激光治疗的基本原理及发展历史
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1 激光的基本概念

激光的英文LASER是受激光放大(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)英文单词的第一个字母的缩写,1964年根据钱学森教授的建议,始正名为“激光”。港、澳、台则将LASER音译为“雷射”。

激光也是由光子组成的,因此激光与普通光就其光子本质的微观上而言,两者无差别,但是,从宏观上而言,激光的光子与普通光的光子所组成的光束则完全不同,激光具有在时间、空间和单位频宽内高度集中的光能量,使得普通光所不显示的生物效应在应用激光后变得明显起来,普通光所无能为力的特异诊治,激光则可大显身手。

2 激光的发射原理

● 在外来的感应下,某些特殊的物质中粒子大部分处于较高能级上,并发生相同的能级间跃迁,由此产生连锁反应,发射出大量频率、方向、偏振状态、相位都一致的光子,这种光就是激光。

● 激光产生的条件

a)激励源:把能量供给低能级的电子,激发使其成为高能级电子。

b)工作物质:被激发、释放光子的电子所在的物质。

c)谐振腔:增强亮度,提高单色性和方向性。谐振腔是两面互相平行的镜子,作用是把光线在反射镜间来回反射,目的是使被激发的光经过增益介质多次以得到足够的放大,当放大到可以穿透半反射镜时,激光便从半反射镜发射出去。(下图为激光的产生的原理图)

3 激光的特性

激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点:即三好(单色性好、相干性好、方向性好)一高(亮度高)。

●单色性好:普通光源发射的光子,在频率上是各不相同的,所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同,因此激光是最好的单色光源。

由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长,使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。

●相干性好:由于受激的光子在相位上是一致的,再加之谐振腔的选模作用,使激光束横截面上各点间有固定的相位关系,所以激光的空间相干性很好(由自发产生的普通光是非相干光)。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世,才促使相干技术获得飞跃发展,全息技术才得以实现。

●方向性好:激光束的发散角很小,几乎是一平行的光线,激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右。而普通光源发出的光射向四面八方,为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置,但即便是最好的探照灯,如将其光投射到月球上,光斑直径将扩大到1 000公里以上。

激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中,从而可将激光束制成激光手术刀。另外,由几何光学可知,平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小,再加之激光单色性好,经聚焦后无色散像差,使光斑尺寸进一步缩小,可达微米级以下,甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。

●亮度高:激光的亮度可比普通光源高出1012-1019倍,是目前最亮的光源,强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。

激光的特性以及激光和普通光的区别:

4 激光美容发展史

早在1917年爱因斯坦就预言受激光放大的可能,继而建立了激光的基本理论。1954年Gordon JP和Townes CH根据爱因斯坦的理论制成了光放大器,1960年梅曼(Maiman TH)制成了世界上第一台激光器——红宝石激光,从此,一种完全新颖的光源诞生了。激光第一个被应用的领域是医学,并得到了日新月异的发展,激光医学的发展大致经历了四个阶段。

●20世纪60年代为基础研究阶段:激光医学的基本理论研究大部分在60年代就完成了。

●20世纪80年代为学科形成阶段:1983年,Anderson RR和Parrish JA提出了选择性光热作用理论——即“光热分离”理论,其含意为根据不同组织的生物学特性,选择合适的波长、能量、脉冲持续时间,以保证对病变组织进行有效治疗之同时,尽量避免对周围的正常组织造成损伤。该理论实现了激光的有效性和安全性的完美统一,是激光医学特别是激光美容医学发展史上的里程碑。根据选择性光热作用设计的脉冲激光机在80年代有很大进步。

●20世纪90年代为发展成熟阶段:90年代起,随着科学的进步和激光技术的发展,新型美容激光机如雨后春笋般涌现,并取得了非常显著的成就。

●20世纪90年代末期,激光美容术在我国一些大城市逐步开展起来,至90年代中、后期美国、以色列、英国、德国等国先进成套的激光美容仪迅速涌进国内,并趋向普及,一些国产的激光美容仪在国内也得到了越来越多的应用。激光美容在整个激光治疗中独占鳌头,且其前景不断看好。现代激光美容已成为当代医学美容中最具有魅力和远大前途的部分。

此文章内容仅代表医生观点,仅供参考。涉及用药、治疗等问题请到当地医院就诊,谨遵医嘱!
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副主任医师激光美容科
福建医科大学附属协和医院
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