kl800.com省心范文网

激光技术在医学中的应用与进展


?330?

华北煤炭医学院学报2009年5月第ll卷第3期J

North China Coal

Medical University 2009 May,11(3)

激光技术在医学中的应用与进展
高永春 许贺菊① 赵 强① 王广新① 韦智仁

(河北大学物理科学与技术学院河北保定071002;①华北煤炭医学院基础部)
[关键词】 激光医学激先医用激光器
R 812[文献标识码】A

3.4电磁场效应激光是一种电磁波,因此激光产生电场、磁 场,当激光光功率密度为5 处的组织细胞受到破坏。


【中图分类号]

10”W/cm2时,产生的电场强度可

[文章编号】1008—6633(2009)03—330—03

达4×10mV/m,在此强电场作用下,生物组织会产生电离,使该
Amp]J.fica-

激光的英文单词是“LASER”,LASER原是Light
tion by Stimulated Emission of

3.5光化学效应是指物质的分子吸收了外来光子的能量后 激发的化学反应。激光作为一种能量高度集中、单色性极好的 光源,它还可以发生一些普通光不能引起的光化学效应。光致 化学反应大致可分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化 4种主要类型一1。 3.6生物刺激效应 当低功率激光(10w
lever

Radiation取字头组合而成的专业

名词,其中文意思是“受激辐射光放大”。Laser在我国曾被翻译 成“莱塞”、“镭射”、“光受激辐射放大器”等。爱冈斯坦早在 1916年就奠定了激光的理论基础,他以深刻的洞察力首先提出 了受激辐射的概念。直到44年后的1960年,美国休斯实验室 的科学家梅曼博士研制成功了世界上第一台红宝石激光器。在 此后的40多年里,科学家相继研制生产出了激光器达数百种。 本文主要简述-r激光器的种类、激光的特性、激光的效应以及激 光医学的特点,并介绍了激光在医学临床治疗和诊断中的应用。 1激光器的种类 激光器的分类主要有以下几种,即以发射功率分类可以分 为小功率激光器、中功率激光器、大功率激光器,发射功率10。 ~1015W;以工作物质分类可以分为气体激光器、固体激光器、液 体(染料)激光器、半导体激光器、自由电子激光器;以工作频段 分类可以分为红外激光器、可见光激光器、紫外激光器;以发射 波形分类可以分为连续波激光器、脉冲波激光器。 2激光的特性 激光与普通的光相比有很大不同,它是物质受激辐射发光 而产生的束状强光。激光的亮度高,能量密度大,是当今世界上 最亮的源。强激光的亮度可达太阳光亮度的千万亿倍。当这种 光能变成热能时,可以瞬间产生几千度至几万度的高温。激光 是束状的近似平行光,它只射向一个方向,发散角很小,射程远, 经透镜聚焦可以形成极细小的光点。激光的高亮度、单色性、方 向性及相干性使激光能量在时间、空间、光谱上高度集中。激光 的这些特点使得激光柬能够把很高的能量聚焦到很小的光斑, 非常适合精密的切割和气化手术。 3激光的效应 3.1热效应强激光照射生物组织时,瞬间可产生几百度甚至 上千度高温,其热效应可使生物组织的蛋白质变性凝固,甚至组 织炭化或气化…。 3.2机械效应 由激光照射产生的机械作用可分为两部分,即 激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强,即光压,称作一次 压强,因为激光能量密度高,因而会产生很大辐射压力,激光产 生的压强可达104一105帕斯卡;生物组织吸收强激光造成的热 膨胀和相变以及超声波、冲击波、电致伸缩等引起的压强,叫二 次压强。在临床上,利用激光引起的压强作用可治疗多种疾病, 如眼科中的压力打孔等。 3.3光效应 由于生物组织对照射激光的吸收反射和传热,色 系组织(特别是黑色)对激光有选择性的吸收作用,因此引起的 破坏作用更大,利用这一效应,可在需破坏的组织上先进行组织 染色,然后再进行激光组织照射,即可获得更佳效果。

