激光在醫學上的應用

產生激光束的光源稱激光器，在醫學領域裏有廣泛的用途。激光醫學是一門新興的邊緣學科，其內容包括用激光新技術去研究、診斷、預防和治療疾病。激光已應用於內、外、婦、兒、眼、耳鼻喉、口腔、皮膚、腫瘤、針灸、理療等臨牀各科。它不僅為研究生命科學和研究疾病的發生發展開闢了新的研究途徑，而且為臨牀診治疾病提供了嶄新的手段。激光醫學發展簡史　1960年第一台紅寶石激光器研製成功，1961年即用於眼科進行視網膜光凝固治療。此後有關激光的生理作用、激光的生物效應等論文相繼發表。1966年用CO2激光束切除狗的肝臟，證明術中出血很少，從而開創激光手術；1968年用激光治療頜面部病變；1969年用激光刀完成胸廓切開術；1971年石英光導纖維研製成功，使氬離子(Ar+)激光和摻釹釔鋁石榴石(YAG)激光得以進入體腔內進行治療；1972年手術顯微鏡配合CO2激光進行喉部手術成功，從而開始激光顯微手術。中國從1973年開始將CO2激光用於臨牀，以後又陸續將Ar+激光、YAG激光、紅寶石激光引入到臨牀各科。1965年和1966年動物實驗和臨牀觀察證明氦氖(He-Ne)激光有止痛、消炎、提高免疫功能等作用，將其用於局部照射治療，從而開創激光理療。中國在1974年將激光用於理療。1966年後激光應用於穴位照射，從而開創激光針灸治療。1970年He-Ne激光穴位照射治療高血壓病，取得良好效果，以後用於治療支氣管炎、子宮附件炎也取得良效。1976年製成He-Ne激光光針儀，用於以治療傳統上常用毫針治療的急慢性病。1960年研製成新的光敏劑血卟啉衍生物(HPD)，為用激光光動力學診斷和治療惡性腫瘤開闢一條途徑。在1978年中國引進這項技術，現已用於消化道、呼吸道、泌尿道、頭頸部、皮膚腫瘤的診斷和治療。目前醫用激光器已與電子計算機、光導纖維、圖像分析、攝像、錄像、熒光光譜和超聲技術等新技術結合。醫用激光器的種類　常用的醫用激光器有以下幾種：①氦氖激光器。輸出波長為6328Å的紅色激光。特點是結構簡單，操作方便，價廉，壽命長，使用萬小時以上。用於消炎、鎮痛或作激光光針和理療。②二氧化碳激光器。輸出波長為10.6μm的遠紅外激光。特點是輸出功率大，用作激光刀進行燒灼、切割和汽化。③氬離子激光器。輸出波長為4880Å和5145Å的藍綠色激光。特點是功率大，又在可見光範圍。用於光凝固治療，如眼底病和十二指腸、胃潰瘍的光凝固治療。④摻釹釔鋁石榴石激光器。輸出波長為1.060μm的近紅外激光。特點是輸出功率大，對組織作用深而均勻，對紅色組織有親和力，又可用光導纖維傳輸。常與內窺鏡結合進入腔內治療腫瘤、息肉、出血等，是最常用的激光器之一。其他準分子激光器、銅蒸氣激光器、紅寶石固體激光器、半導體激光器等在臨牀上也經常使用。激光的生物效應　一般認為激光有五個方面的效應：①熱作用。主要是在可見光和紅外光範圍的激光引起的。弱激光不會直接造成不可逆損傷，可促使血管擴張，血液流動加強，從而改善局部的營養狀態，促進傷口和潰瘍的癒合，還具有鎮痛和緩解肌肉痙攣等作用。強激光直接造成生物組織的不可逆性損傷，故可用以清除各種贅生物，如疣、痣、癌等，或凝固出血點、封閉破孔等。②壓力作用。激光照射到人體上形成一種壓力(光壓)。如果激光呈大功率脈衝狀態，則產生的壓力很強。若激光聚焦功率為108W／cm2則其壓力可達40g/cm2。強激光照射到生物組織上時，使組織汽化，產生熱膨脹，這時體積劇烈增加而產生巨大的壓力，可以大至幾百個大氣壓，破壞性較大。