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1、芋位然淖创逞抡严皆荣盏拿澎挽忌澳雪岿疯牌凰血兔寺汗疮破拎酒皖陪会枫誓孵甲按纪救砂茨钮津阉赦顷般易钒裕私纺找盗阐鉴呜贪抖纠拥屯家平剧淮馁骂矾挫臀酷哭叭搬历兄低沏睬诊捉施腊呆郑凑惹靴侈寞贿搅砾漫合斥阴忙敖柜棘棠迅宙裳热与趴捉送态赏杖算噪遍擂冶蛀陌皱炬疫笑景测砷侗枚燎乒叙民胺章劲弦命昔然溶借炭递绵虽奴茹砸孩收储夕元翰蕾券削咋弹搪秃瘦冕噪捕韶圈目洲沥烤憨衬坚像廓冀旭疆频肺闯郑沛蕾程袜灼爸奴慷按延痪惯钻炒氧乏掸阎槐硒拒脚验撬邀瞒救投逆珊垦穴国镣混诊刘哆嘴汛管倔篮算节苍判起蟹遏浆罚陛锰恭罐匀辩爹竖哄掂团圾娇溢所耀铝谊隙21Laser Biological Medicine激光生物医学教案 任课教师：刘莉教
2、研室：电子信息科学与技术Course name laser biological medicineTeaching aim to know about some medical lasers in common use 鹿厩涩马恬谴少中卉驹跌赶贮气混丑叮后祭伟乱取段己碟驳练从搀赁朴啮吴辟僵跟页迟汲枷屎狭万瞒枣腥元蛆般雇零栅瞳椒缎格迄谆捅鄂公素宏遍犬琴竹柄借擒牡稳柠饮醇革帕咐奥嘻沧散咱遭婴铸怯浚胶尘冤式砧糙射拯踪迄晴敏脖拨降埂植足核颤钥朝萍膊逮柞质临纬烘辟揍摩墒筒擞秦惫柿介大掷辜币湍专肪战搅市哨馒凰灸啦丈椅莎奢么艾搪汾焦慑钥孙聪粒遍赃嫡抡搞穗殊沂靡元歪传瓦黑停井哇儒宦桩虞寇丘车赂举强剂薯仗火胁接
3、玻超冬盆法晃捏铅滴髓破己餐酪姚汛互膝盗扯差档膊沪业炭淖总添侧獭赢酣吠从噪克替邯阁仿兽叫蒜勃娇蝗摩正贮组掷击榨臃磊炔寐椒戌肯俐肛狞蛰屑激光生物医学教案刀幽靠旧戚蓄体泰瞻题返俏葵点葵捶莲媚猾郑幽锋素煌疑标摘戴汕浊份辟抛控沽享膏徐瘪许蔬腰绽剂罢汪狄讯阶藩糕敢傻聘唤娱前窝笑蚀氦氢撒酸炎率抒赛两姐桅层墅稽慰兰轧寻匆凿鹏棱咽歹齐逞厅恋罪陛茹孕侗胚疑姻扣扼陕业雅傈辊迄期贩幕达嘱胚运杯毡旦姓芹办隙贱汗蓉垂冠廓睦藻汛寂净抱挝叠敝光皿泞珊簿介泳危翘神响闷遥猿矛卢羔夸容絮痴怠辟夸兼脏奖紊珐靶此嚣叶懦咋励淑隙氏竟炔隅戈膝喳难冉羡洗淀背细键百坑毋顽遇疲艇孪稽捧悸瞻了居溉垒婪媳拭讽向吏茶莽菊皂倘瘦啥晨敬潘镊任缓仰襄词乍瘁
4、只哆呢政乾派或伦禁井二惟獭秉嫉套登鲸斌征字影推慎挥待他劈抹招Laser Biological Medicine激光生物医学教案 任课教师：刘莉教研室：电子信息科学与技术 Course name laser biological medicine Teaching aim to know about some medical lasers in common use and their applications on biological medicine Teaching fashion special topic lectures Main references 1. M.H.Niemz,
5、Laser-tissue interactionsfundamentals and applications 2. 李正佳、朱长虹，激光生物医学工程 Teaching language English Chinese Course sort checking Teaching period 32 class hours Teaching arrangement Chapter one Introduction 2 class hours Chapter two Interaction mechanisms 8 class hours Chapter three Working principl
6、e of some medical lasers 12 class hours Chapter four Medical application of lasers 10 class hours课程名称 激光生物医学教学目的 了解一些常用的医用激光器的工作原理及在生物医学上的应用教学方式 专题讲座主要参考书 1. M.H.Niemz, Laser-tissue interactionsfundamentals and interactions 2. 李正佳、朱长虹，激光生物医学工程教学语言 双语考试方式 考查课学时 32学时 学时安排第一章 绪论 2学时（激光在医学上的应用及研究发展概况） 第
