激光醫(yī)療及其原理

激光是一種人造特殊的光,它與一般燈光、太陽光同是電磁波,但其產(chǎn)生機理不同,它是工作物質(zhì)中原子“受激”發(fā)射的光,它的光束中所有光線都具有高單色性、高方向性、高亮度性和良好的相干性。在醫(yī)學(xué)方面主要是利用激光高亮度、高方向性等特點,激光通過透鏡控制聚焦光斑的大小,改變功率密度，使人體某一點上的溫度最高可達(dá)200°C-1000°C,在極短時間內(nèi)（10-2-10-3秒）使病變組織凝固、分解，以至熔融和氣化。例如在CO2激光器的輸出端可獲得聚焦光斑小于01毫米,以一定速度移動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的外科手術(shù)刀對人體各種軟、硬病變組織進(jìn)行氣化切割,而且精度高、傷口小、隨時融合,基本上無痛、無菌、少出血。又可以根據(jù)需要選擇不同波長的激光,調(diào)節(jié)光斑的大小,覆蓋人體病變區(qū)域進(jìn)行照射，透入不同深度進(jìn)行治療，或者在計算機與X光等儀器配合下,將激光通過光導(dǎo)纖維導(dǎo)入體內(nèi)病變器官處進(jìn)行治療,等等。目前激光已在心臟、癌癥、眼、耳、鼻、咽、牙、皮膚、婦科、骨科以及美容等方面開展臨床醫(yī)療,形成全新的醫(yī)學(xué)分支———激光醫(yī)學(xué)。與此同時,各類激光醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計與制造也日趨勢完善,又推進(jìn)各醫(yī)學(xué)專科激光醫(yī)療向縱深發(fā)展。根據(jù)激光治療的特點,確保治療方案正確實施,關(guān)鍵在于醫(yī)生的治療前的認(rèn)真準(zhǔn)備和治療過程中精心的操作,才能成功。一、激光治療機理激光治療時光對生物體的各種作用結(jié)果，由于激光的高強度，他將產(chǎn)生強烈的熱效應(yīng),光化學(xué)反應(yīng)，光壓和電磁場作用，根據(jù)這些作用可以進(jìn)行各種臨床治療。（一） 激光熱效應(yīng)高功率激光可以焊接高熔點材料，切割金屬板，所以對人的肌肉和皮膚進(jìn)行切割當(dāng)然不在話下。將100瓦的連續(xù)激光用光學(xué)鏡頭進(jìn)行聚焦，在0.1秒鐘內(nèi)可以達(dá)到1000度的高溫，使肌肉組織在瞬間汽化。當(dāng)聚焦光點縮小到微米量級,激光束便等效于光刀，可以進(jìn)行各種切割手術(shù)。當(dāng)激光用于理療的時候,其低溫?zé)嵝?yīng)可以起到消炎、止痛和調(diào)節(jié)人體機能的作用。（二） 光化學(xué)反應(yīng)生物有機體吸收激光,是細(xì)胞內(nèi)的某些大分子產(chǎn)生分解,失去再生機能。人提組織內(nèi)含有大量各種色素，對激光進(jìn)行有選擇的吸收并產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。例如，在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞之間含有大量的黑色素顆粒，吸收一定波長的激光并產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，從而破壞整個細(xì)胞。如果這些細(xì)胞是病變組織，則激光照射變起到抑制或根除病變組織的療效。醫(yī)療中總是希望病變組織能大量吸收激光而破壞，而對正常組織不產(chǎn)生影響。（三） 光壓作用光具有壓力是一般常識，但普通光源的壓力很小，不為人們所感知。