臨牀上可利用這種壓力在眼睛上房角處打孔，以溝通房水，降低眼壓，治療青光眼，還可以利用這種衝擊波的力量來治療後發性白內障和玻璃體出血後形成的機化索條等。③光化學作用。利用激光能量激活體內某些化學反應。其中包括光致分解（吸收光能而導致化學分解的過程）、光致氧化(光作用下，反應物失去電子的過程)、光致聚合(光作用下，小分子聚合成大分子的過程)、光致敏化（在光敏劑的參與下，用特定波長的光作用而產生的化學反應）等四種主要類型。光敏化治療是以血卟啉衍生物為代表的光動力學療法，用以破壞癌細胞，需要氧分子參加才能起反應。另一類光敏劑如補骨脂素不需氧分子參加。局部塗補骨酯酊後，再用紫外激光局部照射，可以治療白癜風和銀屑病等疾病。④電磁場作用。高功率激光所產生的強電磁場，可以使生物組織發生明顯的變化。⑤刺激作用。主要指功率較低的He－Ne激光對機體的作用。可促進神經再生，毛髮生長，降低的血細胞回升，使骨痂生長迅速而使骨折癒合，還可抑制細菌生長從而消炎止痛。以上五種效應中，壓力效應和電磁場效應主要為大功率或中等功率激光所具有。而光化學反應和光刺激作用主要由小功率激光引起，熱效應則大、中、小三種功率的激光均有。激光手術　即利用功率密度較高的激光束，對病灶進行汽化、凝固、切割。特點是：①出血少或不出血。激光有熱凝固作用，能封閉直徑小於1mm的動脈和2mm的靜脈，因此術中可以少出血或不出血，術中或術後可以不輸血或少輸血。②減少感染機會。激光對組織無機械接觸，而且激光的高温還可以殺菌，故可以減少傷口感染率。③防止腫瘤轉移。連續激光手術時封閉了小血管和淋巴管，又不壓迫腫瘤，從而防止腫瘤轉移。④精確度高。由激光器發射出的激光束是以定向的方式幾乎毫不發散地沿空間極小的立體角範圍傳播，能量集中，故可以精確地切除很小的病變，其切口邊緣鋭利，對不足1mm的病變亦可進行手術。⑤手術時間短。術中多數小血管不出血，不需結紮；出血量少，手術清晰，病變和正常組織易於分辨，故激光手術時間短。⑥可做腔內精細手術。藉助各種內窺鏡（如喉鏡、氣管鏡、食管鏡、胃鏡、膀胱鏡等）或外科顯微鏡，通過光導纖維將激光束導入臟器腔或血管內，可進行凝固止血或汽化切割病變組織（息肉、癌腫等），也可以粉碎結石、清除血管內血栓等。⑦術後反應輕，副作用小。激光手術常採用凝固止血術、切割術和汽化術三種方式（見手術）。①激光凝固止血術。激光原光束或聚焦後的光束照射到病變處，使組織温度達到55～100℃，病變組織凝固、壞死，隨後結痂，自行脱落而痊癒，這種方法主要用以治療眼底病，如視網膜裂孔、視網膜劈裂症、中心性漿液性視網膜病變、出血性黃斑盤狀變性、出血性富克斯氏斑、視網膜靜脈分支阻塞症、視網膜靜脈周圍炎、糖尿病性視網膜病變等，也用於消化道出血（如十二指腸、胃潰瘍、食管靜脈曲張的出血）、鼻出血、皮膚各種血管病的治療。②　激光切割術。50W以上的CO2激光和30W以上的Nd-YAG激光聚焦以後對組織進行切割手術，切割的組織包括皮膚、皮下脂肪、筋膜、肌肉、硬腦膜、腦、脊髓、周圍神經、心臟、肝、腎、胃、肺和腫瘤組織等，用激光手術切割，切口光滑不出血或極少出血。對不同組織需要不同的激光功率。激光切割對切口周圍組織的損傷並不嚴重。臨牀常用激光切除肝臟，切除燒傷的焦痂、骨板、痔核、腫瘤等。已研製成“激光石英石刀”和“激光藍寶石刀”，可以一邊切開組織，一邊使血管凝固、封閉，手術中出血量比電刀減少2/3以上。③激光汽化術。激光對病變組織作用，使温度超過100℃時，組織可以蒸發出水蒸氣，汽化術因而得名。