激光与强脉冲光基础培训李建钢

激光与强脉冲光基础培训李建钢目前一页\总数七十四页\编于一点1960年：Maiman发明第一台红宝石激光，获得诺贝尔物理学奖激光发展历史Maiman,T.H.:1960,Nature,187,493.目前二页\总数七十四页\编于一点光的基础知识：分类目前三页\总数七十四页\编于一点电磁辐射是能量的一种基本形式具有波的特性和粒子特性电磁辐射波包括：无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X线、和咖玛线目前四页\总数七十四页\编于一点产生激光的基本要素：1.产生激光的物质

(激光介质)2.激励源3.光学放大器目前五页\总数七十四页\编于一点激光是一种电磁波目前六页\总数七十四页\编于一点常见光源

热灯丝或煤气燃烧宽带光谱（白色是所有颜色的混合）向各方向散发或许是连续的或脉冲的（“闪光灯”）有限聚焦性能目前七页\总数七十四页\编于一点激光发射原理自发辐射：在一个体系中，热平衡时低能级的粒子数总比高能级的粒子数目多。高能级的粒子总是向低能级跃迁而趋于稳定，多余能量转变为光子向外辐射。受激吸收：低能级的粒子如吸收外来光子的能量可激发到高能级上去。受激辐射：受激吸收后，高能级粒子向低能级跃迁同时，发射一个与外来光相同的光子。产生激光的条件：受激辐射＞受激吸收。

目前八页\总数七十四页\编于一点电磁波Cynosure,Inc.波长=颜色振幅=强度目前九页\总数七十四页\编于一点激光的形成Cynosure,Inc.基态激发态目前十页\总数七十四页\编于一点激光的形成Cynosure,Inc.激发态基态受激吸收第一步目前十一页\总数七十四页\编于一点激光的形成过程单个光子受激辐射两个相干光子第二步目前十二页\总数七十四页\编于一点

光的类型 波形

波谱滤色光激光Filter白光激光的物理特性－高单色性：用于精确测量物体的长度。目前十三页\总数七十四页\编于一点激光的物理特性－高定向性方向性：用于定位、导向、测距等。医学上用作普通手术刀和微手术刀（直接对DNA等生物大分子进行切割或对接）。普通光源：光射向四面八方探照灯：光投射到月球上（离地40万公里），光斑直径将扩大到1000公里以上。激光：光投射至月球上，光斑的直径散开只有两公里多。目前十四页\总数七十四页\编于一点激光的物理特性－相干性：a.时间相干性:从激光器输出口不同空间发出的光位相差恒定,方向一致,波长相同,此种相干性称时间相干性。即从光源不同点发出的光有相干性称时间相干性。b.空间相干性:从光源同一点在不同时间发出的光如有恒定的位相关系,方向和波长也相同,此种相干性称空间相干性。激光的相干性用于全息照相、激光衍射目前十五页\总数七十四页\编于一点激光的物理特性－高亮度性激光是目前世界上最亮的光源二氧化碳激光管比日光灯管亮度高100亿倍激光器的亮度可以做到比太阳表面亮度高1010倍医学上切割组织、气化表浅肿瘤都是利用激光的高亮度性所产生的高温效应。目前十六页\总数七十四页\编于一点激光的特点___5.高能量密度能量在空间和时间上高度集中。激光武器；激光切割金属；炭化和气化组织。目前十七页\总数七十四页\编于一点激光的颜色波长决定了激光的颜色，不同波长的激光表现为不同颜色的光为了获取不同波长的光，需要不同的激光介质目前十八页\总数七十四页\编于一点激光器种类_

激光器有很多种，可从不同角度分类：一、工作物质——1、气体激光介质是气体，如：CO2,He-Ne,Argon；2、液体激光介质是液体，如染料激光；3、固体激光介质是固体，如：钕：钇铝石榴石、红宝石、紫翠石、铒、钬；4、半导体激光器等如：GaAs。二、激励方式——电激励、光激励、热激励、化学激励激光器等三、工作方式——连续波、准连续波、脉冲(巨脉冲)、锁膜、调Ｑ激光器等四、激光波长——红外、紫外、可见光、射线激光器等