但強激光，特別是強脈沖激光，產(chǎn)生的光壓是明顯的，當(dāng)用金屬板或紙板阻擋激光時便可以聽到激光光壓發(fā)出的聲音，有時還可以使輕微的紙片發(fā)生振顫。已通過實驗證明，如果激光能量密度達(dá)71080W/cm2，產(chǎn)生的光壓力約為3.4達(dá)因/cm2，相當(dāng)于3.4?10大氣壓。此壓力作用于人體組織是不可忽略的，它將使人體局部組織發(fā)生膨脹、變形等。（四） 電磁場效應(yīng)磁療法現(xiàn)在已人所共知，磁療是靠磁場，人體細(xì)胞的原子和分子是按一定的結(jié)構(gòu)和規(guī)律構(gòu)造的，如果由于某種病變或傷害，大量細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生畸變，會使細(xì)胞功能受到障礙，人體便感不適。電磁場能使分子、原子產(chǎn)生極化，從而矯正畸變；交變場還可使原子、分子產(chǎn)生激勵振動，從而恢復(fù)細(xì)胞的活力。目前，關(guān)于激光治療機理的研究還有待深入，需要醫(yī)學(xué)專家和激光專家共同去探討這些問題。、激光技術(shù)在多種醫(yī)科上的應(yīng)用（一）光驗血與麻醉驗血是治療病人之前常用的診斷方法之一,傳統(tǒng)的方法是抽血化驗,既費時間又不精確。美國桑迪亞國家實驗室科學(xué)家最近發(fā)明一種激光測量的血細(xì)胞形態(tài)的儀器,它可在幾分種內(nèi)測出血細(xì)胞的多種數(shù)據(jù)。該儀器只有郵票大小,可產(chǎn)生上千條極細(xì)激光,激光發(fā)射器的下面放置內(nèi)徑只有頭發(fā)絲1/10粗的血液試樣的細(xì)管,經(jīng)上千條激光照射的血樣管的周圍激光傳感器采集血細(xì)胞反射和折射的激光,再經(jīng)放大轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲揭慌_便攜式計算機中,計算機則根據(jù)這些信號顯示出合成血細(xì)胞的圖像,并測量出大量血細(xì)胞的精確數(shù)據(jù)。過去醫(yī)院長期存在病人懼怕打針和注射麻醉藥物,以及廢棄針頭也常有傷人事故,為此,近年來美國科研人員開發(fā)一種無痛微型激光麻醉器,它以紅色激光脈沖在病人皮膚的上層表皮上燒掉一個直徑2毫米深20微米的小洞,不傷及神經(jīng)組織,不會有任何痛感,使用利多卡因一類液體麻醉藥直接進(jìn)入體內(nèi),皮膚在3分種內(nèi)完全麻醉,在6分鐘內(nèi)可麻醉25厘米深處的組織。這一新的打針和麻醉方法深受醫(yī)護(hù)和病人的歡迎。（二）激光眼病治療激光自1961年首先在眼科醫(yī)療應(yīng)用。例如老年白內(nèi)障是因眼球透明晶體表面蒙上一層云霧狀的膜,傳統(tǒng)醫(yī)療方法是更換晶體,用人眼角膜或人造角膜移植手術(shù)使患者重見光明?，F(xiàn)用低功率紅外激光照射,可迅速將其一層云霧狀膜氣化剝離,還原透明晶體,恢復(fù)視力;又如青光眼癥狀是眼內(nèi)流動液體通道堵塞,內(nèi)部液壓過大,以致?lián)p壞視覺神經(jīng),引起視力模糊失明,現(xiàn)在采用適當(dāng)波長與能量的激光氣化方法,可以打開一個微細(xì)通道,使眼內(nèi)液體獲得流動,恢復(fù)視力;又如視網(wǎng)膜脫離,同樣可以用很細(xì)的激光束從瞳孔射入眼內(nèi),使病變部分的細(xì)胞和蛋白質(zhì)熔融成膠體狀,從而將視網(wǎng)膜重新“焊固”在眼底上,恢復(fù)正常視力。以上三種激光治療,在80年代國外先進(jìn)國家已臨床應(yīng)用。近幾年來,歐美等國用激光矯正近視、遠(yuǎn)視與散光又取得新進(jìn)展。