激光手術多采用這種方法，如對贅生物、燒傷創面、褥瘡的潰瘍、色素痣、尖鋭濕疣、尋常疣、蹠疣、汗管角化瘤、肉芽腫、聲帶息肉、神經性皮炎、胼胝、腋臭、乳頭狀瘤、纖維瘤等均用汽化術清除。用激光汽化良性腫瘤，一般一次治癒率可達100％。對惡性腫瘤（如皮膚癌、喉癌、上齶癌、鼻腔癌、唇癌、外陰癌、陰莖癌等)汽化治療效果也是滿意的。對皮膚癌效果最好，一般一次治癒率可達100％，5年複發率基底細胞癌約為8％，鱗狀上皮癌複發率10％。為了減少心室壁的厚度，可用Ar+激光對預定除去的心肌組織進行汽化。用激光作瓣膜狹窄的分離術，可避免常規手術時出現的分離不徹底、分離過多或出現瓣膜破裂等缺點。“激光血管成形術”是用激光治療心血管栓塞，可用Ar+激光把沉積物汽化。用不產生熱效應的準分子激光進行這種手術，效果更好。用激光汽化動脈內斑塊後產生的是CO2、水和極少的餘灰，所以不會產生新的栓子，餘灰最終為機體的防禦系統所清除。又可利用激光進行吻合，即用一定劑量的激光照射血管、神經、腸的吻合部位，使受照處的蛋白質融熔，隨即固化、凝結，從而使該部位產生緊密的粘合。激光針灸　用弱激光照射穴位進行治療的方法。是中國傳統醫學與新技術相結合的產物，與傳統針灸相比較互有長短。最常使用的是He-Ne激光，它具有無痛、無感染、無損傷、治療時間短等優點。激光光動力學治療(PDT)　指在光敏劑血卟啉衍生物的參與下，激光照射到病變組織處(如腫瘤)，病毒、黴菌感染等處，病變組織發生破壞、壞死，而正常組織則不受影響的一種治療技術。這種作用必須有氧的參與才能發揮，所以又稱光敏化氧化作用，是一種光敏化治療。1976年研究激光光動力學治療的機理時，發現用波長620～640nm的激光照射含有血卟啉衍生物(HPD)的癌組織時，在能量轉移過程中產生的單態氧達到一定濃度時，可以破壞癌細胞。HPD是目前診斷和治療惡性腫瘤的最佳光敏劑。對腫瘤的親和力比正常組織大2～10倍，從腫瘤組織排出體外的時間也比正常組織晚72小時。使用HPD後，再用630nm波長的激光照射腫瘤，就可以使腫瘤細胞氧化、壞死。在405nm波長的激光照射下，HPD能產生橘紅色的熒光，可藉此早期診斷惡性腫瘤，在約5個癌細胞的厚度時即可以檢測出其熒光。PDT對錶淺的癌腫治療效果較好，但不能殺滅深部的癌細胞。這種治療方法已應用於治療皮膚癌（基底細胞癌、鱗狀上皮癌等）和配合內窺鏡進行腔內腫瘤（肺癌、食道癌、胃癌、直腸癌、膀胱癌等）的治療，其有效率可達85％。主要副作用是產生皮膚光敏反應，產生光敏性皮炎，只要在治療期間防止直接陽光照射，不看電視，即可以防止光敏性皮炎的發生。激光理療　即利用弱激光對病變部位進行局部照射治療。常用的激光是擴束的CO2激光和He-Ne激光二種。擴束CO2激光治療的原理是:CO2激光發出10600nm的遠紅外線作用到機體，使生物分子振動加劇，局部組織温度上升，血管擴張，血流速度加快，組織代謝加快，新陳代謝旺盛，加強組織營養和組織再生能力，增強組織細胞活性，加速代謝產物的吸收。它對機體的作用包括以下三個主要方面：①擴張血管，改善血液循環。這主要通過神經反射和體液而產生。②解除平滑肌和骨骼肌的痙攣。CO2激光擴束照射腹壁淺層，通過反射使胃腸平滑肌鬆弛和蠕動減慢。遠紅外線作用在皮膚上，血管內血液温度上升，流到肌肉，使肌肉温度也上升，作用在γ纖維上，使其興奮性下降，於是骨骼肌的痙攣緩解。③鎮痛作用。