laser)照射生物

组织时,不对生物组织直接造成不可逆性的损伤,而是产生某种 与超声波、针灸、艾灸等机械的和热的物理因子所获得的生物刺 激相类似的效应,称为激光生物刺激效应。利用激光的特性,以 及它与生物组织相互作用过程中的特异规律,可以用于研究、诊 断和治疗疾病。例如,自20世纪70年代起,医生就已经利用激 光干涉术、激光透照术和激光偏振技术等,来测量血液、尿液和 人体其他组织的成分、微量元素的含量,以及识别和分辨细胞是 否病变或癌变;用强激光束,可对病灶施行凝固、汽化和切割等 手术。与传统的解剖刀比,激光刀多不出血或少出血;用弱激光 照射人体组织,可达到理疗照射治疗或光针灸治疗的作用,与传 统理疗中的光疗比,激光的疗效显著提高,且适应证更加广泛。 4激光医学的形成 自20世纪60年代初期,世界上第一台红宝石激光面世以 来,激光技术在近40多年来取得了巨大成就,相继出现的激光 器已达数百种。这些激光器的出现为生物和医学领域的应用提 供了基础。1961年,Campbell首先将红宝石激光用于眼科学, 被用来治疗视网膜脱落,1963年,Coldmann将其应用于皮肤科 学,利用激光刀切割肿瘤,1964年,匈牙利医生Mester首先将红 宝石激光用于生物刺激。随着二氧化碳激光的出现,1965年。
Potany_i和Kap lan首先将二氧化碳激光作为光学手术刀成功地

进行了实验,此后,二氧化碳激光逐渐在医学各个领域确立了自 己的地位。1971年,Nath发明了一种光纤,利用这种光纤,他和 Kiofhaber在1973年通过内镜技术成功地把激光导人动物的胃 肠道。自此以后,利用光纤特性实现无创导入技术飞速进展。 1975年,美国的Dwyer和德国的Fruhmorgen分别利用氩离子激 光成功地为患者治疗了胃出血。1976年,Hofstetter首次将激光 用于泌尿科学。1979年,Choy申请了利用激光治疗动脉硬化 的专利。由于激光器具有切割、凝固、汽化、打孔、截骨等功能, 70年代医学激光治疗机在l临床各科得到广泛应用。激光以其 特有的优越性解决了许多传统医学的难题。医用激光器作为手 术治疗的器械,已充分显示了它的优越性。1981年,联合国世 界卫生组织正式宣布激光医学为医学的一个新分支。 5激光医学应用领域 激光医学在临床上的应用主要分为三大部分,包括:①激光 在基础医学研究中的应用,主要是通过激光与人体器官组织、细 胞和生物分子的相互作用来研究激光的生物效应。②激光诊

万方数据

华北煤炭医学院学报2009年5月第1l卷第3期J

North China Coal Medical University 2009

May,II(3)

?331-

断,是以激光作为信息载体,利用激光单色性好的特点,对组织 病理形态、病理情况下的功能及找出某些致病因素等方面进行 光谱分析。③激光治疗,是以激光作为能量载体,利用激光对 组织的生物学效应进行治疗,多年来,激光技术已成为l临床治疗 的有效手段,也成为发展医学诊断的关键技术。 5.I弱激光治疗弱激光以其特有的生物作用被用于治疗几 十种疾病。其方法又分为3种,即激光理疗(以弱激光为物理因 子进行原光束、扩束、光纤与腔内照射的物理疗法)、激光针灸 (以弱激光光束直接照射穴位,兼有针与灸的作用)与弱激光 血管内照射疗法(ILLL肛,以弱激光光针插入静脉照射循环血 液的疗法)。 5.2高强度激光手术 以激光束代替金属的常规手术器械对 组织进行分离、切割、切除、凝固、焊接、打孔、截骨等以去除病灶 以及吻合组织、血管、淋巴管、神经等。手术用激光治疗机统称 光刀。激光手术具有不出血或出血少、感染机会少、手术时间 短、精确度高等优点,在处理外科疾病中,已经开始部分地用激 光刀代替钢刀进行手术。激光刀还能通过光导纤维进入人体内 施行手术而不用剖腹等开腔手术,能透过眼屈光介质对眼底施 行手术而不用切开任何部位,这是传统手术做不到的。 5.2.1激光心肌血管重建术。激光心肌血管重建术是目前代 替常规治疗的一种有效手段。利用激光与心肌组织产生的热效 应,用高强度激光束在缺血的心肌区内打数个微孔,通过这些微 孔把心腔内的血液引回到心肌区域,改善心肌血液微循环来达 到治疗的目的。 5.2.2激光碎石术。肾结石和胆结石激光碎石法原理是利用 光纤将脉冲激光引入到体内结石的部位,对着结石发射脉冲激 光,结石吸收了激光的能量之后,产生冲击波,将结石震碎。 5.2.3激光眼科手术。眼科是激光应用到医学上最早的,也是 最成熟的学科.而且还在迅速发展着。目前常用于治疗眼科疾 患的激光有氩离子激光、氪离子激光、染料激光、调Q的YA 准分子激光、钬激光(Holmium:YAG
tase G

