CO2 , Er:YAG
Mid and far I.R.
Diode, Nd:YAG
Visible and near I.R.
25
组织吸收能量
•热效应和机械效应
组织作用的温度-时间相关性
•热的传导
热驰豫和热驰豫时间(Thermal relaxation time)
•荧光 •光化学反应
26
组织吸收能量
Monochromatic
Broad Spectrum
Coherent
Non-coherent
Collimated (nondivergent)
Non-collimated (divergent)
15
Nd:YAG Laser Head
• YAG Yttrium Aluminum Garnet • Wavelength 1.06 micron (1064 nm), near I.R. pulses • Pulsed Nd:YAG - Pulsed pumping lamp (flashlamp - e.g. Xe.)
•在靶组织中有足够多的光子吸收，并产生热量。
•靶组织中（血红蛋白，黑素）蛋白热变性，并传递到 周围细胞引起损伤。 •体内的清除系统（免疫系统）清除。
35
波长/穿透深度
•皮肤的不同结构对的光吸收存在差异 •利用组织对光吸收的差异，选择合适的 光源进行治疗，就由可能做到选择性治 疗 •靶基与周围组织颜色差异越大越好
•当激光的照射时间（脉冲宽度）小于色基的热驰豫时间 时，热能被最大限度地限制在靶位内，而不能有效地传递 到周围组织中去 。 •能量是守恒的，能量最终会转变为机械能（颗粒崩解） 或化学能量（蛋白变性）释放出来。
47
热限制/热驰豫时间
Vessel Diameter 20 m 50 m 100 m 300 m
49
吸收/临床
•黑色素：显微爆破 •血管内皮:凝固性坏死/变性 •毛囊组织：凝固性坏死/变性 •胶原组织与纤维母细胞：皮肤年轻化 •常用的“光源”：激光、IPL、RF
50
波长
•长波长所携带的光能量：
– 能穿透入深部组织 – 光子携带的能量较低，治疗比较温和
•短波长所携带相同的光能量
– 穿透较浅 – 光子携带的能量较高，治疗较强烈。

Thermal Relaxation Time 140 s 1.2 ms 3.6 ms 5-10 ms
小的色基热量低

无论加热还是散热都很快 无论是加热还是散热都比较慢
大的色基热量高

48
吸收/热变性
•电磁辐射波中任何一个部分被吸收后均能导致热 能的产生。 •当温度超过40°C时大多数蛋白质和核酸会发生 变性 •变性与温度和时间均相关 •对蛋白质变性而言，要取得相同的凝固，加热时 间每减少10倍，则必需将温度提高10 °C。
51
防护镜
防护镜的标识:

防护的波长范围


该波长的光密度 （Optical density ，OD)
在使用激光和IPL时均要求使用

即便是佩戴了防护镜也不要直接看光束。
52
脉冲类型与热选择性
53
能量 / 皮肤反应
非常重要! 当深度增加时能量会衰减
能量
深度
54
热容量– 冷却
•热容量 = 物体温度上升或下降 1°C 所需要的能量 •冷却时间：热驰豫时间
– 热将从靶组织内传到出来，结果是：靶组织损伤不足而周围 组织的损伤明显加强
•脉冲宽度应该等于或短于靶组织的热驰豫时间而应该长于 表皮的热驰豫时间。
57
热选择性
小的物体 （表皮） 脉冲宽度 20 ms
大的物体
TRT 10 ms
TRT 80 ms
58
热的选择性
Small object Large object
38
光斑大小/治疗深度度
5
10
20
40
波长与穿透深度
•因为皮肤中具有不同结构的细胞或成分，对光线 具有一定的吸收或散射作用，因此光线在皮肤中 会逐渐衰减 •皮肤对光的吸收系数：单位长度距离的物体吸收 光子的能力，单位cm-1.
41
不同波长的光对皮肤穿透
1,000
Absorption Coefficient (per centimeter)
100
10 1.0 0.1 0.01 0.001
Hemoglobin
Water
CO2
Oxyhemoglobin
0.0001
0.2 1.0 3.0 10 20
44
Wavelength (Microns)
Penetration Depth – Lasers
8
Laser Types
KTP Excimer
Holmium Nd:YAG Er:YAG
190 - 390
488 - 514
577-630
1064
2100
UV
VISIBLE
INFRARED
400 nm
700 nm
9
2940
532
694
755
x-rays cosmic rays
Microwaves TV and radio waves
61
皮肤对光束散射效果及治疗深度
3 mm Dia. 10 mm Dia.
0
0
Skin Depth (mm)
2 4 6 8 10 -10
1-3 mm Target Depth
Skin Depth (mm)
-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
2 4 6 8 10 -10
1-3 mm Target Depth
36
波长/穿透深度
•穿透深度：一定能量的激光穿透皮肤组织，能量 衰减一半（能量发生明显衰减）时的深度。 •穿透深度与组织的性质和波长有关，当组织固定 时，一般只与波长有关。 •对一个特定波长的光来说，照射特定的组织，其 穿透深度是不会发生改变的。
37
波长/穿透深度
•治疗深度：治疗激光照射时能引起靶组织变性或 销毁时的最大的皮肤深度。 •治疗深度与以下因素有关：波长的长短，能量密 度大小，光斑大小，皮肤色素的深浅，治疗目的 不同，皮肤的保护措施等。 •特定波长的激光，当增加能量密度或改变光斑大 小，其治疗深度会增加。
•物体：物体所反射出来的光波长决定 了物体的颜色
32
皮肤组织
•皮肤是由不同来源的细胞和基质组成，具有 不同的光学属性（吸收和反射光能力） •不同皮肤结构能吸收或反射不同波长的光 •大多数光是能穿透皮肤的。 •皮肤组织这种对光吸收和反射的不同，为我 们使用光进行治疗提供了可能性。
33
靶组织毁坏机制
22
激光-组织的作用方式
23
激光/强光与皮肤组织的作用
•反射：在激光的防护中具有意义 •吸收：只有能量被吸收才具有治疗作用 •散射：是影响穿透的重要因素 •传导：对组织不起任何作用
24
Lasers
Blocked by cornea water Not blocked by cornea water
5
电磁辐射
•激光 •脉冲强光 •脉冲紫外光 •射频能量
6
激光
7
激光
LASER = Light Amplification Stimulated Emission Radiation LASER medium = Gas (CO2) Liquid (Dye) Solid (Nd:YAG) Semiconductors (Diode)
光热作用（photothermolysis)：
– 色基（血红蛋白，黑素或文刺颗粒）吸收光子(photo)能量 – 光子能量转变成热能(thermo) – 靶组织因热能的作用而毁坏或变性 (lysis)
34
选择性光热作用的过程
•携带足够能量的光子经过皮肤到达色基。 •表皮和真皮最小程度地吸收光子能量。
高热区
热弥散
热驰豫及热驰豫时间
27
组织变性
•时间相关 •温度相关
28
29
崩解、热变性
30
选择性光热作用
selective photothermolysis
•能为色基理想吸收波长的激光 •激光照射时间（脉冲宽度）必需短 于色基的热驰豫时间 •高能量激光
31
物体的颜色
•光源：发光体所发射出的光波长决定 了光源的颜色。
55
热容量 – 冷却时间
•小的物体（小的热容量）
温度上升或下降较快 如表浅的小的/淡色的损害或表皮
•大的物体（较大的热容量）
温度上升或下降缓慢 如深部的大的/黑色的皮损
56
延迟宽度
•当脉冲宽度等于或短于靶组织的热驰豫（冷却）时间
– 热损害将被严格地限制在靶组织内
•当脉冲宽度较靶组织的热驰豫(冷却）时间长时
18
激光器的分类
•连续激光
CO2,氩，氪，氪离子染料激光
•准连续激光或半脉冲激光
铜蒸气激光
•脉冲激光
Q-开关激光
19
激光的分类
连续激光
准脉冲激光
脉冲激光
20
脉冲激光
脉冲宽度 组织加热
脉冲延迟 组织冷却
21
激光的能量单位 •能量(energy):J •能量密度(fluence or dose ):J/cm2 •功率(power)：W=J/sec •辐射度（Irradiance):W/cm2, J/cm2 / sec
-8
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Radial Distance (mm)