激光在医学中的应用课件.ppt
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- 激光 医学 中的 应用 课件
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1、激光在医学中的应用2.2.如图如图8-28-2(a a)所示,单一微粒所引起的光散射在所有方向)所示,单一微粒所引起的光散射在所有方向上都存在。但是如图(上都存在。但是如图(b b)所示的多重散射时(反复多次散)所示的多重散射时(反复多次散射),光在生物体内扩散,变得近似于各向同性散射。射),光在生物体内扩散,变得近似于各向同性散射。图图8-2 生物体中散射光的特性生物体中散射光的特性 在600800nm范围氧化血红蛋白的吸收小而呈鲜红色,而在800nm以上脱氧化血红蛋白的吸收小,从测量它们各自吸收率的不同可以知道组织的氧化程度。液体激光器主要是指有机液体激光器,常用的是染料激光,输出波长连续
2、可调(通过变换工作物质的成分、浓度等方法)、工作物质多(已有一百多种染料中得到受激发射),而且可以得到连续或者高重复频率的振荡,所以用途相当广泛。图8-3 生物体与光的各种相互作用的示意图(2)以上用透射型模型说明了其原理,但实际上采用如图8-20所示的反射型结构。图8-14 光敏感性物质NPe6(mono-L-aspartyl chlorine 6)的吸收光谱与荧光光谱利用外差法的光学CT检测的实验装置如图8-16如图8-15所示,光从A点入射到生物体内,在点B上观察透射光,此时透射光中包含着三种不同的光线,一种是受到散射后向任意方向散射的成分;图8-16 利用外差法的光学CT检测的实验装置
3、临床上常用的是红宝石激光器和掺钕钇铝石榴石激光器(Nd:YAG),可用作手术刀和照射治疗等方面。光渗透长度在近红外附近较大,在3m以上的红外域或300nm以下的紫外域中较小。两者基本结构相似,但近场光学显微镜在离试样表面很近处存在探头,该探头起着实现超分辨率的关键作用。如图8-13所示,血红蛋白被氧化的状态(oxy-Hb)与脱氧化的状态(deoxy-Hb)的吸收光谱具有微妙差别。3.3.如图如图8-38-3所示为生物体与光的各种相互作用的示意图所示为生物体与光的各种相互作用的示意图图图8-3 生物体与光的各种相互作用的示意图生物体与光的各种相互作用的示意图 4.4.由图由图8-48-4可知,在
4、可知,在7007001500nm1500nm范围的红范围的红外光谱带上吸收比较外光谱带上吸收比较少,因此该光谱带称少,因此该光谱带称为生物体光谱学之窗。为生物体光谱学之窗。图图8-4 软组织上各种物质的吸收系数与波长的关系软组织上各种物质的吸收系数与波长的关系 水水光穿透深度光穿透深度 深深5.5.图图8-58-5所示的是软组织中各种激光波长的光渗透长度的大所示的是软组织中各种激光波长的光渗透长度的大致数量。光渗透长度在近红外附近较大,在致数量。光渗透长度在近红外附近较大,在3m3m以上的红外以上的红外域或域或300nm300nm以下的紫外域中较小。组织的种类不同,光渗透以下的紫外域中较小。组
5、织的种类不同,光渗透长度对波长的依赖性也变化。长度对波长的依赖性也变化。图图8-5 软组织中各种激光的穿透深度软组织中各种激光的穿透深度 1.1.激光对生物体的作用是医学应用的物理基础。激光对生物体的作用是医学应用的物理基础。激光对于受照射的组织有四方面的作用即激光对于受照射的组织有四方面的作用即8.1.2 8.1.2 激光对生物体的作用激光对生物体的作用光化学作用光化学作用(photochemical action)(photochemical action)激光消融作用激光消融作用(photoablative action)(photoablative action)机电作用机电作用(el
6、ectro-mechanical action)(electro-mechanical action)热力作用热力作用(thermal action)(thermal action)光热转换光热转换产生机产生机械压力械压力 光穿透深度光穿透深度组织吸收系数组织吸收系数 光波长光波长条件条件2.2.各种不同波长的各种不同波长的低低功率密度的激光照射生物体时,对生物功率密度的激光照射生物体时,对生物体的刺激作用和体的刺激作用和提高非特异性免疫功能提高非特异性免疫功能,可使,可使局部血管扩张局部血管扩张,血液循环改变血液循环改变,改善组织的缺氧状态并减轻慢性炎症反应促,改善组织的缺氧状态并减轻慢性炎
