论文导读：激光-组织相互作用激光照射皮肤后,首先是激光束对组织的作用和组织光束的反作用。这种作用与反作用的结果表现为光的反射、吸收、散射和透射。本文选自《中国医药科学》。《中国医药科学》是中华人民共和国卫生部主管，海峡两岸医药卫生交流协会与二十一世纪联合创新(北京)医药科学研究院主办的国家级综合性医药专业学术期刊，全国人大副委员长桑国卫为本刊亲笔题写了刊名并担任名誉总编。《中国医学科学》立足医药科研、教育和临床研究前沿，面向海内外医药卫生界及相关行业，及时、准确地宣传我国发展医药卫生事业的政策与法规，客观、全面地报道医药卫生科研进展和行业发展动态，积极、快速地发布国内广大医药卫生工作者的新思路、新理论、新观点、新发现、新技术、新成果、新方法、新措施、新经验等原创论文，全方位、高密度、大容量地传递医药科研资讯，广泛而深入地促进中外医药学术交流。
关键词：激光灯生物效应,激光技术,中国医药科学
1、反射激光束照射后,部分光以皮肤表面为镜面发生反射,皮肤对不同波长的激光其反射率也不同,这是因为体表部位不同,皮肤颜色深浅不同,表面粗糙程度不同,反射与激光治疗无关,但在激光防护中具有意义。
2、透射激光束照射皮肤后,不被皮肤组织吸收部分光接光路源方向射入组织内部;由于没有被组织吸收,故对组织不起任何作用。
3、散射部分射入组织的光,受组织特性(如组织中脂肪多少、含水量、血流状况、血红蛋白含量等生物学方面的差异)皮肤中主要色基有黑素、氧合血红蛋白和水等,这使激光选择性治疗色素性、血管性疾病成为可能,如水能良好地吸收CO2激光和Er:YAG激光,成为激光手术的治疗基础。
激光的生物效应激光对组织的生物学效应,构成了激光在医学上应用的基础。
1、热效应是指组织吸收激光的光能后,转化为热能,导致组织温度的上升,存在温度-时间关系。激光诱发的光热效应包括温热(相当于热敷,38℃～40℃),红斑(43℃～44℃),水疱(47℃～48℃),凝固(55℃～60℃),气化(温度>100℃),炭化(300℃～400℃),燃烧(530℃)以上及热致二次压(反冲压、气化压、超声压等)效应等,具有理疗、止血、气化、融合、切割等作用。光线在皮肤中的穿透深度遵循一定的规律,在一定的波长范围内,波长与其穿透深度成正比。激光透入皮肤后可被一定的色基结构优先吸收,从而产生热效应。一旦热产生后,会向周围邻近组织弥散传递,这一过程称为热弛豫,热弛豫时间(thermalrelaocationtime)是指色基温度降低一半所需要的时间。激光照射后,组织的热效应和不断冷却之间的竞争,决定了靶目标的热效应是怎样进行的。要取得选择性光热作用效应,必须具备3个基本条件:①激光的波长要适合,能势透入到皮肤的激光被理想的靶目标优先吸收,并能达到靶病变所在位置。②激光的照射时间必须短于或等于靶目标的热弛豫时间。③引起靶目标达到损伤温度足够的能量密度。当满足了3个基本条件后,便可获得对数以万计的显微靶目标达到损伤,而无须对每一个细小目标进性逐一的激光照射。现代激光机的开发、应用与发展,即是得益于1983年Anderson和Parrish提出的选择性光热能作用(SelectirePhotothermolysis)原理。只要选择了合适的激光波长,能量密度和脉宽,光照就能精确地破坏靶组织而不引起邻近组织的损伤。
