1、目目 的的 要要 求求1.掌握激光的定义、特性、激光对皮肤的掌握激光的定义、特性、激光对皮肤的生物学效应和激光的选择光热性原理；生物学效应和激光的选择光热性原理；2.熟悉激光产生条件和过程、激光的分类；熟悉激光产生条件和过程、激光的分类；3.了解激光的发展史。了解激光的发展史。4激光技术发展简史激光技术发展简史1916年，爱因斯坦年，爱因斯坦在他在他的经典著作的经典著作“关于辐射关于辐射的量子理论的量子理论”中第一次中第一次提出了受激辐射的存在提出了受激辐射的存在和光放大的可能，从而和光放大的可能，从而创建了激光的基本原理创建了激光的基本原理Einstein5激光技术发展简史激光技术发展简史1
2、960年年美国休斯公司实验室美国休斯公司实验室一位从事红宝石荧光研究的年一位从事红宝石荧光研究的年轻人轻人，梅曼（，梅曼（Maiman THMaiman TH）制）制成了世界上第一台激光器成了世界上第一台激光器红红宝石（宝石（rubyruby）激光。）激光。梅曼在梅曼在7月月7日正式演示了世界第一台日正式演示了世界第一台红宝石固态激光器；红宝石固态激光器；Maiman6激光技术发展简史激光技术发展简史Maiman的第一台激光器的第一台激光器7中国第一台激光器（中国第一台激光器（19611961）1961年年，长春光机所研制了我国的首台红宝石激光器。，长春光机所研制了我国的首台红宝石激光器。传导
3、是热弥散的一种主要方式。第二节 激光的物理学效应与生物效应由于谐振腔只允许沿轴线方向的光输出，所以激光的发散角度很小，似一束平行光，故激光是方向性最好的光。传导是热弥散的一种主要方式。这是短脉冲激光治疗的必要条件。自发辐射受激吸收受激辐射普通光源向四面八方辐射,光线分散到4p球面度的立体角内.是指激光单位照射面积上的能量，常用J/cm25、脉宽：又称脉冲持续时间，是（pulse duration)，是指短脉冲激光单位脉冲的持续时间，一般用毫秒及纳秒ms、s、ns等来表示（1s=103ms=106s=109ns）普通光源是光的自发辐射。是指激光在正常聚焦状态下的照射范围，不同的激光治疗手柄可形成
4、不同形状的光斑。适应证：表皮色素性皮肤病、如雀斑、咖啡斑等指激光照射生物组织后，生物大分子吸收激光光子的能量，产生受激原子、分子和自由基，引起机体内一系列化学反应。激光对皮肤组织的生物学效应普通光源是光的自发辐射。1983年，年，Anderson RRAnderson RR和和Parrish JAParrish JA提出了选择性提出了选择性光热作用理论，为美容激光医学研究奠定了基础光热作用理论，为美容激光医学研究奠定了基础。自20世纪80年代中期以后，随着Q开关技术、倍频技木、超脉冲技木、电脑扫描技木在激光领域的应用，使得一些色素性皮肤病（如太田痣），血管性皮肤病（如鲜红斑痣），多毛症，皮肤老
5、化等损容性皮肤病的治疗，达到了近乎完美的效果。20世纪90年代进入脉冲激光年代（美容激光）9光盘存储器原理光盘存储器原理激光刻蚀与读出激光刻蚀与读出10激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）11激光控制核聚变激光控制核聚变12天文台（激光导航星）来自纳层来自纳层的反射光的反射光（高度约（高度约100km)100km)最大高度最大高度约约35km35km来自空气来自空气分子的分子的RayleighRayleigh光光13激光测距与激光雷达激光测距与激光雷达激光产生的基本原理15普通光源普通光源普通光源是光的自发辐射。普通光源是光的自发辐射。特点：特点：多波长、任意方向、多波长、任意方向、不相干
