激光在皮肤病治疗及美容方面的应用(1)完整版

1、 激光的概念 l激光的最初的中文名叫做激光的最初的中文名叫做“镭射镭射”、“莱莱 塞塞”，是它的英文名称，是它的英文名称LASER的音译，是的音译，是 取自英文取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单的各单 词头一个字母组成的缩写词。意思是词头一个字母组成的缩写词。意思是通过通过 受激发射光扩大受激发射光扩大。激光的英文全名已经完。激光的英文全名已经完 全表达了制造激光的主要过程。全表达了制造激光的主要过程。1964年按年按 照我国著名科学家钱学森建议将照我国著名科学家钱学森建议将“光受激光受激 发射发射”改称

2、改称“激光激光”。 l激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人 类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、 l“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮 度为太阳光的100亿倍。 l激光的原理早在 1916 年已被著名的美国物理学家爱 因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激 光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生 的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发 展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导 致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前 所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从 而促进了生产力的发展。 l激光

3、除具有与一般光相同的性质外，还具有高亮 度（高功率）、单色性、方向性、相干性好等特 点。利用激光在皮肤组织上所产生的特殊生物效 应，可以治疗多种皮肤病。 l （1）激光的皮肤生物学效应 激光与皮肤组织 的生物学效应取决于激光与皮肤组织两方面：一 方面与激光的波长、输出功率（能量）、输出方 法、作用的剂量等因素有关；另一方面与皮肤组 织的色泽、含水量、导热系数、厚度、致密性有 关。 l 1）激光对皮肤组织的作用 皮肤的毛发、 汗腺及皮脂腺等具有不同的光学性质，当 辐射进入皮肤组织各层中，部分被传送， 部分被吸收，部分在细胞层内继续透射， 直至入射光能量被吸收，较长的波长吸收 后有非常少地折射，被

4、重新发射出来（即 荧光）。一般地说，以皮肤颜色的影响最 大，如浅色的高加索皮肤在照射可见光和 近红外光 l时吗，在皮肤内由于胶原而散射，结果反射大大 地减少。在紫外线波长小于320nm，在角质层或 表皮的吸收量大。从紫外线280nm至红外线 1000nm，波长越长，进入皮肤组织（贯穿）也越 深。 l a.反射：是由于一种介质进入另一种介质在界面 上折射系数的改变而引起的。因为空气和皮肤的 折射系数不同，垂直的入射光5%-7%在角质层被 反射了。在可见光中这个表面反射系数相对不变。 lb.散射：由于分子、粒子、细胞器和细胞而引起 的方向性改变。 lC.吸收：是指光能在组织内转化成热能、化学能，

5、变成荧光、磷光等能量方式。透射通过皮肤层而 光能未被衰减。 l2）不同波长激光在皮肤组织上的吸收与透射 不 同波长激光在皮肤组织上的吸收与透射是不同的。 为了达到预期的目的，可选择相应的激光波长， 达到一定的组织深度，被生物组织吸收而产生预 l期的生物学效应，因此不同波长的光在皮 肤各层的吸收和透射是很重要的。1931年 A.Bachem对皮肤各层次的吸收与透射的研 究至今仍被大家所引用，见表 皮肤各层次的吸收度（A）和透射度（T） 皮 肤 层 次 厚度 （ mm） A/ T % 波 长（nm） 200 25028030048 0 550 75010001400 角 层 0.3A T 10 0

6、 81 19 85 15 66 34 20 80 13 87 22 78 29 71 56 44 棘 细 胞 层 0.5A T 8 11 6 9 18 16 23 57 10 77 13 65 6 65 16 28 真 皮 层 2.0A T 11 0 9 0 16 0 56 1 72 0 44 21 48 17 20 8 皮 下 组 织 25A T 5 0 21 0 17 0 8 0 l3）光吸收与皮肤组织的关系 人的皮肤颜 色是由表皮下包括细胞和其他一些因素决 定的。在近紫外线、可见光、近红外线中， 黑色皮肤的吸收比白色皮肤大，至于有多 少，即取决于黑素的多少，又与激光波长 有关，但对于波长

7、小于300nm和大于 2000nm的激光，肤色的影响便不起作用 了，吸收率都一样，大约为95%。 激光的生物学作用形式 l热效应 l压强作用 l电磁场效应 l光化学反应 l选择性光热作用 la.热效应 其产生方式主要是碰撞生热和吸收生热 l（a）碰撞生热：当可见光、紫外线与生物分子相 互作用时，光子被吸收，生物分子被激活，被激 活 l的生物分子可通过与周围分子的多次碰撞逐渐 失去它所获得的光能，周围分子则获得平移能 （振动能和移动能），生物组织温度上升变热。 l(b)吸收生热：当红外光光子被偶极分子（如水 分子）吸收时，光能转变为该分子的振动能和 转动能，使温度升高。皮肤组织含有75%-95%