7、症反应促使炎症吸收好转。使炎症吸收好转。8.1.3 8.1.3 激光对生物体的作用激光对生物体的作用首先,首先,人们日常工作生活在表现为光的电磁场中,除特人们日常工作生活在表现为光的电磁场中,除特殊情况外光对生物体的害处是很少的。殊情况外光对生物体的害处是很少的。其次,其次,在医学上利用激光在大气中直线传播的特性,可在医学上利用激光在大气中直线传播的特性,可以非接触地对生物体应用,又可以利用光导纤维将激光以非接触地对生物体应用,又可以利用光导纤维将激光导入到生物体的深部;导入到生物体的深部;第三,第三,利用激光的高度的方向性,将其会聚成极小的点,利用激光的高度的方向性,将其会聚成极小的点,使微
8、观的、精细的治疗和高空间分辨率的测定成为可能。使微观的、精细的治疗和高空间分辨率的测定成为可能。最后,最后,光与生物体进行着极其多种多样的相互作用,至光与生物体进行着极其多种多样的相互作用,至今被利用的还只是很少的一部分,还需要今后开发更加今被利用的还只是很少的一部分,还需要今后开发更加多种多样的新的应用。多种多样的新的应用。对生物体应用激光的优点有以下四个方面:对生物体应用激光的优点有以下四个方面:1.1.临床上激光的用途不外乎临床上激光的用途不外乎切割切割、分离分离;汽化汽化、融解融解;烧烧灼灼、止血止血;凝固凝固、封闭封闭;压电碎石压电碎石;局部照射局部照射等,这些治等,这些治疗种类就是
9、利用激光对生物体的光热作用、压电作用和光疗种类就是利用激光对生物体的光热作用、压电作用和光化学作用。化学作用。8.2.1 8.2.1 激光临床治疗的种类与现状激光临床治疗的种类与现状2.2.激光在焦平面上的光点最小,激光能量最集中。激光激光在焦平面上的光点最小,激光能量最集中。激光束经聚焦后形成极小的光点,由于能量或功率的高度集中,束经聚焦后形成极小的光点,由于能量或功率的高度集中,人们把它当作人们把它当作手术刀手术刀用来切割组织。激光的高温还起了杀用来切割组织。激光的高温还起了杀菌的作用。菌的作用。连续输出的二连续输出的二氧化碳激光氧化碳激光3.3.高功率输出的二氧化碳激光高功率输出的二氧化
10、碳激光,光点具有,光点具有200200摄氏度以上的摄氏度以上的高温和一定的压强,不但能熔融而且具有极强的穿透破坏作高温和一定的压强,不但能熔融而且具有极强的穿透破坏作用。激光的光点聚焦后异常细小的组织可以极精确地消除。用。激光的光点聚焦后异常细小的组织可以极精确地消除。4.4.激光经过聚焦后会产生极大的功率密度,是一种很好的烧激光经过聚焦后会产生极大的功率密度,是一种很好的烧灼工具。灼工具。5.5.激光止血激光止血效果也很令人满意,激光止血方法比目前所应用效果也很令人满意,激光止血方法比目前所应用的电烙法快的电烙法快6060倍,失血量大大减少。倍,失血量大大减少。6.6.激光激光是非常可靠的是
11、非常可靠的黏着工具黏着工具,眼科利用激光凝结视网膜剥,眼科利用激光凝结视网膜剥离症和眼内封闭止血已经有几十年的历史。离症和眼内封闭止血已经有几十年的历史。1.1.激光治疗是适当地调整照射条件激光治疗是适当地调整照射条件,在不损坏正常组织的情在不损坏正常组织的情况下况下,有选择地破坏病变组织的治疗方法。痣的种类和部位有选择地破坏病变组织的治疗方法。痣的种类和部位(深度)不同时,激光照射条件也大不一样,因此治疗前准(深度)不同时,激光照射条件也大不一样,因此治疗前准确地进行诊断是很重要的问题。图确地进行诊断是很重要的问题。图8-68-6所示为皮肤组织。所示为皮肤组织。8.2.2 8.2.2 激光在
12、皮肤科及整形外科领域中的应用激光在皮肤科及整形外科领域中的应用图图8-6 皮肤的断面构造示意图皮肤的断面构造示意图 痣痣太田痣治疗前太田痣治疗前太田痣治疗后太田痣治疗后 Q Q开关激光,它摧毁病损组织时具有高度的选择性,在摧毁病损的开关激光,它摧毁病损组织时具有高度的选择性,在摧毁病损的同时不会引起周围正常组织误伤,因此,治疗后不会引起疤痕。同时不会引起周围正常组织误伤,因此,治疗后不会引起疤痕。这种激光能这种激光能“识别识别”正常的皮肤,所以它能非常顺利地穿透病损正常的皮肤,所以它能非常顺利地穿透病损上正常的皮肤,直达病损,病损部位的色素颗粒则在强大的激光照上正常的皮肤,直达病损,病损部位的
