激光技术
气体激光:
激光介质是气体 CO2, He-Ne, Argon
激光介质是固体钕：钇铝 石榴石、红宝石、紫翠石、 铒、钬
固体激光:
其它激光:
半导体, 染料
激光器类型
钬 倍频 准分子
Nd:YAG
铒:YAG
190 - 390
488 - 514
577-630
1064
2100
2940
694
光化学作用
产生条件： 光子给予生物大分子的能量>断开其弱键所需的能量 全过程： 生物分子吸收相应能量的光子 →外层价电子被激发跃迁至电子激发态 →在其驰豫返回基态时释放出的能量消耗在某一化学 键的断裂和新键的形成上 →生成稳定的最终产物
光动力疗法（PDT）
原理： 光敏剂进入靶组织 →受到接近光敏剂发射光谱峰值波长的光照射 →光敏剂被激发 →光敏剂把能量转移给靶组织中的分子氧 →靶组织中的分子氧被激发为强氧化剂（单态氧） →单态氧使靶组织的生物膜产生过氧化损伤 →靶组织破坏
半）时间
激光能量足够大
激光的生物效应
激光照射于生物组织时，因其波长、强度、工作方式、曝光时间 等参数的不同，可以表现出不同的生物学作用，就生物组织而言，则 因其光学特性和热学特性不一，在不同参数的激光作用下可以产生不 同的生物效应，包括：

光热效应－－组织吸收光以后，光能转化为热能，使局部温度升高。 应用:在手术治疗及非手术治疗上。 光化学效应－－当光子给予生物大分子的能量，大于断开其弱键所需 的能量时,就会发生化学反应.
受激辐射光放大
e-
h '
1 光子
受激发的 原子
e-
h '
h '
2 个光子
激光器基本工作原理
激光器的基本结构：
工作物质、激励能源和光学谐振腔。 激光器的基本工作原理： 启动泵浦源 粒子数反转 辐射几率 ＞吸收几率 光学谐振腔 定向、单色辐射
场不断加强
受激辐射场
激光
激光示意图
后 反射镜
泵 浦 能 量
ห้องสมุดไป่ตู้
组织吸收的热量
100OC 及 隐含热量 90O-100OC 65O-90OC 60O-70OC 50O-60OC 温度 无 视觉变化 烟 皱纹 白/灰 漂白 汽化 碳化 空泡化 组织 变性
凝结 (坏死) 开端 热
生物学变化
皮肤组织各级水平热致作用表
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 热致水平 热致温度 持续时间 临床表现 ────────────────────────────────── 热 敷 38～40℃ 长时间 温热感觉 热致红斑 43～44℃ 长时间 微血管充血扩张见红斑反应 热致水疱 47～48℃ 数秒 炎性渗出物潴留皮内,表真皮分离 热致凝固 55～60℃ 约10秒 受照处皮肤组织凝固坏死 热致沸腾 100℃以上 数秒 皮肤组织中的组织液沸腾 热致炭化 300～400℃ 瞬间 可见呈棕黑色干性坏死组织, 伴有水蒸气白烟 热致燃烧 530℃以上 瞬间 可见火光,伴有水蒸气白烟 热致汽化 5730℃ 瞬间 皮肤由固体立即变成气体, 并以极 高的速度射出, 留下一个凹陷, ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
短波长 高频率
长波长 低频率
粒子理论
光粒子——―光子”
h h
h h
每个光子都携带了一个“量子”能量的（E）:
E = hu
短波长 长波
(h – 普郎克常数) 高能光子 低能光子
高频率 低频率
电磁光谱
x-rays cosmic rays
Microwaves TV and radio waves
UV
VISIBLE
激光医学在皮肤科的应用
光与激光基础物理
光的性质
光与激光束都是磁的辐射形式，它们涉及 从伽马射线到无线电波。 光在空间的传播可通过波动理论或粒子理 论来描述的波长。
The Wave Theory
Wavelength
Amplitude (Intensity)
波长——纳米nm或微米
频率(u or ) 1 无波长 (Hz)
532
755
x-rays cosmic rays
10600
电视和收 音机策波
紫外的
可见的
红外线
400 nm
700 nm
常用激光器简介
Nd:YAG 激光器

YAG – 钇铝石榴石 波长 - 1.06 微米, 接近红外光束 连续Nd:YAG – 持续泵浦灯 (例如Kr氪灯) 脉冲Nd:YAG – 脉冲泵浦灯 (闪光泵浦灯例如氙)
振腔的Q值，以获得一定脉冲宽度(几到几十纳秒) 的激光强辐射的装置
激光束强度功率表示