目前十九页\总数七十四页\编于一点激光器类型x-rayscosmicrays电视和收音机策波准分子氩倍频染料红宝石翠绿宝石Nd:YAG铒:YAGCO2190-390488-514532577-6307556941064294010600紫外的可见的红外线400nm700nm钬2100目前二十页\总数七十四页\编于一点常见激光器及其特性类型名称工作物质波长(μm)激励方式特征气体激光器原子He-NeHe-Ne0.6328气体放电广泛分子CO2CO210.6气体放电高功率输出N2N20.3371气体放电无谐振腔离子Ar+Ar+0.4880气体放电常用作泵浦源He-CdHe-Cd0.4416气体放电固体激光器红宝石Cr3+－Al2O30.6943光泵浦应用广泛，可得到高功率输出Nd3+－YAGNd3+－YAG1.06光泵浦钕玻璃Nd3+1.06光泵浦液体激光器染料染料0.585激光泵浦波长可调半导体激光器GaAs/GaAlAsGaAs0.85电流注入短波长通信InP/InGaAsPInP1.30电流注入长波长通信目前二十一页\总数七十四页\编于一点激光的工作方式图连续激光准脉冲激光脉冲激光目前二十二页\总数七十四页\编于一点产生不同激光的方法：2.通过激光波长转换方法:1）

应用非线性光学:倍频(SHG); 3HG,4HG,5HG,OPO等

2）固体染料波长转换片

KTP晶体1064nm532nm目前二十三页\总数七十四页\编于一点激光计量及有关参数1.能量（E）

概念：脉冲输出的激光器，其每一脉冲所具有的做功能力。单位：焦耳（J）

相关参数：

脉冲幅度--脉冲可有多种形状，脉冲所能达到的最大值脉冲宽度--脉冲的持续时间脉冲频率--周期性重复的脉冲每秒出现的个数脉冲周期--频率的倒数峰值功率--脉冲能量与脉冲宽度之比平均功率--脉冲能量与脉冲频率的乘积目前二十四页\总数七十四页\编于一点激光计量及有关参数2.功率（P）

概念：连续输出的激光器在单位时间内所做的功。它表征激光器在每秒（S）内输出的能量。从光子水平上看，功率代表单位时间内通过的光子数。单位：瓦（W）或毫瓦（mW）

W=J/smW=mJ/s

目前二十五页\总数七十四页\编于一点激光计量及有关参数3.光斑面积（A）

概念：通常指激光束落在受照组织表面的光斑的面积。单位：平方厘米（m2）测量方法：

可见激光直接测量不可见激光用特殊的转换材料，显示其光斑大小高斯光斑取强度为幅值1/e2的两点间距离定义为光斑的直径目前二十六页\总数七十四页\编于一点激光计量及有关参数4.照射时间（T）

概念：激光束照射于组织表面所持续的时间。单位：秒（S）相关参数：功率密度（P/A）---即幅照度，这是表示激光光强度的重要参数，表征单位面积受照组织所接受的光功率。从光子水平看，功率密度代表单位时间内通过单位面积的光子数。单位：瓦/平方厘米(W/cm2)

目前二十七页\总数七十四页\编于一点激光计量及有关参数5.激光计量（D）概念：幅照到组织上能量密度的多少。单位：焦耳/平方厘米（J/cm2）以

连续激光垂直照射，则：D=P/A·T

以

单位脉冲激光垂直照射，则：D=E/A

如果激光束并非垂直而是以入射角θ照射组织，则：

D=P/A·T·cosθ

D=E/As·cosθ

上式表明，入射角θ越大，生物体所接受的激光剂量越小。由此可见，我们在用激光做治疗时，在一般情况下应尽量使光束与组织表面垂直。临床用激光做穴位照射或其他非损伤性照射治疗时，调节激光射剂量的最简便的方法是改变激光的照射时间。目前二十八页\总数七十四页\编于一点激光/光组织影响反射散射传输吸收目前二十九页\总数七十四页\编于一点组织内部光的吸收波长（微米）)1.00.21020100,00010,0001,000100101.00.10.010.0010.0001水黑色素血色素氧合血红素吸收系数(每厘米)CO2铒:YAG3.0目前三十页\总数七十四页\编于一点

组织光学(吸收光谱)皮肤色团光谱血红蛋白(Hb)，氧合血红蛋白(HbO2),正铁血红蛋白(Met-Hb)都在585nm波长处有吸收峰.

