1916年，著名物理學家愛因斯坦首次提出了“受激輻射”的概念，從而奠定了激光的理論基礎(chǔ)，以后又在實驗中得到了驗證。1960年，第一臺真正的激光器呱呱墜地，這是一臺紅寶石激光器，完成這一創(chuàng)舉的是美國物理學家梅曼。 美國物理學家西奧多·哈羅德·梅曼制造了世界上第一臺激光器 激光工作的原理是將光能轉(zhuǎn)化成熱能，造成靶組織細胞損傷，刺激新生細胞新陳代謝，達到治療目的。1984年Rox Anderson教授提出的“選擇性光熱作用理論”開創(chuàng)了激光在美容領(lǐng)域里的應(yīng)用，也很好地解釋了激光美容的原理。 1、單色性 激光是受激輻射的產(chǎn)物，光子的躍遷往往發(fā)生在固定的兩個能級之間，頻率分布非常窄，色度純。 2、相干性 激光有極強的空間及時間相干性。從激光光源不同空間位點發(fā)出的光位相差不變，方向與波長也一致（空間相干性）；同一空間位點不同時間發(fā)射出的光也有固定的位相差（時間相干性）。強脈沖光是一種非相干光。 3、能量高度集中 在諧振腔的選擇作用下，激光光束的發(fā)散角很小，光束能量高度集中，因而方向性極強、激光光源表面亮度很高、被照面上光強度很大。 4、平行性 激光光束在傳播很長距離后光束仍保持平行而不發(fā)生彌散。 1、熱效應(yīng) 激光通過熱效應(yīng)，經(jīng)皮膚吸收后轉(zhuǎn)化為熱能使得組織溫度升高，達到臨床療效。熱效應(yīng)與組織達到的溫度和照射時間均有密切聯(lián)系。 T=S2/D （T為熱傳導時間，S為熱傳導距離，D為組織的熱擴散率） 當皮膚溫度達到43-44℃時，皮膚就會出現(xiàn)潮紅； 45℃時皮膚開始有痛覺； 47-48℃可能出現(xiàn)水皰； 55-60℃時，皮膚出現(xiàn)凝固性壞死； 100℃時，組織中的水達到沸點而導致氣化； 300-400℃以上時，皮膚組織會發(fā)生炭化，進而燃燒、氣化。 以二氧化碳激光為例，其照射的皮膚組織可迅速達到極高溫度，發(fā)生壞死與氣化，從而實現(xiàn)臨床治療。 CO2激光治療通過損傷皮膚形成壞死柱促進皮膚再生實現(xiàn)治療效果 2、光機械作用
3、光化學作用 光動力療法（PDT）就是間接光化學效應(yīng)的典型代表，常用的光敏劑包括5-氨基酮戊酸（5-ALA）及血卟啉衍生物（HpD）等，在一定波長激光照射下，產(chǎn)生大量單線態(tài)氧等自由基，通過自由基反應(yīng)，引起生物膜的系列改變，破壞靶細胞，或通過凋亡途徑達到靶細胞破壞目的。 光動力療法治療玫瑰痤瘡：(a)治療前；(b)3次治療后1個月；(c)3次治療后3個月；(d)6次治療后3個月，DOI：10.1080/14764172.2018.1502455 4、電磁場效應(yīng) 經(jīng)過聚焦的激光產(chǎn)生的電磁場強度達到106-109V/cm2時，會產(chǎn)生強電磁場，并通過激勵、振動、諧波、自由基、雙光子、多光子吸收、布里淵散射效應(yīng)引起組織損傷，達到治療效果。 5、生物刺激作用 多見于低功率激光照射，引起共振、量子遷移等，恢復生物等離子體的穩(wěn)定，進而恢復機體正常的結(jié)構(gòu)與功能。此外，還有研究表明，低功率照射對機體免疫系統(tǒng)具有雙相調(diào)節(jié)作用，并可抗氧化，促進新陳代謝。 【概念】當入射激光的波長與靶色基自身固有的吸收峰匹配，且照射時間短于靶色基的熱弛豫時間（TRT）時，就可以選擇性地破壞靶色基，而不損傷周圍正常組織或僅造成輕度損傷，從而達到無創(chuàng)傷治療的效果。 選擇性光熱作用（Selective Photothermolysis）理論于1984年由Parrish與Anderson提出，是激光發(fā)展史上的一個重要里程碑。