1、激光醫學第三章第1頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四醫學上使用CW激光時的計量需知道：激光輸出功率（ P） 被照射面積（s） 被照射時間（t）給出：功率密度（I）、能量密度（D）第2頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四對脈沖激光的計量需知道：激光單脈沖能量（E） 脈沖寬度（t） 重復頻率（f） 被照射面積（s） 被照射時間（t）給出：峰值功率（Peak Power）、脈沖數、功率密度（I） 、能量密度（D）第3頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四第三章 激光對生物體的作用目的和要求： 1掌握激光的基本特性 2掌握激光對生物組織

2、的主要作用 （即激光生物效應）第4頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四 激光是一種光源，也是一種電磁波，但它對生物體的作用與普通光源和普通電磁波相比有其獨特之處。為什么？這與激光所具有的特性是分不開的。 激光的基本特性 1、單色性好 2、方向性好 3、亮度高強度大 4、相干性好第5頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四激光的基本特性 激光的上述幾個特性都是相互關聯的，單色性好、方向性好導致亮度高強度大。第6頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四二、激光生物效應激光生物效應的概念 兩類激光生物效應兩種生物反應水平的激光 激光生物作用

3、第7頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四激光生物效應的概念激光與生物組織相互作用后引起的生物組織的任何變化，都稱為激光生物效應。第8頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四兩類激光生物效應第一類激光生物效應：激光與生物組織相互作用的結果，因生物組織的作用，使激光參量發生改變的現象。是激光診病的依據。第二類激光生物效應： 因激光的作用，使生物組織發生形態或機能改變的現象。是激光治病的基礎。第9頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四兩種生物反應水平的激光強激光：用這種生物學劑量水平的激光直接輻照生物組織時可導致生物組織發生不可逆性損傷，則

4、定義這種強反應水平的激光為強激光。弱激光：用這種生物學劑量水平的激光直接照射生物組織，不會引起生物組織直接發生不可逆性損傷，則定義這種反應水平的激光為弱激光。 第10頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四激光生物作用 發生激光生物效應的過程叫激光生物作用。主要有：1）光致發光作用2）光致發熱作用3）光致壓強作用4）光致化學作用5）弱激光的生物刺激作用。 第11頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四(一) 光致發光作用 光致發光作用：生物組織吸收了激光能量之 后又以輻射的方式釋放光能的過程。通常有兩類發光；一類是熱輻射發光，另一類是非熱輻射發光。 非熱輻射

5、發光又稱冷光。例：螢火蟲的生物發光；高能粒子發光（閃爍計數器）。第12頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光致發光作用 光致發光作用可用于臨床檢測與診斷。目前已用到的有載體熒光法、自體熒光法、偏光法等 。第13頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四載體熒光法給體內注入易于潴留在癌組織內的的熒光素藥物后若干小時，再用較短波長的激光照射待檢處，若能發現熒光素藥物發出的熒光，則該處可能為病灶，并以此定位。由于此法的光致發光光源是外來藥物，所以成為載體熒光。第14頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四自體熒光法組織發生良性病變或惡變時，會發

6、生結構或生物物理學參量改變，用較短波長的激光照射這些組織時可發出帶有病變信息的特征熒光。例如：用波長為365nm的氙離子激光照射，若出現腫瘤特有的630nm波峰的特異熒光，則提示腫瘤陽性反應。第15頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四熒光產生原理當紫外光或波長較短的可見光照射到某些物質時，這些物質會發射出各種顏色和不同強度的可見光，而當光源停止照射時，這種光線隨之消失。這種在激發光誘導下產生的光稱為熒光，能發出熒光的物質稱為熒光物質。 第16頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四幾乎所有物質分子都有吸收光譜，但不是所有物質都會發熒光。產生熒光必須具備以

7、下條件:1.該物質分子必須具有與所照射的光線相同的頻率,這與分子的結構密切相關。2.吸收了與本身特征頻率相同的能量之后的物質分子,必須具有高的熒光效率。許多吸光物質并不產生熒光，主要是因為它們將所吸收能量消耗于與溶劑分子或其它分子之間的相互碰撞中，還可能消耗于一次光化學反應中，因而無法發射熒光，即熒光效率很低。第17頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四由熒光的發光原理可知，分子熒光光譜與激發光源的波長無關，只與熒光物質本身的能級結構有關，所以，可以根據熒光譜線對熒光物質進行定性分析鑒別。照射光越強，被激發到激發態的分子數越多，因而產生的熒光強度越強，測量時靈敏度越高。一般

