作者:张佳莹1,3顾瑛1刘喜文2魏志义3

1中国人民解放军总医院激光科

2第四军医大学护理系

3中国科学院物理研究所光物理重点实验室

激光自50年前诞生以来,已在临床医学诊断及治疗中得到广泛的应用,目前不仅成为治疗疾病的一种先进手段,而且也发展成为一门重要的医学分支。实际上,几乎每一种激光器问世后,人们都会探索发掘其在医疗领域的有效应用。

根据病理诊断和临床治疗的不同需求,目前在医学诊断方面,激光诊断的方法可分为激光光谱分析法、激光干涉分析法、激光散射分析法、激光衍射分析法、激光透射分析法及激光偏振法等。

近年来随着激光技术的快速发展和激光器件的不断增加,可供临床使用的激光种类也越来越多,无论是从高功率连续激光到飞秒超短脉冲激光,还是从深紫外激光到中红外激光,无不在外科手术、疾病诊断、美容保健等方面表现出重要的应用潜力。因此在选用医用激光器时,应根据不同的临床需求并结合激光器件的最新发展,确定最适合的激光参数及指标,从而对医用激光器做出合理而实用的选择。

图片来源:网络

医用激光器的种类及主要临床应用

不同种类的激光器其参数性能和工作方式不一样,其与人体生物组织的相互作用也不同。确定所需医用激光的参数性能和所需要的工作方式后,基本就可以确定适合的具体激光种类了,下面我们依据常用工作物质分类对一些典型的医用激光器件及主要临床应用作简要介绍。

固体激光器

固体激光器是目前使用最广泛、最成熟的医用激光器。典型的固体医用激光当属Nd:YAG激光,亦即掺钕钇铝石榴石激光,主要的工作波长为1064 nm。作为手术刀应用一般采用连续输出,功率在几十瓦左右;作为皮肤科色素类疾病治疗,多采用调Q输出,能量可达1焦耳每脉冲,脉宽可窄至几纳秒,还可用于膜性白内障、晶状体囊膜切开术、虹膜切开术、晶体及前房内的玻璃体条索切断等内眼手术。

这类激光作为长脉冲输出时,还可用于祛除毛发,脉宽可长至200 ms;作为自由振荡模式,可用于眼科慢性泪道阻塞性疾病的治疗。此外Nd:YAG激光经倍频后的532 nm波长激光在多个治疗领域也有着重要的应用,例如眼科、牙科、皮肤科、前列腺切除等,并能用于皮肤科皱纹、脱毛的对症病症的治疗及眼底疾病治疗等。

Nd:YAG激光的另一个波长1320 nm,可适用于由于血液逆流导致的大、小隐静脉曲张及无功能性的浅表支静脉曲张等疾病的治疗。Nd:YAP(掺钕铝酸钇)激光器输出的1.3 μm激光与该波长相近,由于人眼相对安全的特性,这种波长激光在医用手术中曾被广泛看好,并可以用于牙龋的祛除及牙髓腔的备洞、牙本质过敏症、牙龈瘤及血管瘤切除、口腔溃疡的体外照射等治疗。

近年来,波长到2 mm以上中红外固体激光的出现和发展,为激光医学提供了大量新的理想选择,如典型的掺钬、 铥及铒的YAG激光器。这些激光大多采用脉冲工作方式,其中Ho:YAG(掺钬钇铝石榴石)激光器的波长为2.1 μm,适用于软硬组织的接触与非接触切割、切除和凝固,如用于泌尿系结石;皮肤科治疗化脓性肉芽肿、老年疣、老年角化;妇产科治疗宫颈糜烂;耳鼻喉科治疗鼻息肉、咽喉部乳头状瘤;腰椎间盘经皮手术等;该激光系统应用于经皮心肌血管重建术,作为血管成型术中的理想器具,被誉为“冠心病治疗的第四个里程碑”。

Tm:YAG(掺铥钇铝石榴石)激光器输出的2.0 μm波长与Ho:YAG激光相近,并可适用于软硬组织的接触与非接触切割、切除和凝固。

另一种Er:YAG(掺铒钇铝石榴石)激光器的输出波长为2.9 μm,由于水对于此波长强烈吸收,因此主要应用于浅层组织的激光治疗,如打孔采血、眼科治疗、嫩肤手术等,此外在耳鼻喉科,肿瘤的治疗等他领域也有应用,其治疗原理基本可以归结为激光手术刀。类似的还有所谓的“水激光”(Er,Cr:YSGG激光,因使用水流导光而得名),其波长2780 nm,在牙科中有应用。

一些早期的固体激光器,如波长694.3 nm的红宝石激光器、波长为755 nm的紫翠宝石激光器等,作为最早的激光医疗器应用在皮肤色素祛、皮肤脱毛、去除纹身和治疗良性皮肤色素性损伤等方面。

