基礎課件

1、激光基礎,激光素有神奇光之稱。如今，你只要稍加留意，就會發(fā)現(xiàn)激光就在我們身邊：激光唱機的動聽樂曲不斷回蕩在樓宇之間；激光影碟機悄然走進了千家萬戶；商場里商品貼的是激光防偽標志；激光照排則包攬了所有的報刊雜志。我們遠隔千里就可以同親人朋友通話，也是激光的功勞，因為光纖傳送的正是激光。而近年來興起的激光美容更給越來越多的愛美人士帶來了更多便捷的美容手段。激光無處不在。,前 言,激光：LASERLight Amplification b

2、y Stimulated Emission of Radiation縮寫為Laser，它表示“輻射的受激發(fā)射的光放大”。,,,,題目：神奇的激光,激光是20世紀的四項重大的發(fā)現(xiàn)之一,什么是激光 ?,激光發(fā)展史,如同一個人的成長一樣，激光的發(fā)展也經(jīng)歷了孕育、誕生、發(fā)展、成熟等各個階段1916年，愛因斯坦首先提出“受激輻射”的概念。奠定了激光的理論基礎；1960年，第一臺紅寶石ruby激光誕生（美國科學家梅曼）；1961年，紅寶石激

3、光被用于對剝離的視網(wǎng)膜進行焊接，開創(chuàng)了醫(yī)學激光的先河；1964年，氬離子激光、Nd：YAG激光、CO2激光先后問世；1968年，激光技術真正應用在臨床；20世紀80年代初，小巧但能量強大的 激光器被廣泛 應用與臨床 治療 ,一門 新的學科 –激光 醫(yī)學從此誕生 .,第一臺激光,1960年5月15日，年輕的美國物理學家梅曼正在進行一項重要的實驗。他的實驗裝置里有一根人造紅寶石棒。突然，一束深紅色的亮光從裝置中射出，它的亮度是太陽表面

4、的4倍！這是一種完全新型的光，科學家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名為Laser.,激光產(chǎn)生的基本原理,激光作為光學家族的一員，具有波粒二相性，一方面激光是由無數(shù)光子組成,具有光的粒子性，另一方面，其本身也是一種電磁波。一般而言 ，激光的產(chǎn)生需要3個條件 ： 工作物質 激勵源諧振腔工作物質在激勵源的作用下發(fā)生粒子數(shù)反轉，通過諧振腔內(nèi)的振蕩和放大，產(chǎn)生正反饋式的連鎖反應，從而發(fā)射出頻率、方向、偏振狀態(tài)、相位一致的光－－

5、激光,激光的特性,作為受激輻射而產(chǎn)生的光，激光具有許多自然光無法比擬的特性，使其在科研、醫(yī)療、信息、軍事等各個領域有著廣泛的應用，概括起來激光的特性主要有一下幾點：,單色性,激光是受激輻射的產(chǎn)物，光子的躍遷往往發(fā)生在固定的兩個能級之間，其頻率發(fā)布非常窄，因而具有非常好的單色性，即色度很純，這是自然光無法達到的。,,普通光,激光,平行性,激光光束在傳播過程中很少發(fā)生彌散，即使在傳播很長距離后光束仍保持平行而不發(fā)生彌散。,能量高度集中,在

6、諧振腔的選擇作用下，激光光束的發(fā)散角很小，光束能量高度集中，因而方向性極強，激光光源表面亮度很高，被照射面上光強度很大。據(jù)研究，太陽的發(fā)光亮度約為2x103 W/cm2.sr,而激光的亮度為104－1017w/cm2.sr,相干性,激光是一種相干光，具有極強的空間相干性及時間相干性，空間相干性是指從激光光源不同空間位點發(fā)出的光位相差不變，方向與波長也一致；時間相干性是指激光光源同一空間位點不同時間發(fā)射出的光也有固定的位相差。與激光相對應