Rox Anderson教授曾多次來到國內(nèi)參與學術(shù)交流，他被稱為“點陣激光之父” 1、合適的波長 以治療色素增生性皮膚病的調(diào)Q紅寶石激光（波長694nm）為例，這一波長下來自氧合血紅蛋白（418nm、542nm、577nm 3個吸收峰）的競爭性吸收很少，既能較好地為成熟黑素小體吸收，又有一定的穿透深度； 2、合適的脈寬 根據(jù)選擇性光熱作用原理，脈寬應(yīng)短于靶色基的熱弛豫時間，這就使激光產(chǎn)生的熱能主要局限于靶色基，很少彌散到周圍正常組織，造成損傷； 3、足夠的能量 這是短脈沖激光治療的必要條件。調(diào)Q技術(shù)使短脈沖激光得以在極短的時間內(nèi)釋放出高能量，功率高達109-1012W，足以摧毀靶色基。
黑素、氧合血紅蛋白、血紅蛋白及水的吸收曲線 ● ● ● 皮膚中的色基可以選擇性地吸收特定波長的光，如果色基的吸收光譜是已知的，那么可以選擇合適波長的激光，對色基進行照射以得到理想的組織治療作用。
水最大的吸收峰為2940nm(Er:YAG激光)，較大的吸收峰為10600nm二氧化碳激光；氧合血紅蛋白吸收峰為波長415nm、540nm、577nm；脫氧血紅蛋白吸收峰為波長430nm、555nm；黑色素，800nm以下的任何波長的光均可優(yōu)先地加熱表皮中的黑色素。短波長更易引起非常高的表皮溫度，而長波長如1064nm可繞過表皮中的黑色素。
選擇性光熱作用原理應(yīng)用于脫毛治療 調(diào)整激光波長使之與色基吸收波長相一致有時是非常困難的。以血紅蛋白為例，當波長為420nm時，吸收非常好，但穿透很淺，僅有100nm深，只能勉強達到真表皮連接處，不足以治療深部血管（如鮮紅斑痣）。所以，盡管577nm和542nm的吸收并不如420nm好，但由于穿透更深，并且黑色素吸收較少，是治療皮膚深部血管較理想的波長。更長波長的激光由于穿透深，也被應(yīng)用于較大的血管的治療，例如595nm、910nm和1064nm激光。
按照能量輸出方式，激光一般分為以下3種類型： 1、連續(xù)式激光 激光的能量連續(xù)輸出，這類激光對治療靶的選擇性不強，主要包括：二氧化碳激光、氬離子激光、氦氖（He-Ne）激光等； 2、準連續(xù)激光 這類激光的能量以脈沖形式輸出，但輸出的脈沖頻率非常高，在皮膚組織上的生物學效應(yīng)和實際臨床效果都與連續(xù)式激光沒有顯著差異，所以稱為準連續(xù)激光。 與連續(xù)式激光一樣，準連續(xù)激光對治療靶的的選擇性也不強。主要的準連續(xù)激光包括：銅蒸氣激光、氪激光、磷酸肽鉀鹽（KTP）激光等。 3、短脈沖激光 激光的能量以脈沖方式輸出，脈寬很短，一般在納秒（ns）與毫秒（ms）級。這類激光以選擇性光熱作用理論為基礎(chǔ)，對作用靶具有高度選擇性，而對周圍正常組織則無明顯損傷，從而可達到無創(chuàng)傷治療的理想效果。 短脈沖激光的代表包括：調(diào)Q紫翠玉激光、調(diào)Q紅寶石激光、調(diào)Q Nd:YAG激光、脈沖染料激光、調(diào)Q鉺激光、超脈沖二氧化碳激光、調(diào)Q半導體激光等。強脈沖光的作用機制和方式均與短脈沖激光相近。 （未完待續(xù)）
本期內(nèi)容主要概述了皮膚光電治療的發(fā)展歷程、生物學效應(yīng)、技術(shù)原理及分類，下一期將介紹各種光電治療設(shè)備的特點及應(yīng)用要點。 參考資料： Future Directions in Cutaneous Laser Surgery, Anthony M. Rossi, MD, Bruce E. Katz, MD, Dermatologic Clinics, January 2014 《皮膚激光醫(yī)學與美容》，主編：盧忠 |
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