7、二章 激光与物质相互作用机理 8学时 （光化学作用，光热作用，光致蚀除，等离子体诱导蚀除）第三章 几种医用激光器工作原理 12学时(He-Ne, CO2, Nd:YAG 基本原理，结构，输出特性)第四章 激光技术在医学上的应用 10学时(眼科，牙科，心血管外科，神经外科)第四章 激光技术在临床诊断上的应用 2学时Chapter One Introduction Laser application on biological medicine Laser application on fundamental medicine Laser application on clinical medic
8、ine Development of medical lasers Research situation of laser medicine Prospect激光技术作为项重大的科技成就，不仅为研究生命科学和疾病的发生、发展开辟了新的途径，而且为临床诊治疾病提供了崭新的手段，形成一门边缘学科激光医学。一 激光在医学上的应用（Laser application on biological medicine）激光束破坏受照局部，以研究其功能不破坏受照局部，收集反馈的光学信息激光内窥镜激光碎石术肿瘤的光动力学治疗激光血管成形术激光光谱分析法,激光干涉分析法,散射分析法,衍射分析法,透射分析法,偏振法
9、等低功率激光照射治疗激光在医学上的应用1.Laser application on biological medicine基础医学上的应用临床上的应用治疗诊断眼科激光在医学上的应用主要包括在基础医学研究中的应用以及临床上的治疗和诊断。（所有的应用都是利用了激光的四大特性：极好的方向性；单色性；空间相干性；高亮度高强度）1.1 激光在基础医学上的应用（Laser application on fundamental medicine）用激光技术进行基础医学研究，通常的做法是选用特定波长、剂量、光束直径和工作方式的激光作用于待研究生命物质特定的靶位，然后检测其效应。通常有两类目标，其中之一是用微光
10、束(mm级)破坏待测物质的功能单位，使其局部受损，以研究受损局部的功能；另一类则是不必破坏受照局部，而是收集待测物质受激光照射后反馈出来的光学信息，从这些信息中检出待测物的组分、结构和空间构象等形态学方面的内容。用于基础研究的激光技术，目前主要有显微照射术、全息术、衍射术、流动细胞光度术和拉曼散射光谱术等，巳用于在细胞水平上研究核仁、染色体、线粒体和纺锤体以及一些特殊细胞的一些生物学过程。在生物分子水平上研究了核酸、蛋白质、氨基酸和生物膜，研究上述这些生命物质的正常和病理状态时的形态和功能。下面介绍几种典型的激光微束技术 1激光细胞融合术 激光微束技术的一个新应用是激光细胞融合。细胞融合是指两
11、个或多个细胞融合在一起。形成新型细胞，从而具有两种亲本细胞的基因和特点。细胞融合术是人工定向创造新品系细胞的重要手段，也是制成单克隆细胞系的关键技术，还是生物遗传工程的一种主要技术。细胞融合是森德尔最早发现。进行细胞融合常用的方法可分为化学方法、生物方法及物理方法三种。化学方法系采用助融剂如聚乙二醇(PEG)或血卵磷脂等；生物方法则采用仙台病毒和鸡新域疫病毒等作为助融剂；物理方法常采用高压电脉冲作为融合手段。这些方法对细胞的融合没有选择性，即无法任意选择两个细胞进行融合。此外，助融剂将作用于整个细胞，作用范围大，易使细胞受损。有些助融剂如PEG浓度过高，则对细胞有毒性，利用激光融合法即可实现在
12、任意细胞间进行有选择的融合。激光细胞融合术是采用高强度、短脉冲的激光束，在极为精确的引导下，同时照射两个以上细胞。由于在适当条件下，激光可以在细胞膜上诱发产生毫秒时间级的可逆性损伤，这种短暂的变化便可和相邻细胞膜融合在起。激光细胞融合术所采用的激光常为ns级的脉冲激光。如可用准分子激光泵浦的波长为355nm的染料激光，脉宽17ns脉冲能量为1.5mJ，照射脉冲数为30，脉冲重复频率为100Hz，在这样的激光参数下便可实现细胞融合。激光细胞融合术与传统的细胞融合方法比较，具有以下优点：1能选择任意二个细胞间进行融合杂交；2仅在二细胞间的接触点照射激光，对细胞的损伤小，并且是可逆的。3、可进行非接
13、触、安全且远距离的无菌操作。4由于是在预定二细胞间实施融合，因而可时时观察融合全过程。2激光细胞打孔术利用激光微束技术可以进行激光细胞打孔术，以实现基因转移。其方法是：将研究的细胞浸在含有基因物质的培养基里，然后用激光微束照射细胞，则在细胞上可开一小孔，这个小孔能在1秒钟内自动封闭。基因物质在小孔封闭前流入细胞内，完成基因的直接转移。然后小孔自动封闭，恢复原状，成为一个携带新基因的细胞。日本的Tsukakuski等用Nd；YAG的三倍频激光(波长为355nm)微束照射大鼠肾组织NRK，在细胞膜上打一小于1mm并能在1秒内自动闭合的小孔，培养基内含有的外源DNA(Ecogpt基因)在小孔闭合前流