水(Water)在此波长的吸收小很多量级.

色素(Melanin)是唯一的干扰因素.目前三十一页\总数七十四页\编于一点?目前三十二页\总数七十四页\编于一点

组织光吸收曲线图中红外1100-2600nm被水完全吸收,而不被黑色素和血红蛋白吸收目前三十三页\总数七十四页\编于一点激光波长对应不同的目标靶基激光r 工作波长 皮肤靶基 治疗类型Argon 488 色素 PigmentLesionsDoubledNd:Yag 532 色素，血管 Vascular,Pigmented LesionsCuVapor 578 血管 VascularLesionsPulsedDye 585-600血管 VascularLesionsRuby 694 色素 Hair,Pigmented,TattoosAlexandrite 755 色素，血管

Hair,Pigmented,TattoosDiode 800-810色素，血管 Hair,VascularNd:Yag 1060 色素

Hair,Pigmented,TattooErbium 2940 水 EpidermalAblation目前三十四页\总数七十四页\编于一点白色肤的光学穿透

(50%吸收深度单位mm)(nm)53258569475510602100294010,600穿透600120013001600800－20180激光倍频YAG脉冲染料红宝石翠绿宝石Nd:YAG钬铒CO2吸收体黑色素,血液血液,黑色素黑色素黑色素黑色素,血液水水水目前三十五页\总数七十四页\编于一点激光器指标波长: 激光的颜色(nm)重复频率:每秒钟的脉冲数(Hz)脉冲宽度:激光脉冲持续作用的时间(ns,us,ms)激光功率:激光脉冲传输的能量值(mj,jouls)目前三十六页\总数七十四页\编于一点组织吸收的热量烟100OC及隐含热量汽化碳化皱纹90O-100OC空泡化白/灰65O-90OC组织变性漂白60O-70OC凝结(坏死)开端无50O-60OC温度视觉变化生物学变化热目前三十七页\总数七十四页\编于一点

皮肤组织各级水平热致作用表

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热致水平热致温度持续时间临床表现──────────────────────────────────热敷38～40℃长时间温热感觉热致红斑43～44℃长时间微血管充血扩张见红斑反应热致水疱47～48℃数秒炎性渗出物潴留皮内,表真皮分离热致凝固55～60℃约10秒受照处皮肤组织凝固坏死热致沸腾100℃以上数秒皮肤组织中的组织液沸腾热致炭化300～400℃瞬间可见呈棕黑色干性坏死组织,

伴有水蒸气白烟热致燃烧530℃以上瞬间可见火光,伴有水蒸气白烟热致汽化5730℃瞬间皮肤由固体立即变成气体,并以极高的速度射出,留下一个凹陷,━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━目前三十八页\总数七十四页\编于一点“选择性光热作用”工作模式靶组织对激光的吸收系数应大于正常组织脉冲延迟时间小于靶组织热驰豫（即温度降至一半）时间激光能量足够大目前三十九页\总数七十四页\编于一点激光的生物效应

激光照射于生物组织时，因其波长、强度、工作方式、曝光时间等参数的不同，可以表现出不同的生物学作用，就生物组织而言，则因其光学特性和热学特性不一，在不同参数的激光作用下可以产生不同的生物效应，包括：光热效应－－组织吸收光以后，光能转化为热能，使局部温度升高。应用:在手术治疗及非手术治疗上。◆光化学效应－－当光子给予生物大分子的能量，大于断开其弱键所需的能量时,就会发生化学反应.目前四十页\总数七十四页\编于一点光热效应

光子能量E=hC/λ(h:普朗克常数;C:光速;λ:光波长

)

产热机制：长波长光子---直接生热短波长光子---激发态电子以无辐射跃迁返回低能态时,所释放的能量使周围分子增加热运动,以及激发态电子并非直接返回基态,而是在众多复杂的能量差不大的能级之间分次逐级向下弛豫,每次只能释放较低的能量,而使周围的分子增加热运动.目前四十一页\总数七十四页\编于一点激光在手术方面的应用

