激光医学(生工09)2-2(1)心得完整版

1、 第一节第一节 激激 光光 基基 础础 第二节第二节 生物组织的物理性质生物组织的物理性质 激光生物学作用与生物组织的特性和激光参数有关激光生物学作用与生物组织的特性和激光参数有关 常用的激光参数有：常用的激光参数有： 一、激光在生物组织中的传输过程一、激光在生物组织中的传输过程 i I r I 能量、功率、能量密度、能量、功率、能量密度、 功率密度、波长、脉宽、模式、发散角等。功率密度、波长、脉宽、模式、发散角等。 （一）生物组织对激光的反射和透射（一）生物组织对激光的反射和透射 t I 吸收吸收 散射散射 镜式反射镜式反射 生物组织对激光的反射生物组织对激光的反射 漫反射漫反射 （光洁的皮

2、肤）（光洁的皮肤） 表面漫反射表面漫反射 内部漫反射内部漫反射 (%) 0 30 8 . 0 0 60 0 90 6 . 0 4 . 0 2 . 0 0 . 1 0 反反 射射 率率 入射角入射角 镜式反射率与入射角的关系镜式反射率与入射角的关系 后向散射后向散射 内部漫反射强内部漫反射强 nm1300600 吸收与散射相当吸收与散射相当 nm590450 氩激光氩激光5 .4545 .23 9 .4572 .27氩激光氩激光 氩激光氩激光8 .4650 .28 2 .476 0 .31 氩激光氩激光 氩激光氩激光0 .488 0 .34 氩激光氩激光 0 .36 5 .469 氩激光氩激光5

3、 .514 5 .37 氩激光氩激光5 .476 7 .31 氦氖激光氦氖激光 5 .48 8 .632 氪激光氪激光 1 .6470 .57 红宝石激光红宝石激光 5 .66 3 .694 反射百分比反射百分比波长波长)(nm激光激光 四种激光器四种激光器 11 11 种波长的反射百分比种波长的反射百分比 人体组织对激光的反射百分比人体组织对激光的反射百分比 弹道直射光弹道直射光 生物组织对激光的透射生物组织对激光的透射 蛇行折射光蛇行折射光 漫透射光漫透射光 激光透照技术可进行乳腺癌早期诊断激光透照技术可进行乳腺癌早期诊断 （二）生物组织对激光的散射（二）生物组织对激光的散射 弹性散射弹性

4、散射 激光散射激光散射 不发生波长改变不发生波长改变 瑞利散射瑞利散射 非弹性散射非弹性散射发生波长改变发生波长改变 弹性散射弹性散射 非弹性散射非弹性散射 廷德尔散射廷德尔散射 米氏散射米氏散射 拉曼散射拉曼散射 布里渊散射布里渊散射 10 10 4 2 cos1 s I ) 1 1 ( 5 . 04 . 0 s I 1 s I 0 ， 各项同性散射各项同性散射 各项异性系数各项异性系数 dp dp g 4 4 )( cos)( 1 ， 完全前向散射完全前向散射 -1 ， 完全后向散射完全后向散射 99. 07 . 0g大多数生物组大多数生物组 织织 s 散射系数散射系数 z s eII 0

5、 （三）生物组织对激光的吸收（三）生物组织对激光的吸收 TRA 1吸收率吸收率 选择性吸收选择性吸收 吸收系数吸收系数 氧合血红蛋白氧合血红蛋白 黑色素黑色素 氧合血红蛋白及黑色素吸收光谱氧合血红蛋白及黑色素吸收光谱 波长波长(nm) 摩摩 尔尔 消消 光光 0.5 1. 0 400300500600 氩激光氩激光染料激光染料激光 488 514577 一般吸收一般吸收 z eII 0 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律 1 L吸收长度吸收长度 混浊介质混浊介质 吸收和散射同时存在的介质吸收和散射同时存在的介质 st t L 11 全衰减系数全衰减系数 st 入射光子的平均自由光程入射光子的平均自由光

6、程 s s t s a 光漫反照率光漫反照率 多数普通激光（波长为多数普通激光（波长为 ）穿入皮肤）穿入皮肤 的辐射能中的的辐射能中的99%被组织的外被组织的外 层吸收。层吸收。 nm1000300 mm6 . 3 cm/200 mm8 . 31060 Nd：YAG激光激光 10600激激光光 2 COmm23. 0 cm/12 表面表面 体积体积 吸收吸收 系数系数 波长波长)(nm光源光源 吸收吸收 深度深度 效应效应 二种激光器对组织作用的比较二种激光器对组织作用的比较 nm2940 Er：YAG激光激光 波长波长(um) 213945698 5 10 4 10 3 10 2 10 1

