激光医学是激光技术与医学相结合的一门新兴的边缘学科。本世纪60年代,激光问世不久,就与医学结合起来。激光技术从临床诊断、治疗到基础医学研究被广泛应用。
由于当时没有激光功率计,因而梅曼用激光照射兔眼的视网膜,通过生物效应对眼的损伤程度来粗略测定激光的功率和能量,这样拉开了激光医学的序幕。
目前激光医学已基本上发展成为一门体系完整、相对独立的学科。医学领域作为激光技术应用最早、最广泛和最活跃的学科之一,在具体应用时具有非接触、高精度、低损伤、高便携性等优点,在临床应用中能够以连续、脉冲等不同模式发射出紫外、可见和红外等不同波段的激光,因此在部分疾病的治疗中取得了显著的成效。
激光医疗的发展大大提升了医疗行业的技术水平,为疾病诊断和治疗开创了全新的方式,大大提高了治疗效果和患者的生活质量。通过激光技术,医生可以进行精确的眼科治疗、外科手术、皮肤病治疗、光动力疗法、口腔治疗和理疗等。这些技术的应用使得治疗更加精准、安全和有效。随着技术的不断进步,激光医学在未来将继续发展,并为医学领域带来更多创新和突破[1-2]。
激光在医疗领域的应用案例
诞生背景
物理学家西奥多·哈罗德·梅曼
1960年,美国休斯研究实验室物理学家梅曼(西奥多·哈罗德·梅曼)制成了第一台红宝石激光器,发出694.3nm的红色激光,成为世界上公认的第一台激光器,标志着一种全新的光源自此诞生。
红宝石激光发射
这台激光器发射的是可见光范围内波长,因此可以看到这束激光呈现红色。激光同普通光源一般,都具有波粒二象性,但不同之处在于激光还具有高度的定向性、单色性、亮度以及相干性。在人们后续的研发过程中,又发明了不同波长的激光器,目前最常见的激光波长为1064 nm,波长在可见光范围以外是人眼不可见。
当激光与物质相互作用时,其作用强度取决于激光的波长以及物质的组成成分,激光与物质之间还可以发生反射、折射和散射等物理现象,并且能够被物质吸收,因此在微纳加工、医学、汽车等领域都具有广泛的应用前景。
医疗领域的临床应用
激光医疗目前已被广泛应用于眼科、皮肤整形科、肿瘤科和血管外科等医疗过程中,不仅提高了治疗效果、减少了并发症风险,还改善了患者的生活质量。
1-视力矫正技术
采用激光技术实现视力矫正手术,能够改善近视、远视和散光等视力问题,原理是通过削薄角膜、改变角膜的形态及厚度,使光线聚焦在视网膜上,从而达到矫正视力的目的,提高视力[3]。
飞秒激光是一种以脉冲形式发射的激光,持续时间只有几个飞秒(1飞秒=千万亿分之一秒),是人类在实验条件下所能获得的最短脉冲。飞秒激光被用于眼科手术,被誉为继波前像差技术之后“屈光手术的又一次革命”。
激光矫正视力分为角膜基质层手术(包括全飞秒手术和半飞秒手术)和角膜表层手术。
1、PRK(表层全激光)
PRK是最早被使用的激光矫正技术之一。手术中,医生会先将角膜表面的上皮层去除后,使用激光器来重塑角膜的形状。术后患者通常需要经历较长一段时间调养,直至上皮层再生,不过该技术手术风险较低。
2、半飞秒激光手术
是一种中间型的激光矫正技术。首先由飞秒激光制作20mm左右的切口,掀开角膜瓣后用准分子激光对角膜基质进行切削,从而改变角膜形态,以矫正屈光不正。半飞秒激光手术术后视力恢复较快,术后不适感也较轻。
3、全飞秒激光手术