8、由激光誘導熒光測量物質的特性比由一般光源誘導熒光所測的靈敏度提高2-10倍。第18頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四生物組織的自體熒光屬于分子熒光。在能量釋放過程中,生物組織通過三種方式消耗能量：熱消耗、熒光發射、在一個光化學反應中被利用。在熱消耗過程中，光線僅僅被吸收而無熒光產生；在光誘發的光化學反應表現為褪色。所以，生物組織的自體熒光是與熱消耗和光化學反應相互競爭的結果，哪一種情況的發生率高，則哪一種情況占主導地位。熒光光譜較寬。實際上，探測器接收到的生物組織發出的自體熒光是激發光特性（功率、波長、激發光輸出端的幾何結構）、組織內熒光物質的含量與特性、其它物質對熒光

9、的吸收與散射特性、熒光接收端的幾何與光學特性等等諸多因素的綜合效果。第19頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四研究癌患者血清自體熒光光譜的特征,建立簡便快速的癌篩查方法,為實現肺癌,腸癌的早期發現提供輔助手段。方法用常規的熒光分光光度計,在405nm激發下, 測量癌患者和正常人血清的自體熒光發射光譜,分析研究二者的熒光光譜差異。結果與正常人的血清自體熒光相比,肺癌,腸癌和乳腺癌患者在518nm的熒光峰明顯增強。肺癌和腸癌患者血清在622nm熒光峰的相對強度T與背景熒光I612(612nm處熒光強度)有關。當I612在6I612 530 第27頁，共80頁，2022年，5月

10、20日，13點39分，星期四4影響熱作用的因素1）激光熱作用與激光參數有關 2）激光熱作用與生物組織特性有關 3）激光熱作用與作用持續時間有關 第28頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光致熱作用的應用在臨床上可用于激光理療，激光凝固、汽化和切割手術。弱激光的熱作用可改善局部血液循環，改善組織營養，促進代謝、修復等，還可改善神經系統功能。第29頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四強激光的熱作用光致熱凝固包含生物組織熱致紅斑、熱致水泡及熱致凝固三種水平。腫瘤的激光溫熱療法、激光組織凝合術、視網膜焊接術、血管瘤等凝固止血術。光切除：激光汽化與切割對骨組織

11、機鈣化粥樣硬化斑塊表現出很好的切除作用，切口平滑無炭化。第30頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四(三) 光致壓強作用一個著名實驗光子能量為E=h，光子動量為P=h/c 單位面積單位時間的光子數是n=Ih總動量 P=（Ih）（h/c）=I/c 一次壓強二次壓強第31頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光壓，是射在物體上的光所產生的壓力。如陽光照在身體上，不僅會感覺發暖，亦有壓力，只是因為感覺器官的限制而感覺不到。光壓的發現源于俄國和美國。19 世紀，英國物理學家麥克斯韋創立了電磁理論，指出光的本質是電磁波。麥克斯韋還預言：光射到物質表面時，將對這一表

12、面施加壓力。彗星尾巴背著太陽就是太陽的光壓造成的。第32頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四第33頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四測量光壓的實驗列別捷夫所用儀器的主要部分是一用細線懸掛起來的極輕的懸體R，其上固定有小翼a及b，其中一個涂黑，另一個是光亮的。將懸體R置于真空容器G內。借助透鏡及平面鏡系統將由弧光燈B發出的光線射向小翼中的一個。由于作用在小翼上的光壓力，使懸體R轉動。轉動的大小，可借助望遠鏡及固定在軸線上的小鏡觀察到。移動雙鏡能使光射在涂黑的小翼上。比較兩種情況下懸體轉動的大小，列別捷夫測得，涂黑表面所受的光壓力比反射表面所受的光壓力

13、小一半，與理論完全符合。 借助薄片P1使光流的一部分射到溫差電池T上可以度量入射光能量的大小，因而可以對理論作出定量的驗證。第34頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光致壓強作用的二次壓強主要有：氣流反沖壓強內部汽化壓強熱膨脹超聲壓強等離子體膨脹壓強（I 109Wcm2）電致伸縮壓強等第35頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四氣流反沖壓強 氣流反沖壓強是指生物組織表面受激光照射引起汽化時產生的反沖壓。 第36頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四內部汽化壓強 內部汽化壓為激光聚焦于組織內部引起汽化時存在的壓強。 第37頁，共80頁