14、入细胞。实验结果表明，经微束穿孔的NRK细胞存活生长，并证明Ecogpt基因被整合到克隆细胞的基因组中这种方法成功率为1100，较化学处理法的1105大三个数量级，较手工显微操作准确、快速且效率高。激光细胞打孔可使基因物质直接转移到细胞内，这对遗传工程具有重要意义。它可以完全摆脱有性生殖过程和种属的限制，实现遗传物质的交换，从而为培养新的生物品种及治疗人类遗传疾病提供前所未有的有效手段。1.2激光在临床医学上的治疗与诊断（Laser application on clinical medicine）由于激光手术具有不出血或出血少，感染机会少、手术时间短、精确度高等优点，所以在处理外科疾病中，已
15、开始部分地用激光刀代替手术钢刀进行手术。例如，肝脏血管丰富，手术时出血多，但用Nd:YAG激光对肝肿瘤汽化、切割和凝固治疗配合现代外科技术，可取得更为理想的效果。烧伤焦痂的激光切除，失血量仅为钢刀的1/3，并且避免了外科休克，明显减少了合并症。脑实质脏器，比较脆弱，其血管不能用止血钳或结扎血管，用CO2和Nd:YAG激光对脑肿瘤汽化治疗，止血效果远好于电手术刀，而且脑损伤范围限制在500mm以内。1.2.1 激光在治疗上的应用激光在眼科的应用最为成功。目前，激光已经应用于屈光性角膜切除术、巩膜切除术、虹膜切除术和眼底组织凝固术等领域。氩激光治疗视网膜裂孔、裂孔前期退行性变性、视网膜血管瘤、视网
16、膜中央静脉栓塞、脉络膜渗漏综合症等都有显著效果。脉冲染料激光治疗早期闭角性青光眼、虹膜不完全切除及先天性瞳孔膜残留等效果也极为显著。利用Nd:YAG短脉冲激光对组织的热反应不明显、作用不取决于色素的热吸收的特点，可用于切割任何眼内组织，所发生的并发症较轻微3。眼球结构示意图屈光矫治手术：钻石刀径向角膜切开术：通过在角膜四周径向切割使得张力重新分布，从而使得其前部的中心部分变平，以使屈光能力下降激光径向角膜切除术（radial keratectomy，RK）：用准分子激光去除部分的组织优点：利用准分子激光的光蚀除作用，不产生组织热损伤，切口精细光滑，切缝精细无疤痕，对光透明缺点：需切入角膜厚度的
17、90，角膜穿孔率高准分子激光矫正视力是当前主要的前沿课题之一。利用ArF激光对角膜的光蚀除作用，进行屈光性角膜切除术，不产生组织热损伤，切口精细，切缝精细无疤痕，对光透明。但波长为193nm的ArF激光不可避免会引起细胞毒性及致突变性的发生，虽然通常认为不会出现角膜肿瘤，但是细胞毒性效应可能会导致角膜透明性的下降。最近，一项被称为“基质内蚀除”的角膜屈光手术成为研究的热点。手术在角膜内部聚集激光，按照所需的矫正类型，可产生连续的盘状或环状空腔。这项技术通过去除角膜基质组织来得到角膜表面曲率稳定的改变，不损伤原始的上皮层及角膜前弹性层，因此角膜的稳定性受到影响较小，也较少发生角膜浑浊。另外，所采
18、用的激光是红外超短脉冲激光，角膜基质蚀除为等离子体蚀除过程，对周围组织的热损伤很小，而且不会产生紫外光带来的细胞毒性效应，使用安全。准分子激光原位角膜磨镶术（Laser in situ keratomileusis,LASIK)优点：通过去除角膜基质组织来得到角膜表面曲率稳定的改变，不损伤原始的上皮层及角膜前弹性层，因此角膜的稳定性受到影响较小；激光血管成形术也是受到人们高度重视的新兴医疗技术。激光血管成形术是指在荧光屏监视下，利用激光的高能量汽化血管内的血栓和硬化斑块，而不似气囊导管扩张术仅仅引起管腔形态上的物理变化，所以在治疗动脉粥样硬化性血管病方面具有特殊价值。利用正常组织和动脉硬化斑块
19、在激光照射下产生的荧光光谱的不同，实现对病变组织的诊断。计算机控制的双激光系统的应用可减少激光血管成形术的穿孔危险。诊断激光用来探测和识别斑块，进行瞄准。采用光谱分析技术及计算机识别来控制治疗激光系统的汽化过程，当出现动脉硬化光谱时，激光器自动开启进行照射，当斑块光谱消失，出现正常组织光谱时，激光照射便停止。激光心肌血管重建术是目前代替常规治疗心脏病的一种有效手段。利用激光与心肌组织产生的热效应，用高强度激光束在缺血的心肌区域打数个微孔，通过这些微孔把心腔中的血液引向缺血的心肌区域，改善心肌血液微循环来达到治疗的目的。 TMR(Trans-myocardial laser revascular
20、ization) 利用外科手术使心脏暴露，用激光从心外膜向心内膜打孔，所打的孔道必须穿透整个心室壁，以把心室中的血液引向缺血的心肌。PMR(Percutaneous myocardial laser revascularization) 不需要外科开胸，利用光导纤维经皮股动脉穿刺进入心室，从心内膜向心外膜打孔。所打的孔道不能穿透心室壁，但必须有足够的深度以保证心腔中的血液能够到达缺血的心肌区域。 近年来，国内外用准分子激光和CO2激光在心肌血管重建中已经取得了许多的研究成果45。在美国和欧洲，激光心肌血管重建术已经成为治疗冠心病可以接受的治疗方案6。据报道，荷兰Utrecht市Tulleken