6、。不相干。普通光源向四面八方辐射普通光源向四面八方辐射,光线分散到光线分散到4 4p p球面度的立体球面度的立体角内角内.激光激光光的波粒二象性光的波粒二象性波动性：传播过程波动性：传播过程 具有频率、波长、偏振具有频率、波长、偏振粒子性：光与物质相互作用粒子性：光与物质相互作用 具有能量、动量、运动质量具有能量、动量、运动质量通过热弥散，热能向周围组织扩散，导致热效应范围进一步扩大。目前常用热弛豫时间来表示热弥散的速度。2、功率密度：是指激光照射靶区单位面积上的功率，常用W/cm2来表示将腔内部分激光由部分反射面耦合输出。20世纪90年代进入脉冲激光年代（美容激光）长波光子携带的能量高，治疗
7、较强烈激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）治疗色素增生性皮肤病的调Q红宝石激光（波长694nm）比较好地符合了上述几点。长脉宽模式 适应证主要治疗草莓状血管瘤，鲜红斑痣，还可以脱毛、除皱紧肤自发辐射受激吸收受激辐射普通光源是光的自发辐射。具有能量、动量、运动质量6、脉冲延迟：如果一个脉冲由两个以上子脉冲组成，则两个相邻子脉冲之间的时间间隔，称为脉冲延迟，一般用毫秒来表示。研究表明：对多数激光而言（波长300-1000nm），进入皮肤的激光约99%被皮肤组织外层3.532，氧合血红蛋白、黑素激励系统激励系统 工作物质工作物质激光束激光束光学谐振腔光学谐振腔 激光器激光器 1、工作物质、工作物
8、质 在热平衡状态下，一般介质中的粒子都满足满足玻尔兹曼分布，即低能级的粒子数密度大于高玻尔兹曼分布，即低能级的粒子数密度大于高能级的能级的。要产生激光，必须首先改变粒子的分布，使高能级的粒子数密度大于低能级的（粒子数反转）。只有在特殊的介质中才能实现粒子数反转，目前自然界中只找到数百种这样的介质，称激活介质，它们是激光产生的必要条件mmm分类分类工作物质工作物质激励方式激励方式工作方式工作方式激光波长激光波长固体激光器固体激光器红宝石红宝石掺钕钇铝掺钕钇铝石榴石石榴石钕玻璃钕玻璃光泵激发光泵激发光泵激发光泵激发 光泵激发光泵激发脉冲脉冲连续、脉冲连续、脉冲 脉冲脉冲694.3nm1.06 1.
9、06气体激光器气体激光器氦氖氦氖二氧化碳二氧化碳氩离子氩离子电激光电激光电激光电激光电激光电激光脉冲脉冲连续、脉冲连续、脉冲连续、脉冲连续、脉冲632.8nm10.06514.5nm 488nm半导体激光半导体激光器器砷化镓砷化镓注入式注入式连续、脉冲连续、脉冲902nm液体激光器液体激光器染料染料激光激发激光激发 闪光灯激发闪光灯激发连续、脉冲连续、脉冲585nm（可调谐）可调谐）555nm 2、激励源 在工作物质中，要实现粒子数反转，还必须从外界提供能量，将处于低能级的粒子激发到高能级上 常用的激励源:电能、光能、核能、光化学能光学谐振腔光学谐振腔有三个作用：提供正反馈，使光放大能在腔内稳
10、定地振腔，为产生高密度同种受激辐射光子提供保证。将腔内部分激光由部分反射面耦合输出。确保激光的单色性和方向性。.激光光束激光光束全反射镜全反射镜l光学谐振腔示意图光学谐振腔示意图部分透光反射镜部分透光反射镜激光的特性激光的特性单色性好：单色性好：光的颜色与波长相对应单一波长的光为单色光。方向性好方向性好：由于谐振腔只允许沿轴线方向的光输出，所以激光的发散角度很小，似一束平行光，故激光是方向性最好的光。高亮度高亮度：由于激光的能量高度集中在一个很小的角度内，所以它的亮度要比普通光源高几万亿倍。短波长、高频率、高能量（1）主要是通过碰撞生热和吸收生热两种方式来实现的。指激光照射生物组织后，生物大分
11、子吸收激光光子的能量，产生受激原子、分子和自由基，引起机体内一系列化学反应。20世纪90年代进入脉冲激光年代（美容激光）自发辐射受激吸收受激辐射由于激光是受激辐射光，其光波在时间和空间上一致，故相干性好，可形成叠加。毛囊组织：凝固性坏死/变性长、短波长所携带相同的光能量时传导是热弥散的一种主要方式。9、热弛豫时间（thermal telaxtiaon time TRT）是指色基吸收激光能量后，温度下降50%所需的时间。自20世纪80年代中期以后，随着Q开关技术、倍频技木、超脉冲技木、电脑扫描技木在激光领域的应用，使得一些色素性皮肤病（如太田痣），血管性皮肤病（如鲜红斑痣），多毛症，皮肤老化等损
