第十六章激光及其在医学中的应用选读.ppt

第十六章激光及其在医学中的运用 （三）、激光在基础医学研究中的应用 1、激光照射生物组织的温升分布的分析与计算。 2、激光对生物分子、细胞、组织的作用与效应 。 3、用于医学基础研究的激光技术 。 2、亮度高、强度大 亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单位立体角内发射的功率。 激光的输出功率虽然有个限度，但由于其光束细（发散特别小），功率密度特别大，因而其亮度也特别大。把分散在180°范围内的光集中到0.18 °范围，亮度提高100万倍。通过调Q等技术，压缩脉冲宽度，还可以进一步提高亮度。 激光能量在时间和空间上高度集中，能在极 小区域产生几百万度的高温。 激光加工、激光手术、激光武器等就利用 了高亮度的特点。 激光打孔 激光切割 低能激光武器 高能激光武器 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，则单色性越好。 激光由于受激辐射的光子频率(或波长)相同与谐振腔的选频作用而使其具有很好的单色性。 在普通光源中，单色性最好的是作为长度基准器的氪灯（K186）；它的谱线宽度为4.7×10-3纳米，而激光谱线宽为10-9纳米，为氪灯谱线宽度的5万分之一。采用稳频等技术还可以进一步提高激光的单色性。 计量工作的标准光源、激光通讯等利用了单色性好的特点。 光缆 激光通讯 4、相干性好 激光具有很好的相干性。普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米， 激光可达几十公里。 全息照相、全息存储等就利用了相干性好的特点。 全息照相 5、偏振性好 受激辐射的特点表明激光束中各个光子的偏振状态相同。利用谐振腔输出端的布鲁斯特窗在临界角时只允许与入射面平行的光振动通过，可输出偏振光，并可对其调整。因此，激光具有良好的偏振性。 四 、激光的医学应用 （一）、激光的生物作用 1、热作用 2、机械作用 3、光化作用 4、电磁场作用 5、生物刺激作用 在临床应用上： 对强激光主要表现为机械作用、电磁场作用与光化作用； 对弱激光主要表现为生物刺激作用与光化作用； 而热作用则在各类激光对生物组织的作用中普遍存在。 (二)影响激光生物作用的因素 1. 激光本身的性能 2. 生物组织的性质 ①生物组织的物理性质 ②生物组织的生物性质 3. 激光与生物组织作用的时间和方式 * 激光就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。 激光的英文名为“light amplification by stimulated emission of radiation”第一个字母的缩写。 激光是20世纪60年代初发展起来的，并制成了世界上第一台红宝石激光器。由于它具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性，还具有普通光不同的生物效应，因而在医学上得到了广泛的应用。 一、激光的产生原理 1、玻尔的原子理论 (1)原子只能处于一系列不连续的能量状态，在这些状态原子是稳定的。 原子的各个定态的能量值，叫原子能级。 其中能量最低的原子能级叫做基态(ground state)。 其余的原子能级叫做激发态(excited state),处于激发态的原子寿命很短，约为10-8s。 (2)原子从一种能级跃迁到另一种能级时，它辐射(吸收)一定频率的光子，光子的能量由两种能级差决定。 2、受激吸收：处于基态的原子在 外界作用下(光照、撞击、加热)， 受到满足频率条件相当的光的激 励，将吸收一个光子从基态跃迁 到激发态，这种现象叫做受激吸 收(stimulated absorption)。 受 激 吸 收 3、光的辐射(emission) (1)自发辐射(spontanous emission) 处于高能态的原子自发、独立的向低能级跃迁，同时向外辐射一个h?=E2-E1光子，这个过程叫做自发辐射。 特点：不能人为控制，光色复杂(振动方向、初位相等彼此无关)方向各异，形成自然光。 没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子。射。 各个原子自发辐射的光是非相干光 (2)受激辐射(stimulated emission) 频率适当的光子(照射光)可迫使(诱发)处于高能级的原子发射光子而跃迁到低能级。 特点：受激辐射发生的光子其频率、传播方向、振动方向、初位相都和诱发光子相同。因此，它可以实现光放大，获得强的相干光。 各个原子受激辐射的光是相干光 E2 E1 在通常状态下，三种跃迁同时存在，受激吸收使光子数减少，受激辐射使光子数增加。哪种跃迁占优势取决于高低能级的原子数。