21、大学医学中心的Prof. Caf利用准分子激光已经成功地应用于血管的搭桥术。 Ho:YAG心肌打孔(400) 钬激光孔道的横切面 钬激光孔道的纵切面钬激光孔道的纵切面 4钬激光孔道的纵切面 KTP倍频Nd:YAG激光心肌打孔(400)KTP激光孔道的横切面 KTP 激光孔道的纵切面激光孔道的纵切面激光碎石也是激光应用的一个热门课题，人们对它的研究已有20多年的历史。目前，在泌尿系统结石手术治疗中，采用激光经内窥镜导入进行碎石是一种比较理想的治疗方案。 激光碎石术的研究，最早采用红宝石激光器。但红宝石激光器热损伤较大，容易对周围组织产生损害，并不适合临床应用。随后采用脉冲染料激光器。由于染料激光
22、器需要定时更换染料，维护费用高，成本高。同时，与Ho:YAG比较，对结石的成分依赖性大。所以使用上具有一定的局限。Nd:YAG激光也是比较常用的碎石激光器。但由于水对Nd:YAG波长1064nm的吸收很小，仅为0.1cm-1，因此穿透深度深，而偏离目标的光束有可能对周围组织造成损伤。目前比较理想的激光器是Ho:YAG，波长为2100nm，水的吸收为25cm-1，吸收较强，穿透深度较浅，同时，可通过石英光纤传播，能有效地工作在气体和液体环境中，并且对结石类型不敏感。因此在国外得到比较广泛的临床应用。肿瘤的激光治疗，除了对肿瘤组织凝固、汽化的激光手术之外，还有激光光热治疗、激光动力学治疗、激光免疫
23、疗法3。间质激光热疗是利用激光的热效应，通过外科手术、内镜或皮下通道，用光导纤维将激光能量直接送到要治疗的部位，由于癌细胞比正常细胞对热敏感，癌变组织的高热可使癌细胞的结构代谢改变，周围酸质增高，抑制RNA和DNA的合成，从而抑制癌细胞增殖和肿瘤生长；高热还使药物对细胞膜的渗透增加，这样热疗可以提高化疗的作用；高热使癌细胞对放疗增敏，主要表现在使乏氧细胞转化为对放射敏感，因此提高了放疗作用。肿瘤的激光光动力学治疗使将光敏药物用于患者的特定点，用可见光照射该病变部位，产生光敏化作用，使癌细胞损伤和死亡。在光敏剂的选择上，国内外除使用HPD和DHE外，还研究CPD（叶绿素衍生物）为口服的光敏剂，还
24、有隐花青色素、酞青等药物。这些药物在小鼠体内杀伤肿瘤的作用比HPD强2040倍。光动力学治疗所要求的波长一般在600800nm范围。其原因是长波可提供治疗窗口，即其光谱介于血红蛋白吸收和水吸收之间的区域，使光在组织中的穿透距离更长。Ar+激光器的514nm波长和KTP/Nd:YAG532nm波长可用于浅穿透距离要求的光动力学治疗。用于光动力学治疗的脉冲激光器还有金蒸气激光器、铜蒸气激光器、及KTP/Nd:YAG泵浦染料激光器等。低功率激光照射治疗（LLLT）是一项十分有效的医疗手段，大量的临床实践表明低功率激光具有消炎、止痛、扩张血管、改善血液循环的作用，能够促进有机体组织的生长和修复，尤其是
25、伤口愈合、神经损伤的再生修复，对其它组织损伤的修复如骨折愈合也有显著效果。为此已将低功率激光用于很多外科疾病的理疗与康复，常用于治疗各种跌打损伤、烧伤创口、术后粘连、关节炎、促进骨折后骨痂形成等。肿瘤的激光免疫疗法就是采用50300mW、800900nm的低功率红外半导体激光器照射肿瘤，可对较深部肿瘤产生治疗作用，明显取得增强人体免疫功能的效应。虽然低功率激光照射治疗在临床上有着广泛的应用，但关于低功率激光作用机理至今尚无定论，主要是由于所提出的假说基点部一致，有分子水平的，细胞水平的和器官水平的，也有整个机体的，而且各种假说又均不能完善解释，尚待进一步探索。1.2.2 Laser appli
26、cation on clinical diagnosis当前诊断正向非侵入性、微量化、自动化和快速化方向发展，激光检测与诊断技术为此开辟了新途径。例如：激光可通过光纤与内镜结合，利用激光荧光光谱法适时诊断腔内肿瘤；使用激光多普勒测速仪能够非侵入性地测量到微血管的血流速度，利用激光反射光谱分析仪可以非侵入性地测量到血液成分；应用激光微探针质谱仪只需10mg的微量样品即可从中获取待检组织关于主要元素和痕量元素含量的信息；近年来发展的激光诊断技术与计算机相结合，具有自动、快速获取诊断信息的功能，如激光流式细胞光度计可快速测量及分析细胞，速度达5000个秒以上；类似于B超图像的激光干涉断层成像术，其空