根据激光功率密度的不同:1.切割术—组织中水汽化导致的体积扩大压力增加,以及组织固有的张力而被分开而形成切口.2.气化术—组织中水分在瞬间被蒸发,干燥,凝固了的组织也随即燃烧而一并被蒸发去除.3.碳化术—以焦点以外一定大小的光斑,在一定的时间内连续的照射组织,使受照组织发生干性坏死和炭化,

外观呈综黑色.目前四十二页\总数七十四页\编于一点激光在手术方面的应用

4.凝固术—以焦点以外相应大小的光斑,把功率降低至适当水平,连续的照射组织,使受照组织在保持上皮完整,不产生缺损和碳化的基础上出现热凝固坏死.外观由灰白色渐变为灰褐色。5.激光组织间热疗法—让激光通过插入组织内的光纤维对组织进行加热，使组织内温度升至60°C以上，并持续照射一定时间,使该组织凝固坏死。已应用于治疗肿瘤。6.光热敷—利用功率密度约为150-800mW/cm2的低强度激光对病灶局部产生一种温热的感觉，犹如热敷。目前四十三页\总数七十四页\编于一点光化学作用

产生条件：光子给予生物大分子的能量>断开其弱键所需的能量全过程：生物分子吸收相应能量的光子

→外层价电子被激发跃迁至电子激发态→在其驰豫返回基态时释放出的能量消耗在某一化学键的断裂和新键的形成上

→生成稳定的最终产物目前四十四页\总数七十四页\编于一点光动力疗法（PDT）

原理：光敏剂进入靶组织→受到接近光敏剂发射光谱峰值波长的光照射→光敏剂被激发→光敏剂把能量转移给靶组织中的分子氧→靶组织中的分子氧被激发为强氧化剂（单态氧）→单态氧使靶组织的生物膜产生过氧化损伤→靶组织破坏目前四十五页\总数七十四页\编于一点常用光敏剂

HPD（血卟啉衍生物）DHE（双血卟啉酯）酞花菁染料脱镁叶绿环类癌光啉（PSD-007）光敏素ⅡmTHPC（间四羟基氯苯酚）卟啉合成物的母体ALA（5氨基-γ-酮戊酸）进入靶组织方式：

静脉给药动脉给药组织内注射局部敷贴目前四十六页\总数七十四页\编于一点光化学效应的临床应用

产生条件：

•低光功率密度（低强度）

•较长曝光时间典型应用：◆光动力疗法（PDT）◆低强度激光血管内照射◆激光局部照射目前四十七页\总数七十四页\编于一点常用激光器简介目前四十八页\总数七十四页\编于一点激光在皮肤科的应用皮肤血管病皮肤色素病皮肤肿瘤感染性皮病其它皮肤病美容治疗鲜红斑痣

草莓状血管瘤

毛细血管扩张

蜘蛛痣

酒渣鼻

化脓性肉芽肿

血管角皮瘤

血管炎

银屑病太田痣

伊滕痣

色素痣

先天性色痣

蓝痣

文身

异物色沉

雀斑样痣

雀斑

咖啡斑

Becker’s痣

红斑黑变病汗管瘤

粟丘疹

表皮痣

皮脂腺痣

脂溢角化病

鲍温病

基底细胞癌

瘢痕疙瘩

结节硬化症

着色干皮病

息肉综合征

黄瘤病

皮赘

皮角寻常疣扁平疣尖锐湿疣传染性软疣疱疹丹毒疖肿腋臭鸡眼胼胝汗管角化病神经性皮炎皮肤黄疣祛除皱纹祛除瘢痕祛除眼袋永久脱毛光子去痘光子嫩肤目前四十九页\总数七十四页\编于一点Nd:YAG激光器YAG–钇铝石榴石波长-1.06微米,接近红外光束连续Nd:YAG–持续泵浦灯(例如Kr氪灯)脉冲Nd:YAG–脉冲泵浦灯(闪光泵浦灯-

