激光在医学领域的应用

激光在医学领域的应用第1页，共33页，2023年，2月20日，星期一Contents

概述12

3光电子中的激光在生物医学领域的应用激光医学的发展

第2页，共33页，2023年，2月20日，星期一概述光探测激光技术光通信光信息处理光电子第3页，共33页，2023年，2月20日，星期一概述环境保护军事工业生物医学商业科学研究应用领域第4页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史什么是激光？LASER：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation激光：受激辐射光放大第5页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史20世纪初，出现了黑体辐射、原子线状光谱、光电效应、光化学反应和康普顿散射等实验现象，这些涉及到光与物质相互作用时能量与动量交换特征的就无法用当时的经典理论来解释。第6页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史黎明前的黑暗1900年，普朗克提出了能量量子化概念，并因此获得1918年诺贝尔物理学奖；1905年，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应，并因此获得1921年诺贝尔物理学奖；第7页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史1913年，玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的原子结构模型，并因此获得1922年诺贝尔物理学奖；1917年，爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上，提出了受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论的基础；1928年，Landenburg证实了受激辐射和“负吸收”的存在并利用贾民（Jamin）干涉仪求出了色散系数；第8页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史1947年，兰姆（Lamb）和雷瑟福（Reherford）在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光谱研究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖；1950年，法国物理学家卡斯特勒（Kastler）提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实现。他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝尔奖。第9页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史1951年,汤斯（Townes）提出受激辐射微波放大，即MASER的概念。1952年，韦伯（F.Weber）在著名光谱学家赫兹堡主持的受激辐射讨论会上得到启示，产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想。他提出了微波激射器的原理。1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了粒子数反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇宙背景辐射。Townes由于在受激辐射放大方面的成就获得1964年诺贝尔物理学奖。第10页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光发展的历史突破1958年肖落（Schawlow）和汤斯（Townes）在Phy.Rev.上发表论文“InfraredandOpticalMaser”，标志着激光作为一种新事物登上了历史舞台。1960年5月，休斯实验室的梅曼（Maiman）和兰姆（Lamb）共同研制的红宝石激光器发出了694.3nm的红色激光，这是公认的世界上第一台激光器。第11页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光医学的发展激光第一个被应用的领域是医学，并得到了日新月异的发展，激光医学的发展大致经历了四个阶段：

1、20世纪60年代为基础研究阶段自第一台激光器问世后，被称为“激光医学奠基人”的GoldmanL(著名皮肤病学专家)等就开始在皮肤上研究了激光与生物组织的相互作用。

第12页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光医学的发展

2、20世纪70年代为临床试用阶段

1970年首次用连续二氧化碳激光治疗基底细胞癌和皮肤血管瘤，由于连续地提供有效的激光功率和能量密度，克服了早期脉冲激光功率低、效率低的缺点，从而掀起了国内外首次激光医疗热潮。

第13页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光医学的发展3、20世纪80年代为学科形成阶段

1983年，科学家提出了选择性光热作用理论——即“光热分离”理论，这是激光医学学科形成的重要标志之一。

通过光热分离原理和光的选择特性制造的治疗仪第14页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光医学的发展4、20世纪90年代为发展成熟阶段

90年代起，医用激光器与电子计算机、纤维内镜、图象分析、摄像录像、荧光光谱、X线和超声等新技术不断结合，使医用激光器朝着高性能、智能化、微型化及专科化方向发展。图像颗粒分析系统第15页，共33页，2023年，2月20日，星期一生物医学领域