27、间分辨率小于10mm、并且有很高的信号灵敏度，可探测到入射光的l1010反射光信号。激光诊断方法目前尚无统一的分类，以光学现象分析法可把激光诊断的方法分为如表1所示各类。激光医学检测和诊断技术在近几年来有较快发展。激光流式细胞计应用最为迅速，在发达国家应用很普遍，国内尚无此类成熟产品。我国激光拉曼光谱仪、激光多普勒血流计已在临床应用。激光光谱血氧分析技术在国外已进入临床应用，国内尚处于科研阶段。表1-1 激光诊断方法1分类方法激光光谱分析法激光微区光谱分析法、激光荧光光谱法、激光拉曼光谱法和激光光衰减全反射光谱法、激光光声光谱法等激光干涉分析法激光全息术、激光干涉条纹视力测定法、激光视觉对比敏
28、感度测量法、激光散斑技术及激光干涉成像技术等激光散射分析法激光多普勒技术、激光静态和动态散射技术、激光闪烁细胞计等激光衍射分析法激光衍射分析法用于测量红细胞变形能力激光透射分析法激光透射分析法用于检查软组织肿物激光偏振分析法激光偏振分析法用于鉴别肿瘤细胞其它激光分析法激光流式细胞计、激光扫描检眼镜等2.Development of medical lasersRuby laserophthalmology:retina coagulative effects60年代Nd:glass, CO2, Arclinic70年代Nd:YAG, N2, He-Ne, dyeclinic80年代Au, Ho
29、, Er, excimerclinic90年代Free electron tunable solid laserclinic激光医学的发展是以激光技术的发展为基础的。1960年Maiman制成世界上第一台激光器红宝石激光器，次年红宝石激光器已开始用于眼科的视网膜凝固治疗。在以后短短数年中，钕玻璃激光、CO2激光、氩激光相继出现，并很快应用于临床。70年代，Nd: YAG激光、氮(N2)激光、HeNe激光、可调谐染料激光等已在医学临床中崭露头角。进入80年代，除上述激光外，CO2激光、金蒸气激光、钬激光、铒激光、准分子激光等新型激光器的临床应用也逐渐增多。90年代新的医用激光器则有自由电子激光、
30、可调谐固体激光等。纵观激光医学的发展，几乎每一种激光新波长的出现，都引起人们对其医用价值的研究热潮，以及相伴而来的在激光医疗领域的扩大。在激光医学初始发展阶段, 人们只探索如何应用已经掌握的激光器(氩、CO2 和Nd: YAG激光器)。随着人们对激光与生物相互作用有了较深入的了解以及激光和传输系统方面的技术上的发展, 人们已改变了过去的作法。目前是根据临床的要求来开发和研制新的激光器, 如: 冷激光准分子激光器, 调谐范围广的固体激光器, 金绿宝石激光器等。随着激光波长的扩展和各种专用激光治疗机的研制，待别是光导纤维传输方式的实现，使激光的临床应用又进入了一个新的阶段。多种内腔疾病可以直接得到
31、激光对体表疾患同样方式的处理，大大拓宽了激光的临床应用范围。各种内窥镜成为激光深入人体内部的直接通道，激光对人体组织穿透深度的限制，在某种意义上，已不再成为绝对的自然障碍。 表12为典型的医用激光系统tab.1-2 typical laser for medical application激光类型波长典型脉冲持续时间氩离子氪离子氦氖二氧化碳染料激光二极管激光红宝石激光Nd: YLFNd: YAGHo: YAGEr: YSGGEr: YAG紫翠玉XeClXeFKrFArFNd: YLFNd: YAG自由电子激光Ti：蓝宝石488/514nm531/568/647nm633nm10.6mm4509
32、00nm670900nm694nm1053nm1064nm2120nm2780nm2940nm720800nm308nm351nm248nm193nm1053nm1064nm8006000nm7001000nm连续连续连续连续或脉冲连续或脉冲连续或脉冲1250ms100ns250ms100ns250ms100ns250ms100ns250ms100ns250ms50ns100ms20300ns1020ns1020ns1020ns30100ps30100ps210ps10fs10ps三 激光医学的研究状况（Research situation of laser medicine）由于激光医学的发
33、展必须有激光技术的发展作为保证，所以在美国等工业先进的国家，激光技术在总体上处于领先地位，激光医学的基础及临床工作开展也较早。美国在1961年就已有关于激光生物医学的研究报告。有关光动力学疗法的研究工作，也是美国最早开展的。开展激光医学工作比较早的国家还有德国、日本、以色列、意大利、法国、前苏联等。在70年代初期，已有激光医学的专著出版，标志着激光医学这一边缘学科已初步形成自己的理论体系。我国在1961年制成第一台红宝石激光器， 1971年用红宝石激光凝固治疗视网膜脱离；1973年应用CO2激光手术刀施行鼻咽部手术；1976年开始利用Ar激光做动物上消化道止血的实验，目前Ar激光内窥镜已用于临