5.2.5激光美容。光纤激光美容术是近几年来发展较快的一 种激光医疗新技术,激光可去除和改善影响美观的瑕疵或缺 陷,如激光治疗鲜红斑痣,激光治疗纹身及激光去皱等¨]。 5.3激光动力学疗法(光化学疗法) 在机体内注射某种光敏 物质,由于肿瘤和正常细胞与光敏物质的亲和力不同,使光敏物 质只集中在肿瘤组织中,然后用高功率激光照射肿瘤区域,通过 光化学作用杀死肿瘤细胞,杀伤具有选择性,对正常组织损伤 小。该疗法最大的优点是经过光动力作用后,肿瘤组织坏死、脱 落,而肿瘤周围的正常组织不受影响而保留下来,所以是较好的 治疗方法。目前这方法已用于早期肺癌和食道癌的治疗。 5.4激光诊断1964年,Mcnary和Lithwiek等分别报道了用激 光微区发生光谱测量表皮及骨组织中的元素含量。1965年低 功率气体激光器在视网膜产生干涉环来测量视网膜的视敏度, 1966年,I(IloⅡ用激光散斑现象测定人眼屈光不正。上世纪70 年代,激光多普勒技术、激光荧光光谱法及激光拉曼光谱法开始 用于医学。随着激光技术发展与计算机技术结合,出现了许多 令人瞩目的新诊断方法及诊断仪器。激光诊断技术为诊断学向 非侵入性、微量化、自动化及实施快速方向开展了新途径。日本 研制的一种激光仪器,采用很弱的近红外激光照射患者头部以 获得大脑皮层的二维图像,分析这些图像可以了解癫痫期大脑 活动类型,有助于发现病灶。 6激光新技术的应用 6.I光镊及细胞手术系统80年代中期,贝尔实验室的A.rthul" Ashkin发现一束连续波低功率(1 w以下)激光能“捕捉”单个细 胞和原生动物。对于特定频率的激光,足够小的透明物体会折 射入射的光束,使路径偏折,折射的结果是动量从激光传递给了 目标。如果激光光束与目标的几何关系布置正确,传递给目标 的动量就会把目标向着入射的光束拉动,从而激光就能把目标 移动。这束微小光束如同一把极细微的镊子,将细微颗粒捏住, 因此形象地称之为激光光镊。利用激光光镊技术可以无损伤地 操纵生物粒子如细胞、细菌、病毒、微小的原生动物等,这就为 操作细胞融合、转基因、染色体提供了一种新颖的有效工具。为 了减小对微粒的影响,多采用近红外激光。德国生物学家在卵 细胞周围的保护层上用激光打孔。用光镊抓住精子送入卵细胞 中,以提高体外受精的成功率。在使用激光光镊的同时,第二 柬激光作为解剖刀或剪刀,则可以在细胞器上进行精细的外科 手术。 6.2激光快速血液化验美国研究人员于2001年发明了一种 便携式激光验血机,它能跟踪并发现血液采样中活细胞的病变, 并在几分钟内报告化验结果。现行绝大多数血液化验是通过给 死血液细胞染色而进行的,因为只有这样医生才能用显微镜来 检测血细胞。但这种新型验血机可以检测活细胞,因此,化验 人员能够以极快的速度分析血细胞并发现其中的病变;它可以 在瞬间检测数以万计的血液细胞,而且化验结果比现行任何一 种化验手段都精确。可以检测出患者血液细胞中的只有一毫微 米大小的病变,故可以用来追踪疾病的发病过程。这种血液化 验机使用一种叫做“纵腔表面发射激光”的小型高能激光,可从 一个只有邮票大小的装置上产生数千个小激光束。血液细胞被 激光束照亮,经血液细胞折射,激光便形成几百万个红外线光 束,光束可照亮与放大血细胞内的任何病变。有些病毒,如艾 滋病病毒,常常会使血细胞的外观呈现某些微妙的变化,一般 的血液化验手段不易发现,但这种验血机可以轻而易举地发现 它。