如近視眼因角膜凸起或眼球過長,結(jié)果光線聚焦成像在視網(wǎng)膜之前,現(xiàn)用激光將角膜中央凸起部分“刮平”,使光線成像恢復(fù)在視網(wǎng)膜上;對遠(yuǎn)視眼則因角膜中央過于平坦,使光線聚焦在視網(wǎng)膜之后,這用激光去除角膜周邊組織,中央部分相對凸起,成像正好在視網(wǎng)膜之上;對于散光眼因其角膜表面一些細(xì)小的凹凸結(jié)構(gòu)使入射光線向各個方向無規(guī)則偏折,致視網(wǎng)膜上無法形成對比度強的清晰圖像,這樣用激光使角膜“平整化”,達(dá)到恢復(fù)視力。現(xiàn)在眼科醫(yī)生常規(guī)儀器是放在眼睛之上的接觸式透鏡,或是座式透鏡,從外部檢查患者眼睛內(nèi)部病情,這只是初略的了解。據(jù)國外最新報告:近來由加拿大安大略省眼科技術(shù)學(xué)院研制出一種新型眼部內(nèi)窺鏡,其體積直徑小于1/3毫米,配以微型數(shù)字相機和監(jiān)視器,醫(yī)生將窺鏡穿過眼白在眼內(nèi)詳細(xì)的了解眼內(nèi)病情。該鏡有三組光纖,一組是觀察纖維,將窺鏡圖像送到相機,并由監(jiān)視器顯示;二是提供強氙或鹵素光纖“照亮”眼睛內(nèi)部;三是特制空管輸送激光,用于治療眼內(nèi)疾病。術(shù)后抽出窺鏡,留下小孔,也可用激光愈合。這是一部集檢查、治療和修復(fù)各種眼病于一體的專用設(shè)備。（三）激光焊接與愈合迅速止住創(chuàng)傷或肝臟手術(shù)大出血是傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的難題?，F(xiàn)采用激光瞬時照射的熱效應(yīng),控制照射人體的創(chuàng)傷口或血管剛好達(dá)到熔融狀態(tài)而未氣化,可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)外科縫合手術(shù)而“焊接”,且不易發(fā)炎,術(shù)后恢復(fù)又快。近年來美國醫(yī)學(xué)專家格里高利,又在激光焊接基礎(chǔ)上創(chuàng)造出激光愈合技術(shù)成功。他是用一臺手提式紅外激光器和一種“彈性蛋白”的止血材料（從生物體中提取的并加工成一種新型止血材料）,手術(shù)時將激光照射彈性蛋白直接融入傷口或手術(shù)切口處的皮膚組織,從而達(dá)到患處迅速愈合,手術(shù)過程簡單易行。激光治牙病人們常由于不注意口腔衛(wèi)生,牙縫中長期存留食物殘渣發(fā)酵致酸液、微生物和細(xì)菌,侵蝕牙齒表面釉質(zhì)被破壞,在牙齦上出現(xiàn)通向神經(jīng)的小孔或空洞的齲齒,導(dǎo)致對冷、熱、酸、甜食物過敏,出現(xiàn)牙痛、牙齦腫脹及出血等病狀。傳統(tǒng)的方法是用補牙、拔牙等手術(shù),難于消除?，F(xiàn)在用激光刮除術(shù),即運用激光照射使病牙齦氣化,并殺死病變的細(xì)胞。對齲齒孔洞用激光切割整形并用陶瓷材料填補。另一種較好方法是利用激光將牙釉質(zhì)加熱約1000°C左右，使釉質(zhì)熔融，重新固化釉質(zhì)，整舊如新。最近新加坡國立大學(xué)開發(fā)出一種低能量短脈沖激光溫度為400C熔化牙齒表面的有機基質(zhì)以填塞釉質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的空隙，形成更好的保護(hù)層，防齲效果達(dá)到98%。另外，還有應(yīng)用激光鑲牙，即在脫牙的牙基上，用激光打一個洞，擰進(jìn)一個不銹鋼螺絲，其上固定一條鈦合金金屬棍代替牙基，再用激光把金屬假牙焊接在金屬棍上，這樣安裝假牙速度快、牢固可靠,顯著提高了鑲牙技術(shù)和品質(zhì)。