8、 水分，因而皮肤对红外光的吸收升温与水分子 有关。 l（c）皮肤组织热作用：皮肤吸收光能后温度上 升，导致皮肤组织损伤，其破坏作用与温度高 低有关 l如当温度为37-39时，皮肤有温热感；43- 44时，皮肤出现潮红；45为皮肤的痛阈； 47-48时，4-9秒皮肤在表皮和真皮之间有炎 性渗出物，形成水泡；45-60时，皮肤内蛋白 质凝固；50时，传导热的神经纤维被破坏； 55-60时，受照射部位皮肤出现凝固性坏死； 100时，细胞内外的水沸腾，水蒸气将细胞膜 和皮肤组织破坏；300-400时，皮肤组织碳化 （血液和血浆蛋白发生干性坏死），皮肤呈现 棕黑色；530以上，皮肤组织燃烧；当温度继 续

9、升高，照射处皮肤组织气化。 l（d）皮肤组织的热化作用 当皮肤组织吸收光 能后会发生某些吸热的化学反应，即热化作用。 热化作用和光化作用有两点区别：1.热化作用 其反应与温度成正比，因为温度增加分子间碰 撞频率和使分子所获得的能量有所增加，而光 化作用几乎与温度变化没关系；2.光化作用产 生受激分子、原子和自由基，而这些在热化作 用时是不会产生的。因此低功率激光照射时， 它们往往不直接造成组织的坏死，而是通过皮 肤组织内的核酸、蛋白质、类固醇、黑素、尿 素等，吸收不同的光谱进行热传导，导致组织 的损伤。 lb.压强作用：当光照在皮肤上，光子与皮肤碰撞形成辐 射压力，一般称光压。产生光压很微小，

10、一般可以忽略 不计。但激光的能量密度极高，如将1瓦的氩激光光斑 聚集于半径为0.5nm的微粒时（质量约1012g），其辐 射压力为1015N，微粒将获得105克的加速度，为地 面重力加速度的10万倍。这种激光辐射压在皮肤上将是 不可忽视的能量，同时会聚在很小一点上的光能瞬时转 化为热能，使组织由液体到气体，甚至由固体的生物组 织直接气化，在细胞组织内产生微型爆炸，压强急剧增 高，以超音速迸发出来 l产生极大的反冲力，可高达几百千克，压强可达几十至 几百个大气压。这种压强叫做激光二次压强，它比光压 大得多，对皮肤组织的破坏力也是很严重的。 lc、电磁场效应：激光比太阳光亮100万倍，因此，激光

11、是非常强的电磁波。如果将激光光束聚集为几个微米时， 功率密度可达1013W/cm2，此时可产生高压、高温、 高电磁场强度（可达108V/cm2），在生物体内引起 一系列的创伤。在组织内产生谐波，组织内正负电荷在 电场作用下振动而产生谐波，导致生物细胞的损伤；产 生自由基，在组织内可导致细胞水肿、损伤；产生双光 子、多光子吸收致使组织内发生化学效应和自由基的形 成，造成生物细胞损伤；产生布里渊散射，激光的强电 场在皮肤组织 l水分中产生布里渊散射，其脉冲频率可达兆赫， 这种脉冲将造成细胞损伤乃至细胞破裂。 ld.光化学反应：是指光生物学改变所产生的反 应。它有两种基本的类型：直接的和间接的 （敏

12、化的）。直接的光化学反应是生物分子吸 收光发生了化学改变，或与不同的分子产生反 应，如光合作用、光异构作用、光分解作用、 光聚合作用等；间接的光化学反应是指某种能 吸收光的物质进入生物系统后，在光的照射下 引起后者对光的敏感性，从而导致生物体的一 系列反应，该反应有称光动力学作用，如血卟 啉光敏治疗皮肤恶性 l肿瘤。 le.选择性光热作用 l（a）热效应：激光光能被生物组织吸收主要被转换为 热能，其生物学作用与组织上产生温度直接相关。当温 度高于60，大多数蛋白质发生变性；温度高于 70DNA变性；温度在100以下大分子发生变性，如 Van der Waals键断裂；温度超过100细胞内水分超