7、強脈沖光則是一種非相干光。,激光在人體皮膚組織上的效應,激光與皮膚組織相互作用，可以產(chǎn)生一系列生物學效應，從而發(fā)揮治療作用，這是一個比較復雜的生物學過程，與激光的波長、能量以及皮膚組織本身的特性都有密切關系。,反 射,激光照射到皮膚一部分光被皮膚反射，反射的光不進入皮膚，不會產(chǎn)生生物學效應。研究表明，皮膚對激光的反射與波長有關，在400－700nm的可見光范圍內(nèi)，波長越長，反射越多。,散 射,激光進入皮膚組織后，由于皮膚結構的不均勻性，

8、導致光的方向發(fā)生改變，散射可以發(fā)生在各個方向。,透 射,激光透過皮膚組織進入另一種媒介，這部分光也不對皮膚組織產(chǎn)生生物學效應。,吸 收,激光的能量進入皮膚組織并轉化為其他形式的能量，如熱能、化學能等；只有當激光被吸收時才能產(chǎn)生生物學效應；激光主要被皮膚中的色素基團所吸收；皮膚中主要的色基是黑素、血紅蛋白和水；,激光對皮膚組織的生物學效應,熱效應,是指激光被吸收后轉化為熱能，使皮膚組織溫度升高，這是激光對皮膚最重要的生物學效應，很多

9、激光都是透過熱效應來達到臨床療效的。熱產(chǎn)生的方式：主要是通過碰撞生熱和吸收生熱兩種方式來實現(xiàn)的。這兩種方式均可導致皮膚組織溫度升高，熱效應產(chǎn)生。,熱效應,一般而言，激光的熱效應與組織達到的溫度和照射時間均有密切的聯(lián)系，組織在數(shù)毫秒內(nèi)溫度驟升200－1000℃，當皮膚溫度達到43－45 ℃時，皮膚會出現(xiàn)潮紅；45 ℃時皮膚出現(xiàn)痛覺；47－48 ℃時可能出現(xiàn)水泡；55－65 ℃出現(xiàn)凝固性壞死；100 ℃出現(xiàn)組織氣化；300－40

10、0 ℃組織發(fā)生炭化，進而燃燒、氣化。,其他效應,光機械作用： 調(diào)Q 激光對黑素小體及黑素細胞的破壞作用主要依靠光機械作用 （當高能量密度的激光束照射于皮膚表面后，迅速產(chǎn)生大量熱能，溫度驟然升高，導致產(chǎn)生達到數(shù)十到數(shù)百個大氣壓的沖擊波這種沖擊波可以起到破壞黑素小體所在的黑素細胞的作用） ；光化學效應：光動力學療法；電磁場效應生物刺激作用： 低功率激光照射；等離子體。,選擇性光熱作用原理,是1984年提出的，是激光發(fā)展史上的一個

11、重要里程碑！ 短脈沖激光及之后的強脈沖光（IPL）都是建立在該作用理論基礎之上，正是這些激光的應用，使色素性疾病和血管性疾病及皮膚無創(chuàng)治療得以實現(xiàn)。,選擇性光熱作用原理,當入射激光的波長與靶色基自身固有的吸收峰匹配，且照射時間短于靶色基的熱弛豫時間時，就可以選擇性地破壞靶色基，而不損失周圍正常組織或僅造成輕度損傷，從而到達無創(chuàng)治療的目的。,Rox Anderson 博士,選擇性光熱作用包括以下要素,合適的波長 一個理想

12、的激光波長要符合以下要求：：①與靶色基的吸收峰盡可能匹配；②來自其他色基的競爭性吸收盡可能少；③有足夠的穿透深度。合適的脈寬 脈沖激光能量釋放的持續(xù)時間是通過脈寬（脈沖持續(xù)時間）反映出來的，根據(jù)選擇性光熱作用原理，脈寬應短于靶色基的熱弛豫時間，這可使激光產(chǎn)生的熱能主要局限于靶色基，而很少彌散到周圍正常組織，以免造成損傷。足夠的能量 脈沖激光必須需要足夠的能量去“摧毀”靶色基。,不同波長激光穿透深度,黑素、氧合血紅蛋白、水的

