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第三章 激光疗法 激光是60年代发展起来的一门新技术。应用激光来治疗疾病称为激光疗法。近几年来激光在医学方面的应用越来越普遍，其中包括胆道外科、皮肤整形外科、肿瘤外科的激光治疗，光动力学及基础研究，胃的窥镜、眼科口腔科的激光应用。值得指出的是心脏病的激光照射治疗心肌梗死，心率失常等已取得一定的疗效，血管内照射治疗心、脑、肾病等的激光治疗。 一、激光的生物物理学特性 （一）激光的基本特征 1、方向性强 衡量光源方向的好坏的标志是光源光束的发散角的大小，发散角大方向性差。如电灯、烛光向四面八方发散。又如探照灯的光射到地球38万公里的月球上，光斑直径扩散到1000多公里，改用激光其光斑直径只有1公里。一个氦氖激光器发出的光，射到20公里远处，其光斑面积只有茶杯口大小。 2、高亮度 一台较高水平的红宝石巨脉冲激光器，所发出的光，其亮度达到1015w/2cmSr（Sr为球表面度），比高压氙灯的亮度高出37亿倍，比太阳表面亮度高出100亿倍以上。（亮度的概念：光源表面上每单位面积，在其法线方向上向单位立体角内发射的辐射功率称为光源表面在此方向上的亮度）。又如一台10mw氦氖激光器发出的激光其辐射亮度为3×106w/cm2Sr，比太阳表面的辐射亮度高3×10w2/cm2Sr，还要高出数万倍。CO2激光器比同功率的日光灯发光亮度高100亿倍，40瓦的日光灯可以安全无事，但40瓦的CO2激光器发出的激光可以融化耐火砖。 激光方向性好，亮度好是同一性质的不同表现，可归纳为一点：激光束的能量在时空上高度集中。如果把激光器发出的激光用透镜聚焦，则能量更加集中，强度大大增加，在焦点附近能产生几百度或几千度的高温。医学上可用来对生物组织进行汽化、切割、凝固、以达到治病的目的。如果能量在时间上高度压缩的巨脉冲激光再进行汇聚，则在直径为百分之几毫米或千分之几的范围内，产生几百度的高温，几百万个大气压和每厘米几千万伏特的强电场。这样能在几秒钟内把钢板打穿，可用来制造激光武器，也可用来加热核原料，以引起热核反应。 3、单色性好 单色光的意思就是指波长范围很小的那一段辐射。这个波长范围旧叫做单色光的谱线宽度。波长范围越小，既谱线范围越窄，单色性越好。谱线宽度是衡量光源单色性好坏的标志。在激光出现之前，最好的单色光是同位素氪（Kr86）灯，其谱线宽度仅为千分之五（5×10-9米）毫微米，但氦氖激光器产生的激光其谱线宽度变化范围小于千分之一毫微米，其单色性比氪灯提高10万倍。 激光单色性好，可用于：①光波柏频技术，测量角速度；②受激辐射技术，喇曼散射→频移，研究生物分子的结构；③制成细胞激光显微镜。 4、相干性好 光源的相干性可分为时间相干性和空间相干性。激光相干性好是因为它满足相干条件：①两波的频率相同；②在迭加处两波的振动方向相同；③两波源的振动位相相同或位相差恒定。 激光相干性好可用于：①全息照相术-广泛应用于牙科、眼科和肿瘤科；②激光光学衍射法来观察和分析生物组织结构的显微照片。 （二）激光的工作原理 原子能级。 在通常情况下，物质中处于高能级上的粒子数，总是远少于处于低能级上的粒子数，既大多数粒子处于低能级的称基态，少数粒子处于高能级的称为激发态，如用人工的方法（通电、光照、加热等）使处于高能级的粒子数多于低能级。这种状态称为粒子数反转（激光发射的条件之一）。当外界的光子通过处于粒子数反转状态的物质时，能使高能级的粒子返回低能级而产生激光，这个过程称为受激辐射（激光发射的条件之二）在受激辐射过程中，一个光子引发一个原子产生两个光子，两个光子又引发四个光子，瞬间便形成雪崩。这种受激辐射的光子，在光学共振腔内反复震荡，从而保证了光放大及其性能（相位、频率、偏振、传播方向）的一致性。 激光工作物质有固体、气体、液体、半导体等；激光的激发能源有光、电、化学、热等激发能源；激光光学谐振腔为相互平行的两个反射面，其中一个为全反射面，一个为半透半反射面。 （四）激光生物效应 激光生物效应的概念：凡激光与生物组织相互作用后，所引起的生物组织方面的任何的改变称之。 1、热作用 低能量的光子可致生物组织直接产热，高能量的光子多需经过一些中间过程后产热，热作用的规律如下： （1）红外线激光的产热效率高，如CO2激光； （2）激光功率密度越高产热多而快； （3）生物组织对光的吸收率高，产热高； （4）生物组织的比热和热容量（含水量）小，则产热高； （5）生物组织的血流量和热导率高，产热慢； 热作用对生物组织的影响： （1）代谢率：体温升高1℃，代谢率增加10%，体温达40℃，其代谢率比正常增加30%； （2）血循环：使毛细血管扩张，血流量增加，改善加热区供血和营养。 （3）热损伤：酶和中枢神经细胞的温度不能超过4℃以上，超过则会导致酶的热变性（变