激光治療儀在醫療領域的應用及發展概況
2014-08-22
近年來，激光技術發展很快，激光療法開辟了手術、藥物兩大治療措施以外的一個新領域，使之成為現代醫療學的一個重要內容。對于許多疾病來說，激光療法是一種不可替代的有獨到效果的治療手段。
激光在醫療的發展領域中最早應用于眼科，發展最快的也是在眼科，其原因是由于眼球所具有的特殊光學性質;另一方面是由于激光技術的飛速發展不斷地為醫學臨床提供了各種不同類型、不同性能的激光器，使激光技術的發展帶動了眼科激光治療的進步，從而使激光在眼科的廣泛應用又促進了激光技術的發展。
一、激光治療儀的工作原理
激光的產生必須有激勵源(包括光、電或化學等)，使激光介質(固體、氣體、液體、半導體等物質)受激振蕩，產生輻射和放大。激光具有單色性好、方向性好、能量高、密度高、發散度小，以及激光束照射到生物組織可產生光熱效應、光電磁效應、光化學效應、生物刺激效應等特點。激光在醫療上充分了發揮凝固、燒灼、切割、氣化、光敏、針灸、免疫、麻醉、止痛等多種功能起到了很大的作用。
激光與普通光一樣其發生原理與發光物質內部的原子和分子運動有關，激光的受激輻射和受激吸收互為逆過程，就單個原子而言二者發生的機率是相同的;一般在物質中，處于低能級的原子比高能級的多，所以受激吸收比受激輻射要占優勢，當外來的光子照射時，看到的都是光吸收現象，要使受激輻射超過受激吸收就必須使處于高能級的原子數多于低能級的原子數才能實現粒子數的反轉。
激光就是這種能夠實現粒子數反轉具有亞穩態的物質，它的形式可以是固體、氣體或半導體等，激光主要有兩種形式，一般來說以電或光對光工作物質進行激勵的方式較為常見，電激勵常用于氣體激光器，它是通過直流放電、交流放電、高頻和脈沖放電等多種形式來激勵工作物質，光激勵是用普通光或激光照射工作物質，常用于各種固體激光器。
除此以外，還有化學激勵、核激勵、熱激勵等方式來激勵工作物質。在實現了粒子數反轉的工作物質中，原子雖然可以產生受激輻射，但這種輻射是雜亂無章的;為了獲得方向性及波長一致具有較高能量的光能還需要將工作物質放人一個光學諧振腔內，光學諧振腔是由兩塊光學反射鏡組成，其中一塊是全反射鏡，它要求反射率為99%以上，而另一塊是部分反光鏡，允許有小部分透射，大部分反射，這樣沿兩鏡分共法線方向往返的光被鏡面反射后可以多次通過工作物質逐次放大增強，使光子數量獲得雪崩式的增加，當這種光波增強到足以抵擋諧振腔內各種損耗時，就可以在諧振腔內形成持續的振蕩，這時從部分反射鏡透射出來的那部分振蕩就形成了激光光學。
諧振腔內的一個重要作用就是只允許反射鏡面相垂直的光線和波長的整倍數與腔體長度相一致的光線在腔內產生振蕩，這樣就嚴格限制了輸出光子的方向和頻率，保證了激光方向性好、亮度高、顏色純等特性。因此，工作物質激勵和諧振腔是產生激光最基本的條件。
二、激光治療儀的分類
目前，激光治療儀按其作用機制的不同大致可分為光凝激光器、光分裂激光器、光切割激光器、光動力治療激光器和弱動力治療激光器。光凝激光器是利用激光的熱效應來造成組織的凝固、蒸發、汽化和炭化;光分裂及光分割激光器是利用激光的離子化效應或光化學效應來分裂切割組織;而光凝激光器按其歸類主要有紅寶石激光器、氫離子激光器、半導體激光器、二氧化碳激光器、高能超脈沖二氧化碳激光器、光切割激光器、YAG激光器和準分子激光器。