14、，2022年，5月20日，13點39分，星期四等離子體膨脹壓強等離子體膨脹產生的沖擊波可用于激光碎石術及激光眼科手術。第38頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四(四) 光致化學作用 1）定義：激光與生物組織相互作用時，可直接引起化學反應，這種作用稱為光致化學作用，簡稱光化作用2）光化學吸收定律3）光化學量子定律 4）光化反應的類型第39頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光化學吸收定律表述 ：（又稱光化學第一定律）只有 被分子吸收的光子，才能在系統中導致化學反應推論 ：光化學反應具有波長選擇性。 第40頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39

15、分，星期四光化學量子定律表述：（ 又稱光化學第二定律）在任何光化反應中，每個光子只和一個分子（離子或原子）反應。推論 ：對于確定波長的激光，其光化效應只決定于光的總能量，而不決定于光的功率。（E=P t）注意：實際上激光生物效應是有功率閾值的，不完全相同。 第41頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光化反應的類型主要有四種類型： 1）光致分解 2）光致氧化 HCHOO22COCO2H2OHC00H 3）光致聚合 4）光致敏化 （X，Y，S）（X，P，S） 第42頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光致敏化的類型不需分子氧參與的光致敏化常用呋喃香豆素類

16、物質吸收約為365nm的光（處于可見光與紫外光邊緣）可用于治療白斑病和牛皮癬。第43頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四光動力學作用（photodynamic effect） 激光醫學中的光敏化反應一般指需要分子氧參與的光敏化反應。 此類光敏化反應稱為光動力學作用。光動力學作用需三個基本條件： 即光、氧、敏化劑 血卟啉衍生物（hemotoporphyrin derivative， HpD） 第44頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四(五) 弱激光的生物刺激作用主要有三個方面：對血液系統的作用 對神經系統的作用 對淋巴系統的作用 第45頁，共80頁，2

17、022年，5月20日，13點39分，星期四對血液系統的作用 對血液的有形成分（白細胞white cell、紅細胞 red cell、血小板）和無形成分（血漿中的葡萄糖、酶、激素、補體等）產生多方面的刺激和調節作用。從而可激活血液細胞免疫活性物質，改善血液流變學指標，促進血循環，恢復血流的生理功能（輸送營養、氧氣，帶走廢物、廢氣）。 第46頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四對神經系統的作用 激光照射到神經細胞，進而刺激中樞神經，起動神經體液調節機制，提高生物活性物質內阿片肽的含量，對鎮痛、調節代謝和免疫活性等功能有重要作用。 第47頁，共80頁，2022年，5月20日，1

18、3點39分，星期四對淋巴系統的作用 激光照射到淋巴細胞（組織或液），可以調節機體的免疫功能，防止感染，消除炎癥等，維持自身穩定和免疫監視作用。第48頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四思考題1激光碎石術屬于什么激光生物效應？2燒蝕光分解作用屬于什么激光生物效應？3血管吻合術屬于什么激光生物效應？4一束光對被照射物面的總動量P與這束光的光能量密度D的關系式是什么？ 5弱激光生物刺激效應主要有哪幾個方面？ 第49頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四血管吻合術新華網甘肅頻道7月14日消息 蘭州日報訊 近日，蘭大二院神經外科實施顳淺動脈大腦中動脈血管吻合術，

19、成功救治了3名因頸內動脈完全閉塞導致偏癱、失語、意識障礙的患者（其中有一名煙霧病患者），均取得了良好的效果。據了解，該項技術的開展在甘肅省尚屬首次，在全國也不多見。 第50頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四血管端端吻合術1.拉出血管外膜 2.切除血管外膜 3.沖洗斷端管腔血管吻合前處理1.分離血管斷端：動脈兩端需先適當分離，并將鄰近關節保持于半屈位，以減少張力。有時可以切斷某些不重要的側支，以增加主要動脈的長度。年輕傷員健全的動脈可拉長-，以彌補缺損間隙，進行直接吻合第51頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四2.檢查血流狀況：按清創時預定的血管切除

20、范圍剪除損傷部分時，動脈近端應有活動性噴血。如噴血不旺，應考慮近段仍有阻塞，可用塑料管插入動脈內吸引沖洗。如仍不見效，則須再次切除一段。如噴血旺盛，再用血管夾阻斷血流。同樣暫時開放遠端血管夾，檢查動脈逆流是否良好。遠段如有血栓也須加以吸除，通暢后才可吻合。第52頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四3.剝除血管外膜：用血管鑷夾住血管斷端外膜向外牽拉后剪去，以免在縫合時將外膜帶入管腔而引起血栓形成；或用小剪刀細致剝離、剪除血管斷端的外膜，慎勿損傷血管壁。一般每側斷端剝離外膜各0.5-1長4.沖洗斷端管腔：將兩側斷端修剪整齊后，用0.1肝素生理鹽水（也可用0.5普魯卡因）沖洗兩

