激光原理与应用讲第八章学习教案.pptx

会计学1激光激光(jgung)原理与应用讲第八章原理与应用讲第八章第一页，共27页。本章主要本章主要(zhyo)(zhyo)内容：内容： 1. 激光与生物体的相互作用激光与生物体的相互作用2. 激光在临床治疗中的应用激光在临床治疗中的应用3. 激光在生物体检测及诊断中的应用激光在生物体检测及诊断中的应用4. 医用激光设备医用激光设备(shbi)激光应用于医学的未来激光应用于医学的未来激光技术应用于医学激光技术应用于医学(yxu)(yxu)诊断和治疗在本质上是利用激光与生物体的相互作用。诊断和治疗在本质上是利用激光与生物体的相互作用。第1页/共27页第二页，共27页。1. 假设生物体中入射的单色平行光强度(qingd)为I0。若生物体是均匀的吸收物质，那么入射深度为x处的光强度(qingd)I为：生物体的光学生物体的光学(gungxu)(gungxu)特性特性在不能忽略散射(snsh)的条件下，上式可用衰减系数at改写为： xaII00exp xaIItexp0staaa0图8-1 生物体中的光衰减特性 其中： 第2页/共27页第三页，共27页。2. 如图8-3所示为光与生物体各种( zhn)相互作用的示意图：生物体的光学生物体的光学(gungxu)(gungxu)特性特性图8-3 生物体与光的各种( zhn)相互作用的示意图 3. 由图8-4可知，在7001500nm 范围的红外光谱带上吸收比较少，该光谱带称为生物体光谱学之窗。 图8-4 软组织上各种物质的吸收系数与波长的关系 第3页/共27页第四页，共27页。4. 光渗透长度在近红外附近较大，在3m以上的红外域或300nm以下的紫外域中较小。 组织的种类不同，光渗透长度对波长(bchng)的依赖性也变化。 生物体的光学生物体的光学(gungxu)(gungxu)特性特性图8-5 软组织中各种激光(jgung)的穿透深度 第4页/共27页第五页，共27页。1. 激光对生物体的作用是医学应用的物理基础。激光对于受照射的组织(zzh)有四方面的作用即热力作用(thermal action)、 机电作用(electro-mechanical action)、激光消融作用(photoablative action)和光化学作用(photochemical action)。 激光激光(jgung)(jgung)对生物体的作用对生物体的作用2. 各种( zhn)不同波长的低功率密度的激光照射生物体时，对生物体的刺激作用和提高非特异性免疫功能，可使局部血管扩张，血液循环改变， 改善组织的缺氧状态并减轻慢性炎症反应促使炎症吸收好转。 第5页/共27页第六页，共27页。激光激光(jgung)(jgung)对生物体应用的优点对生物体应用的优点1. 人们(rn men)日常工作生活在表现为光的电磁场中，除特殊情况外光对生物体的害处是很少的；2. 在医学上利用激光在大气中直线传播的特性(txng)，既可以非接触地对生物体应用，又可以利用光导纤维将激光导入到生物体的深部；3. 利用激光的高度的方向性，将其会聚成极小的点，使微观的、精细的治疗和高空间分辨率的测定成为可能；4. 激光与生物体进行着极其多种多样的相互作用，至今被利用的还只是很少的一部分。第6页/共27页第七页，共27页。小结小结(xioji)(xioji)：激光对于受照射组织的作用主要激光对于受照射组织的作用主要(zhyo)包括：即热力作用、包括：即热力作用、 机电作用、激光消融作用、光化学作用。机电作用、激光消融作用、光化学作用。生物体光谱学之窗：生物体光谱学之窗：700nm1500nm。第7页/共27页第八页，共27页。1. 临床上激光的用途(yngt)不外乎切割、分离；汽化、融解；烧灼、止血；凝固、封闭；压电碎石；局部照射等，这些治疗种类就是利用激光对生物体的光热作用、压电作用和光化学作用。 激光临床治疗的种类激光临床治疗的种类(zhngli)(zhngli)与现状与现状2. 激光在焦平面上的光点最小，激光能量最集中。激光束经聚焦后形成极小(j xio)的光点，由于能量或功率的高度集中，同时激光的高温还起了杀菌的作用。 第8页/共27页第九页，共27页。 