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激光治療儀在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展概況
2014-08-22
近年來，激光技術(shù)發(fā)展很快，激光療法開辟了手術(shù)、藥物兩大治療措施以外的一個新領(lǐng)域，使之成為現(xiàn)代醫(yī)療學(xué)的一個重要內(nèi)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(yī)療的發(fā)展領(lǐng)域中最早應(yīng)用于眼科，發(fā)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(xué)性質(zhì);另一方面是由于激光技術(shù)的飛速發(fā)展不斷地為醫(yī)學(xué)臨床提供了各種不同類型、不同性能的激光器，使激光技術(shù)的發(fā)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(yīng)用又促進了激光技術(shù)的發(fā)展。
一、激光治療儀的工作原理
激光的產(chǎn)生必須有激勵源(包括光、電或化學(xué)等)，使激光介質(zhì)(固體、氣體、液體、半導(dǎo)體等物質(zhì))受激振蕩，產(chǎn)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(fā)散度小，以及激光束照射到生物組織可產(chǎn)生光熱效應(yīng)、光電磁效應(yīng)、光化學(xué)效應(yīng)、生物刺激效應(yīng)等特點。激光在醫(yī)療上充分了發(fā)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(fā)生原理與發(fā)光物質(zhì)內(nèi)部的原子和分子運動有關(guān)，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(fā)生的機率是相同的;一般在物質(zhì)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(yōu)勢，當(dāng)外來的光子照射時，看到的都是光吸收現(xiàn)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(shù)多于低能級的原子數(shù)才能實現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。
激光就是這種能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)具有亞穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)，它的形式可以是固體、氣體或半導(dǎo)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(zhì)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(zhì)，光激勵是用普通光或激光照射工作物質(zhì)，常用于各種固體激光器。
除此以外，還有化學(xué)激勵、核激勵、熱激勵等方式來激勵工作物質(zhì)。在實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)中，原子雖然可以產(chǎn)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(zhì)放人一個光學(xué)諧振腔內(nèi)，光學(xué)諧振腔是由兩塊光學(xué)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(zhì)逐次放大增強，使光子數(shù)量獲得雪崩式的增加，當(dāng)這種光波增強到足以抵擋諧振腔內(nèi)各種損耗時，就可以在諧振腔內(nèi)形成持續(xù)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(xué)。
諧振腔內(nèi)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(shù)與腔體長度相一致的光線在腔內(nèi)產(chǎn)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(zhì)激勵和諧振腔是產(chǎn)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(yīng)來造成組織的凝固、蒸發(fā)、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(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)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(dǎo)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?yōu)檎x子來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激輻射，并且經(jīng)諧振腔振蕩放大后連續(xù)輸出488nm和514.5nm的拉藍色激光和綠色激光，因其可以穩(wěn)定連續(xù)的輸出，激光又能通過光纖傳導(dǎo)，所以其曝光時間輸出功率和光大小可以隨意調(diào)節(jié);把氫激光管內(nèi)的氫氣換成氧氣就成了氧激光，氧激光可以發(fā)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(nèi)一起振蕩，合起來輸出的就是白光半導(dǎo)體。二極管激光器是以半導(dǎo)體二極管材料為工作物質(zhì)，是一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、堅固效率高的激光器，它所發(fā)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(xué)效應(yīng)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(zhì)子束等幾種方式，工作物質(zhì)是惰性氣體與鹵素混合后受到外來能量的激發(fā)而形成的化合物，這種化合物的分子極不穩(wěn)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(yīng)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(dāng)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(fā)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(shù)(PRK)治療和角膜切除術(shù)(PTK)及高精度的角膜切開等眼科手術(shù)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(zhì)被眼內(nèi)色素組織所吸收而且氫激光的發(fā)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(qū)視網(wǎng)膜神經(jīng)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(wǎng)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(dǎo)體激光所發(fā)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(wǎng)膜的光凝治療，以及穿透力的特點，將其通過控針引人眼內(nèi)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(nèi)含水較多的組織吸收，并且大量轉(zhuǎn)化成熱，通過氣化把組織蒸發(fā)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(shù)，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(shù)。
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(chǎn)生一個微等離子體區(qū)，而該離子體區(qū)對此種波和激光的吸收率遠遠高于組織本身等離子體區(qū)，它吸收大量光子能量以后，能迅速膨脹產(chǎn)生一個微小的爆破，從而達到切割組織目的。激光手術(shù)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(jīng)外科、婦科、皮膚科、五官科等各科手術(shù)。醫(yī)用激光器作為手術(shù)治療的設(shè)備已充分體現(xiàn)了它無與倫比的優(yōu)越性，激光在手術(shù)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(shù)后反應(yīng)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(yīng)用
激光治療儀已經(jīng)在醫(yī)療領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(一)激光美容
激光美容是通過產(chǎn)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(chǎn)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(shù)切口小、術(shù)中不出血、創(chuàng)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(shè)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(tǒng)計圖表將各個細胞像同時用畫面表現(xiàn)出來，并快速地進行掃描。掃描儀經(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)連用細胞像一起進行對比分析。
(三)接觸式激光刀
手術(shù)中出血一直是困擾外科醫(yī)師及外科發(fā)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(nèi)外科的發(fā)展，更代表了當(dāng)今外科的發(fā)展趨勢。人體組織主要是由水、蛋白質(zhì)、脂肪等部分所組成，而不同的成分其分子結(jié)構(gòu)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(shù)來處理，使探頭、探刀產(chǎn)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(zhuǎn)換技術(shù)作保證兼容了多種激光組織效應(yīng)，使一套激光器可產(chǎn)生不同激光器的組織效應(yīng)，從根本上實現(xiàn)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(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中成為一把真正意義的無血手術(shù)刀。并且激光刀具有術(shù)后水腫輕、引流少的特點;術(shù)中高能量探頭產(chǎn)生的是無菌創(chuàng)面，術(shù)后感染及術(shù)后抗菌類藥物的使用，大大減少術(shù)中探頭氣化，腫瘤細胞避免了手術(shù)播散轉(zhuǎn)移，術(shù)中對肌肉神經(jīng)等無電刺激無肌肉痙攣等優(yōu)點，從根本上改變了傳統(tǒng)外科手術(shù)面貌，大大縮短了手術(shù)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(dǎo)體激光器的諸多優(yōu)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，使激光機體積大為縮小，其脈沖調(diào)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(guān)節(jié)導(dǎo)光臂，需用半導(dǎo)體激光引導(dǎo)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(yīng)強，從而使組織凝固、碳化、迅速產(chǎn)生切割。臨床上常用于軟組織疾病的手術(shù)治療，特別是大面積切割治療，與常規(guī)的手術(shù)方法比較，其手術(shù)時間短，止血效果好，反應(yīng)和副作用小。
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