21、斷端的管腔，沖出凝血塊以防止吻合口處血栓形成。 第53頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四吻合后處理1.松開血管夾：吻合完畢后，先松遠端血管夾。如吻合口有少許漏血，一般用紗布輕壓幾分鐘即可停止，必要時可在漏血較多處補縫針，但應盡量避免發生此類事情，以防止血栓形成。吻合時應力求完善。如已無漏血，隨即開放近端血管夾。2.處理動脈痙攣：檢查吻合口上、下方動脈的搏動情況和肢體遠端的顏色、溫度、脈搏。如動脈有痙攣現象，可敷以2.5罌粟鹼液紗布。如傷肢的血運不佳，可用普魯卡因液作交感神經節或血管周圍神經阻滯。3.處理并行靜脈：并行靜脈（尤其是股靜脈和髂外靜脈）如有損傷，應加以修復，以

22、減少靜脈郁滯。如不便進行，則可于結扎后切斷。第54頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四縫合傷口1.覆蓋吻合口：縫合好的動脈和靜脈不可裸露，必須用周圍組織（最好用肌肉，也可用皮膚或皮下組織）很好地覆蓋，可起保護和供給營養的作用。縫合處附近有骨折時，要用肌肉將血管與骨折端隔開，以防骨痂形成而壓迫血管。2.避免死腔：縫合時應避免遺留死腔，以防血漿潴留導致感染。3.引流、縫合：若傷口清潔新鮮，可行一期縫合，并從另一小切口放置引流條，但不可直接接觸血管吻合處。引流條須早日取出。若傷口污染較重，皮膚必須敞開，5-10日后作延期縫合。第55頁，共80頁，2022年，5月20日，13點3

23、9分，星期四拉出血管外膜 切除血管外膜 血管吻合前處理 第56頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四沖洗斷端管腔 第57頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四血管吻合法 定點線間加針縫合 縫上、下定點縫線 第58頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四翻轉縫合后壁 均勻縫合前壁 第59頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四作三針定點縫合 連續縫合前1/3邊 第60頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四第61頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四第三軍醫大學西南醫院整形美容外科，

24、首次運用血管吻合術，成功地使一面積巨大的頭皮撕脫傷患者頭發獲得再生。48歲的患者陳女士家住重慶南岸區。陳女士在車間工作時，一頭秀發不慎被卷入運行的機器內，整個頭皮從雙眼上瞼處掀起至頸后發際處，創傷面積巨大。一般的手術方法是將患者頭皮回植，該手術愈后時間長，并且患者的頭發不會再生長，將永遠成為禿頭。如果采用血管吻合術，愈后時間短，頭發也能自然生長，但是，該手術面臨著巨大的風險。患者被推進手術室。患者靜脈血管已斷裂，手術由此開始。首先，在這兩根直徑分別為1毫米左右的血管斷裂處進行修整，隨后，用比頭發絲還細的血管吻合線將血管分別對接。動脈血管縫合8針、靜脈血管縫合10針后，歷經兩小時均告成功。而后對

25、患者頭皮進行了縫合，縫合的針數不低于150針。整臺手術在歷時6小時后順利完成.如不出意外，患者的頭皮將恢復到從前一樣，并重新擁有一頭秀發。第62頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四激光血管吻合術80年代初,激光血管吻合術出現.盡管人們進行實驗研究的技術裝備,實驗設計,研究對象,觀察檢測手段及結果各不相同,但得到的認識是一致的,即激光血管吻合術速度快,通暢率高,組織缺血時間短,技術容易掌握.隨著激光血管吻合術的進一步成熟和完善,必將給顯微外科及創傷外科帶來新的生機.近30年來,顯微外科得到迅速發展,它已滲透到外科的各個領域,得到了日益廣泛的應用.由于血管吻合的傳統方法是縫合

