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激光在医疗中的应用
完成日期：2014 5 21
激光在医疗中的应用
激光的应用，按照激光探头是否与激光作用的物质接触，分为接触式和非接触式两种工作模式。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。工业应用中，主要有材料加工和测量控制；医疗应用，有治疗和诊断；商业应用。世界上第一台激光器诞生于1960年，中国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。
激光指示器，又称为激光笔、指星笔等，是把可见激光设计成便携、手易握、激光模组（二极管）加工成的笔型发射器。常见的激光指示器有红光(650-660nm)、绿光(532nm)和蓝紫光(405nm)等。通常在会报、教学、导赏人员都会使用它来投映一个光点或一条光线指向物体，但它可能会破坏或影响导览物的场所，例如艺术馆（有些画作怕光）、动物园等都不宜使用。
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：
加工系统包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
加工工艺包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、金运CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。
激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。
激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。
激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功率金运YAG激光器、金运CO2激光器为主。
目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
经过30多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面：激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮„„，在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。
激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同，激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成，目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点，但也存在易受天气和环境影响等弱点。激光武器已有30多年的发展历史，其关键技术也已取得突破，美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。目前低能激光武器已经投入使用，主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器，以及攻击人眼和一些增强型观测设备；高能激光武器主要采用化学激光器，按照现有的水平，今后5—10年内可望在地面和空中平台上部署使用，用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。
应用于牙科的激光系统
依据激光在牙科应用的不同作用，分为几种不同的激光系统。区别激光的重要特征之一是：光的波长，不同波长的激光对组织的作用不同，在可见光及近红外光谱范围的光线，吸光性低，穿透性强，可以穿透到牙体组织较深的部位，例如氩离子激光、二极管激光或Nd：YAG激光(如图1)。而Er：YAG激光和CO，激光的光线穿透性差，仅能穿透牙体组织约0．01毫米。区别激光的重要特征之二是：激光的强度(即功率)，如在诊断学中应用的二极管激光，其强度仅为几个毫瓦特，它有时也可用在激光显示器上。
用于治疗的激光，通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用，还取决于激光脉冲的发射方式，以典型的连续脉冲发射方式的激光有：氩离子激光、二极管激光、CO2，激光；以短脉冲方式发射的激光有：Er：YAG激光或许多Nd：YAG激光，短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，这些强度高、吸光性也高的激光，只适用于清除硬组织。
激光在龋齿的诊断方面的应用
1．脱矿、浅龋
2．隐匿龋
激光在治疗方面的应用
1．切割
2．充填物的聚合，窝洞处理