13、吸收曲線,按能量輸出方式分類,連續(xù)式激光： 能量的輸出是連續(xù)的，這類激光對靶色基的選擇性不強，二氧化碳激光、氬離子激光、氦氖激光等；準連續(xù)激光： 能量輸出是脈沖式的，單輸出的脈沖頻率非常高，在皮膚上的生物學效應與連續(xù)式激光沒有顯著差異，主要有：銅蒸氣激光、磷鉀鈦鉀鹽（KTP）激光等；短脈沖激光： 能量以脈沖方式輸出，脈寬較短，一般在納秒（ns）與毫秒級（ms）級，這類激光以選擇性光熱作用理論為基礎，對靶色基具有高度選擇性，脈沖光

14、的作用機制與該激光相近。,激光器分類,按運轉方式分類,連續(xù)式激光： 能量的輸出是連續(xù)的，這類激光對靶色基的選擇性不強，二氧化碳激光、氬離子激光、氦氖激光等；準連續(xù)激光： 能量輸出是脈沖式的，單輸出的脈沖頻率非常高，在皮膚上的生物學效應與連續(xù)式激光沒有顯著差異，主要有：銅蒸氣激光、磷鉀鈦鉀鹽（KTP）激光等；短脈沖激光： 能量以脈沖方式輸出，脈寬較短，一般在納秒（ns）與毫秒級（ms）級，這類激光以選擇性光熱作用理論為基礎，對靶色

15、基具有高度選擇性，脈沖光的作用機制與該激光相近。,按工作物質分類,固體激光：Nd:YAG（摻釹-釔-鋁-石榴石，1064nm）激光，紅寶石激光（694nm），翠綠寶石激光（755nm）, 鉺激光（鉺-釔-鋁-石榴石，2940nm） ,,圖-- 固體激光器的基本結構示意圖,按工作物質分類,氣體激光：CO2激光（10600nm），準分子激光（193nm或308nm），氬激光（532nm）. 這類激光器采用的氣體工作物質，是所使用的

16、工作物質中數(shù)目最多、激勵方式最多樣化、激光發(fā)射波長分布區(qū)域最廣的一類激光器。,按工作物質分類,液體激光液體激光器也稱染料激光器，這類激光器的激活物質是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液，波長（５８５nm／５９５nm）,按工作物質分類,半導體激光 810nm以半導體材料砷化嫁（GaAs）為工作物質的激光器稱為半導體激光器。,常用激光器,按工作激光波段分類,遠紅外 紅外激光可見光激光器紫外激光器X光激光

17、器,常用激光術語,波長：nm，決定激光與組織相互作用的性質；能量密度： J/cm2，激光單位面積上的能量大?。还β拭芏龋?W/cm2 單位面積上的功率大小 ；脈寬：ns /ms,脈沖光作用到皮膚上的時間；脈沖延遲： ms,兩個相鄰子脈沖之間的時間間隔；,常用激光術語,光斑大小：mm，激光在正常聚焦狀態(tài)下的照射范圍；功率：w，激光在單位時間內(nèi)輸出的能量；色基：組織中能吸收一定波長光的生物分子，皮膚中最重要的色基為血紅

18、蛋白、黑素、水;熱弛豫時間 ：指色基吸收激光能量后，溫度下降50％所需要的時間，一般而言，色基體積或直徑越大，熱弛豫時間越長;重復頻率：脈沖激光單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)目。,強脈沖光皮膚治療系統(tǒng),技術參數(shù):波長515－1200nm,脈寬一般為ms級，不同適應證可用不同波段治療；作用原理:系寬光譜，可被黑色素、血紅蛋白吸收，此外可通過熱效應刺激膠原纖維合成，達到嫩膚去皺的目的。適應于：嫩膚、毛細血管擴張、脫毛、細小皺紋、膚色暗淡、毛