紅字石激光器是由紅寶石晶體常用亮度極高的氮燈來激勵，主要輸出激光波長為694.3nm的紅色激光，它一般以脈沖的形式輸出;氫離子激光是利用電流放電來激勵激光腔中的氣體把氫原子變為正離子來實現粒子數反轉和受激輻射，并且經諧振腔振蕩放大后連續輸出488nm和514.5nm的拉藍色激光和綠色激光，因其可以穩定連續的輸出，激光又能通過光纖傳導，所以其曝光時間輸出功率和光大小可以隨意調節;把氫激光管內的氫氣換成氧氣就成了氧激光，氧激光可以發出16條譜線，其中主要的顏色為藍色、綠色、黃色以及紅色四條譜線;如果讓這四條譜線在諧振腔內一起振蕩，合起來輸出的就是白光半導體。二極管激光器是以半導體二極管材料為工作物質，是一種體積小、結構簡單、堅固效率高的激光器，它所發出的紅外激光對組織有較強穿透力。
光切割激光器主要有準分子激光器，它是利用化學效應來切割組織的一種激光器，準分子激光的激勵方式有電子放電、光微波和質子束等幾種方式，工作物質是惰性氣體與鹵素混合后受到外來能量的激發而形成的化合物，這種化合物的分子極不穩定，壽命僅為幾十納秒;最常用的是氟化氫準分子激光器，它是用電子泵高能放電來激勵氫和氟輸出193nm的紫外線激光;準分子激光具有波長短、光子能量大、穿透力淺的特點。這種激光的每個分支都有6.4ev的能量;而且角膜組織中肽鏈與碳分子之間的能量都為3.4ev，該激光光束作用于角膜組織后會將角膜組織分子鍵打開，使角膜組織分離成小片段而氣化;準分子激光的熱效應很低，對周圍組織幾乎沒有熱損傷，用該激光切割組織時，切口整齊對鄰近組織損傷的范圍很小;準分子激光的穿透力僅為1um左右，當組織吸收紫外線激光能量后，高能量的光子能打裂分子鍵將長鏈分子打碎成揮發性碎片在表面燒蝕掉，整個過程時間很短，并未達到熱擴散所需要的時間，所以使用準分子激光來進行眼部組織的治療對其周圍組織沒有熱損傷，并且組織切痕極細，這種準分子激光主要用于眼科屈光性角膜切削術(PRK)治療和角膜切除術(PTK)及高精度的角膜切開等眼科手術治療工作。
氬激光器的藍色光、綠色光很容易透過眼球的屈光間質被眼內色素組織所吸收而且氫激光的發散角小，在眼底能匯聚成極小的焦點，它主要用于眼底虹膜和房角的光凝治療。氟離子激光主要是用紅色光和黃色光，黃色光穿透力強，不被黃斑區視網膜神經皮層的葉黃醇所吸收，在光凝時可以避免損傷中心視力，同時紅光不會被血紅蛋白吸收，它對水腫出血的視網膜有較強的穿透力，在眼底光凝治療中具有很大的作用。真空二極管半導體激光所發出的810nm紅外激光對眼部組織有較強穿透力，可用其透過鞏膜來進行睫狀體或視網膜的光凝治療，以及穿透力的特點，將其通過控針引人眼內進行眼底光凝，但是紅外激光的透力較深。YAG激光的波長為2094nm，屬于中紅波段與水的最大吸收峰值相吻合，其能量可被眼內含水較多的組織吸收，并且大量轉化成熱，通過氣化把組織蒸發掉，從而達到切割組織的目的，其切割作用屬于光熱。切除它不僅可用于角膜屈光性手術，并且逐步可以用于虹膜、鞏膜造漏、玻璃體機化膜切除等手術。
YAG激光為1053nm的近紅外激光，其特點為機械損傷小，它聚焦在角膜組織表面以后，可以在局部產生一個微等離子體區，而該離子體區對此種波和激光的吸收率遠遠高于組織本身等離子體區，它吸收大量光子能量以后，能迅速膨脹產生一個微小的爆破，從而達到切割組織目的。激光手術目前主要用于普外科、肝膽外科、泌尿外科、心胸外科、燒傷外科、骨外科、神經外科、婦科、皮膚科、五官科等各科手術。醫用激光器作為手術治療的設備已充分體現了它無與倫比的優越性，激光在手術中具有以下的特點：