例如氙)Nd:YAG激光棒泵浦灯镀金泵浦腔镜镜镜Mirror目前五十页\总数七十四页\编于一点Q开关Nd3+:YAG

激光机Q开关技术波长：1064/532nm能量：500mJ/250mJ脉宽：<10ns频率：1-5Hz导光方式：七关节导光臂，三自由度指示光：5mw半导体激光用途：各类皮肤色素病和血管病目前五十一页\总数七十四页\编于一点均匀的光束特性高斯分布模式平帽模式*传统的Q开关Nd:YAG激光的峰值能量密度位于中央-暂时性色素沉着的风险增加*SpectraVRM平帽模式能量均匀分布ImageprofiledbySpiriconBeamProfiler目前五十二页\总数七十四页\编于一点超脉冲CO2激光机波长：10600ms导光系统：六关节导光臂，五种刀头功率：1-30W用途：皮肤外科，整形外科五官科，肛肠科等各科手术

目前五十三页\总数七十四页\编于一点便携式CO2激光机波长：10600ms导光系统：直接输出功率：1-10W冷却方式：内置水冷循环目前五十四页\总数七十四页\编于一点半导体激光laserSmile便携式高速牙齿漂白系统最大输出功率：10w光纤长度：191cm用途：平行输出的半导体激光高速激发涂抹在牙齿表面的专利漂白凝胶，催化凝胶与色素的反应，从而快速的美白牙齿。目前五十五页\总数七十四页\编于一点脉冲染料激光波长：585nm脉宽：350us输出光斑直径：5mm重复频率：2Hz输出系统：柔性光纤＋手柄目前五十六页\总数七十四页\编于一点Q开关红宝石激光机Q开关脉冲激光波长：694nm能量：调Q—10J

非调Q—40J脉宽：调Q—7ns用途：调Q—皮肤色素病非调Q—脱毛目前五十七页\总数七十四页\编于一点Q开关翠绿宝石激光波长：755nm能量：4-10J/cm2脉宽：50-90ns用途：皮肤色素病ALEXlazr短脉冲激光系统目前五十八页\总数七十四页\编于一点IPL

强脉冲光技术目前五十九页\总数七十四页\编于一点英国

Energist

ULTRA™VPL™

可变脉冲光

脱毛嫩肤系统目前六十页\总数七十四页\编于一点强脉冲光技术

IntensePulsedLight(IPL™)反射镜氙闪光灯柱过滤膜导光晶体目前六十一页\总数七十四页\编于一点激光与强光的输出对比激光所有的输出能量通过不同大小的光斑输出；光斑越小，输出的能量密度越大。强光小光斑的能量输出更小，但能量密度保持一致目前六十二页\总数七十四页\编于一点光子嫩肤I型光子嫩肤II型光子嫩肤适应症良性血管病变，包括：毛细血管扩张Telangiectasias红斑痤疮SymptomsofRosacea红脸Flushing皮肤色素改变Dyschromia激光磨削后红斑阳光性色素斑Pigmentarysundamage色素斑Mottledpigmentation色素沉着Hyperpigmentation光老化Photoaging痣Lentigines表皮及真皮结构改变皱纹Rhytides皮肤弹性改变Elastoticchanges胶原和结缔组织改变毛孔粗大Largepores目前六十三页\总数七十四页\编于一点通过光热效应刺激真皮胶原纤维增生和重新分布，以改善皮肤弹性和瘢痕，并消除使皮肤表面的色斑，毛细血管扩张等。

光子嫩肤的目的：

目前六十四页\总数七十四页\编于一点光热效应

强脉冲光能转化为热量，影响皮肤表面深部的胶原纤维和弹力纤维，使之重新排列，并恢复弹性，从而达到消除皱纹，缩小毛孔的治疗效果目前六十五页\总数七十四页\编于一点EnergyPenetrationofCommonlyUsedCutaneousLasersIPL的灵活性:

不同穿透深度目前六十六页\总数七十四页\编于一点IPL的灵活性:

不同穿透深度通过光斑改变目前六十七页\总数七十四页\编于一点IPL的灵活性:

不同穿透深度通过能量改变目前六十八页\总数七十四页\编于一点IPL的有效性:

作用于多个吸收峰波长

(Micro