激光醫(yī)學(xué)生工 (3)ppt課件

1、第二章第二章 激激 光光 與與 生生 物物 組組 織織相相 互互 作作 用用 機(jī)機(jī) 理理( Mechanism of Laser Biological Action )授課教師授課教師 趙箭光趙箭光 （1020301）第一節(jié)第一節(jié) 激激 光光 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 生物組織的物理性質(zhì)生物組織的物理性質(zhì)激光生物學(xué)作用與生物組織的特性和激光參數(shù)有關(guān)激光生物學(xué)作用與生物組織的特性和激光參數(shù)有關(guān)常用的激光參數(shù)有：常用的激光參數(shù)有：一、激光在生物組織中的傳輸過程一、激光在生物組織中的傳輸過程iIrI能量、功率、能量密度、能量、功率、能量密度、功率密度、波長、脈寬、方式、發(fā)散角等。功率密度、波長、脈寬、

2、方式、發(fā)散角等。（一生物組織對激光的反射和透射（一生物組織對激光的反射和透射tI吸收吸收散射散射鏡式反射鏡式反射生物組織對激光的反射生物組織對激光的反射 漫反射漫反射（光潔的皮膚）（光潔的皮膚） 表面漫反射表面漫反射內(nèi)部漫反射內(nèi)部漫反射(%)0308 . 00600906 . 04 . 02 . 00 . 10反反射射率率入射角入射角鏡式反射率與入射角的關(guān)系鏡式反射率與入射角的關(guān)系后向散射后向散射內(nèi)部漫反射強(qiáng)內(nèi)部漫反射強(qiáng)nm1300600吸收與散射相當(dāng)吸收與散射相當(dāng)nm590450氬激光氬激光5 .4545 .239 .4572 .27氬激光氬激光氬激光氬激光8 .4650 .282 .476

3、0 .31氬激光氬激光氬激光氬激光0 .4880 .34氬激光氬激光0 .365 .469氬激光氬激光5 .5145 .37氬激光氬激光5 .4767 .31氦氖激光氦氖激光5 .488 .632氪激光氪激光1 .6470 .57紅寶石激光紅寶石激光5 .663 .694反射百分比反射百分比波長波長)(nm激光激光四種激光器四種激光器 11 11 種波長的反射百分比種波長的反射百分比人體組織對激光的反射百分比人體組織對激光的反射百分比彈道直射光彈道直射光生物組織對激光的透射生物組織對激光的透射 蛇行折射光蛇行折射光漫透射光漫透射光激光透照技術(shù)可進(jìn)行乳腺癌早期診斷激光透照技術(shù)可進(jìn)行乳腺癌早期診斷

4、（二生物組織對激光的散射（二生物組織對激光的散射彈性散射彈性散射激光散射激光散射 不發(fā)生波長改變不發(fā)生波長改變?nèi)鹄⑸淙鹄⑸浞菑椥陨⑸浞菑椥陨⑸浒l(fā)生波長改變發(fā)生波長改變彈性散射彈性散射 非彈性散射非彈性散射 廷德爾散射廷德爾散射米氏散射米氏散射拉曼散射拉曼散射布里淵散射布里淵散射10 10 42cos1 sI)11(5 . 04 . 0 sI 1sI0 ， 各項(xiàng)同性散射各項(xiàng)同性散射各項(xiàng)異性系數(shù)各項(xiàng)異性系數(shù) dpdpg 44)(cos)(1 ， 完全前向散射完全前向散射-1 ， 完全后向散射完全后向散射 99. 07 . 0g大多數(shù)生物組大多數(shù)生物組織織s 散射系數(shù)散射系數(shù)zseII 0（三生

5、物組織對激光的吸收（三生物組織對激光的吸收TRA 1吸收率吸收率選擇性吸收選擇性吸收 吸收系數(shù)吸收系數(shù)氧合血紅蛋白氧合血紅蛋白黑色素黑色素氧合血紅蛋白及黑色素吸收光譜氧合血紅蛋白及黑色素吸收光譜波長波長(nm)摩摩爾爾消消光光0.51. 0400300500600氬激光氬激光染料激光染料激光488 514577一般吸收一般吸收zeII 0朗伯朗伯-比爾定律比爾定律 1 L吸收長度吸收長度混濁介質(zhì)混濁介質(zhì)吸收和散射同時(shí)存在的介質(zhì)吸收和散射同時(shí)存在的介質(zhì)sttL 11全衰減系數(shù)全衰減系數(shù)st 入射光子的平均自由光程入射光子的平均自由光程sstsa 光漫反照率光漫反照率多數(shù)普通激光波長為多數(shù)普通激光

6、波長為 ）穿入皮膚）穿入皮膚的輻射能中的的輻射能中的99%被組織的外被組織的外 層吸收。層吸收。nm1000300mm6 . 3cm/200mm8 . 31060Nd：YAG激光激光10600激激光光2COmm23. 0cm/12外表外表體積體積吸收吸收系數(shù)系數(shù)波長波長)(nm光源光源吸收吸收深度深度效應(yīng)效應(yīng)二種激光器對組織作用的比較二種激光器對組織作用的比較nm2940Er：YAG激光激光波長波長(um)213945698510 410 310 210 110 )( m 水的吸收光譜水的吸收光譜研究表明，組織對激光的研究表明，組織對激光的最小和最大吸收相符合。最小和最大吸收相符合。最大和最小