1、對周圍正常組織損傷小，比如傷口寬度可以是電刀的二分之一。因此術后反應輕，傷品愈合快，疤痕也小。
2、止血效果好，激光治療儀的止血時間是電刀的十四分之一，止血效果是電刀的2～4倍。
三、激光治療儀的應用
激光治療儀已經在醫療領域中有著廣泛的應用。主要表現在以下幾個方面：
(一)激光美容
激光美容是通過產生高能量的聚焦，精確地來通過激光美容的。激光它是具有一定穿透力的單色光，作用于人體組織后產生高熱量，從而達到去除或破壞目標組織的目的。它具有手術切口小、術中不出血、創傷輕、無癍痕的特點。
(二)血細胞激光掃描儀
血細胞激光掃描儀是一種高精度能有效地對癌癥等疑難疾病進行快速的診斷的先進激光設備。并且能有效地將癌癥診斷中不可缺少的全部細胞團用統計圖表將各個細胞像同時用畫面表現出來，并快速地進行掃描。掃描儀經過熒光染色的組織時，能對5000～10000個細胞掃描所需的時間為5～10分鐘，測定出各個細胞的熒光與散射光數據由計算機繪制出細胞團的各種圖表，如果需要看某個顯示出來的圖像也可由計算機制作成單個的細胞圖像。
若有異常細胞，它可以用其XY坐標的方式來顯示細胞的具體位置，并用顯微鏡進行觀察，并且用顯微鏡上的CCD照相機將顯微鏡上的細胞圖像拍攝下來，將測定的數據連用細胞像一起進行對比分析。
(三)接觸式激光刀
手術中出血一直是困擾外科醫師及外科發展的嚴重問題。高頻電刀、微波刀、氬氣刀雖然具有電切和電凝的功能，但對周圍的組織損傷較重，而接觸式激光刀則徹底解決了這一難題，它具有對組織的損傷最小的特點，其光纖與持刀部分能靈巧地配合，并且能與各種腔鏡配套使用，激光刀它不僅帶動了腹腔鏡及其它內外科的發展，更代表了當今外科的發展趨勢。人體組織主要是由水、蛋白質、脂肪等部分所組成，而不同的成分其分子結構不相同，對一定波長的光吸收率不同;激光刀主要是通過紅外能量表面吸收技術來處理，使探頭、探刀產生各種熱梯度分布。
激光刀它作用于不同組織時，它以獨特的探頭能量轉換技術作保證兼容了多種激光組織效應，使一套激光器可產生不同激光器的組織效應，從根本上實現了對組織無出血的目的，最低限度組織損傷的瞬間氣化切割和凝固，使激光在醫學領域應用中成為一把真正意義的無血手術刀。并且激光刀具有術后水腫輕、引流少的特點;術中高能量探頭產生的是無菌創面，術后感染及術后抗菌類藥物的使用，大大減少術中探頭氣化，腫瘤細胞避免了手術播散轉移，術中對肌肉神經等無電刺激無肌肉痙攣等優點，從根本上改變了傳統外科手術面貌，大大縮短了手術期間住院時間。(四)激光理療儀
激光理療儀一般多為幾毫瓦到幾十毫瓦的氦氖激器。由于半導體激光器的諸多優點，其必將取代氦氖激光器激光理療的地位。
(五)二氧化碳激光機
二氧化碳激光機是目前實用激光機中能量轉換效率最高的氣體激光機，它以較小的體積和供電就可獲得較大的輸出。采用射頻激勵結構，使激光機體積大為縮小，其脈沖調制更容易進行激光輸出。波長10.6um，輸出功率0.5～6W，焦點光斑直徑小于0.5mm，采用關節導光臂，需用半導體激光引導定位。
二氧化碳激光的波長處于水的吸收高峰，其能量很容易被含水組織吸收，因此，對組織穿透力不如YAG激光，但其熱效應強，從而使組織凝固、碳化、迅速產生切割。臨床上常用于軟組織疾病的手術治療，特別是大面積切割治療，與常規的手術方法比較，其手術時間短，止血效果好，反應和副作用小。
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