激光等,最近又进展到半导体激光(diode IJa∞r)、氟化氩(Ar F) r)等。目前,激光在 屈光性角膜切削术(PRK)和激光角膜原位磨镶术(LASIK)中 得到广泛应用。PRK是利用紫外激光的高光子能量打断角膜基 质内的分子链,造成非热致汽化来改变角膜的厚度和曲率,以 治疗近视、远视和散光。该疗法损伤小、切割精细安全,对近视 曲光度在600。以下、散光度不大于5000的患者有较好的疗效。 LASIK是先于手术刀在角膜前部区域内切开一皮瓣层,然后用 准分子激光切削角膜瓣下的角膜基质层,永久性地改变角膜形 状。切割完毕后,将切开的角膜恢复到原位,不需缝合,术后角 膜自然愈合,且颇光滑。LASIK是一种效果稳定的屈光矫正治 疗方法,这种方法较PRK更安全,效果也更好。近年来,该方 法已成为美国治疗近视的主要手术方法。近年,由美国加利福 尼亚Intralase公司开发研制的飞秒激光刀(飞秒激光是一种以 脉冲形式运转的激光,持续时间非常短,只有几个飞秒(1飞秒 =10一15秒),是一种新型眼科设备,主要用于LASIK手术,这 是继准分子手术后的又一次革命【3 J。 5.2.4激光修复牙齿。铒激光器依工作性质不同可发出波长 分别是2194p.m和2178pan的红外激光,它能切割牙釉质、牙本 质、龋坏组织和软组织。此波长接近水吸收曲线及羟基磷灰石 吸收红外线峰值。这类激光可以被水强烈吸收,产生光电解效 应,使水温急剧上升,蒸汽压从组织分子中放出产生微小的爆 炸,结果升温的靶组织被爆裂性的去除卜J。

万方数据

?332?

华北煤炭医学院学报2009年5月第1l卷第3期J

North China Coal Medical University 2009

May,1l(3)

7激光技术的发展前景 目前,激光技术仍以日新月异的速度向前发展。随着激光 技术的不断成熟和完善,新的激光品种陆续被引入,如准分子 激光器、自由电子激光器以及CO:、EL:YAG、HF和x光波段的 激光器等,其目的是提高疗效、开拓激光治疗适应证和减少不 良反应。未来在医学上用于治疗的激光器将向大功率、小型化、 智能化方向发展。随着半导体激光器波长范围的扩展、功率的 提高,它将逐渐取代气体、固体激光器,在医学上获得广泛的应 用。多波长激光的组合使用可产生优于单一波长的医疗效果。 随着电子计算机技术的发展,把医用激光器与电子计算 机、光纤、图像分析、摄像录像、荧光光谱和超声技术等新技术及 其新进展的成果相结合,使激光的诊断和治疗水平不断提高。 激光在医疗领域中日趋广泛的应用,显示出了它强大的生命

力,是一种可持续发展的高新技术。 参考文献
[1]杨继庆.刘鲁伟,文峻,等.激光生物组织热作用的影响因素 [J].激光杂志,2005,26(5):94

[2]Tanzi

EL.i,up

ton

JR,.Almer

TS.L丑8∞in

dermatology:tour dee2

ades ofP

rogi'l*s[J].J Am Acad Dermatol,2003,49(1):1—31

[3]雷鸣。李琦云,金淑芬.准分子激光角膜切削术矫正R K术后近 视22例[J].国际眼科杂志,2005.5(2):371 14]杨小民.铒激光在121腔医学中的应用【J].实用医院临床杂志, 2007,4(2):33

