第一章激光與光—組織相互作用一、激光的概念與特征二、各類激光三、組織光學四、光—組織相互作用五、組織冷卻六、光與組織相互作用的臨床相關性七、文身和良性色素皮損八、脫毛九、皮膚重建（ResurfaciMg）第一章激光與光—組織相互作用激光的概念和特征激光除了亮度以外，激光還具有以下不同于普通光源發出光的特征：（1）單色性：被激發的原子或分子本身決定了所產生輻射光的波長，更準確地說，在激光的特征性波長周圍是一個正態分布的狹窄帶。氬離子激光不同尋常之處在于它釋放雙波長的光（488nm和514nm）。其原因是在激發態和基態之間有中間軌道。（2）相干性：光可以被看作是正弦波，由激光發出的光具有時間相干性和空間相干性，也就是說光波是同相的、同時的和同空間的。第一章激光與光—組織相互作用（3）平行性：這是相干性的直接結果。因光的直線性和能量保護特征，光是平行的。它意味著，除非經過透鏡，光經過長距離傳播，光束彌散及少（圖1-2）

圖1-2平行光束示意圖第一章激光與光—組織相互作用各類激光1、激光通常以介質的成分（激光介質）來命名（圖1-3）介質可以是氣體(如氬氣、CO2和準分子激光）、液體（如脈沖染料激光）、固體<如翠綠寶石、半導體激光、鉺：釔-鋁石榴子石激光(Er:YAGlaser)、Nd:YAG和紅寶石激光>或固態（半導體激光），它們能被外部的能源，諸如閃光燈激勵。2、激光介質放在光學諧振腔（或共振器）內，決定受激輻射光的波長。3.一個反射鏡是全反射鏡，另一個是部分反射鏡。4、傳輸系統可以是光纖或關節臂，通過這些系統光被反射鏡反射。光纖優點在于輕便，利于操作和保管，然而，當光纖在操作、移動或清潔時被彎曲、扭轉超過限度時會折斷，這會增加使用成本，因為更換一根光纖要幾千美元，且通常不在制造商保修或服務合同范圍內。光纖質量不足以傳輸從諸如CO2、Er:YAG或短脈沖Q-開關激光中釋放的光，這類激光需要含多個反射鏡片的關節臂來傳輸。第一章激光與光—組織相互作用5、激光也根據光束的脈沖特征來分類。這可以是連續的、脈沖的或者質量開關的（qualityswitched）(Q-開關)（圖1-4A、B、C）。圖1-3顯示外部能源的激光，諧振腔內的激光介質，全反射鏡和部分反射系統圖1-4脈沖類型的簡單演示第一章激光與光—組織相互作用組織光學照射到皮膚上光的結局，可以從四個方面來討論（圖1-5）（1）反射：有4%—6%的光在角質層被反射掉。（2）吸收：光子的吸收遵守比爾定律（Beer’slaw）。通過組織（理想的均勻介質）的特定的波長的光，其強度狀態依賴于它的初始的光強度、穿透深度和消失距離（超過90%的光被吸收的距離）。沒有光的吸收，就不可能有對組織的作用。當一個光子被靶分子或靶色基吸收，它的所有能量就被轉移到那個分子上。選擇性皮膚激光手術的原理在于能夠根據波長、能量和脈沖寬度來操作激光，使特定的靶色基吸收光被損傷或毀壞，而別的色基沒有受影響。（3）散射：在皮膚，這主要是由于真皮膠原的原因，因為膠原分子的尺寸和近紅外線的可見光的波長相似。散射主要是向前的，在某些部位大量的反射光，使真皮上部的能量密度增加，超過了入射位置的強度。散射很重要，因為它迅速減少能量密度，使靶色基的吸收成為可能，因此在組織上產生臨床效果。波長增加，散射減弱，使其成為理想的媒介指向深層的皮膚結構，如毛囊。600-1200nm的波長是通向皮膚的光窗，因為它們不僅散射少，而且在這個波長范圍內限制了被生物體內的色素吸收。第一章激光與光—組織相互作用（4）投射：殘余的光傳輸到皮下組織，這主要依賴于波長，波長短的光（300-400nm）被散射，穿透不超過0.1mm。600-1200nm波長的光穿透得更深一點，因為它們散射的少。圖1-5皮膚上入射光的結局第一章激光與光—組織相互作用光-組織相互作用一、如果光能量要改變靶組織的結構，除了被吸收，還必須有充足的能量。能量以焦（J）為單位，但它通常更適用于描述“流量”或能量密度（J/CM2）。功率是發射能量的速率，測量的單位是瓦。二、光可以通過以下途徑影響組織：（1）光刺激：有模糊證據表明低能量激光加速傷口愈合，其機制不清楚。（2）光動力反應：它構成了光動力療法（photodynamictherapy）的基礎，包括一種光敏性藥物或其前體的局部或系統應用。適宜的光源可誘發兩種反應，光氧化反應和即刻細胞毒素反應。光動力療法也可以適用于生物體內的色基，諸如在痤瘡丙酸桿菌中發現的色基，用藍光殺滅痤瘡丙酸桿菌，痤瘡在臨床上就得到了改善。（3）光熱和光機械作用：選擇性光熱作用理論已經用于祛除皮膚的血管畸形、文身、某些良性的色素沉著病變和脫毛。該理論假定，如果所選定的波長其在靶組織和周圍組織之間的吸收系數差異盡可能大，能量密度足夠高以破壞靶組織，而且脈沖寬度低于或等于熱馳豫時間（