2、压强效应包括光致压强(可忽略)、热致压强(气化压、超声压)、电磁场所致仲缩压等。主要由脉冲激光产生,激光能量转换成声能,属机械能,产生高冲击力的冲击波。这种冲击力量可用来爆裂和粉碎组织,该效应通过调节峰值功率、脉宽、脉冲强度及激光聚焦程度来实现预期的效果,即通过对机械声波扩散的限制,使机械性损伤局限在靶目标内,从而达到选择性破坏作用。
3、光化学效应当激光的能量被组织吸收并转化为化学能时,组织间的化学联结直接被激光光能破坏或激光激发这些分子进入生物化学活跃状态,产生受激的原子、分子和自由基,引起相应的化学变化,包括光分解、光氧化、光聚合、光敏异构和光敏化间接作用(光动力学疗法)等。这就是激光的光化学效应。激光波长是此效应的决定性因素。通常激光波长>400nm时才可能直接破坏这种分子间的化学键,如准分子激光。光化学作用远可以产生杀菌作用、红斑效应、色素沉着、维生素D合成等。
4、电磁场效应激光的本质是电磁波,有导致强磁场的作用,在细胞水平引起的激励、振动、热和自由基效应,从而破坏组织。
5、生物刺激效应。
6、荧光效应。
影响激光生物效应因素激光的生物学效应大小取决于被组织吸收的激光能量和速度。因此影响激光生物效应的因素主要是激光参数和受照射组织的生物学性质。
1、影响激光生物效应的激光参数主要包括激光波长、功率和能量等。(1)波长是指光在一个振动周期内所传播的距离,常以纳米(nm)为单位。波长与组织的特性决定着可治疗的靶组织,同时也决定了光在组织中的穿透深度。如血管中的血红蛋白对波长585nm的光吸收最强,对532nm的光吸收次之,而对600nm以上的光波几乎没有吸收。根据靶组织对特定波长激光的吸收特性,临床上用532nm的绿光对红的染料颗粒而引起文身、文唇线的治疗效果最好。而650nm的红光去除绿色文身效果好,可见光和红外波长的激光可以引起热效应,而紫外激光作用于人体主要引起的是光化学效应。(2)功率与功率密度功率(P)是指单位时间内激光器输出的能量(E),单位是瓦特(W),即P=E/t。式中能量E的单位是焦耳(J),时间t的单位是秒(S),所以1W=1J/S。J是电磁能量的最基本单位,它由产生激光的激光系统的特点所决定。功率反映了一定时间内所作的功的大小,或能量传递的速率。额定输出功率是指所能达到的最大输出功率。激光功率密度(PS),即辐照度,PS=P/S=4P/(3.14d2),式中S为单位面积,d为直径,辐照度是决定激光生物效应强弱的一个重要参量,它是指垂直照射到受照单位面积上极光的功率,一般连续激光常用功率密度来表示。(3)能量与能量密度激光功率和辐照时间的乘积就是激光输出的能量(E),单位是焦耳(J)。即E=P?t。能量密度(D)是指在单位时间(通常为Is的持续时间)内,于单位面积内传递的能量的大小,即垂直照射到受照部位单位面积(S)上的功率和照射的乘积。与激光产生生物学效应的强弱有关。D=E/S=PS?t。能量密度单位为J/cm2。一般脉冲激光用能量密度来表示。(4)激光束的光斑大小有原光束光斑,聚焦光斑和扩散光斑之分,光斑大小对光线是否会发生汇聚、发散和弥散以及在光斑范围内激光的辐射度的均匀性有一定影响。(5)激光工作方式可分为连续激光和脉冲激光。连续激光是指由激光器的泵浦源连续激励激光工作物质,使其不断地输出激光。脉冲激光又可分为单脉冲和重复脉冲。(6)激光的模式指谐振腔内出现震荡的光波波型称为震荡模式,一般分为纵模和横模。