12、容性皮肤病的治疗，达到了近乎完美的效果。根据选择性光热作用原理，脉宽应短于靶色基的热弛豫时间，这就使激光产生的热能主要局限于靶色基，而很少弥散到周围正常组织，造成损伤。粒子性：光与物质相互作用Medlite C6为例适应证：真皮色素增生性皮肤病：太田痣、文身等32激光切割激光切割 相干性好：相干性好：由于激光是受激辐射光，其光波在时间和空间上一致，故相干性好，可形成叠加。2009年国庆阅兵第二节 激光的物理学效应与生物效应 激光对皮肤组织的生物学效应【热效应】【热效应】是指激光被吸收后转化为热能，使皮肤组织温度升高，这是激光对皮肤最重要的生物学效应，很多激光都是通过热效应热效应来达到临床疗效的
13、【热效应】【热效应】（1）主要是通过碰撞生热碰撞生热和吸收生热吸收生热两种方式来实现的。前者是指 光子被吸收后激活了生物分子，被激活的生物分子与周围其他分子不断碰撞并使其获得振动能和转动能；后者是指 偶极分子（主要是水分子）吸收了红外光光子后，光能直接转化为该分子的振动能和转动能。这两种方式均可导致皮肤组织温度升高，热效应产生。（2）热弥散热弥散：热效应产生的同时，热弥散即已经开始。通过热弥散，热能向周围组织扩散，导致热效应范围进一步扩大。传导是热弥散的一种主要方式。目前常用热弛豫时间热弛豫时间来表示热弥散的速度。来表示热弥散的速度。（3）热效应对皮肤组织的影响热效应对皮肤组织的影响：激光的热
14、效应既包括激光对作用靶的直接热效应，也包括热能由作用靶向周围组织扩散所产生的继发热效应。一般而言，激光的热效应与组织达到的温度和照射时间均有密切联系。组织在数毫秒内温度骤升200-1000度，或在45-50度的温度下持续1分钟左右，均可引起蛋白质破坏、组织受损。3739 时：皮肤有温热感 4344 时：皮肤潮红 55 60 时：皮肤内蛋白质凝固 100 时：细胞内外的水沸腾 300400：皮肤组织炭化 530 以上：皮肤组织燃烧【光机械作用】【光机械作用】主要是指激光的一次光压与二次光压 第一次压强：即被照处的光压。光照射在物体表面时，光子与之碰撞所产生的辐射压力。第二次压强：第二次压强：当生
15、物组织吸收强激光而出现瞬间高热，急热当生物组织吸收强激光而出现瞬间高热，急热致膨胀压强等，称为激光对组织的二次压强。致膨胀压强等，称为激光对组织的二次压强。【电磁场效应】激光是电磁波，激光还以电磁场的形式参与生物组织的作用【光化学效应】指激光照射生物组织后，生物大分子吸收激光光子的能量，产生受激原子、分子和自由基，引起机体内一系列化学反应。【弱激光的生物刺激作用】即毫瓦级弱激光，被生物组织吸收能量以后，可改善局部的血液循环、促进炎症的消散和吸收、有利组织再生、加速创面的愈合。常用的术语及释义1、能量密度能量密度：又称剂量。是指激光单位照射面积上的能量，常用J/cm22、功率密度功率密度：是指激
16、光照射靶区单位面积上的功率，常用W/cm2来表示4、功率功率：是指激光在单位时间内输出的能量，常用单位为W。5、脉宽脉宽：又称脉冲持续时间，是（pulse duration)，是指短脉冲激光单位脉冲的持续时间，一般用毫秒及纳秒ms、s、ns等来表示（1s=103ms=106s=109ns）6、脉冲延迟脉冲延迟：如果一个脉冲由两个以上子脉冲组成，则两个相邻子脉冲之间的时间间隔，称为脉冲延迟，一般用毫秒来表示。7、光斑大小光斑大小：即激原光束输出时出光即激原光束输出时出光孔或焦点处的光斑大小。孔或焦点处的光斑大小。是指激光在是指激光在正常聚焦状态下的照射范围，不同的激光治正常聚焦状态下的照射范围，