激光治疗是适当地调整照射条件,在不损坏正常组织的情况下,有选择地破坏病变组织的治疗方法。在波长选择上，必须考虑病变细胞的吸收系数与皮肤组织光穿透深度(shnd)两个因素。激光在皮肤科及整形外科领域激光在皮肤科及整形外科领域(ln y)(ln y)中的应用中的应用图8-6 皮肤的断面(dun min)构造示意图 第9页/共27页第十页，共27页。激光激光(jgung)(jgung)在眼科中的应用在眼科中的应用图8-7 眼的构造(guzo) 图8-8 眼睛(yn jing)中光的聚光特性示意图 第10页/共27页第十一页，共27页。激光激光(jgung)(jgung)在眼科中的应用在眼科中的应用图8-9激光(jgung)角膜手术的示意图 治疗近视是利用烧蚀对角膜表面进行精密加工，控制折光率（矫正）的过程。光源一般采用能得到高质量烧蚀表面的193nm ArF准分子激光器。由于该波长的激光穿透深度浅，所以容易实现(shxin)精密切割。第11页/共27页第十二页，共27页。激光激光(jgung)(jgung)在泌尿外科中的应用在泌尿外科中的应用激光激光(jgung)(jgung)在耳鼻喉科中的应用在耳鼻喉科中的应用最新的技术最新的技术(jsh)(jsh)间质激光光凝术间质激光光凝术 借助光导纤维将激光能量传递至组织表面或内部，利用激光对组织产生的热力作用或消融作用来实现。第12页/共27页第十三页，共27页。 某些光敏感性物质具有肿瘤亲和性， 因此给癌症(i zhn)患者静脉注射这种光敏感性物质，经一定时间后，在病变部位照射激光。可以有选择地破坏癌症(i zhn)细胞，这种方法称为光动力治疗（PDT）或光化学治疗（PCT）。 光动力学治疗光动力学治疗(zhlio)(zhlio)图8-11 光敏感物质(wzh)(血卟啉衍生物（HpD）的吸收光谱第13页/共27页第十四页，共27页。小结小结(xioji)(xioji)：准分子激光用于治疗近视是利用了该波长穿透准分子激光用于治疗近视是利用了该波长穿透(chun tu)深度浅，所以容易实现精密切割的特点。深度浅，所以容易实现精密切割的特点。激光应用于皮肤及整形外科时，在波长选择激光应用于皮肤及整形外科时，在波长选择(xunz)上必须考虑病变细胞的吸收系数与皮肤组织光穿透深度两个因素。上必须考虑病变细胞的吸收系数与皮肤组织光穿透深度两个因素。第14页/共27页第十五页，共27页。1. 利用(lyng)近红外光谱的代谢功能测量 利用激光利用激光(jgung)(jgung)的生物体光谱测量及诊断的生物体光谱测量及诊断 如图8-13所示，血红蛋白被氧化的状态(oxy-Hb)与脱氧化的状态(deoxy-Hb)的吸收光谱具有(jyu)微妙差别。 在600800nm范围氧化血红蛋白的吸收小而呈鲜红色，而在800nm以上脱氧化血红蛋白的吸收小。 图8-13 血红蛋白的吸收光谱 第15页/共27页第十六页，共27页。2. 利用荧光光谱确定(qudng)病变部位 利用激光利用激光(jgung)(jgung)的生物体光谱测量及诊断的生物体光谱测量及诊断 在生物体组织上照射激光时病变部位显示特有的荧光(ynggung)，根据此荧光(ynggung)就能确定病变部位。 如图8-14所示，采用NPe6做光敏感性物质，在664nm激光的激发下能够产生670nm的荧光(ynggung)。 图8-14 光敏感性物质NPe6的吸收光谱与荧光光谱 第16页/共27页第十七页，共27页。激光激光(jgung)(jgung)断层摄影断层摄影（1）X射线CT围绕人体旋转小型X射线源，由检测器阵列测定X射线透射量后进行数字化，再对这些数据以特定的算法（CT算法）利用计算机求解后构成断层像（tomography）。（2）图8-15中透射光中包含着三种不同的光线，一种是受到散射后向任意方向散射的成分；第二种是具有较小的散射角且向前(xin qin)传播的成分；第三种是向前(xin qin)透射直线传播的成分。图8-15 透过(tu u)生物体（散射介质）中的光示意图 第17页/共27页第十八页，共27页。激光激光(jgung)(jgung)断层摄影断层摄影（3）其关键在于如何将直线传播的透射(tu sh)光选择出来并进行高灵敏的检测。