（四）激光治療心臟病因心臟病患者由于動脈血管內(nèi)有膽固醇或有鈣質(zhì)晶體（晚期）的沉積而使血液受阻,以致心肌得不到新陳代謝必須的富氧血液,從而使心肌局部缺血,梗塞以至壞死?，F(xiàn)有治療方法有內(nèi)科藥物治療及外科手術(shù)治療,外科手術(shù)則是冠狀動脈搭橋和氣囊血管形成法,前者是切除人體下肢一段靜脈血管移植到心臟主動脈與狹窄血管之間進(jìn)行搭橋連接。后者則是把空的微形氣囊,經(jīng)過靜脈管緩慢地推到已經(jīng)堵塞冠狀動脈處,再給氣囊充氣,將血斑推向動脈壁,以恢復(fù)血液流通。這兩種技術(shù)在國內(nèi)外醫(yī)院已臨床應(yīng)用,但是有些病人不適應(yīng)上述治療,故近10年來又有采用光纖傳導(dǎo)激光束到動脈管內(nèi)將堵塞部位“打孔”形成血管或同時消融血管內(nèi)血栓的技術(shù)。后又進(jìn)一步發(fā)展成為一種治冠心病的血管再造技術(shù),即用激光直接在左心室壁上打孔,“再造”出數(shù)十條直徑1毫米的血管通道,讓左心室的富氧血液直接流經(jīng)再造血管內(nèi),直接改善缺血區(qū)的供血狀況。還有將上兩種技術(shù)兼用,例如,在國內(nèi)于1996年北京郵電總醫(yī)院,對一位47歲的冠心病人施行了“打孔+搭橋”手術(shù),術(shù)后病狀消除,心功能明顯改善,兩周后痊愈出院。（五）激光治癌癥當(dāng)人體內(nèi)確診是患惡性腫瘤（癌癥）,傳統(tǒng)的治療方法之一是注入帶有放射性化學(xué)物質(zhì),用放射性射線殺死癌細(xì)胞,缺點是將腫瘤周圍的好組織細(xì)胞也一起殺死了?，F(xiàn)用激光手術(shù)刀直接切除腫瘤外,還可以用激光動力學(xué)療法。它是將病人先注入一種“血卟啉衍生物”光敏藥物,它與癌細(xì)胞親合力強,而與正常細(xì)胞親合力弱,12-24小時后藥物便附著在腫瘤上,這時用一種準(zhǔn)分子激光器輸出的激光,通過一根極細(xì)光纖進(jìn)入腫瘤部位,當(dāng)激光一遇到藥物,即被吸收引起藥物光化學(xué)反應(yīng),生出單態(tài)氧,使接觸組織內(nèi)的細(xì)胞產(chǎn)生強烈氧化反應(yīng),使生物分子鏈發(fā)生斷裂,即切斷腫瘤供血并將其分裂成碎片氣化。這種療法同樣可應(yīng)用到婦科的宮頸癌、膀胱癌、食道癌、直腸癌和支氣管癌等的治療中,成功率達(dá)70%-80%,這一醫(yī)療法在美國1996年約有400家醫(yī)院采用,年治療約130萬人次。另外還可用以激光動力學(xué)方法進(jìn)行癌癥檢查,根據(jù)血卟啉衍生物在激光的照射下會發(fā)出橙紅色熒光,故病人注入此藥后,用適當(dāng)波長的激光掃描人體,用人眼直觀或通過內(nèi)窺鏡觀察是否有橙紅色熒光,如有橙紅色,則說明該部位有癌細(xì)胞,這種檢查可靠性高。（六）激光美容長期以來人們希望面部皮膚上皺紋、傷疤、疣、痣等缺陷得到真實的消除,增進(jìn)面部形態(tài)美,傳統(tǒng)的醫(yī)法是多種多樣的。有的收效不明顯,有的惡化。自80年代美國和澳大利亞等國先后用激光美容。針對皺紋成因是皮膚表層膠原質(zhì)變長或斷裂導(dǎo)致皮膚皺褶失去彈性一般是用脈沖式co2高能量激光照射,可以消除產(chǎn)生缺陷的極薄的外層皮膚,以及使表層膠原質(zhì)的長度縮短1/3恢復(fù)皮膚彈性,修復(fù)傷痕,并使膠原質(zhì)碎片加熱熔融在一起,形成新的膠原質(zhì),重新塑造皮膚外表層。據(jù)一項900人臨床試驗中,有90%人消除了臉部75%的皺紋。目前國內(nèi)一些城鎮(zhèn)醫(yī)療單位都設(shè)有這種美容診所,據(jù)稱這種美容診所使用皮膚科激光設(shè)備,開展治療大田痣、鮮紅斑痣、血管瘤、胎記、雀斑,祛皺紋、祛除紋身、紋眉、紋眼線、多毛癥等,能做到安全可靠,敏捷美容,無后遺癥。