遠紅外線的加熱作用降低感覺神經的興奮性，另外，加熱本身作為一種新的刺激與疼痛刺激的衝動同時傳到中樞神經系統，在中樞神經系統內形成干擾，減弱痛的感覺。在熱的作用下，滲出物吸收加速，組織張力下降，腫脹減退，而使疼痛減弱。加熱作用下肌張力也下降，肌肉痙攣減輕，疼痛也減輕。CO2激光擴束治療主要依靠熱效應，故對慢性炎症如風濕性關節炎、類風濕性關節炎、支氣管哮喘、骨性關節炎、纖維組織炎、肌肉勞損、盆腔炎、慢性子宮附件炎、皮膚潰瘍、神經性皮炎、顳頜關節紊亂、肩關節周圍炎、腰肌勞損、網球肘、腱鞘炎、滑囊炎、濕疹、外陰瘙癢症、慢性喉炎等效果明顯。He－Ne激光治療原理有生物電場假説、光調節假説、細胞膜受體假説和偏振刺激假説等。He-Ne激光對機體主要產生刺激作用，可促進神經再生，加速骨折癒合，促使白細胞恢復正常，促進毛髮生長，促進免疫功能加強，促使炎症消退等。對急性炎症有效，如瞼腺炎、皰疹性角膜炎、瞼緣炎、急性淚囊炎、黃斑出血、中心性漿液性視網膜病變，外耳道癤、鼻癤、牙齦炎、冠周炎、根尖周圍炎、原發性白細胞減少症、急性乳腺炎、肛門皸裂、外痔血栓形成、甲溝炎、慢性前列腺炎、斑禿、外陰白斑、外陰瘙癢症等。激光診斷和檢測　可用於臨牀診斷和科學研究，激光全息技術在醫學上更有廣泛的發展前途。①激光全息術。利用激光相干原理將物體在空間存在情況的全部信息記錄下來的技術。全息照相記錄物體反射光波的振幅和相位值，不需透鏡聚焦，所以也稱無透鏡照相；全息照片是三維的，有立體感，如看到實物一樣，當觀察角度改變時，甚至可繞過障礙物看到被擋住的物體；全息照片每一部分都能再現整個圖像，取其中任何一塊，都可以再現一個完整的圖像；同一底片上，可多次連續曝光，重複記錄幾個圖像，而且每個圖像不受其他圖像的干擾而單獨顯示。全息照相包括的物體的信息比較完整，如一張眼底全息照片可以記錄眼內各層較為完整的信息。可以分別研究角膜、晶狀體、玻璃體和視網膜各層，可以測出視盤凹陷、黑色素瘤體、玻璃體內的新生血管的立體尺寸、眼內異物、玻璃體索條的生長、白內障的發展、視網膜水腫的改變。全息濾片矯治白內障已取得實驗性成功。在牙科用激光全息術測量低水平力引起的微小動度，如研究給牙加力後，觀察牙在軸向或水平方向的位移。超聲波和激光配合應用的激光超聲全息攝影術，利用超聲波產生全息圖像，而用激光使之再現，這種方法可以分辨1mm大小的乳腺癌，還能拍攝出心臟的形態和運動，肺的形態和運動，胃腸蠕動情況，胃的輪廓、軟組織和骨骼結構等。②自體熒光檢測法。是常用的激光診斷方法。不同分子結構能產生不同的自體熒光光譜，病變組織或惡性腫瘤與正常組織分子結構不同，用激光照射後，高靈敏度光譜分析器可以區分出它們差異。用4765Å的Ar+激光作為激發光源，照射疑為癌症的組織，若是癌症，則在6300～6800Å和7000Å處將出現峯值，而非癌組織中則不出現峯值，故上述激光的頻譜可以作為癌的特徵光譜。用波長為4880Å的Ar+激光照射牙齒，齲齒會發出長於5400Å波長的熒光。故用此法可以早期發現和治療齲齒。也可用調Q的Nd-YAG激光照射血清樣品，使之成等離子體化，再測其熒光光譜，藉此可以測出含量低至50ng/ml的痕量元素。用337nm的氮分子激光作激發光源，可測定心、腦、肝、腎之類器官的氫氣供給和消耗之間的不平衡狀態。③激光熒光檢測。使用一定熒光藥物後，再用特定波長的激光進行照射。若是癌症，則發出特有的熒光，故可用來早期診斷癌症。如將血卟啉衍生物靜脈注入人體後，再用405nm波長的氪分子激光局部檢測，癌細胞會發出橘紅色熒光，而正常組織不會。