2、生物组织性质主要包括机械性质(密度、弹性等),热性质(比热、热容量、热导率、热扩散率等),电学性质(阻抗、介电常数、极化率等),光学性质(反射率、透射率、吸收系数、散射系数等),声学性质(声阻、声吸收等),以及诸色素、含水量、血流量、不均匀性、层次结构等生物组织的性质。
一、强光技术
强光也称强脉冲光(intensePulsedLightIpt)或脉冲强光,它属于非相干光,本质上仍属于普通光,而不是激光。强光的产生原理非常简单,是以一种强度很高的光源(如氙灯等),经过聚焦和初步滤光后形成一束波长为400～1200nm的强光,再在其前方放置一种特制的滤光片,将低于或高于某种波长的光滤去,最后输出的光是一种特殊波段的强脉冲光,具有高能量,波长相对集中,脉宽可调的特点,强光与激光的比较如表（表略）。与激光类似,同样可以达到选择性光热作用原理进行治疗,可概括为以下6个方面(色素性皮肤病、血管性皮肤病、光子嫩肤、脱毛、痤疮治疗、妊娠纹、瘢痕色素增多等)。目前在临床上,强脉冲光源被认同为与激光相似的治疗技术得以大量应用和研究。
二、二氧化碳激光在皮肤科的应用
1、技术参数波长10600nm是不可见中红外激光,输出功率10～40W。
2、作用原理CO2激光波长为中红外光谱,能被水分子吸收,皮肤组织含水量达75%左右,因而该光谱能为皮肤组织吸收,且作用较为表浅。CO2激光随着功率密度的提高,作用在组织上的温度也相应提高,以输出功率为30W的CO2激光为例,其到达皮肤组织的温度达1000℃,焦点处的温度高达1510℃。因此随着温度的升高其作用在皮肤组织上可有热刺激、红斑、变性、凝固、炭化、气化等生物学作用。
3、适应证浅表性肿瘤,如荨常疣、扁平疣、尖锐湿疣、脂溢性角化、色素痣、皮肤纤维瘤、皮赘、皮角、角棘皮瘤、老年角化病、Paget病、Bowen等,基底细胞癌、磷状细胞癌等。
4、治疗方法治疗区常规消毒,剃除周边毛发。皮损处用0.5%～1%的利多卡因局部麻醉。调试所需要的激光功率:5～20W的功率,焦点内或焦点外可将损害炭化或气化。有蒂的损害可用焦点处光源切除治疗;如若将光斑扩束功率密度限定在0.3W/cm2,可作为扩束照射治疗(皮肤组织的温度一般为40℃左右)。用以治疗皮肤溃疡、皮肤瘙痒症、冷性多型红斑、多形红斑、冻疮等。面积较小的皮损(1cm2以下的)可一次性烧灼治疗,面积较大的皮损可分区分次治疗。治疗后创面涂抗生素软膏,或烫伤膏,每天1～2次,直到创面愈合。痂皮脱落创面愈合,而皮损未获痊愈的可重复治疗。
5、治疗后反应烧灼治疗后即刻出现黑色焦痂,1～3天创面有轻微的红肿渗出(尤以颜面部或治疗面积较大的创面为明显),而后干燥结痂,10～14天后痂皮脱落愈合。愈合后少数病人会出现萎缩和肥胖性瘢痕,对高出皮面的有红肿痒痛性瘢痕应及时治疗,以防止瘢痕疙瘩的发生。
6、治疗评价及不良反应连续式二氧化碳激光主要用于治疗皮肤浅表性良恶性肿瘤,以烧灼、切割病变组织达到治疗目的。固疗效好、治疗方便、出血少在皮肤科激光治疗中对靶的选择性较差,因热传导造成邻近组织的损伤导致不良反应的发生,其中瘢痕是最为常见的,同时也是最主要的不良反应,发生率与治疗面积成正比,与治疗部位也有一定关系,如前胸、肩周关节区域、下颌区域、颈部都是好发部位,术后的护理(主要是防止继续感染)和手术操作者技术熟练程度相关,这些对防止不良反应的发生有着重要意义。其次,色素的异常也是常见的不良反应之一,部分的色素变化是暂时的,可逐渐趋于正常。