近年来随着综合性能先进激光器件的不断出现,这类激光已逐渐退出医用激光领域。值得一提的是目前科研上广泛使用的飞秒掺钛蓝宝石激光器,其不仅具有包括上述波长的宽带光谱及波长调谐能力,而且脉冲宽度可到100 fs以下,在疾病诊断及精密外科手术方面表现出越来越广泛的应用。

医用激光的另外一个趋势是光纤激光,作为固体激光的一种,光纤激光不仅在波长上已覆盖了1.064 mm、1.3 mm、1.5 mm及2 mm等常用固体医用激光的波长,而且也在飞秒超短脉冲、高功率输出等运行方式上进展迅速。可以预见,光纤激光在未来医用激光中将会占到越来越多的份额。

气体激光器

常用的医用气体激光器有:

二氧化碳激光器,输出波长10.6 μm,属远红外激光。具有连续和脉冲两种工作方式,临床上一般通过导光关节臂传输。由于二氧化碳激光易于实现高功率输出(千瓦以上),成本也相对低廉,其波长对水的吸收率又极高,因此多用于强激光治疗。

氦氖激光器,输出波长为632.8 nm。主要为连续工作方式,功率仅10 mW量级,仅可用于弱激光治疗,即激光理疗与激光针灸;也可用作光动力疗法的治疗光源。

氩离子激光器,输出波长主要为514.5 nm和488 nm,连续工作方式,功率可到数十瓦。该激光工作寿命较短,运转费用较高,原则上每隔3至4年就得花费大笔费用更换激光管。其可见的蓝绿波长激光,可经光纤传输,血红蛋白对该段波长的吸收率极高,可用作光动力疗法的治疗光源。

与其类似的还有铜蒸汽激光。目前利用二极管激光抽运的倍频Nd:YAG类激光可以获得连续工作方式下平均功率大于10 W及高重复频率工作方式下平均功率大于100 W的532 nm绿激光,因此在许多医疗方面不仅可以取代氩离子激光、铜蒸汽激光,而且在眼科、前列腺等方面具有新的应用,并表现出较强的经济实用性。

氪离子激光器,工作波长主要有406.7 nm、415.4 nm、568 nm、647 nm。主要为连续工作方式。可用作光动力疗法的诊断光源。

氦镉激光器,输出波长441.6nm。主要为连续工作方式。可用作光动力疗法的诊断光源。

半导体激光器

目前半导体激光的输出波长从405 nm到1500 nm有多种选择,工作方式有连续和脉冲运行。一般用波长和工作方式来限定其名称,如:630 nm连续半导体激光器、780 nm脉冲半导体激光器等;也有用半导体材料来直接限定名称,如:砷化镓半导体激光器、砷铝镓半导体激光器等。

半导体激光具有体积小、效率高、能直接利用电源对输出激光进行调制等独特优点,适用于要求装置轻便并对激光输出功率要求不高的场合。

一台大小与普通计算机差不多的半导体激光单元,具备比其体积大得多的激光器所具有的同样功能。它除了价格低廉外,由于电、光效率较高、工作寿命较长,所以运转费用也较低,二极管激光管的寿命要比离子激光器长得多。由于其波长从紫外到红外波段可选择范围宽,可经光纤传输,临床应用范围越来越宽。

染料激光器

染料激光可以说是覆盖波长最宽的一种激光,选择不同染料能实现从400 nm到950 nm的调谐输出,工作方式主要有连续波和脉冲波,依抽运方式不同分为闪光灯抽运和激光抽运的染料激光器。染料激光联合倍频Q开关Nd:YAG激光器,可用于祛除纹身、治疗血管性和色素性病变、普通皮肤科软组织的切割、切除、烧蚀和汽化及祛除人体多余毛发等。

准分子激光器

准分子激光的输出波长一般在紫外光范围,常用激光介质限定其名称,如:氟化氩准分子激光器、氟化氙准分子激光器。工作方式多为脉冲波。目前在眼科和皮肤科应用较为成熟。

医用激光目前可谓灿若星辰,为造福人类健康、提高生活质量,发挥着越来越重要的作用。在实际选购激光器时,还要考虑到以下几个方面:

●光学元件的损坏,抽运元件的寿命仍然是难以解决的问题;

●维护费用偏高、缺少专门维护人员等问题值得注意。通常进口一台激光治疗机的年平均维护费用在6万元左右;

●激光器的稳定输出、安全标准与防护问题;

●遵循激光医学的循证医学研究,可以为医院选择医用激光器提供新的标准。文章来源:http://www.oeshow.cn

(聊城荣恒医疗器械有限公司)