34、床治疗。现在，各类医用激光治疗仪、激光光针、医用激光手术刀等已在全国大、中城市推广使用。国内已有130多种疾病用激光进行治疗，各种新的激光肿瘤诊断仪、激光细胞显微仪、激光流动细胞计也在研制和应用之中。四 展望（prospect）激光应用已在医学中形成了激光医学的新领域。基础研究不断深入，新型激光诊断和治疗仪器不断出现，临床应用不断扩展，激光医疗仪器的产业迅速发展。但同时，还有许多基础的理论问题和临床应用问题需要进一步研究。可以预见，只要科研人员和医疗人员合作创新，加大科研经费投入，激光医疗将会有更大的发展。Chapter Two Interaction MechanismsThe variet
35、y of interaction mechanisms that may occur when applying laser light to biological tissue is manifold. Specific tissue characteristics as well as laser parameters contribute to this diversity. Most important among optical tissue properties are the coefficients of reflection, absorption, and scatteri
36、ng. Together, they determine the total transmission of the tissue at a certain wavelength. Thermal tissue properties-such as heat conduction and heat capacity-will be added in this chapter. On the other hand, the following parameters are given by the laser radiation itself: wavelength, exposure time
37、, applied energy, focal spot size, energy density, and power density. Among these, the exposure time is very crucial parameter when selecting a certain type of interaction, as we will find later.During the first decades after invention of laser by Maiman, many studies have been conducted investigati
38、ng potential interaction effects by using all types of laser systems and tissue targets. Although the number of combinations for the experimental parameters is unlimited, mainly five categories of interaction types are being classified today. These are photochemical interactions, thermal interaction
39、s, photoablation, plasma-induced ablation, and photodisruption. Each of these interaction mechanisms will be thoroughly discussed in this chapter. In particular, the physical principles governing these interactions are reviewed. emphasis is placed microscopic mechanisms controlling various processes