將熒光素鈉鹽靜脈注射、口服或灌腸後再用441.6nm波長的氦鎘(He-Cd)激光進行局部照射，癌症組織會發出黃色熒光，正常組織不發熒光或熒光很弱。④激光散斑分析法。指激光束被粗糙表面反射或不均勻介質散射而形成的斑紋。此法可用於激光散斑驗光，視網膜功能檢查，血液、尿液分析和血流測量等。激光散斑驗光是一種新的驗光方法，比傳統方法簡便、迅速和準確。其原理是利用單色性很好的He－Ne激光，照在漫射屏後產生看得見的斑紋圖樣，當觀察者與漫射屏間有相對運動時，觀察到的斑紋運動能反映出觀察者的屈光狀態。斑點向下運動，則為近視；向上運動則為遠視；斜動或滾動，則為散光；沒有明顯運動，則為正常。散斑分析血液和尿液是使He－Ne激光透過血液或尿液後，照到毛玻璃片上，從毛玻璃散斑情況可分析血液或尿液有無異常，若透過尿液的激光在毛玻璃上除產生光源亮斑以外，未見其他亮點，則尿液正常。若光斑周圍有很密的亮點，則可診斷為炎症（如膀胱炎或前列腺炎）。⑤　激光多普勒效應。即當激光照射運動着的流體時，跟隨流體運動的粒子將激光散射，散射的激光的頻率發生變化，這頻率與入射激光頻率之差，稱為多普勒頻移或拍頻，這頻移正比於粒子速度（即流速），故測出頻移就可測得流體速度，用這種方法可測量微循環的血流速度和測量電泳遷移率和擴散係數等。利用激光多普勒效應可以觀察人體末梢血管的血液動力學改變。觀察甲皺、耳垂、口唇等部位的毛細血管的血液動力學變化有助於診斷動脈硬化、冠心病、各種休克、血管內瀰漫性凝血等。⑥　激光流動細胞分析法。能快速分析各種生物細胞，繪出細胞數隨細胞核DNA含量變化的直方圖，讓待測的已染色的細胞在特定的樣品管內處於穩定的液體流動之中，經過直徑50～100μm的小孔，從而使細胞排列成單行，恆速通過激光束的焦斑區，細胞受激光照射後輻射熒光。若細胞核被染色，則熒光與該核的DNA含量成正比，若細胞質被染色，則熒光與細胞質DNA含量成正比，若細胞核與細胞質分別染色，則可以獲得雙色熒光。這種細胞分析法以每稱鍾1000個細胞以上的速度一個一個地對單細胞進行分析。這種方法可以篩選腫瘤細胞，因為惡性細胞中DNA含量高，而且細胞核熒光也強。這種方法還可以用來進行血細胞計數，測定入侵病毒，用來區分白細胞、紅細胞和血小板等用途。⑦激光拉曼光譜法。是1980年代發展起來的新的診斷法。用強單色光源照射試樣時，會發生散射。在散射光中，除了有與入射光頻率相同的瑞利光以外，還有一系列其他頻率的光。這些光對稱地分佈於瑞利光的兩側，但強度比瑞利光弱得多，通常只有瑞利光的10-6～10-9。這種在瑞利光以外存在着其他頻率的散射光現象稱為拉曼效應或併合散射，這種散射光譜稱為拉曼光譜。拉曼光譜雖然其頻率隨入射光的頻率變化而變化，但它與瑞利光的頻率之差（即拉曼位移）與入射光頻率無關，與試樣物質分子的振動和轉動能級有關，故可用拉曼位移對待測物質進行定性分析。這種診斷方法與傳統方法比較，有以下優點：是無損傷測量；可在各種物態（固體、液體、氣體）下進行測量；既可定性，又可定量分析；方法簡便、快速、準確。拉曼光譜法可用來鑑別癌症；早期診斷白內障；分析呼出氣體的成分及其含量。癌症患者、敗血症和肝炎患者血液的拉曼譜線全部出現異常的光譜。因此激光拉曼光譜法是一種很有前途的新的診斷方法。參考書目　徐國祥、史宏敏編著：《激光醫學》，人民衞生出版社，北京，1989。 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