13、过 沸点发生气化。水蒸发体积发生急速增大产生的压力作 用导致细胞、血管损伤，当温度进一步升高导致组织凝 固坏死、炭化。组织吸收热的同时热向邻近组织传导而 使组织温度下降，热向四周传导叫作热弛豫，不同组织 的热弛豫速度不相同。当组织因热传导温度下降二分之 一所需的时间叫作热弛豫 l时间(thermal relaxation time，TRT）。一般说体积小 的组织TRT小于体积大的。如黑素小体0.121.0um， TRT=1微秒，而直径为1050um的毛细血管其TRT=1 毫秒；而血管直径为400um，TRT=100毫秒。 l 组织热效应由最初作用在色基（色基靶基）上的激光 能量，和来自继发的邻

14、近组织的热传导所引起的。影响 热损伤的程度和范围，主要是靶上获得的温度高低决定 了它受损伤的程度，其次是由热传导影响了在靶上驻留 的时间。总之，组织损伤程度由能量密度（治疗剂量）、 脉宽（脉冲持续时间，即治疗照射时间）和热传导所决 定的。 l（b）机械作用：激光在组织上的生物学效应主要可分 为热作用和非热作用两种。非热作用可由激光直接或热 作用继发而形成。非热作用主要包括机械作用 （photomechanical effects）、电磁场作用和光化学作 用。光机械作用在高功率短脉宽治疗中尤为突出。它在 皮肤组织中产生的热膨胀热动力学作用，光声学作用都 将对治疗靶造成毁灭性损伤。如作用在红细胞上

15、的脉冲 染料激光，可产生100万的高温，爆炸形成的冲击波 将毛细血管击破；在色素增生类皮肤病的治疗中，调Q 开关的一些激光器，如调Q红宝石激光、调QNd:YAD激 光、调Q蓝宝石激光，在黑色素小体上产生的等离子体 温爆炸式所产生的 l的冲击波，对黑色细胞的破坏，也是光机械作用 的结果。 l（c）选择性光热作用（selective photothermalysis effets）：选择性光热作用是激 光被组织吸收后的相互作用的过程，也是指作用 对特定靶的产生预期希望达到的目的。因为选择 性光热作用最终是将激光能量直接作用在皮肤治 疗靶上，如黑色素小体、血红蛋白、水分子，造 成靶的坏死，而对邻近正

16、常组织不引起损伤。 l（d）选择性光热作用包括三个方面内容：根据不 同靶基对作用波长有选择性吸收的。 l 靶基对波长的选择有两个因素：首先，该波长 对靶基有较高的吸收率（此相对于邻近组织而 言），以避免对周围组织因吸收而导致热损伤。 其次，不同波长的光对皮肤组织吸收与透射是各 不相同的。在可见光范围内，随着波长的增加， 其在皮肤组织内透射作用也加深，为了对不同深 度的靶基治疗，选择相应透射深度的波长也是重 要的，如含氧血红蛋白在可见光光谱中虽然都有 l吸收作用，但它有三个吸收峰值，即418nm、 577nm、542nm，临床上除418nm波长因其在组 织上作用甚为表浅，故很少应用之外，577n

17、m、 542nm这两个波长使用较多，因577nm波长含氧 血红蛋白的吸收率高于542nm波长外，其波长作 用深度也较之更深些，所以临床上常选用 578.2nm（铜蒸汽激光），585nm（染料激光） 波长的光治疗位于真皮中的鲜红斑痣；542nm或 532nm波长的光治疗浅表的毛细血管扩张。 l 治疗的激光剂量能够在靶上有足够的能量。简而 言之，即对治疗靶造成坏死。临床上选择的高功 l率短脉冲激光器，如调Q红宝石激光、调Q Nd:YAG激光、脉冲染料激光等在靶上功率可达 1091012W，产生的热可达107。可见该类 激光对靶的破坏是充分的，是以往使用的连续激 光器件所不可比拟的。 l 短脉宽 以

18、照射时间（治疗时间）短于靶的热弛 豫时间（TRT），使热损失局限在治疗靶上，不 会因热传导造成邻近周围组织的损伤。TRT与生 物组织性质、个体大小相关，如黑素小体的TRT 为1微秒，皮肤组织TRT为1毫秒，管径不同的血 管TRT也不相同，直径为50um，TRT为12毫秒 l直径为400um，TRT为100毫秒。 l 波长的选择、剂量的控制、脉冲宽度的设 定是构成选择性光热作用的关键所在，只 有对治疗的疾病医学和生物学性质全面的 了解和正确运用波长、剂量和TRT才能达到 选择性光热作用预期的目的，取得最佳的 治疗效果。 激光在皮肤科的应用 l近40年来，随着科学技术的不断进步，激 光在皮肤组织上