激光同样是一种光，也同样具有波动性和粒子性，但不象太阳光那样是天然存在，而是人工激活的特定活性物质，在特定的条件下产生的受激发光。激光具有高度的定向性、单色性、亮度和相干性。激光的波长或频率决定了它的特性。当激光接触到作用物时，作用强度依赖于波长和作用物的组成成分。激光可以发生反射、折射和散射、或被作用物质吸收。下面来看看激光在医疗行业中有哪些应用吧。
医学是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的一门边缘学科。1960年世界上第一台红宝石激光器研制成功，次年红宝石激光视网膜凝固机在眼科获得首次应用。到目前为止，临床上使用的激光医疗设备已有几十个品种，包含了自紫外至可见光和红外的各种波长，包含了连续、脉冲、巨脉冲、超脉冲等各种输出方式。
从目前激光治疗设备在临床应用的角度可将其分为如下几大类：眼科激光治疗设备、外科激光手术设备、用于美容目的的皮肤病激光治疗设备、光动力疗法激光治疗设备、口腔激光设备和激光理疗仪器等等。
激光发明伊始就为眼科所采用，现已成为眼科诊断、治疗的重要手段之一，可以说激光在治疗眼科疾病方面的应用具有其他治疗仪器所无法替代的独特的优点。
激光手术就是以激光代并刀、剪、锯、凿等常规手术器械对组织采用分离、切剂、切除、凝固、焊接、打孔、截骨等手段去除病灶，吻合组织、血管、神经等各种手术的总称。激光手术可用于普外科、肝胆外科、泌尿外科、心胸外科、烧伤外科、骨外科、神经外科、妇科、皮肤科、五官科等各科手术。激光手术具有许多其它力一法不可比拟的优点，包括：
（1）对周围正常组织损伤小，比如伤口宽度可以是电刀的二分之一，因此术后反应轻，伤口愈合快，疤痕也小。
（2）止血效果好，止血时间是电刀的十四分之一，止血效果是电刀的2～4倍，因此，可望达到术中极少出血甚至无血手术。还可大大缩知手术时间。
（3）激光可用光纤传输，可与各种手术显微镜耦联，进行各种精细的显微手术；还可与各种内窥镜或穿刺针联合使用，进行各种介入手术。这也是电刀和机械刀所不能的。
（4）激光手术对术中的各种监护仪器无干扰，这在有些手术特别是神经外科手术中是非常重要的。而电刀则不能被用于脑外科等手术。
一、激光美容
激光能产生高能量、聚焦精确的单色光，具有一定的穿透力，作用于人体组织时能在局部产生高热量。激光美容就是利用激光的这一特点，去除或破坏目标组织，达到美容治疗的目的。主要包括激光切割和激光换肤。激光自60年代起即用于皮肤病的治疗，而近年来随着不同波长激光、高能超脉冲CO2激光、可变脉冲激光和铒激光等的出现，高科技激光美容正在越来越多地走进我们的生活，激光美容--没有伤口的美容术在医学美容界掀起了一个又一个高潮。激光美容的最大优点：激光能够彻底治疗各种皮肤症状，全面修复肌肤质地，可以达到一举两得的目的。运用现代激光科技与临床医学相结合，通过治疗可改善或恢复先天造成的容貌和外表的缺陷，在治疗后皮肤不留疤痕，让您重树美丽的信心。
二、激光切割
激光切割的最大优点是切口出血少，手术视野清晰。目前使用的超脉冲激光，将激光器发出的能量聚集，并通过特殊开关使能量在瞬间释放，强大的能量将组织迅速气化，不仅切割快捷，同时也使切口周围的热传导减少到最小，对切口周围组织的损伤程度极小。用于重睑术、眼袋整形、面部除皱等方面，取得了良好的效果。
三、激光换肤
激光换肤利用了激光磨削技术，其原理是通过改变激光器的聚焦特性，使激光点变成一个光斑，再利用图形发生器，将光斑按照一定的图形进行扫描，使激光斑在瞬间产生的高热将扫描范围内的目标组织去除。每个光斑的强度、密度、扫描图的形状及大小均由计算机进行控制，从而精确地控制去除目标组织的深度，达到治疗的目的。激光换肤不仅克服了传统方法易出血、深度不易控制等缺点，还有刺激皮肤弹力纤维，使其收缩的作用。弹力纤维的收缩可使皮肤收紧，进一步促进表浅皱纹消失，除皱效果更加明显。在进行激光换肤术前后应避光，适当服用维生素类药物，术后面部用药或换药防止感染等。换肤术偶尔会出现的皮肤色素沉着，在黄种人比较常见。术后三个月内色素沉着发生率较高，这种色素沉着多在半年内消失，不再复发。出现这种情况，不必进行特殊处理，应避光，并在医生的指导下使用一些防晒护肤品。为了避免发生永久性色素沉着，在选择手术适应症时应注意，尽量选择肤色浅或肤色深的患者，对于肤色介于两者之间者慎用换肤术。
四、激光治病
