激光全息技术的医学应用

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摘要  主要介绍了激光全息技术和C02医用激光的兴起和在医学领域的应用，从激光全息技术的原理到原先再现，都作了详细的说明。对C02医用激光器在实际工作中的具体应用和改进作了详细介绍。     关键词  全息技术；全息照相术；全息再现；C02医用激光器     1  激光全患技术     激光全息技术是20世纪60年代初兴起的一门技术。激光全息技术发展很快，已在生产和科研的许多领域中广泛应用。最先把激光全息技术应用于医学的是Van Ugten，他于1966年在世界上首次摄得眼全息图，但限于当时的技术水平，再现像的分辨率较差。以后各国科学家相继开始将激光全息技术应用于医学领域，从眼科扩展至胸外科、口腔科等。二次曝光的成功，促成了全息测量技术的发展，20世纪70年代出现的超声全息技术，将全息技术推进了一大步。由于超声可深入人体内部，因而超声全息可探测人体内部器官，如肠、胃、肝、胆及主胎儿等的生理异常，肢端和关节软组织的超声全息成像是极有价值的，超声全息还有希望应用于腱、肌肉和神经结构的显示。激光全息医学诊断术虽然产生的时间不长，但由于它具有种种优点，已越来越为人们所重视，并日益广泛地应用于临床。     1.1  全患照相术     全息照相术与一般照相不同，照相是记录物体信息的一种技术，一般是将物体通过透镜成像在底片上，底片乳胶只记录光强(振幅)，而不能记录相位，因而失掉了三维特征。而全息照相底片上不只记录光强(振幅)，也记录相位(各点间的相互位相关系)，也就是记录物的全部信息，所以称为全息。     全息照片最早是由英国汤姆逊-豪斯敦公司的：盖宝摄得。照片的实质是将来自物体的波前和另一个参考波(通常是平面波或球面波)相干涉，底片记录干涉条纹，将同样的参考波照射此底片时，可在相应位置重新出现三维物体。     由此可见，全息照相和一般照相具有相同之处，即同样是记录物体信息的一种手段，但又有所不同，其特点如下：     (1)因为全息照相记录的是物体的光波，而不是物体的像，因而用这种底片来观察物体时，可以变换视点来改变观察方向，亦即可以从不同的位置来考察物体(而一般照相只是从照相位置观察物体，即在照相镜头处观察物体)。观察方向只受到照片尺寸大小的限制。     (2)全息照相不需要透镜，但需要一个参考波源，如果参考波和再现波采用不同的波长，那么还可以具有放大或缩小的功能。     (3)全息照相具有深度效应(体视效应)。如变换观察方向时，后面部分可被前面部分遮挡，远处物体随着观察者运动而近处的不动，闪光忽隐忽现等。     (4)普通照相底片能直接看出物体的形状，而全息照相由于在激光照射下，记录的是干涉图样，所以在普通光线下观察时，看不到什么物体，而只是灰色的一片，要想见到展现物，必须用再现光照射(目前已制出一种能在普通光照射下再现的全息照片)。     (5)全息片记录的是干涉条纹，对底片的分辨率要求较高(在参考光和物体之间夹角很小时，可采用分辨率略低些的底片)。因此，稍有振动，就会使照片模糊，故必须采取严格的防震措施。     (6)普通相正负片的结果正好相反，而在全息照片中，不论正片还是负片结果一样。     1.2  全息技术在医学上的应用     眼全息照相实验装置简图。激光由半反镜分成两束，一束为球面波参考光，另一束通过纤维光束，以球状通过接触镜进入眼球，眼球各部分的反射光和慢射光由瞳孔中央部6mm直径处射出，经投影透镜作为物波记录在全息底版上，激光是氩离子激光器，λ= 0.5145Um =100mW t=10ms-30ms，眼底网膜上的光亮约为3×10-3J／cm2。重现象可观察晶体表面、虹膜和视网膜。这样就能用一张全息照片对从晶体到网膜的眼球各部分自由地进行三维检测。     为使全息像精确地再现，必须在再现时精确地重复参考光。冲洗好的全息片必须精确放好，误差一般应小于几秒弧度，以免发生慧差和相差，再现装置的示意图，激光经准直器照亮全息图片，通过显微镜或闭路电视系统观察实像。全息图片夹在可以多维精确微量调整的 定位器上，以作精密定位，调整时在显微镜下或电视屏幕上观察，使失真和像差最小，而成像清晰。     利用全息可以拍到活体眼的角膜、晶状体和视网膜相片，从而对眼的各层介质进行活体观察，这是用其它方法难以办到的眼全息图，亦可表示出眼内的异物的大小、形状和位置。     