19、生物学作用研究日益深入， 应用新的医学激光理论指导临床实践，出 现了许多新型医学 皮肤科常用激光器及用途 l见表 种类激光器波长工作方 式 制式 脉宽主要途径 气体He-Ne632.8nm连续 普通理疗、针灸、光动力学 CO210600nm连续 超脉冲 普通 普通 毫秒级 凝固、气化、切割 磨皮、袪化、切割 Ar+488.0nm连续 普通表皮色素及血管增生性疾病 514.5nm连续 普通 固体半导体800脉冲普通 毫秒级脱毛 红宝石694.3nm脉冲普通 毫秒级 调Q 纳秒级 表皮色素及血管增生性病变 翠绿宝 石 755nm 1064nm 脉冲 连续 普通 毫秒级 调Q 纳秒级 普通 脱毛 真

20、皮色素增生性病变 凝固、融合、气化 Nd:YA G 倍频532nm 脉冲 脉冲 调Q 纳秒级 普通 毫秒级 调Q 纳秒级 真皮色素增生性病变 表皮血管增生性病变 表皮色素增生性病变 Er:YAG2940nm脉冲普通 毫秒级磨皮、袪皱 种类激光器波长工作方式制式 脉宽主要途径 液体有机染料585nm 395nm 脉冲 脉冲 普通 微秒级 普通 毫秒级 表、真皮血管增生性病变 其他半导体800脉冲普通 毫秒级脱毛 激光治疗 l激光治疗分为弱激光治疗、强激光治疗、 光动力学治疗三种。 l（1）弱激光治疗：通常利用弱激光的生物 刺激用于理疗和针灸治疗。 l1）激光理疗：激光理疗的生理作用可因激 光波长

21、不同而不同，红外光波长如散焦 CO2激光和Nd-YAG激光、砷化镓激光的主 要作用是温度效应，用于改善局部血液循 环及组织营养、促进炎症吸收及肉芽和 激光治疗 l上皮生长如慢性溃疡、冻疮、寒冷性多形红斑等； 可见光波长如He-Ne激光、He-cd激光及Ar激光有 提高机体免疫功能及白细胞吞噬功能、镇痛及促 进伤口愈合等作用，用于治疗带状疱疹、单纯疱 疹、斑秃、白癜风等；紫外线波长（短于400nm） 小剂量时可增强RNA和DNA活性，促进创口愈合， 中等剂量则抑制其活性，故用于治疗增殖性皮肤 病，大剂量可使RNA和DNA失活甚至细胞死亡， 故用于清创杀菌。激光理疗通常应遵循小剂量和 短疗程原则。

22、 激光治疗 l2）激光针灸：用He-Ne激光或N2激光、Ar+激光 束作光针，用散焦CO2激光或砷化镓激光、 Nd:YAG激光作光灸照射穴位治疗多种疾病，具有 无痛、无菌、安全等特点。选穴原则、疗程及适 应症与传统针灸相同。 l（2）强激光治疗的主要生物效应为热效应，在一 定温度和时间的联合作用下，激光热能可以导致 组织细胞变性、凝固和汽化，因而治疗大体上分 为凝固和汽化两类。凝固时组织吸收的能量密度 较低，温度超过60可以使蛋白质凝固变性、组 织丧失生理功能，止血及融合（血管、神经、输 卵管吻合）亦是凝固的结果，只是破坏程度较轻。 激光治疗 l气化时组织吸收的能量密度较高，温度达200以上时

23、， 组织中的水分被瞬间汽化而发生爆炸变成气体，切割是汽 化作用的应用。通常临床上将强激光分为连续、半（准连 续）波激光和脉冲激光。 l1）连续、半（准）连续波激光：大多数普通制式连续、 半连续波激光如CO2激光、Nd:YAG激光、氩激光、铜蒸 汽激光和溴化铜激光等，其热效应是非特异性的、无选择 的，尤其是激光与组织作用的时间没有得到有效控制，使 病变组织吸收的热能有足够时间扩散至周围正常组织中， 造成不必要的热 激光治疗 l损伤。因此连续、半连续波激光治疗时较难避术 后瘢痕形成。 l2）脉冲激光：脉冲激光的治疗原理是利用组织中 的靶色基如血管中的氧合血红蛋白、黑素小体、 染料颗粒等优先吸收某一

