第十八章 激光及其医学应用.ppt

1、第十八章 激光及其医学应用,一、激光的基本原理,(1)粒子的能级、基态、激发态、平均寿命、亚稳态,能级：构成物质的粒子（分子、原子、离子等）的能量状态。 基态：最低的能级。 激发态：非基态的能级。 平均寿命：大量粒子在某激发态停留时间的平均值。 亚稳态：平均寿命较长的激发态，约10 -310 -2 s。,(2)辐射跃迁的三种方式,受激吸收：当光通过物质时，处于低能级E1的粒子吸收一个能量为hv=E2-E1的光子而向高能级E2跃迁的过程。,特点： 是与外界无关的自发过程； 辐射光子的能量等于hv=E2-E1； 对于不同粒子或同一粒子在不同时刻自发辐射的光子，其特性即频率、相位、行进方向、偏振状态

2、都各不相同，是非相干光； 是一随机过程。,自发辐射：处于高能级E2的粒子自发地向低能级E1跃迁，同时释放一个能量等于hv=E2-E1的光子的过程。,受激辐射：一个处于高能级E2的粒子受到一个能量等于hv=E2-E1的光子“诱发”而跃迁跃迁到低能级E1，同时释放一个与“诱发”光子特性完全相同的光子的过程。,特点： 必须有外界“诱发”光子的作用； “诱发”光子的能量必须满足条件hv=E2-E1 ； 辐射光子与“诱发”光子特性完全相同，是相干光； 具有光放大作用。,(3)粒子数反转分布：设处于高能级E2与低能级E1的粒子数密度分别为N2和N1，粒子数在能级上N2/N11的分布称为粒子数反转分布。,实

3、现条件： 必有外界能源供给能量，是正常分布下处于低能级的大量粒子被激发到较高能态； 介质具有两个以上与反转分布有关，且有亚稳态的能级结构，即应是激活介质。,(4)激光：受激辐射光放大。,激光产生的基本思想： 要产生激光，必须实现光的受激辐射放大，并使受激辐射能持续进行。,(5)光学谐振腔的主要作用： 使受激辐射光放大过程能在有限体积的激活介质中持续进行，且在满足阈值条件下形成光振荡，输出激光； 对输出激光束的方向给予限定； 有选频作用； 调整激光的模式； 通过调Q、锁模等技术以改善激光的输出波形。,(6)激光器的基本组成：由激励装置，工作物质，光学谐振腔等三个基本部分组成。,激励装置用于提供能

4、量。 工作物质中的激活介质用于实现粒子数反转分布与受激辐射光放大过程，辅助物质用于提高受激辐射效率。 光学谐振腔用于实现持续、稳定的光振荡并输出激光。,二、激光的特性,(1)方向性好 发散角是衡量光束方向性好坏的标志，方向性表明光能量在空间分布上的集中性。 由于激光器输出端造成光的衍射。使激光束的发散角以其衍射角为极限而不能无限减小。,(2)亮度高、强度大 亮度是衡量光源发光强弱程度的标志，表明光源发射的光能量对时间与空间方向的分布特性。 对同一光束，强度与亮度成正比。 在临床治疗中，激光这一特性被用作手术刀和体内碎石。,(3)单色性好 谱线宽度是衡量单色性好坏的标志，谱线宽度越窄，颜色越纯，

5、则单色性越好。,(4)相干性好,(5)偏振性好,三、激光的医学应用,(1)医学领域中的强弱激光 强激光：对被其照射的生物组织，能直接造成不可逆性损伤。 弱激光：不能造成不可逆性损伤。,(2)激光的生物作用 热作用 机械作用 涉及的压强：光压、气流反冲压、内部汽化压、体膨胀超声压、等离子体膨胀压、电致伸缩压。,光化作用 基本规律：光化学第一定律（吸收定律）、光化学第二定律（量子定律）。 光化反应类型：光致分解、光致氧化、光致聚合、光致异构、光致敏化等。 电磁场作用,临床应用中，强激光主要表现为机械作用、电磁场作用和光化作用；弱激光主要表现为生物刺激作用与光化作用；耳热作用则在各类激光中普遍被利用

6、。,生物刺激作用 弱激光刺激作用规律：剂量小时起兴奋作用，剂量大时起抑制作用；刺激作用有积累效应，最终效果取决于总剂量；刺激作用强弱与刺激次数（等间隔、等剂量）的关系呈现出抛物线特征。,(3)影响激光与生物组织相互作用的因素 激光的性能参量：波长、作用于靶组织的激光能量与能量密度、激光功率与功率密度、作用时间及间隔。 生物组织的性质：组织的物理性质、生物特性、生物剂量。,(4)激光在基础医学中的应用 研究激光对生物分子、细胞、组织的作用与效应。 用于基础医学研究的激光技术：激光微光束技术、激光流式细胞计、激光拉曼光谱技术、激光多普勒技术、激光全息显微技术、激光扫描共聚焦显微镜。,(5)激光的临床应用 激光诊断方法 激光治疗方法：激光手术治疗、弱激光治疗、激光光动力学疗法、激光内镜术治疗。,(7)激光的危害与防护 直接危害：超阈值的激光照射对眼睛、皮肤、神经系统以及内脏造成