7、10 )( m 水的吸收光谱水的吸收光谱 研究表明，组织对激光的研究表明，组织对激光的 最小最小和和最大最大吸收相符合。吸收相符合。 最大最大和和最小最小反射分别与其反射分别与其 （四）反射、透射和吸收的关系（四）反射、透射和吸收的关系 波长波长(nm) 0. 5 500 400600700 0. 3 0. 1 0. 7 0. 9 800 反射率反射率 透射率透射率 吸收率吸收率 a b c 黄种人活性游离皮肤黄种人活性游离皮肤(表皮表皮+真皮真皮)的反射率的反射率(a) 透射率透射率(b)和吸收率和吸收率(c)曲线曲线 二、皮肤的物理特性二、皮肤的物理特性 表皮表皮 皮肤的构成皮肤的构成 真

8、皮真皮 皮下组织皮下组织 影响皮肤热导率的因素：皮肤的厚度、温度高影响皮肤热导率的因素：皮肤的厚度、温度高 低、血流快慢、色泽等。低、血流快慢、色泽等。 皮肤与水一样是不良导热体。皮肤与水一样是不良导热体。 汽油燃烧汽油燃烧 C 0 3200 皮肤下皮肤下1mm 处处C 0 47 1.5mm 处处C 0 42 反射规律反射规律 nm2000300 %63%5:R nm800400 nm0 .415nm0 .542 nm0 .578 白种人白种人 黑种人黑种人 白种人和黑种人皮肤反射率光谱白种人和黑种人皮肤反射率光谱 40 60 20 反反 射射 率率 （%） 50.50.21. 0 波长波长(

9、 m) 21020 40 血液透射率曲线血液透射率曲线 妇女手指妇女手指 黄种人皮肤反射率光谱黄种人皮肤反射率光谱 反反 射射 率率 （%） 波长波长( m) 40 60 20 500 0 400700600800 80 100 男子手指男子手指 三、眼的光学性质三、眼的光学性质 眼眼 的的 结结 构构 图图 （一）眼的屈光特性与反射特性（一）眼的屈光特性与反射特性 眼眼 的的 结结 构构 图图 眼的屈光特性眼的屈光特性 角膜角膜 中心厚度中心厚度0.6mm； 周边厚度约周边厚度约1.0mm； 角膜总屈光度为角膜总屈光度为41.34D 晶状体屈光度为晶状体屈光度为19.11D 眼对激光的反射眼

10、对激光的反射 正入射角膜时正入射角膜时 %2 R 透过屈光介质到达视网膜的光透过屈光介质到达视网膜的光%5 R 人眼这一光学系统其反射率可忽略人眼这一光学系统其反射率可忽略 （二）眼对激光的透射、散射和聚焦（二）眼对激光的透射、散射和聚焦 眼对激光的透射眼对激光的透射 角膜角膜 nm1400400 晶状体晶状体 nm780400 玻璃体玻璃体 nm900450 眼对激光的散射眼对激光的散射 前向散射占总透射光约一半，且与波长有关。前向散射占总透射光约一半，且与波长有关。 1.20 60 100 80 40 20 0.400.600.80 波长波长( m) 1.001.40 透透 射射 率率 （

11、%） 总透射率总透射率 扣除散射光的透射率扣除散射光的透射率 眼屈光介质对光的透射率眼屈光介质对光的透射率 成像聚焦成像聚焦 眼屈光介质的总屈光度为眼屈光介质的总屈光度为60.42D 。 明视时瞳孔直径约明视时瞳孔直径约 23 mm，视网膜上所成实，视网膜上所成实 像的直径约像的直径约 550 m。 瞳孔面积是实像的瞳孔面积是实像的10 万万倍倍。 （三）眼对激光的吸收（三）眼对激光的吸收 眼屈光介质的吸收特性眼屈光介质的吸收特性 角膜角膜对波长短于对波长短于 的远紫外线吸收率的远紫外线吸收率nm0 .280 对对 以上的中、远红外线全部吸收。以上的中、远红外线全部吸收。nm0 .1900 对

12、可见光到对可见光到 的近红外线几乎不吸收；的近红外线几乎不吸收；nm0 .1400 对对 的中红外线部分吸收；的中红外线部分吸收；nmnm0 .19000 .1400 近为近为100%； 晶状体晶状体对紫外线的吸收类似角膜。对紫外线的吸收类似角膜。 对可见光几乎不吸收；对可见光几乎不吸收； nmnm0 .14000 .780对对 近红外线是主要中吸收体。近红外线是主要中吸收体。 房水房水对对 和和 的的nm0 .4000 .340nm0 .14000 .780 激光少量吸收。激光少量吸收。 对可见光几乎不吸收；对可见光几乎不吸收； 玻璃体玻璃体对光波长没有特征吸收；对光波长没有特征吸收； 眼底的吸收特性眼底的吸收特性 1.20 60 100 80 40 20 0.400.600.80 波长波长( m) 1.001.40 透透 射射 率率 （%） 总透射率总透射率 扣除散射光的透射率扣除散射光的透射率 眼屈光介质对光的透射率眼屈光介质对光的透射率 眼底的吸收光谱眼底的吸收光谱 白白人人眼眼 60 0.40 40 20 80 100 1.40 波长波长 0.600.801.001.20 )(m %吸吸收收率率 色色兔兔眼眼 白白兔兔眼眼 作用效率谱作用效率