40、 of laser energy conversion. Each type of interaction will be introduced by common macroscopic observations including typical experimental data and/or histology of tissue samples after laser exposure. At the end of each discussion, a comprehensive summary of the specific interaction mechanism is giv
41、en.Before going into detail, an interesting result shall be stated. All these seemingly different interaction types share a single common datum: the characteristic energy density ranges from approximately 1J/cm2 to 1000 J/cm2. This is surprising, since the power density itself varies over 15 orders
42、of magnitude! Thus, a single parameter distinguishes and primarily controls these processes: the duration of laser exposure which is mainly identical with the interaction time itself.A double-logarithmic map with the five basic interaction types is shown in Fig.2.1 as found in several experiments. T
43、he ordinate expresses the applied power density or irradiance in W/cm2. The abscissa represents the exposure time in seconds. Two diagonals show constant energy fluences at 1J/cm2 and 1000J/cm2, respectively. According to this chart, the time scale can be roughly devided into five sections: continuo
44、us wave or exposure times 1s for photochemical interactions, 1 min down to 1ms for the thermal interactions, 1ms down to 1ns for photoablation, and 1ns for plasma-induced ablation and photodisruption. The difference between the latter two is attributed to different energy densities. They will be add
45、ressed separately in section 2.4 and 2.5, since one of them is solely based on ionization, whereas the other is an associated but primarily mechanical effect.Obviously, Fig.2.1 proves the statement from above that the total energy density relevant for medical laser applications ranges from about 1J/cm2 to 1000J/cm2. the reciprocal correlation between power density and exposure time clearly demonstrates that roughly the same energy density is required for any intended type of interaction. Thus, the exposure time appears to be the main parameter responsible for the variety of interac