此外，利用激光全息二次曝光法，可对人体各部分进行三维记录。而根据再现图上的干涉条纹又可以测量人体器官的变形、内力和振动等。用全息测量矫形手术，前后股骨的髌骨端的变形，以使人工髋关节的形状达到最佳程度，还可利用二次曝光法分析人体胸廓的变形，以寻找癌变部位和大小，也可对眼底的微循环进行研究，利用超声全息技术，可以获得一般照相技术无法得到的体内器官全息像。由于超声的无损性，因而这一方法被认为是探测人体内脏器官和胎儿的最佳方法。     2  C02医用激光器在医学上的应用及改进     2.1  C02医用激光器在医学上的应用     随着激光技术的迅猛发展，激光在医学上的应用越来越广泛，激光可作为良好的手术刀用，它不但运用于一切手术开刀，而且具有良好的选择性，与常规手术刀相比，激光手术的最大特点是失血少，对于某些部位和器官用激光作手术最有优越性。我院购置的C02医用激光器是上海医用激光仪器厂研制并生产的YYJG-lA型，该机性能可靠，使用方便，随机备有烧灼探头，聚焦镜头和散焦镜头，不仅能使激光能输出原光束外，还能输出聚焦光束和散焦光束，它们分别进行烧灼、烧割和局部照射等治疗，有效地应用于皮肤科、妇产科、外科、肛肠科、五官科的治疗，治疗效果非常显著。     YYJG-lA C02医用激光器是以C02气体为工作物质的分子气体激光器，主要应用C02分子的振动--转动能级间的粒子数反转后受激辐射产生激光，本机激励泵浦源采用直流高压电源。从电场获得高能量的电子较易把辅助气体的N2分子激发到某一高能态，再与C02分子碰撞，发生能量的共振转移，把C02分子激发到某一亚稳态的高能级，形成对某一低能级的粒子数反转。亚稳态高能级的C02分子再受激跃迁到该低能级，释放10.6um波长的光子，经光学谐振腔的光振荡光放大后形成C02激光。10.6um波长的C02激光属红外波段，热效应很强，为避免激光管谐振腔两端反射镜片及放电管湿度过高，引起反射镜片及放电管损坏，激光管必须设置水冷系统。     由于C02激光器激励直流电源电压较高，电流较大，而激光管本身比较娇嫩，本机除设有断水保护装置外，还设有过电压、过电流保护装置。如因各种异常原因，产生工作电压、工作电流超过额定值或循环水冷系统断水时，保护装置立即动作，切断总电源。     2.2  C02激光器在医学上的广泛应用     皮肤科主要应用于尖锐湿疣、扁平疣等的烧割。     外科主要应用：(1)具有止血功能的手术；(2)与内窥镜结合，在腔内进行手术；(3)采用光敏技术，对肿瘤进行治疗；(4)对组织进行焊接；(5)理疗与康复治疗。     肛肠科主要应用于内外痔、肛裂、肛瘘、息肉及肛周外生殖器尖锐湿疣手术。     在内窥镜下，用激光可治疗的有食管疾病、胃肠疾病，如食管静脉曲张、食管癌、肺癌、胃息肉、十二指肠溃疡、胃出血、喷门癌、十二指肠癌、胆管癌、胆管结石、胆道狭窄、结肠癌。     妇产科应用于宫颈糜烂、外阴瘙痒、外阴炎及妇科的各种炎症等。眼科应用于眼部肿瘤的切除、巩膜切开及球壁再造术。它还可直接气化肿瘤。五官科主要应用于鼻炎及咽炎等。 以上C02激光的应用的共同特点是不需要全身麻醉，并发症少，快速简便和失血少，易被水吸收，因此穿透力较低，被照射部位升温很快，对周围组织损伤较小，适用于切割与气体化组织。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的杀菌作用。     2.3  YYJG-1A激光器的改进     目前的C02激光器共同的缺点就是在手术中产生有毒有害气体，不仅使手术视野模糊，而且危害医务人员和患者的健康。有些病人的病变组织在激光气化过程中产生不少带有病毒的激光烟尘，病毒随着激光烟尘的逸散传染给医务人员。虽然利用吸烟机把有毒气体吸走，但需要一名特别助手，而且麻烦。在妇科烧灼宫颈糜烂时，其缺点尤为突出，YD内产生的高热烟尘，不仅影响医生的喜欢作视线，而且还会造成金属窥阴器发烫，继而造成YD壁烫伤，故必须加接吸烟尘装置。     2.3.1  加接吸烟尘装置方法     做一个扁形金属小吸管，与烧灼探头(或聚焦镜头)并排紧固，金属小吸管再接上皮管通到室外与吸尘器连接，这样就能很好地将烟尘吸出到室外。      2.3.2  加接扩照用单开关     此外，还可以装置简易水电极，以免玻璃水电极坏后更换不及时，并提高C02激光器的使用寿命。