7、反射分別與其最大和最小反射分別與其（四反射、透射和吸收的關(guān)系（四反射、透射和吸收的關(guān)系波長波長(nm)0. 55004006007000. 30. 10. 70. 9800反射率反射率透射率透射率吸收率吸收率abc黃種人活性游離皮膚黃種人活性游離皮膚(表皮表皮+真皮真皮)的反射率的反射率(a)透射率透射率(b)和吸收率和吸收率(c)曲線曲線二、皮膚的物理特性二、皮膚的物理特性表皮表皮皮膚的構(gòu)成皮膚的構(gòu)成 真皮真皮皮下組織皮下組織影響皮膚熱導(dǎo)率的因素：皮膚的厚度、溫度高影響皮膚熱導(dǎo)率的因素：皮膚的厚度、溫度高低、血流快慢、色澤等。低、血流快慢、色澤等。皮膚與水一樣是不良導(dǎo)熱體。皮膚與水一樣是不良

8、導(dǎo)熱體。汽油燃燒汽油燃燒C03200皮膚下皮膚下1mm 處處C0471.5mm 處處C042反射規(guī)律反射規(guī)律nm2000300%63%5:Rnm800400nm0 .415nm0 .542nm0 .578白種人白種人黑種人黑種人白種人和黑種人皮膚反射率光譜白種人和黑種人皮膚反射率光譜406020反反射射率率（%）50.50.21. 0波長波長(mm)21020 40血液透射率曲線血液透射率曲線婦女手指婦女手指黃種人皮膚反射率光譜黃種人皮膚反射率光譜反反射射率率（%）波長波長(mm)406020500040070060080080100男子手指男子手指三、眼的光學(xué)性質(zhì)三、眼的光學(xué)性質(zhì)眼眼 的的

9、結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 圖圖（一眼的屈光特性與反射特性（一眼的屈光特性與反射特性眼眼 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 圖圖眼的屈光特性眼的屈光特性角膜角膜中心厚度中心厚度0.6mm；周邊厚度約周邊厚度約1.0mm；角膜總屈光度為角膜總屈光度為41.34D晶狀體屈光度為晶狀體屈光度為19.11D眼對激光的反射眼對激光的反射正入射角膜時(shí)正入射角膜時(shí)%2 R透過屈光介質(zhì)到達(dá)視網(wǎng)膜的光透過屈光介質(zhì)到達(dá)視網(wǎng)膜的光%5 R人眼這一光學(xué)系統(tǒng)其反射率可忽略人眼這一光學(xué)系統(tǒng)其反射率可忽略（二眼對激光的透射、散射和聚焦（二眼對激光的透射、散射和聚焦眼對激光的透射眼對激光的透射角膜角膜nm1400400晶狀體晶狀體nm780400玻璃體玻璃

10、體nm900450眼對激光的散射眼對激光的散射前向散射占總透射光約一半，且與波長有關(guān)。前向散射占總透射光約一半，且與波長有關(guān)。1.20601008040200.400.600.80波長波長(mm)1.001.40透透射射率率（%）總透射率總透射率扣除散射光的透射率扣除散射光的透射率眼屈光介質(zhì)對光的透射率眼屈光介質(zhì)對光的透射率成像聚焦成像聚焦眼屈光介質(zhì)的總屈光度為眼屈光介質(zhì)的總屈光度為60.42D 。明視時(shí)瞳孔直徑約明視時(shí)瞳孔直徑約 23 mm，視網(wǎng)膜上所成實(shí)，視網(wǎng)膜上所成實(shí)像的直徑約像的直徑約 550 mm。瞳孔面積是實(shí)像的瞳孔面積是實(shí)像的10 萬倍。萬倍。（三眼對激光的吸收（三眼對激光的吸收

11、眼屈光介質(zhì)的吸收特性眼屈光介質(zhì)的吸收特性角膜角膜對波長短于對波長短于 的遠(yuǎn)紫外線吸收率的遠(yuǎn)紫外線吸收率nm0 .280對對 以上的中、遠(yuǎn)紅外線全部吸收。以上的中、遠(yuǎn)紅外線全部吸收。nm0 .1900對可見光到對可見光到 的近紅外線幾乎不吸收；的近紅外線幾乎不吸收；nm0 .1400對對 的中紅外線部分吸收；的中紅外線部分吸收；nmnm0 .19000 .1400近為近為100%；晶狀體晶狀體對紫外線的吸收類似角膜。對紫外線的吸收類似角膜。對可見光幾乎不吸收；對可見光幾乎不吸收；nmnm0 .14000 .780對對 近紅外線是主要中吸收體。近紅外線是主要中吸收體。房水房水對對 和和 的的nm0 .4000 .340nm0 .14000 .780激光少量吸收。激光少量吸收。 對可見光幾乎不吸收；對可見光幾乎不吸收；玻璃體玻璃體對光波長沒有特征吸收；對光波長沒有特征吸收；眼底的吸收特性眼底的吸收特性1.20601008040200.400.600.80波長波長(mm)1.001.40透透射射率率（%）總透射率總透射率扣除散射光的透射率扣除散射光的透射率眼屈光介質(zhì)對光的透射率眼屈光介質(zhì)對光的透射率眼底的吸收光譜眼底的吸收光譜白人眼白人眼600.404020801001.40波長波長0.600.801.001.20)(m %吸吸收收率率色兔眼色兔眼白兔眼白兔眼作用效