[5】唐建民,刘爱琴,黄梅.等.强激光美容治疗参数[J】.激光杂志,
2000,21(5):61 (2008—12—19收稿)(陈迁编辑)

凝血系统的变化与肺问质纤维化关系的研究进展
艾进颖
王红阳’
(华北煤炭医学院附属医院呼吸内科河北唐山063000)
[关键词】肺闻质纤维化凝血系统 [中图分类号】


(TM)通过激活的蛋白C(APC)从促凝血转变成抗凝血。 通过尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)或者组织型纤溶酶原 激活物(tPA)纤溶酶原转变成纤溶酶,纤维蛋白溶解系统启动。 纤溶酶水解纤维蛋白,将其分割成很多可溶的纤维蛋白降解产 物,纤维蛋白被及时清除,减少了纤维蛋白沉积在细胞外形成基 质。tPA调控血管内纤维蛋白溶解,而uPA调控肺组织中血管 外纤维蛋白溶解。两者的区别很重要,因肺损伤主要启动血管 外凝血。利用uPA的特性,尝试用于肺纤维化干预治疗,发现能 减轻肺纤维化程度¨卫J。纤溶酶原激活物抑制因子一l(PAl— 1)是uPA和tPA的主要控制因子,此外血浆糖蛋白、凝血酶激活 的纤维蛋白溶解抑制因子(TAFI)、蛋白C抑制因子(PCI)也能 抑制纤维蛋白溶解系统。 2凝血、纤溶异常变化与肺纤维化 正常肺组织凝血、抗凝血、纤维蛋白溶解三者之间保持平 衡,然而在急性肺损伤、慢性肺疾病比如肺纤维化,平衡被打乱, 更倾向于促凝血和抗纤维蛋白溶解。Chapman等p o分析了结节 病和特发性肺纤维化患者(IPF)的肺泡灌洗液,发现结节患者 TF活性、VII含量升高.IPF患者TF活性明显升高。此后,Idell 等【41为了验证局部的凝血和纤溶异常变化促进了纤维蛋白沉 积,制备r急性肺损伤和肺间质纤维化的兔模型,结果支气管肺 泡灌洗液分析显示,促凝活性升高主要是由于X因子启动了外 源性凝血途径,而纤维蛋白溶解活性依赖于纤维蛋白溶解酶原。 PM明显升高,并且在肺泡内发现有纤维蛋白沉积。最近的一 项对急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者的研究显示,1.F明显在 肺泡上皮细胞、肺泡巨噬细胞、透明膜部位显色¨J。IPF患者和 全身硬化症患者Ⅱ型肺泡上皮细胞和肺泡巨噬细胞,I'F表达明 显上调,与肺组织纤维蛋白沉积紧密相关L6J。上述结果证明, TF依赖的外源性凝血作为凝血连锁的主要启动因子,在各种间 质性肺疾病中起到了主要作用。 纤溶系统主要包括tPA、uPA、纤溶酶原、PAl、TAFI等,纤溶 酶原在纤溶酶原激活物(PA)催化下转变为纤溶酶,后者具有胰 蛋白酶样作用,能够降解多种细胞外基质(ECM)成分。正常肺 泡腔内存在以uPA为主的纤溶作用,可防止不断受外界有害物

563【文献标识码】A

【文章编号】1008-6633(2009)03-332一03

肺间质纤维化是各种病因不同的肺间质疾病的共同结局, 其共同特征是成纤维细胞为主的大量间质细胞增生及基质胶原 进行性积聚,并逐渐取代正常肺组织结构,严重影响肺的通气和 换气功能,导致呼吸衰竭。有关间质性肺疾病的病因及发病机 制仍未阐明。近年来研究发现,凝血系统的异常变化可能参与 了间质性肺疾病的肺纤维化过程。本文对其研究进展综述如
下。