19、孔粗大等,co2激光器,技術參數(shù):波長10600nm,功率10-70w作用原理:波長位于中紅外區(qū),主要作用色基為水，可導致皮膚組織溫度顯著升高，產(chǎn)生凝固、炭化、氣化等生物學效應。適應于： 去除表淺皮膚贅生物，,像束或點陣激光器,技術參數(shù):波長2940/10600/1550/1440nm,微孔直徑50-200um作用原理:局灶性光熱作用原理，可在皮膚上作用數(shù)個微孔，微孔之間是正常皮膚，激發(fā)皮膚修復機制使真皮產(chǎn)生更多新的膠原并重

20、組，起到除皺緊膚效果，磨削類波長激光還有氣化剝脫作用，故而可用于疤痕的治療。適應于： 細小皺紋、緊膚、全面部改善、痤瘡疤痕、外傷疤痕。,調(diào)Q激光,技術參數(shù):波長694/755/1064nm,脈寬ns作用原理:波長基于選擇性光熱作用原理，靶組織為黑素小體，，可產(chǎn)生瞬間高能量爆破色素團塊，起到對真皮色素疾病治療的目的。適應于： 太田痣、紋身、紋眉等,長脈沖1064激光,技術參數(shù):波長1064nm,脈寬ms作用原理:激光可穿透

21、至真皮，很好的被氧合血紅蛋白吸收，通過熱效應使血管壁凝固，從而封閉血管，也可刺激深部膠原重組，起到去皺的效果。適應于： 血管瘤、靜脈曲張、線性皺紋及凹陷性疤痕等,脈沖染料激光,技術參數(shù):波長585、595nm,脈寬前者300－450um，后者0.5－4ms可調(diào)。作用原理:兩種波長均可很好的被氧合血紅蛋白吸收，通過熱效應使血紅蛋白和血管壁凝固，從而封閉血管，比較而言，585血紅蛋白吸收較好，595波長穿透更深。適應于：鮮紅斑痣

22、、毛細血管擴張、蜘蛛痣等,半導體脫毛激光,技術參數(shù):波長810nm,脈寬一般在5－400ms。作用原理:該波長能被毛囊黑色素很好的吸收，達到熱損傷破壞毛囊的作用，治療時較長的脈寬適合深膚色人群。適應于：各部位多余毛發(fā)的脫除。,射 頻,技術參數(shù):電磁波頻率范圍在數(shù)百千赫到數(shù)百兆赫茲的范圍內(nèi)，一般分為單極和雙極。作用原理:皮膚組織在電磁場的電極極性迅速地反復改變，從而產(chǎn)生熱效應，一方面使膠原纖維遇熱收縮，另一方面促進膠原纖維的

23、增生，這兩方面都起到除皺緊膚的效果。適應于：皮膚松弛、中度皺紋、溶解塑身。,激 光 美 容,隨著物質文化和人們生活水平的提高，人們對與美的追求也與日俱增，與之相適應的現(xiàn)代激光激光為代表的各項美容技術在近年得到了長足的發(fā)展。,激光在醫(yī)學領域的發(fā)展,激光第一個被應用的領域是醫(yī)學，并得到了日新月異的發(fā)展，,激光醫(yī)學的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個階段：,20世紀60年代為基礎研究階段,激光醫(yī)學的基本理論研究大部分在60年代就完成了。自第一臺激光器

24、問世后，被稱為“激光醫(yī)學奠基人”的GoldmanL（著名皮膚病學專家）等就開始在皮膚上研究了激光與生物組織的相互作用；1961年有人將紅寶石激光試用于對剝離的視網(wǎng)膜進行焊接；1963年，GoldmanL開始將紅寶石激光應用于良性皮膚損害和文身治療并取得成功，開創(chuàng)了激光醫(yī)學應用的先河。,60年代中后期還相繼研制出氬離子（Ar＋）激光、低功率CO2激光和釹玻璃激光，但臨床應用不多。我國在激光器研究的初期走在了世界前列，1961

