[医学]激光医学课程08-3-激光特性与激光生物效应.ppt

五、激光的计量 光辐射能量(光能量) 光辐射功率(光功率) 光的能量密度(激光的物理剂量) 光的功率密度(光强度) 对CW激光的计量 对脉冲激光的计量 医学上使用CW激光时的计量 需知道：激光输出功率（ P） 被照射面积（s） 被照射时间（t） 给出：功率密度（I）、能量密度（D） 对脉冲激光的计量 需知道：激光单脉冲能量（E） 脉冲宽度（Δt） 重复频率（f） 被照射面积（s） 被照射时间（t） 给出：峰值功率（Peak Power）、脉冲数、功率密度（I） 、能量密度（D） 第二章 激光对生物体的作用 激光是一种光源，也是一种电磁波，但它对生物体的作用与普通光源和普通电磁波相比有其独特之处。为什么？这与激光所具有的特性是分不开的。 一、激光的基本特性 1、单色性好 2、方向性好 3、亮度高强度大 4、相干性好 1、单色性好 单色性的好坏反映了光能量在频谱上分布的集中性。 光谱线宽度是衡量单色性好坏的标志 Kr灯：605.7nm, 谱线宽度=4.7*10-4nm HeNe激光：632.8nm, 谱线宽度=4.7*10-8nm 原因: 受激辐射,光子一致; 谐振腔选频. 应用: 光的生物效应强烈地依赖于光的波长,因此激光良好的单色性在医学上具有重要的应用价值. 2、方向性好 方向性的好坏反映了光能量在空间分布的集中性。 发散角是衡量光束方向性好坏的标志. 探照灯：38万公里远月亮上， 1000公里. 单模激光：α=122λ/D , 发散角1毫弧度(mrad), 1公里. 原因: 受激辐射一致; 谐振腔选模. 应用: 激光在空间的高度集中, 可聚焦成激光手术刀; 加上单色性好, 聚焦时无色散象差, 可聚焦成 微米级的激光微束, 能用于对细胞实行打孔和 融合手术等. 3、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. 1米长的40W日光灯,与1米长的40W CO2激光器 相比亮度相差1010=100亿倍. 红宝石脉冲激光器1016KW/cm2与太阳相差100亿倍. 亮度是描述光源的参量，医学应用更关心的是被光辐射处的强度。强度与亮度成正比关系。核聚变，激光碎石机。 辐射亮度,与人眼对不同波长的感觉无关. YAG激光看不见,但可以切割骨骼、肿瘤等，HeNe激光能看见，但只能做理疗。 4、相干性好 若频率相同、振动方向相同的两列波，在相遇处位相差恒定，这两列波就是相干的。 激光是受激辐射，受激辐射的光子其频率和振动方向均相同，且光子之间又相互关联，所以在较长时间内位相差可保持恒定的。因此，激光具有很好的相干性。 Kr灯：相干长度几十厘米 单模稳频HeNe激光：相干长度几十公里。 主要用于医学基础研究和临床疾病的诊断。 激光的基本特性 激光的上述几个特性都是相互关联的，单色性好、方向性好导致亮度高强度大。 二、激光生物效应 激光生物效应的概念 两类激光生物效应 两种生物反应水平的激光 激光生物作用 激光生物效应的概念 激光与生物组织相互作用后引起的生物组织的任何变化，都称为激光生物效应。 两类激光生物效应 第一类激光生物效应：激光与生物组织相互作用的结果，因生物组织的作用，使激 光参量发生改变的现象。 第二类激光生物效应： 因激光的作用，使生物组织发生形态或机能改变的现象。 两种生物反应水平的激光 强激光：用这种生物学剂量水平的激光直接辐照生物组织时可导致生物组织发生不可逆性损伤，则定义这种强反应水平的激光为强激光。 弱激光：用这种生物学剂量水平的激光直接照射生物组织，不会引起生物组织直接发生不可逆性损伤，则定义这种反应水平的激光为弱激光。 激光生物作用 发生激光生物效应的过程叫激光生物作用。 主要有： 1）光致发光作用 2）光致发热作用 3）光致压强作用 4）光致化学作用 5）弱激光的生物刺激作用。 (一) 光致发光作用 光致发光作用：生物组织吸收了激光能量之 后又以辐射的方式释放光能的过程。 通常有两类发光；一类是热辐射发光，另一类是非热辐射发光。 光致发光作用 光致发光作用可用于临床检测与诊断。目前已用到的有载体荧光法、自体荧光法、偏光法等 。