17、不同的激光治疗手柄可形成不同形状的光斑。如光斑呈圆疗手柄可形成不同形状的光斑。如光斑呈圆形，则往往用光斑的直径来表示光斑的大小。形，则往往用光斑的直径来表示光斑的大小。常用单位为毫米常用单位为毫米8 8、色基、色基：即色素基团，是指组织中能吸收：即色素基团，是指组织中能吸收一定波长光的生物分子，大多为生物体内自一定波长光的生物分子，大多为生物体内自然存在的色素。皮肤组织中最重要的色基为然存在的色素。皮肤组织中最重要的色基为血红蛋白、黑素与水。每种色基都有自身特血红蛋白、黑素与水。每种色基都有自身特定的光吸收曲线。定的光吸收曲线。9 9、热弛豫时间热弛豫时间（thermal thermal te
18、laxtiaon time TRTtelaxtiaon time TRT）是指色基吸）是指色基吸收激光能量后，温度下降收激光能量后，温度下降50%50%所需的所需的时间。一般而言，色基体积或直径时间。一般而言，色基体积或直径越大，热弛豫时间越长越大，热弛豫时间越长选择性光热作用理论 选择性光热作用的主要内容是：选择性光热作用的主要内容是：当入射激光的波长与靶色基自身固有的吸收峰匹配，且照射时间短于靶色基的热弛豫时间（TRT）时，就可选择性地破坏靶色基，而不损伤周围正常组织或仅造成轻度损伤，从而达到无创伤治疗的效果。1、合适的波长 每一色基均有自身特有的吸收曲线例如氧合血红蛋白就有418nm、5
19、42nm和577nm，3个吸收峰。一个理想的激光波长要符合以下3个点：1、与靶色基的吸收峰尽可能匹配、与靶色基的吸收峰尽可能匹配2、来自其他色基的竞争性吸收尽可能要少、来自其他色基的竞争性吸收尽可能要少3、有足够的穿透深度、有足够的穿透深度治疗色素增生性皮肤病的调Q红宝石激光（波长694nm）比较好地符合了上述几点。在这一波长下来自氧合血红蛋白的竞争性吸收就很少，而该波长既能较好地成为成熟黑素小体吸收，又有一定的穿透深度。治疗色素增生性皮肤病的调Q红宝石激光（波长694nm）比较好地符合了上述几点。在这一波长下来自氧合血红蛋白的竞在这一波长下来自氧合血红蛋白的竞争性吸收就很少争性吸收就很少而该
20、波长既能较好地成为成熟黑素小而该波长既能较好地成为成熟黑素小体吸收体吸收又有一定的穿透深度。又有一定的穿透深度。2、合适的脉宽 短脉冲激光能量释放的持续时间是通过脉宽（脉冲持续时间）反映出来的。根据选择性光热作用原理，脉宽应短于靶色基的脉宽应短于靶色基的热弛豫时间热弛豫时间，这就使激光产生的热能主要局限于靶色基，而很少弥散到周围正常组织，造成损伤。在工作物质中，要实现粒子数反转，还必须从外界提供能量，将处于低能级的粒子激发到高能级上 3739 时：皮肤有温热感1960年美国休斯公司实验室一位从事红宝石荧光研究的年轻人，梅曼（Maiman TH）制成了世界上第一台激光器红宝石（ruby）激光。当
21、入射激光的波长与靶色基自身固有的吸收峰匹配，且照射时间短于靶色基的热弛豫时间（TRT）时，就可选择性地破坏靶色基，而不损伤周围正常组织或仅造成轻度损伤，从而达到无创伤治疗的效果。1960年美国休斯公司实验室一位从事红宝石荧光研究的年轻人，梅曼（Maiman TH）制成了世界上第一台激光器红宝石（ruby）激光。2、来自其他色基的竞争性吸收尽可能要少激光的热效应既包括激光对作用靶的直接热效应，也包括热能由作用靶向周围组织扩散所产生的继发热效应。第二节 激光的物理学效应与生物效应（3）热效应对皮肤组织的影响：是指激光单位照射面积上的能量，常用J/cm2将腔内部分激光由部分反射面耦合输出。即毫瓦级弱
22、激光，被生物组织吸收能量以后，可改善局部的血液循环、促进炎症的消散和吸收、有利组织再生、加速创面的愈合。自发辐射受激吸收受激辐射 300400：皮肤组织炭化20世纪90年代进入脉冲激光年代（美容激光）3、足够的能量这是短脉冲激光治疗的必要条件。调Q技术使短脉冲激光得以在极短的时间内释放出高能量，功率可高达109-1012W，足以摧毁靶色基。如前所述，短脉冲激光对靶色基的破坏主要是通过热效应与机械短脉冲激光对靶色基的破坏主要是通过热效应与机械作用来达到的作用来达到的 黑色素：显微爆破 血管内皮：凝固坏死/变性 毛囊组织：凝固性坏死/变性 胶原组织与纤维母细胞：皮肤年轻化长、短波长所携带相同的光能