用激光参与治疗的病种愈来愈多，对于其中许多疾病来说，激光无非是手术刀或其它已有治疗手段的替代工具；而对于另一些疾病来说，激光治疗确代表着革命性的进步。这些疾病以往的治疗往往十分不理想，甚至束手无策，激光使这些无法解决的难题有了新的答案。激光在皮肤美容科的应用，尤其是近年来出现的治疗项目，多数是属于后者，比如，葡萄酒色斑、毛细血管扩张、酒糟鼻等浅表血管性疾病的治疗，太田痣、咖啡牛奶斑、雀斑、浅表的先天性色素痣等先天性色素疾病，以及老年斑、部分后天性色素沉着的治疗，以及体毛过多、人工纹身或浅表的外伤性纹身的消除，激光在上述领域都已经成为当之无愧的首选方法，这是一场造福患者与医生双方的革命，数千年来，人类从来没有这么自由、快捷、有效、安全地去除过那些梦中都想去除的有碍观瞻的疾患。此外，针对浅表皱纹、浅表瘢痕等许多新方向，人们即将开发出更合理的治疗。利用激光治疗面部毛细血管瘤、色素痣等。其原理是不同颜色的组织对不同波长的激光吸收率不同，当用这些特定波长的激光对病变部位进行照射时，这些色素或血红蛋白受激光破坏最重，而周围的正常组织受损伤轻微，当遭受破坏的病变组织逐渐被身体吸收，疾病或皮肤内的色素便得到治愈。由于激光对正常组织仍有轻度的损伤，所以每次治疗的激光照射量不宜过大，以免损伤过度形成疤痕，宜采用由浅入深分次治疗的方法。治疗后，受到破坏的色素逐渐被吸收，因此采用激光治疗皮肤色素性疾病不能急于求成，治疗后短时间没有效果也不必着急。
因此，整形外科医师需要更多地掌握这些新的治疗手段，才能超越植皮等常规的手术方法，为患者提供更理想的治疗。激光素有神奇之光的美名。激光美容经过皮肤专家数十年的临床经验和实践，更是成为了倍受人们欢迎的医疗美容方法。
激光技术在医学上的应用,除了以上介绍的医科以外,还有用激光技术在治疗胆结石、骨科、妇科、消化道以及激光灭菌等方面不断有新的应用成果和发展。此外,激光器件和各类激光专用或多用的医疗设备, 也都在迅速发展,再加上未来世界经济一体化的促进,各国科研人员与医生合作创新,可以相信在人类对于激光医疗更大需求下,一个以治病救人的激光医学正是方兴未艾,蓬勃发展。
激光的应用与发展前景
高功率激光在医学上的应用已经非常普遍。从体表各种疣、痣、赘生物及良恶性肿瘤的气化切割,到内腔疾病的治疗。从最早的二氧化碳、Ｎｄ:ＹＡＧ激光到准分子激光、高能超脉冲二氧化碳激光、调Ｑ的翠绿宝石、ＨＯ:ＹＡＧ激光以及高功率半导体激光的应用,激光器逐步趋向于小型化、轻便化。柔韧的光纤可选择性地输出较高功率的激光。特别是
近几年出现的ＨＯ:ＹＡＧ和高功率半导体激光使激光外科技术获得重大进展,在普外、泌尿、妇科、耳鼻喉科等多个领域推广使用。
ＨＯ:ＹＡＧ-中红外激光波长为2.15μｍ左右ＨＯ:ＹＡＧ激光,目前脉冲能量可达0.5～2.8Ｊ/脉冲;脉冲频率5～40 次/ｓ;平均功率1.25～80Ｗ。人体组织水吸收率在2.0、3.0 μｍ光的波长附近有两个尖锐的吸收峰,此波段与组织作用时,光易被体液吸收,对邻近组织热扩散作用小,比其它可见光及近红外激光的热损伤小,光作用点吸收强[8]。现已成功地应用于各内窥镜手术:经喉镜治疗声带息肉;经纤维支气管镜治疗肺癌;经食道、胃、肠镜治疗息肉、恶性肿瘤;腹腔镜下治疗卵巢囊肿、子宫内膜移位症;膀胱镜、输尿管镜下进行前列腺肥大、碎石、膀胱癌等手术。气化切割作用优于Ｎｄ:ＹＡＧ激光。
半导体激光早期的半导体激光因不能输出高功率激光而受到限制。关键在于微型大功率半导体芯片的生产技术。随着高功率半导体激光阵列技术、可兼容的光导纤维以及参量计算精密控制技术的出现,医学多科应用的前景十分可观。英国研制的805ｎｍ波长的砷化镓铝半导体激光,不需水冷却,体积很小,能同时完成气化和凝固作用。它具有五种工作模式:①)接触式手术:非常适合在内窥镜下进行最小侵入式手术,如膀胱肿瘤、前列腺切除、悬雍垂及鼻息肉切除。②非接触式手术:主要通过其脉冲模式和热效应进行骨科手术,包括关节镜手术、椎间盘切除等。③插入式或光凝固手术:激光束从光纤末端的探头刺入组织中,由纵向传导转变为径向散射,使周围组织升温,引起变性、凝固坏死,用于肿瘤的治疗。④光动力疗法:随着新的光敏剂的开发使用,波长在630～980ｎｍ的半导体激光对光动力学疗法极为有效。⑤组织焊接:波长808ｎｍ的半导体激光产生损伤较小的,有选择的组织反应,从而使组织粘连。半导体激光生物效应介于Ｎｄ:ＹＡＧ及ＨＯ:ＹＡＧ之间,气化作用优于Ｎｄ:ＹＡＧ激光,凝固止血作用优于ＨＯ:ＹＡＧ激光,发展前景非常广泛。
新型高能超脉冲二氧化碳激光美国的高能超脉冲二氧化碳激光近两年进入我国。它具有精美的触摸式荧屏控制台,有多种可调光斑手具,光束精细得像手术刀样在纸上划过而不留痕迹,又可通过电脑图形发生器,变换多图形大光斑,发生均匀注入式输出。脉冲能量大于200 ｍＪ,脉冲频率及峰值能量高,激光波型呈矩形,波峰均在有效范围内,间隙对周围组织无损伤, 在去除皮肤皱纹和色素斑块、整复眼袋、重睑成形等美容手术方面疗效显著。
多功能多波长的“维纳斯”多功能多波长的“维纳斯”激光美容系统,它是集755ｎｍ翠绿宝石、1064ｎｍＮｄ:ＹＡＧ、可调脉宽532ｎｍ和倍频ＹＡＧ为一体,在去除色素性病变如:太田痣、错误纹眉、纹身、血管瘤、鲜红斑痣的治疗中能发挥很好的作用。它配有蓝宝石冷却头,对周围组织的热损伤较小,疤痕发生机率明显下降。在医学的诊断与治疗中,小型微型化、多波段、长寿命、可靠性和高效率的激光已成为激光医疗技术发展的方向。激光的发明者Tmaiman 博士曾预言,下世纪每个医生都应有一台激光。激光技术已深入到生命科学的各领域,成为解决临床治疗难题的有力武器。
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