激光扫描共焦显示技术

激光光镊技术激光全息技术生物医学领域激光针灸术第16页，共33页，2023年，2月20日，星期一生物医学领域激光扫描共焦显微镜技术及应用第17页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光扫描共焦显微镜技术及应用激光扫描共聚焦显微镜(laserscanningconfocalmicroscopeLSCM)是在荧光显微镜成象的基础上加装激光扫描装置，使用紫外光或可见光激发荧光探针，利用计算机进行图象处理，对生物样品进行定性、定量、定时和定位研究，广泛应用于细胞生物学、生理学、病理学、解剖学、胚胎学、免疫学和神经生物学等领域。第18页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光扫描共焦显微镜技术及应用装置由倒置或直立荧光显微镜、扫描头(照明针孔、探测针孔、荧光滤片系统、镜扫描系统和光电倍增管)、扫描头控制电路、计算机和图像输出设备组成。装置设备图第19页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光扫描共焦显微镜技术及应用LSCM对生物样品的观察的优越性：1、连续扫描三维2、离子荧光标记3、同时多重物质标记4、数据图像可及时输出或长期储存普通显微镜（左）和LSCM（右）对比图第20页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光扫描共焦显微镜技术及应用LSCM在医学及生物学研究中的应用1、在细胞原位检测核酸2、检测细胞凋亡第21页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光扫描共焦显微镜技术及应用3、原位检测蛋白质,抗体及其他分子4、细胞器观察及测定5、检测细胞融合6、观察细胞骨架（图）7、检测细胞间缝隙连接通讯8、检测细胞内脂肪

细胞骨架图第22页，共33页，2023年，2月20日，星期一生物医学领域激光光镊技术第23页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光光镊技术光镊又称为单光束梯度力光阱(single-beamopticalgradientforcetrap),简单地说,就是用一束高度汇聚的激光形成的三维势阱来俘获、操纵控制微小粒子。第24页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光光镊技术光镊特点：1、光镊的捕获和操控范围是数十nm到数十微米大小的微粒，光镊恰好成为这些生物微粒操控和研究的特有手2、光镊是用“无形”的光来实现对微粒非机械接触的捕获，捕获力是施加在整个微粒上，不会对生物微粒产生机械损伤。3、选择粒子吸收小的光波长（600～1000nm）即可避免光吸收对生物粒子造成损伤。4、“遥控”操作，几乎不干扰生物粒子周围环境和它的正常生命活动。5、利用光的穿透性，可以无损伤地穿过封闭系统的透明表层（如细胞膜）操控内部颗粒（细胞器），实现真正的无菌操作。这是常规生物仪器所不具备的。第25页，共33页，2023年，2月20日，星期一生物医学领域激光全息技术第26页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光全息技术激光全息技术全息术是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下衍射再现，形成原物的三维像。由于记录的是物体的全部信息（振幅和相位），故称全息术或全息照相激光记录白光再现时期20世纪80年代以后至今是全息术发展的第三阶段，这个阶段是进行激光记录而用白光再现的研究，如反射全息、像全息、彩虹全息、模压全息及合成全息等第27页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光全息技术激光全息防伪激光全息：黄鹤楼第28页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光全息技术激光全息技术在医学中的应用及发展趋势

(1)眼科疾病的诊断过程中，利用激光全息成像技术可以提供整个眼睛的三维立体图像，并可以用显微镜对整个眼睛图像的不同位置进行逐层观察和研究。

(2)利用激光全息技术可在普通白炽灯下观察的一组清晰、深度感强且各个断层面之间互不干扰的三维透视头颅图像，为医生准确、迅速地判断出患病部位提供有利、可靠的帮助。人体全息图第29页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光全息技术

(3)超声波检测是目前临床诊断中的一种重要的手段，但它却难以记录和观测。利用激光全息术可以得到超声波的全息图。利用这种全息诊断方法可以查出直径在lmm以上的乳腺癌，有利于癌症的早期诊断和治疗。

(4)2001年，解放军军事医学科学院和海军总医院合作，研制成功了用于飞行员体检的激光全息随机点立体视觉检查仪，该技术属国内外首创

(5)双端固定桥是El腔修复临床上常用的修复体，采用二次曝光全息干涉术，对桥基牙在修复前后受力时的微小位移进行三维测量，具有直观性，能够给出全场情况的三维图像，为临床修复设计提供实验依据。

第30页，共33页，2023年，2月20日，星期一生物医学领域激光针灸术第31页，共33页，2023年，2月20日，星期一激光针灸术激光针灸激光针灸是在中医理论指导下，以低强度激光束直接或聚焦或扩束照射穴位，对穴位进行有效的刺激，以达到防病、治病、保健作用的一种治疗方法。与传统针灸相比，激光针灸既能达到针灸治疗的效果，还