24、波长激光能量而导致热 损伤，同时通过调Q锁膜技术及频率转换技术， 大大缩短激光与组织的作用时间，有效避免激光 热能弥散对正常组织造成热损伤，这种原理称选 择 激光治疗 l性光热分解。脉冲激光根据脉宽时间分为长脉冲激光和短 脉冲激光，长脉冲激光的脉宽时间为毫秒级，如翠绿宝石 激光、半导体激光、染料激光、超脉冲CO2激光、铒激光 等，可选择性治疗多毛、血管增生性病变和磨皮术。短脉 冲激光亦称Q开关激光，其脉宽时间为纳秒级，如Q开关 红宝石激光、Q开关Nd:YAG激光、Q开关翠绿宝石激光， 可选择性治疗色素性疾病。目前这类激光已广泛用于临床， 尤其对太田痣、雀斑、某些咖啡斑等色素增生病变、各种 文刺

25、的清除和脱毛治愈率很高，但对血管增生性病变如鲜 红斑痣、血管 激光治疗 l瘤、血管扩张治愈率相对较低。 l 选择性光热分解的条件是： l a.激光的波长必须为靶色基优先吸收； l b.激光的脉冲时间（脉宽）必须靶色基热驰豫时间 （靶色基温度冷却时间的63%）； l c.激光的能量密度必须足够引起靶色基损伤。通常热驰 豫时间（秒）约等于靶色基大小的平方毫米，如一个10- 3mm黑素小体热驰豫时间为（10-3）2 即1微秒。 l（3）激光光动力学治疗：激光光动力学疗法是光敏治疗 的一种，有分子氧参与的光敏反应称为动力学治疗(FDT)， 用激光作为光动力学疗法的光源称激光FDT。临床常用的 光敏剂主

26、要有血卟啉衍生物HpD、5-氨基酮戊酸 激光治疗 l（5-ALA）、苯卟啉衍生物（BPB)、间四羟基苯 二氢卟吩和酞菁类。光敏剂易滞留于肿瘤组织内， 被注射后，用620-640nm波长的激光照射肿瘤组 织激活光敏剂，处于激发态的光敏剂可将能量共 振转移给周围环境中存在的分子氧，使之变成活 性很强的单态氧，而单肽氧可与组织和细胞中的 磷脂不饱和脂肪酸的酰基链、蛋白质的色氨酸、 组氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、核酸的鸟苷等发生氧 化反应，这些物质是细胞的基本组成部分，若被 氧化破坏可发生不可逆损伤细胞死亡。 l 临床上激光FDT用于治疗鲜红斑痣、血管瘤、 激光治疗 l银屑病、日光性角化、各种皮肤良性肿瘤

27、和早期无转移的恶性肿瘤，如增殖性红斑、 蕈样肉芽肿、鳞状上皮瘤、基底细胞癌、 湿疹样癌和鲍温病等。 激光治疗的临床实例 l见以下图片 l 超脉冲CO2激光 l超脉冲CO2激光是一款多功能、多科室手 术治疗设备。配置单模、连续和脉冲三种 激光输出方式，满足临床切割、切除和凝 固的需要；高精确的激光光束确保精确治 疗，术后无瘢痕；切口精细，激光对组织 的气化深度仅为0.01nm，手术具有不出血、 时间短、无痛苦、愈合快、无碳化、并发 症少等优点。皮肤科临床适应症主要有色 素痣、脂溢性角化、毛发上皮瘤、汗管瘤、 睑黄瘤、雀斑、皮肤浅表良性肿瘤等。 激光治疗的并发症 l通常激光器和波长不同其并发症亦不

28、相同，总的来说连续 波半连续波激光的并发症大于脉冲激光，而长脉冲激光的 并发症大于短脉冲激光，即使根据选择性光热分解原理设 计的新型脉冲激光，如果能量密度、脉宽时间、光斑大小 及重叠率等参数设置不当或不适合的病人选择，仍可导致 并发症发生。 l（1）增生性瘢痕：多见于连续和半连续激光，如连续 CO2激光和Nd:YAG激光。 l（2）皮肤质地改变：多见于连续波、半连续波激光和Q 开关Nd:YAG激光1064nm波长，Q开关红宝 激光治疗的并发症 l石激光、Q开关翠绿宝石激光。 l（3）色素减退：多见于氩激光和Q开关红宝石激 光、Q开关Nd:YAG激光1064nm波长。 l（4）色素沉着：多见于CO2激光、Q开关 Nd:YAG激光1064nm波长。 l（5）紫癜：多见于脉冲染料激光585nm或595nm 波长。 l（6）湿疹样反应及粟粒疹：见于调Q制式的激光。 激光的安全防护 l激光治疗的危险性