图8-16 利用外差法的光学CT检测的实验(shyn)装置 利用直线传播光比其他成分的光能够更快递到达检测器利用空间滤波器选择识别指向性高的直线传播光线成分利用外差探测法 第18页/共27页第十九页，共27页。1. 激光(jgung)共焦显微镜 激光激光(jgung)(jgung)显微镜显微镜（1）图8-19所示为透射(tu sh)型激光共焦显微镜的原理图。图8-19 激光共焦显微镜的原理图 （2）图8-20所示为反射型激光共焦显微镜的原理图，实际使用中多采用该结构。图8-20 反射型激光共焦显微镜的原理图 第19页/共27页第二十页，共27页。2. 近场光学(gungxu)显微镜 激光激光(jgung)(jgung)显微镜显微镜 图8-21所示的是近场光学显微镜与通常的显微镜的示意图。两者基本结构相似，但近场光学显微镜在离试样表面(biomin)很近处存在探头，该探头起着实现超分辨率的关键作用。 图8-21近场光学显微镜（a）与通常光学显微镜（b）的示意图 第20页/共27页第二十一页，共27页。图8-15 透过(tu u)生物体（散射介质）中的光示意图 小结小结(xioji)(xioji)：光学光学CT是利用下图中哪中光线是利用下图中哪中光线(gungxin)进行断层扫描成像的？进行断层扫描成像的？第21页/共27页第二十二页，共27页。医用激光医用激光(jgung)(jgung)光源光源波长（波长（nm）激光器种类激光器种类工作模式工作模式用途用途紫外光193ArF准分子激光器脉冲角膜手术（近视的治疗等）可见光488.515Ar离子激光器连续眼底治疗、痣治疗511.578Cu蒸气激光器脉冲痣治疗510染料激光器（罗丹明）脉冲痣治疗、解释破碎532倍频Nd:YAG激光器脉冲一般外科（内窥镜下）570590染料激光器（罗丹明）脉冲痣治疗630染料激光器（罗丹明）脉冲、连续癌光动力学治疗法（PDT）632.8He-Ne激光器连续去痛、血流计620670OPO（光参量振荡器）脉冲癌光动力学治疗法（PDT）650670半导体激光器连续癌光动力学治疗法（PDT）694Cr:Al2O3（红宝石）激光器脉冲痣治疗红外光780910半导体激光器连续去痛、脑内氧监视、一般外科1064Nd:YAG激光器连续凝固、止血、一般外壳激光烧灼脉冲痣治疗2080Ho:YAG激光器脉冲一般外科（内窥镜下）2940Er: YAG激光器脉冲牙科治疗10600CO2激光器连续、脉冲一般外科、心肌梗塞治疗表8-1 一般(ybn)医用激光器及其用途第22页/共27页第二十三页，共27页。1. 光纤（实心(shxn)光纤） 医用激光医用激光(jgung)(jgung)传播用光纤传播用光纤 医用激光(jgung)的光束直径通常是数十至数百微米，因此一般采用多模光纤。激光(jgung)以很小的光束直径聚光时，功率密度过高会引起光纤材料的损伤。图8-22 石英玻璃光纤的损失光谱 第23页/共27页第二十四页，共27页。2. 空心(kng xn)光纤 医用激光医用激光(jgung)(jgung)传播用光纤传播用光纤 空心光纤是用空气（或气体）作为芯的细管状的纤维，激光在这种管内壁上边反射边传播。这种空心光纤除了光纤端部以外几乎没有(mi yu)反射损失，因而能得到很高的传播效率。 图8-23 空心光纤的结构 第24页/共27页第二十五页，共27页。小结小结(xioji)(xioji)：相对于普通的实心相对于普通的实心(shxn)光纤，空心光纤更容易实现较大功率激光的传输，而且能够提供更宽的波长适用性。光纤，空心光纤更容易实现较大功率激光的传输，而且能够提供更宽的波长适用性。第25页/共27页第二十六页，共27页。 目前最新的进展主要集中在间质激光凝固(nngg)法和间质的光动力学治疗研究中，同时激光美容技术正进入蓬勃发展时期。 医用激光医用激光(jgung)(jgung)新技术新技术光动力学治疗光动力学治疗(zhlio)(zhlio)的前景的前景 光动力学治疗法具备了许多潜在的治疗靶器官的功能，但其作用机理还未被完全解释清楚，临床应用尚处起步阶段。 第26页/共27页第二十七页，共27页。