连续光束——瓦特（功率单位） 指示一秒钟传输的总能量，典型范围为mW至 100W（瓦）

电脉冲光——相同，对于小于毫秒级脉冲光可以是毫焦 耳级的能量。 自由输出及Q开关——焦耳（能量单位）指单脉冲总的 能量。 以瓦特表示的能量等于每次脉冲（用焦耳表示）乘以频 率（赫兹）
激光在手术方面的应用
4.凝固术—以焦点以外相应大小的光斑,把功率降低至适当 水平,连续的照射组织,使受照组织在保持上皮 完整,不产生缺损和碳化的基础上沙出现热凝固 坏死.外观由灰白色渐变为灰褐色。 5.激光组织间热疗法—让激光通过插入组织内的光纤维对 组织进行加热，使组织内温度升至 60°C以上，并持续照射一定时间， 使该组织凝固坏死。已应用于治疗 肿瘤。 6.光热敷—利用功率密度约为150-800mW/cm2的低强度激 光对病灶局部产生一种温热的感觉，犹如热敷。
激光
倍频YAG 脉冲染料 红宝石 翠绿宝石 Nd:YAG 钬 铒 CO2
(nm)
532 585 694 755 1060 2100 2940 10,600
穿透
600 1200 1300 1600 1800 － 20 180
吸收体
黑色素, 血液 血液, 黑色素 黑色素 黑色素 黑色素,血液 水 水 水
激光在手术方面的应用
根据激光功率密度的不同: 1.切割术—组织中水汽化导致的体积扩大压力增加,以及组 织固有的张力而被分开而形成切口.
2.气化术—组织中水分在瞬间被蒸发,干燥,凝固了的组织也 随即燃烧而一并被蒸发去除.
3.碳化术—以焦点以外一定大小的光斑,在一定的时间内连 续的照射组织,使受照组织发生干性坏死和炭化, 外观呈综黑色.
光热效应
光子能量E=hC/λ (h:普朗克常数; C:光速; λ :光波长 )
产热机制：
长波长光子---直接生热 短波长光子---激发态电子以无辐射跃迁返回低能态时,所释放 的能量使周围分子增加热运动,以及激发态电子
并非直接返回基态,而是在众多复杂的能量差不
大的能级之间分次逐级向下弛豫,每次只能释放 较低的能量,而使周围的分子增加热运动.
振幅;放大率
受激辐射光放大
激光发射原理
自发辐射：在一个体系中，热平衡时低能级的粒子数总比 高能级的粒子数目多。高能级的粒子总是向低能级跃迁而 趋于稳定，多余能量转变为光子向外辐射。 受激吸收：低能级的粒子如吸收外来光子的能量可激发到 高能级上去。 受激辐射：受激吸收后，高能级粒子向低能级跃迁同时， 发射一个与外来光相同的光子。 产生激光的条件：受激辐射＞受激吸收。
典型应用： ◆光动力疗法（PDT） ◆低强度激光血管内照射 ◆ 激光局部照射
激光器种类
激光器有很多种，可从不同角度分类： • 工作物质——气体、液体、固体、半导体激光器等 • 激励方式——电激励、光激励、热激励、化学激励 激光器等 • 工作方式——连续波、准连续波、脉冲(巨脉冲)、 锁膜、调Ｑ激光器等 • 激光波长——红外、紫外、可见、射线激光器等


平均功率--脉冲能量与脉冲频率的乘积
激光计量及有关参数
2.功率（P）
概念： 连续输出的激光器在单位时间内所做的功。 它表征激光器在每秒（S）内输出的能量。 从光子水平上看，功率代表单位时间内通过
的光子数。
单位： 瓦（W）或毫瓦（mW） W=J/s （P=E/S 功率=能量/时间） mW=mJ/s
镜
+
泵浦灯 镀金泵浦 腔镜
Nd:YAG 激光棒
Mirror 镜
光子嫩肤/脱毛仪
双用途：
光子嫩肤 光子脱毛
强脉冲光子专利技术的原理
特定强光子输出
强光源 聚光腔 （专利技术）
滤波器（专利技术）
光热效应
强脉冲光能转化为热量，影响皮肤表面深部 的胶原纤维和弹力纤维，使之重新排列，并恢复 弹性，从而达到消除皱纹，缩小毛孔的治疗效果
功率密度（P/A=功率/面积）---即幅照度，这是表示 激光光强度的重要参数，表征单位面积受照组织所接 受的光功率。从光子水平看，功率密度代表单位时间 内通过单位面积的光子数。
单位： 瓦/平方厘米 (W/cm2)
激光计量及有关参数
5.激光计量（D）
概念：幅照到组织上能量密度的多少。 单位：焦耳/平方厘米（J/cm2） 以 连续激光垂直照射，则： D=P/A· T
激光计量及有关参数
3.光斑面积（A）
概念： 通常指激光束落在受照组织表面的光斑的面积。 单位：平方厘米（m2） 测量方法：
可见激光 不可见激光 高斯光斑 直接测量 用特殊的转换材料，显示其光斑大小 取强度为幅值1/e2的两点间距离定义为光斑的直径
激光计量及有关参数
4.照射时间（T）
概念： 激光束照射于组织表面所持续的时间。 单位：秒（S） 相关参数：
切割金属；炭化和气化组织。
激光脉冲
类型

脉冲宽度
连续波
C.W.连续 (CO2, Nd:YAG, Diode) 电脉冲 (CO2, Nd:Yag, Diode) 自由输出 (Ruby, Er, Ho, Alex)