23、量时 短波长、高频率、高能量 长波长、低频率、低能量 短波穿透较浅、长波穿透较深（在一定范围内）短波光子携带的能量高，治疗较强烈 长波光子携带的能量高，治疗较强烈光穿透深度与波长的关系光穿透深度与波长的关系300-1000nm内，波长越长，穿透越深波长1300nm，由于被水强吸收，穿透表浅研究表明：对多数激光而言（波长300-1000nm），进入皮肤的激光约99%被皮肤组织外层3.6mm所吸收，在近紫外光、可见光、近红外光这一波段范围内，肤色越深，吸收越多，而在300nm以下及950-2200nm波长范围内，不同肤色的皮肤组织对激光的吸收无明显差异 Medlite C6为例 波长1064nm、
24、532nm、调Q模式，4-10ns,（长脉宽模式为ms）532，氧合血红蛋白、黑素 调Q模式适应证：表皮色素性皮肤病、如雀斑、咖啡斑等532，长脉宽模式适应证：血管增生性皮肤病，如：鲜红斑痣、毛细血管扩张、酒渣鼻（毛细血管扩张性）、蜘蛛痣1064波长长，穿透深，调Q模式适应证：真皮色素增生性皮肤病：太田痣、文身等长脉宽模式 适应证主要治疗草莓状血管瘤，鲜红斑痣，还可以脱毛、除皱紧肤1983年，Anderson RR和Parrish JA提出了选择性光热作用理论，为美容激光医学研究奠定了基础。自20世纪80年代中期以后，随着Q开关技术、倍频技木、超脉冲技木、电脑扫描技木在激光领域的应用，使得一些
25、色素性皮肤病（如太田痣），血管性皮肤病（如鲜红斑痣），多毛症，皮肤老化等损容性皮肤病的治疗，达到了近乎完美的效果。20世纪90年代进入脉冲激光年代（美容激光）66激光控制核聚变激光控制核聚变1916年，爱因斯坦在他的经典著作“关于辐射的量子理论”中第一次提出了受激辐射的存在和光放大的可能，从而创建了激光的基本原理由于谐振腔只允许沿轴线方向的光输出，所以激光的发散角度很小，似一束平行光，故激光是方向性最好的光。要产生激光，必须首先改变粒子的分布，使高能级的粒子数密度大于低能级的（粒子数反转）。自发辐射受激吸收受激辐射普通光源是光的自发辐射。梅曼在7月7日正式演示了世界第一台红宝石固态激光器；自发
26、辐射受激吸收受激辐射自发辐射受激吸收受激辐射热效应产生的同时，热弥散即已经开始。4、功率：是指激光在单位时间内输出的能量，常用单位为W。1961年，长春光机所研制了我国的首台红宝石激光器。是指激光单位照射面积上的能量，常用J/cm2适应证：真皮色素增生性皮肤病：太田痣、文身等毛囊组织：凝固性坏死/变性来自空气分子的Rayleigh光激光产生的基本原理高亮度高亮度：由于激光的能量高度集中在一个很小的角度内，所以它的亮度要比普通光源高几万亿倍。【热效应】【热效应】（1）主要是通过碰撞生热碰撞生热和吸收生热吸收生热两种方式来实现的。前者是指 光子被吸收后激活了生物分子，被激活的生物分子与周围其他分子
27、不断碰撞并使其获得振动能和转动能；后者是指 偶极分子（主要是水分子）吸收了红外光光子后，光能直接转化为该分子的振动能和转动能。这两种方式均可导致皮肤组织温度升高，热效应产生。（2）热弥散热弥散：热效应产生的同时，热弥散即已经开始。通过热弥散，热能向周围组织扩散，导致热效应范围进一步扩大。传导是热弥散的一种主要方式。目前常用热弛豫时间热弛豫时间来表示热弥散的速度。来表示热弥散的速度。（3）热效应对皮肤组织的影响热效应对皮肤组织的影响：激光的热效应既包括激光对作用靶的直接热效应，也包括热能由作用靶向周围组织扩散所产生的继发热效应。Medlite C6为例 波长1064nm、532nm、调Q模式，4-10ns,（长脉宽模式为ms）532，氧合血红蛋白、黑素 调Q模式适应证：表皮色素性皮肤病、如雀斑、咖啡斑等532，长脉宽模式适应证：血管增生性皮肤病，如：鲜红斑痣、毛细血管扩张、酒渣鼻（毛细血管扩张性）、蜘蛛痣1064波长长，穿透深，调Q模式适应证：真皮色素增生性皮肤病：太田痣、文身等长脉宽模式 适应证主要治疗草莓状血管瘤，鲜红斑痣，还可以脱毛、除皱紧肤