25、年長春光機所研制了我國的首臺紅寶石激光器，1965年北京同仁醫(yī)院開始了紅寶石激光視網(wǎng)膜凝固的動物實驗，1968年上海研制出Nd：YAG（摻釹釔鋁石榴石）激光。,20世紀70年代為臨床試用階段,1970年GoldmanL等人首次用連續(xù)CO2激光治療基底細胞癌和皮膚血管瘤，由于連續(xù)地提供有效的激光功率和能量密度，克服了早期脈沖激光功率低、效率低的缺點，從而掀起了國內(nèi)外首次激光醫(yī)療熱潮，連續(xù)CO2激光被廣泛地用于外科、皮膚科、五

26、官科、婦科、理療料、針灸科和腫瘤科等，并取得了較滿意的效果。,70年代應用于皮膚美容的連續(xù)激光還有Ar+、Cu蒸氣和Nd：YAG等激光。這些連續(xù)激光對組織的熱損傷屬非選擇性的，治療后常伴隨皮膚瘢痕色素減退等副作用，尚達不到良好的美容效果。,20世紀80年代為學科形成階段,1983年，AndersonRR和ParrishJA提出了選擇性光熱作用理論—即“光熱分離”理論，其含意為根據(jù)不同組織的生物學特性，選擇合適的波長、能量、脈

27、沖持續(xù)時間，以保證對病變組織進行有效治療之同時，盡量避免對周圍的正常組織造成損傷。該理論實現(xiàn)了激光的有效性和安全性的完美統(tǒng)一，是激光醫(yī)學特別是激光美容醫(yī)學發(fā)展史上的里程碑。,根據(jù)選擇性光熱作用設計的脈沖激光機在80年代有很大進步。相繼出現(xiàn)了鉺激光、準分子激光、以及不斷完善的CO2激光和脈沖染料激光，激光新技術已經(jīng)比較成熟地用于研究、診治疾病和美容治療，并且已經(jīng)形成了一支龐大的專業(yè)化隊伍，這是激光醫(yī)學學科形成的重要標志之一

28、。,20世紀90年代為發(fā)展成熟階段,90年代起，隨著科學的進步和激光技術的發(fā)展，醫(yī)用激光器與電子計算機、纖維內(nèi)鏡、圖象分析、攝象錄象、熒光光譜、X線和超聲等新技術不斷結合，使醫(yī)用激光器朝著高性能、智能化、微型化及?？苹较虬l(fā)展。,新型美容激光機如雨后春筍般涌現(xiàn)，并取得了非常顯著的成就：90年代初期應用Q開關激光治療色素性疾病如太田痣、文身等已取得了近乎完美的治療效果；90年代中、后期可變脈寬倍頻激光治療血管性疾病也取得了較好

29、的療效；與此同時長脈沖紅寶石激光、翠綠寶石激光、Nd：YAG激光以及半導體激光的相繼出現(xiàn)也使激光脫毛技術日益發(fā)展成熟；,此外，高能超脈沖CO2激光和鉺激光的問世使激光除皺換膚風靡西方世界（由于色素沉著問題，該技術在黃色人種中未能大量展開），近來還出現(xiàn)了一些無損激光除皺系統(tǒng)，應用這些儀器術后反應輕微，臨床上也可取得一定的療效。,20世紀90年代初期，激光美容術在我國一些大城市逐步開展起來，至90年代中、后期美國、以色列、英國

30、、德國的先進成套的激光美容儀迅速涌進國內(nèi)，并趨向普及，一些國產(chǎn)的激光美容儀在國內(nèi)也得到了越來越多的應用。 激光美容在整個激光治療中獨領風騷，且其前景不斷看好?，F(xiàn)代激光美容已成為當代醫(yī)學美容中最具有魅力和前途美好的生力軍。,激 光 美 容 手 術,,,,,激光層析造影 激光熒光 診斷 光動力學治療(PDT)技術 激光 心臟 打孔 激光光纖內(nèi)窺鏡手術 ...,激光在各學科的應用,激光眼科手術,激光眼科