也称为无刀激光手术,是一种更先进的激光矫正技术,在该手术过程中,全程使用飞秒激光,先通过“隔山打牛”的方式,透过上皮细胞层和前弹力层,对基质层进行切削,再制作2mm微切口,最后取出微透镜。
激光矫视手术类型
激光矫正手术的优势:
(1)快速性
激光矫正手术通常确实可以在较短的时间内完成。
术后视力恢复也相对较快。
(2)精确性
医生可以精确地控制激光束的位置、能量和持续时间,从而确保对角膜的精确调整。
(3)安全性
激光矫正视力手术已经经过多年的发展和实践。随着技术的不断进步和医生经验的积累,手术的安全性得到了极大的提高。
2-激光美容治疗
采用激光技术进行皮肤美容和治疗,原理是利用对人体有益、透过能力较强、人体组织吸收率高的光波波段,通过弱激光对生物组织的刺激作用,对面部穴位和局部皮肤进行照射,有效地刺激面部经络穴位,加速血液循环,改善皮肤的供给状态,去除人体皮肤色素沉着、血管扩张、皱纹、痤疮疤痕、毛孔粗大等问题。常见的激光美容治疗方式如下所示[4]:
激光去斑
激光可以通过选择性吸收的原理,将激光能量集中在色素沉着的区域,破坏色素颗粒,达到去除斑点的效果。激光能量只被色素颗粒吸收,而对周围正常组织不产生损伤。常见的激光去斑治疗有激光祛斑、激光点阵等。
激光嫩肤
是一种无创伤的治疗方法,它使用特定波长的激光照射皮肤,激光能量被皮肤中的水分吸收,转化为热能,从而刺激皮肤深层的胶原蛋白再生和皮肤细胞的更新,达到提亮肤色、收缩毛孔、改善皱纹等效果。常见的激光嫩肤治疗有非剥脱激光嫩肤、二氧化碳激光嫩肤等。
激光脱毛
激光脱毛是利用激光能量破坏毛囊,阻断毛发的生长。可以根据不同的肤质和毛发类型,选择合适的激光波长和能量密度,可以应用于身体各个部位(脸部、腋下、背部、腿部等)。
血管治疗
在血管治疗领域是一种非常有效的方法,激光可以选择性地破坏血管组织,用于治疗血管扩张、面部红血丝等问题。治疗过程相对较快,恢复期短,且通常不需要麻醉。常见的血管治疗有激光血管收缩、激光脉冲光等。
痤疮治疗
激光产生的高能量能够迅速杀死皮肤中的痤疮杆菌,有效抑制皮脂腺分泌过多,减轻炎症。可以促进皮肤胶原蛋白的再生,有助于修复因痤疮而留下的凹凸不平的痕迹。常见的痤疮治疗有激光杀菌、蓝光治疗等。
激光美容原理及具体应用
激光技术还能够作为一种微创手术,基于激光光束的高能量浸透和热效应特点,实现精准切除体内的肿瘤 [5]。
激光肿瘤切除具有以下几个优势:
高精确性:激光光束可以精确瞄准肿瘤组织,使对周围正常组织的伤害达到最小化,从而最大限度地保留正常组织的功能;
减少出血:激光光束在切割和凝固肿瘤组织时,能够迅速凝固血管,减少手术过程中的出血量;
无需开刀:激光肿瘤切除是一种非侵入性手术,无需进行传统的切开手术,减少了手术创伤和恢复时间;
较少并发症:相比传统手术,激光肿瘤切除的并发症较少,如感染和疼痛等。激光肿瘤切除适用于各种肿瘤,包括皮肤肿瘤、口腔肿瘤、喉癌、乳腺肿瘤、肺癌、前列腺癌等。在手术中,医生会使用激光器将肿瘤组织逐层切除,同时激光光束还可以凝固血管、防止出血。
静脉曲张是一种血管疾病,通常发生在下肢的静脉中,其病因是由于血管壁的弱化和血液回流受阻导致的血管膨胀扭曲。激光技术作为一种常见的静脉曲张医疗方案,具有较好的治疗效果[6]。
激光静脉曲张治疗是一种微创的治疗方法,通过激光光束的高能量作用于静脉壁,使其受热并闭塞。该方法主要包括以下步骤:
在治疗开始前,患者通常会接受局部麻醉。这可以减轻患者的不适和疼痛感;
02导丝插入医生会通过小切口或针孔,在患者的静脉中插入一根导丝,以引导激光光纤的进入;
03激光治疗为使有序用电方案落到实处,实现全社会的有序、有效用电,最大限度地满足社会经济发展和人民生活对电力的需求
04监测和调整在治疗过程中,医生会使用超声波或其他图像引导技术来监测治疗的进展和确保正确的位置和闭塞效果。根据需要,医生可能会调整激光的能量和位置;
05恢复治疗完成后,医生会将导丝和激光光纤取出,并为患者进行包扎和休息,患者通常可以立即行走和恢复正常活动。
激光静脉曲张治疗相对于传统的手术方法具诸多优势,具体如下:
微创性:激光静脉曲张治疗是一种微创治疗方法,它通过局部麻醉或浅表全麻即可完成手术。与传统的手术方法相比,它不需要切开较大的伤口,从而减少了手术创伤。这种微创性使得患者在术后能够更快地恢复,减少了术后疼痛和不适感。
精确性:激光治疗可以精确地作用于静脉壁,通过热能作用破坏、消融血管,使血管闭合。这种精确性不仅提高了治疗的效果,而且减少了对周围组织的损伤和并发症的发生。
高效性:激光治疗的成功率较高,可以有效地改善静脉曲张的症状和外观。通过激光的作用,曲张的静脉可以得到有效的闭合,从而避免了血液在曲张静脉内的滞留和淤积,进一步改善了患者的血液循环和症状。
在泌尿外科的临床应用中,激光技术治疗结石已经成为一种常见的选择,特别是针对那些传统开刀取石术可能带来较大损伤和恢复较慢的患者。
这种激光技术主要基于一根细光纤,将体外激光发生器产生的激光引导到人体内,然后通过输尿管镜或肾镜建立通道,用镜体接近结石,再用激光对准结石进行打击,将大结石变成小结石,最终排出体外。
相比传统的开刀取石术,激光治疗结石具有许多优势。首先,它通常不会对患者造成较大的伤害,出血也较少。其次,手术时间相对较短,恢复较快,且病情出现并发症的几率较小。这是因为激光可以精确地瞄准结石,避免了对周围组织的损伤,同时也减少了手术过程中的出血量。
然而,尽管激光治疗结石具有诸多优点,但术后仍需注意一些事项。首先,需要检查打碎的结石是否已排出体外,因为存留在输尿管的结石容易导致输尿管梗阻,从而继发泌尿系统感染,出现肾积水和尿路感染的情况。其次,激光碎石后的排石过程可能会诱发绞痛、大汗淋漓、恶心、呕吐等症状,此时需要向专业医生咨询具体的解决方案。
钬激光微创碎石技术示意图
激光是20世纪以来继半导体、计算机与核能之后人类的又一重大发明,享有“最快的刀”、“最准的尺”等美誉。激光技术确实是一项革命性的发明,其在医疗领域的应用已经取得了显著的成果,并且具有巨大的潜力[7]。
尽管激光医疗技术已经取得了显著的成果,但仍有许多机理和应用方面的空白需要人们去研究和探索。例如,激光与生物组织的相互作用机制、激光在细胞层面的作用机制等都需要进一步的研究。
随着技术的不断进步,激光医疗技术将在未来发挥更大的作用。例如,纳米激光技术、超快激光技术等新型激光技术的出现,将为医疗领域带来更多的可能性。同时,随着人工智能、大数据等技术的发展,激光医疗技术也将实现更精准的诊断和治疗,相信激光医疗技术将在未来为人类健康事业做出更大的贡献。
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