激光技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,除了以上介紹的醫(yī)科以外,還有用激光技術(shù)在治療膽結(jié)石、骨科、婦科、消化道以及激光滅菌等方面不斷有新的應(yīng)用成果和發(fā)展。此外,激光器件和各類激光專用或多用的醫(yī)療設(shè)備,也都在迅速發(fā)展,再加上未來世界經(jīng)濟(jì)一體化的促進(jìn),各國科研人員與醫(yī)生合作創(chuàng)新,可以相信在人類對于激光醫(yī)療更大需求下,一個以治病救人的激光醫(yī)學(xué)正是方興未艾,蓬勃發(fā)展。三、高功率激光的應(yīng)用與發(fā)展前景高功率激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。從體表各種疣、痣、贅生物及良惡性腫瘤的氣化切割,到內(nèi)腔疾病的治療。從最早的二氧化碳、Nd：YAG激光到準(zhǔn)分子激光、高能超脈沖二氧化碳激光、調(diào)Q的翠綠寶石、HO：YAG激光以及高功率半導(dǎo)體激光的應(yīng)用，激光器逐步趨向于小型化、輕便化。柔韌的光纖可選擇性地輸出較高功率的激光。特別是近幾年出現(xiàn)的HOYAG和高功率半導(dǎo)體激光使激光外科技術(shù)獲得重大進(jìn)展,在普外、泌尿、婦科、耳鼻喉科等多個領(lǐng)域推廣使用。HO：YAG-中紅外激光波長為2.15pm左右HO：YAG激光，目前脈沖能量可達(dá)0.5?2.8J/脈沖;脈沖頻率5?40次/s;平均功率1.25?80W。人體組織水吸收率在2.0、3.0pm光的波長附近有兩個尖銳的吸收峰，此波段與組織作用時，光易被體液吸收，對鄰近組織熱擴(kuò)散作用小,比其它可見光及近紅外激光的熱損傷小,光作用點吸收強[8]。現(xiàn)已成功地應(yīng)用于各內(nèi)窺鏡手術(shù):經(jīng)喉鏡治療聲帶息肉;經(jīng)纖維支氣管鏡治療肺癌;經(jīng)食道、胃、腸鏡治療息肉、惡性腫瘤;腹腔鏡下治療卵巢囊腫、子宮內(nèi)膜移位癥;膀胱鏡、輸尿管鏡下進(jìn)行前列腺肥大、碎石、膀胱癌等手術(shù)。氣化切割作用優(yōu)于Nd：YAG激光。半導(dǎo)體激光早期的半導(dǎo)體激光因不能輸出高功率激光而受到限制。關(guān)鍵在于微型大功率半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)技術(shù)。隨著高功率半導(dǎo)體激光陣列技術(shù)、可兼容的光導(dǎo)纖維以及參量計算精密控制技術(shù)的出現(xiàn)，醫(yī)學(xué)多科應(yīng)用的前景十分可觀。英國研制的805nm波長的砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光，不需水冷卻，體積很小，能同時完成氣化和凝固作用。它具有五種工作模式:①）接觸式手術(shù):非常適合在內(nèi)窺鏡下進(jìn)行最小侵入式手術(shù)，如膀胱腫瘤、前列腺切除、懸雍垂及鼻息肉切除。②非接觸式手術(shù):主要通過其脈沖模式和熱效應(yīng)進(jìn)行骨科手術(shù)，包括關(guān)節(jié)鏡手術(shù)、椎間盤切除等。③插入式或光凝固手術(shù):激光束從光纖末端的探頭刺入組織中，由縱向傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛏⑸?，使周圍組織升溫，引起變性、凝固壞死，用于腫瘤的治療。④光動力療法:隨著新的光敏劑