TRT），那么光可以用來選擇性損傷或毀壞靶色基。熱馳豫時間是指靶組織用于釋放約63%的熱量所需的時間，下面將詳述。波長：重要組織色基的吸收光譜與皮膚科常用的激光波長的關系如圖1-6所示。血紅蛋白有許多不同的吸收峰值，而黑色素的吸收隨著光波長的增加而逐漸減少。必須考慮靶組織的深度，因為真皮中的散射受到波長的強烈影響，波長越長，吸收相對減少。波長越短，吸收相對越多。在某些情況下，特別在黑色素中，單純的波長不是必需的，可能更需要閃光燈，因為它們具有較寬的發射光譜（500-1200nm）,比激光制造起來更廉價，可以用于濾光器（515-755nm）熱豫時間（TRT）：熱馳豫時間只與靶色基的大小有關，與靶色基大小的平方成正比。變化時間從幾納秒（文身離子）到幾百毫秒或更長（腿小靜脈）不等。在脫毛過程中，毛干的黑色素和毛基質細胞充當光吸收物質，而峽部的干細胞（可能和乳頭部的血管）就是遠處的靶組織。

第一章激光與光—組織相互作用

舉一個脫毛的例子，光脫毛時毛囊所含黑色素所用的脈沖時間（30-100ms）比表皮所含黑色素的熱損傷時間要長（1ms）。脈沖寬度為5-50ms的激光或光源能夠使能量積聚，熱凝固毛囊，即使能量被擴散，但表皮因冷卻而被保護，其溫度因此低于熱凝固的閾值。光-組織相互作用

圖1-6重要組織色基的吸收光譜第一章激光與光—組織相互作用組織冷卻1、表皮熱損傷可以引起水皰、色素脫失、瘢痕，尤其在色素性皮膚上易于發生。2、表皮冷卻的一個重要優點在于使高能量密度治療成為可能，并且被認為是安全的，因此提高了治療效果，使治療次數減少。冷卻也使安全地治療各種皮膚類型的病人成為可能，而且，冷卻減輕了治療引起的疼痛，減少了局麻藥的使用。然而，如果冷卻過度會引起凍傷。第一章激光與光—組織相互作用光與組織相互作用的臨床相關性表淺血管損傷：閃光燈有較大的光斑，聯合使用接觸冷卻，這樣治療速度就快，也有減少紫癜的可能性第一章激光與光—組織相互作用文身和良性色素性皮損一、Q-開關是一種光電元件，用于產生只有幾納秒的脈沖，這些脈沖時間被設計在黑素體估計的熱馳豫時間內（0.5-1μs）,但是比文身染料的熱馳豫時間要長，文身染料的熱馳豫時間在較低的納秒范圍內。閃光燈的脈沖時間在毫秒范圍內，相對長一些，不適合這種治療。由于逐漸的分解，淋巴系統活化的巨噬細胞吞噬破碎的染料，大部分變淡，一部分也可以隨表皮移行至體表被清除。二、綠色色素最適于Q-開關紅寶石激光（694nm）和Q-開關翠綠寶石激光（755nm），但經常難以祛除。相反的，紅色色素最適于倍頻ND：

YAG（532nm）激光發出的綠光。ND：YAG激光對藍黑色文身有效，但是綠色色素相對較差，ND：YAG激光曾被成功地用于治療深色皮膚的文身。含有鐵或二氧化鈦的紅色、棕色、白色或膚色的染料在激光的治療中能夠發生化學變化，成為持久的灰白色或黑顏色，這可以在隨后的治療中逐漸減弱。由于這些色素可以用于美容修飾文身，在大面積治療前做一小塊試驗很重要。黃色和清淡柔和色彩難以治療，很難完全去除，業余文身比專業文身治療起來容易一些。第一章激光與光—組織相互作用脫毛激光脫毛的機制不完全清楚，可能是選擇性熱作用理論。然而，作用的靶位置可能是干細胞（主要在較低的峽部）和乳頭部的血管，而吸收色基的是毛干的黑色素和毛基質細胞。因此，金黃色的或白色的頭發難以治療。600-1200nm光譜的輻射光被黑色素吸收。波長越長，穿透皮膚越深。能量密度為20-60J/cm2

的普通紅寶石激光（694nm）、翠綠寶石激光（755nm）、半導體激光（800nm）和Nd：YAG(1