1肺损伤后凝血连锁的启动 肺与外界相通容易受到内外环境因素影响,肺泡上皮损伤 及异常修复可导致血管损伤,凝血连锁激活是肺损伤早期的反 应之一。肺损伤凝血连锁通过外源性途径激活。正常情况下血 液不会暴露于组织因子(Tie)。然而组织损伤后,血浆暴露于表 达在非血管细胞或激活的内皮细胞表面的组织因子,便形成’I'F —VIIa复合物,以后凝血因子便一个激活另一个,形成“瀑布” 样反应链,直至血液凝固。当凝血酶通过一系列凝血因子激活 被不断合成时,出现持续的凝血状态。在这种情形下,内源性途 径也被激活,导致凝血酶和血液凝固持续的产生。因此,外源性 途径在启动凝血是首要的,而内源性途径通过显著放大信号维 持了凝血。与此同时,血浆中也出现了抗凝血活动与纤维蛋白 溶解活动,以防止血凝块不断增大和凝血过程蔓延到这一局部 之外。凝血连锁通过负反馈机制和循环及局部产生抗凝血因子 紧密调控。外源性途径主要由组织因子途径抑制因子(TFPI)调 控,它可以使TiC—VIIa复合物失活。内源性途径由抗凝血酶调 控,在肝素存在情况下,它能抑制凝血酶和其他丝氨酸蛋白酶。 最终当凝血酶结合到内皮细胞表面的受体上后,血栓调节蛋白 【作者简介】艾进颖.(1973一),女,硕士研究生。主要研究方向:肺纤维
化发病机制及治疗。 ’通讯作者:教授,主任医师,硕士生导师。

万方数据


赞助商链接

激光在医疗中的应用

激光在医疗中的应用 - 激光在医疗中的应用 完成日期:2014 5 21 激光在医疗中的应用 激光的应用,按照激光探头是否与激光作用的物质接触,分为接触式和非接触式...

激光技术在医科上的运用

激光技术在医科上的运用 - 激光技术在医科上的运用 摘要:激光医学是激光技术与医学相结合的一门新兴的边缘学科。本世纪 60 年代, 激光问世不久,就与医学结合起来...

激光医学与激光在医学中的应用

激光医学与激光在医学中的应用 - 激光医学与激光在医学中的应用 【摘要】 激光在医学上的应用在近半个世纪里突飞猛进,更形成了激光医学这 门年轻的学科,促使了...

文献综述-激光技术在生物医学上的应用

文献综述-激光技术在生物医学上的应用_医药卫生_专业资料。相关的文献,需要的话可以传给大家。。。 科技文献检索与应用——激光技术在生物医学上的应用激光自从问世...

激光在各个领域的应用调研报告

激光在各个领域的应用调研报告 - 激光在各个领域的应用调研报告 一丶激光技术在医学上的应用 激光是一方向性强, 单色性能好和能高度集中的相干光束,利用透镜能...

医疗激光皮肤治疗与美容综述

医疗激光皮肤治疗与美容综述 - 本文通过对现代医疗激光发展的回顾,介绍了医疗激光在皮肤治疗与美容中的发展现状,并从皮肤治疗和皮肤美容两方面阐述了激光技术在现代...

医疗器械生产中激光技术的应用

随着现在社会的不断进步,激光技术的不断成熟。目前,激光技术凭借着精密、 可靠、 灵活、 高速等自身特性,已经在医疗器械生产中的打标、切割和焊接等应用中,展现出...

...全息技术和C02医用激光的兴起和在医学领域的应用

摘要主要介绍了激光全息技术和 C02 医用激光的兴起和在医学领域的应用, 从激光全息技术 的原理到原先再现, 都作了详细的说明。 C02 医用激光器在实际工作中的具体...

激光医疗

激光医疗 - 激光医疗 摘要 回顾医学科学的每一步进展,无不是由于各时期的新兴的科学新技术的介入。医学 科学进展的标志之一是科学新技术与医学科学相结合衍生出新...

激光的应用

激光的应用 - 生物医学工程 超声成像 学期:2016-2017 学年第一学期 专业:医学影像学系 班级:2015 级技术班 姓名:赵文科 学号:20151240020 摘要:超声(Ul...