13、色素颗粒则在强大的激光照射下被碎裂、破坏,这些被碎裂的色素再由体内吞噬细胞吞噬消除射下被碎裂、破坏,这些被碎裂的色素再由体内吞噬细胞吞噬消除,因而太田痣得以治愈。所以即便太田痣很深,同样能被,因而太田痣得以治愈。所以即便太田痣很深,同样能被Q Q开关激光开关激光摧毁,而正常皮肤并不受损害。摧毁,而正常皮肤并不受损害。1.眼底治疗 8.2.3 8.2.3 激光在眼科中的应用激光在眼科中的应用图图8-7 眼的构造眼的构造 图图8-78-7所示的是眼构造,所示的是眼构造,图图8-88-8中所示的是眼睛中所示的是眼睛对光的聚光特性。对光的聚光特性。图图8-8 眼睛中光的眼睛中光的聚光特性示意图聚光特性
14、示意图 2.近视治疗中的应用 图图8-9激光角膜手术的示意图激光角膜手术的示意图治疗近视是利用烧蚀对角膜表面进行精密加工,控制折光率治疗近视是利用烧蚀对角膜表面进行精密加工,控制折光率(矫正)的过程。图(矫正)的过程。图8-98-9所示为采用激光角膜手术的示意图。所示为采用激光角膜手术的示意图。将角膜表面放射状切开的将角膜表面放射状切开的RK(radial keratotomy)RK(radial keratotomy)方法方法目前近视矫正有三种方法:目前近视矫正有三种方法:对角膜表面进行二维切削手术使其曲率半径增大的对角膜表面进行二维切削手术使其曲率半径增大的PRKPRK(Photo Ref
15、ractive KeratectomyPhoto Refractive Keratectomy)方法)方法激光原位角膜磨镶术激光原位角膜磨镶术LASIK(Laser in situ LASIK(Laser in situ Keratomileusis)Keratomileusis)光源一般采用能得到高质量烧蚀表面的光源一般采用能得到高质量烧蚀表面的193nmArF193nmArF准分子激光器。准分子激光器。主流主流LASIK近视治疗手术近视治疗手术先在角膜表面切开直径先在角膜表面切开直径约约,厚度约,厚度约160160微米的角微米的角膜瓣;膜瓣;然后用准分子激光对中然后用准分子激光对中间角膜基
16、质进行切削;间角膜基质进行切削;之后再将切开的角膜瓣之后再将切开的角膜瓣复位。复位。基本操作方法基本操作方法:1.19861.1986年首先报道了激光前列腺切除术,但真正广泛的应年首先报道了激光前列腺切除术,但真正广泛的应用是在用是在19901990年后角度光导纤维的发明后。自此,各种光导纤年后角度光导纤维的发明后。自此,各种光导纤维和激光设备都被尝试用来进行此项手术。最常用的激光是维和激光设备都被尝试用来进行此项手术。最常用的激光是NdNd:YAGYAG激光,当然其他激光如激光,当然其他激光如KTP:YAGKTP:YAG激光、半导体二极管激光、半导体二极管激光和最近的激光和最近的HoHo:Y
17、AGYAG激光都可用来治疗激光都可用来治疗BPHBPH。8.2.4 8.2.4 激光在泌尿外科中的应用激光在泌尿外科中的应用2.有以下三种技术用来切除前列腺有以下三种技术用来切除前列腺(1 1)经尿道激光诱导的前列腺切除术()经尿道激光诱导的前列腺切除术(Transurethral Transurethral laser-induced prostatectomy,TULIPlaser-induced prostatectomy,TULIP)该系统包括经尿道进入的激光探针该系统包括经尿道进入的激光探针(偏屈的光束可以达到偏屈的光束可以达到9090),一个适时超声换能器以及一个,一个适时超声换能
18、器以及一个NdNd:YAGYAG激光发生器。激光发生器。3 激光对生物体的作用目前近视矫正有三种方法:激光的高温还起了杀菌的作用。6 最新的技术间质激光光凝术4 激光在泌尿外科中的应用光学计算机断层术即光学CT(optical computed tomography)图8-5 软组织中各种激光的穿透深度图8-5所示的是软组织中各种激光波长的光渗透长度的大致数量。图8-11 光敏感物质(血卟啉衍生物(HpD)的吸收光谱图8-11 光敏感物质(血卟啉衍生物(HpD)的吸收光谱光学相干层析术即光学OCT(optical coherence tomography)连续输出的二氧化碳激光(2)利用如图8
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