26、法,特別是要縫合微小血管,難度大,出血量多,費時，且異物反應增加，官腔內徑減少,大大影響了手術的成功率和更廣泛的應用.人們對能簡化手術過程,縮短手術時間的器械裝備和技術方法很感興趣.第63頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四激光血管吻合,主要是基于激光輻射的熱效應,即組織對聚焦激光束光能的吸收,引起待吻合血管斷端的熱損傷,造成部分蛋白質凝固粘連,從而保持了血管的連續性.組織熱損傷的程度主要取決于組織的熱特性(比熱,熱傳導等),光特性(隨激光波長而改變的光的吸收,散射等)及激光輻射參數(波長,功率,光束直徑,輻照時間等).因而選擇臺適的激光器及輻照參數和血管吻合的技術方法是

27、十分必要的.第64頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四 Nd:YAG，CO2 ， Ar+三種激光器被用于血管吻合的實驗研究或臨床實踐 激光吻合血管最大的缺點是粘結力量不夠，因而假性動脈瘤形成和吻合口的破裂的發生率很高。為了增加激光粘合血管的強度，可在120點留置縫針，然后在兩針之間用激光焊接。第65頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四對吻合血管的技術方法目前大量的激光血管吻合幾乎都是先用傳統的縫針在吻合口處縫24針,使血管對合,固定,便于牽拉翻面,然后再用激光焊接縫線間的區域.但這樣無法充分體現激光血管吻臺操作快,機械操縱手術結果恒定,對血管壁損傷較

28、少,易于在顱腔等狹窄深處應用等優點,也無法擺脫傳統縫合法帶來的費時,技術不易掌握等不足.第66頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四激光碎石術腎結石是潛伏在人體的隱形炸彈，少數患者長期沒有癥狀，往往在體檢時偶然發現。此時，腎結石也早就積聚成大塊，成型顯現了。因此，對于腎結石一定要早發現、早診斷、早治療，將結石扼殺在搖籃之中。 第67頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四腎結石的典型癥狀： 1）絞痛。40%-50%的病人都有間隙發作的疼痛史。多表現為突然發作的陣發性刀割樣疼痛,疼痛劇烈難忍,病人輾轉不安,疼痛從腰部或側腹部向下放射至膀胱區,外陰部及大腿內側

29、,有時有大汗、惡心嘔吐。2）血尿。血尿是腎結石的另一主要癥狀。疼痛時,往往伴發肉眼血尿或鏡下血尿,以后者居多,大量肉眼血尿并不多見,體力活動后血尿可加重。結石并發感染時,尿中出現膿細胞,有尿頻、尿痛癥狀。3）其他癥狀：當繼發急性腎盂腎炎或腎積膿時,可有發熱、畏寒、寒顫等全身癥狀。雙側上尿路結石或腎結石完全梗阻時,可導致無尿.第68頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四結石形成根源的四大因素 （一）流行病學因素：包括年齡、性別、職業、社會經濟地位、飲食成份和結構、水分攝入量、氣候、代謝和遺傳等因素。實驗證明,飲食中動物蛋白、精制糖增多,纖維素減少,促使上尿路結石形成。大量飲水

30、使尿液稀釋,能減少尿中晶體形成。相等高溫環境及活動減少等亦為影響因素,但職業、氣候等不是單一決定因素。 第69頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四（二）尿液因素：1、形成結石物質排出過多：尿液中鈣、草酸、尿酸排出量增加。2、尿量減少，使鹽類和有機物質的濃度增高。3 尿中抑制晶體形成物質含量減少，如枸櫞酸、焦磷酸鹽、鎂、酸性粘多糖、某些微量元素等。第70頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四（三）解剖結構異常：如尿路梗阻,導致晶體或基質在引流較差部位沉積,尿液滯留繼發尿路感染,有利于結石形成。（四）尿路感染：大多數草酸鈣結石原因不明。磷酸鈣和磷酸鎂銨結石與感染和梗阻有關。尿酸結石與痛風等有關。胱氨酸結石是罕見的家族性遺傳性疾病,尿中排出大量胱氨酸所致。第71頁，共80頁，2022年，5月20日，13點39分，星期四腎結石的三大危害： 1）局部損傷：小的結石,容易磨傷尿路粘膜引起出血、腎絞痛;大的腎結石,可長期壓迫尿路粘膜,使上皮脫落、組織潰瘍,以至結石與輸尿管管壁形成粘連,甚至引發癌變。2）影響腎功能甚至尿毒癥：腎結石最容易在腎盂輸尿管連接處停留,引起尿路梗阻。尿路梗阻后,梗阻以上的輸尿管和腎盂就會擴張、積水,影響腎功能,嚴重者可使整個腎臟功能喪失,甚至導致尿毒癥。第72