准分子激光的生物效应

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凡激光和生物组织相互作用后所引起的生物组织方面的任何改变，都称为激光的生物效应。   激光作用于眼部组织，并被眼组织吸收，所产生的一系列变化，称为激光生物效应。在激光生物作用过程中，通常首先发生物理和化学方面的变化，如光能转化为热能、化学能和机械能等，眼球各层组织在吸收激光能量后，可产生光致热效应、光致化学效应、电磁场效应和光致压强作用等，这些作用是将激光用于眼科应用的物理基础。      （1）光凝固:是属于光致热效应。它是利用激光打到眼球的靶组织上，组织局部温度升高10～20℃以上而小于100℃，使组织局部的蛋白质变性凝固，达到治疗的目的。光凝的效果好坏主要取决于组织对激光的吸收率、激光的穿透能力，以及激光的功率大小。前两方面依赖于组织的色素和激光的波长，多使用可见光或近红外不可见光波段的激光，有多种激光可以用于光凝固来治疗眼科疾病。临床上利用光凝固可以治疗几十种眼底病，如视网膜裂孔、糖尿病视网膜病变、黄斑囊样水肿等。    （2）光切割:高能量的脉冲激光打在眼球组织上，使高浓度和高能量的光子作用于靶组织，导致靶组织中部分分子离子化，形成等离子体。其中少量释放的电子被激光加速后，与其它分子碰撞并使之电离。分子产生高速运动，并迅速膨胀。在极短的时间内产生小的爆炸，形成强的冲击波，将组织分解开，起到切割的目的。这种光切割无任何热效应。临床上主要用做虹膜光切，晶体前后囊膜、瞳孔闭锁切开、前房囊肿以及玻璃体条带分解等。    （3）光汽化:光子能量很大的激光打到角膜组织上被角膜组织吸收后，将激光的光子能量转化成为化学能，将光束所到之处的角膜表层的生物分子的化学键断开造成光分解。用这种光束切割时，切口周围不产生通常激光刀的热损伤，从而可以精确地控制激光的切割宽度和深度。用于这种效应激光的波长主要在深紫外波段，如准分子激光发生的193nm的紫外光就可以产生这种效应。    （4）光动力作用:在敏化剂参与下，因特异性亲和作用而潴留在癌细胞里的HpD，受到激光能使HpD吸收光子被激发到三重态，然后将能量转移给原来处于基态的氧分子，使之激活成为单态氧，它是瞬时存在的强氧化剂，其可以与其所亲和的癌细胞的基质结合，使之强烈氧化、破坏，从而达到治癌的目的。    （5）激光针灸:它是低功率的可见光（如氦-氖激光）以极细的光导纤维通过特别的空心针，将光束导入机体经穴内。由于氦-氖激光的光化学刺激、温热作用，提高激光的照射深度以及功率密度，改善局部血液循环，加速神经冲动的传递，活跃机体代谢过程和免疫机制。??准分子激光与生物组织作用时发生的不是热效应，而是光化反应。所谓光化反应，是指组织受到远紫外光作用时，会断裂分子之间结合键，将组织直接分离成挥发性的碎片而消散无踪，对周围的组织则没有影响。 ??准分子激光的光能量几乎完全被角膜上皮细胞、Bowman`s膜和基质吸收。英国Marshall用氢氟准分子激光对动物角膜作光解切除，并进行了超微结构检查，实验发现光解切口边界清晰，周围无热损伤现象。 ??193nm的氩氟准分子激光有许多特点适合应用于角膜屈光手术。其每一个脉冲具有高达6.4eV的能量，这个能量远超过结合分子碳和碳键的结合能量3.5eV，因此光子可以打断分子之间的结合键，将组织分离成挥发性的碎片，此波长的，激光吸收范围极窄，大约介于3.7-3.9μm之间，也就是超过这个范围的组织还会吸收到激光，每一发激光可以切削0.2-0.25μm厚度的生物组织，而且每次一致性良好，还会有忽深忽浅的情况产生，因此，切割深度和激光发射数目成正比。由于激光的整个脉冲只有10－20μs，因此其热扩散效应非常小，周围仅有0.3-0.8μm的组织会受到伤害。 ??另外，由于电磁波对于角膜的穿透力随着波长的缩短而减少。在400nm以下，穿透力减至零。故193nm波长的远紫外线导致无角膜穿透力。因此对于眼球内部的组织没有任何不良副作用。 ??准分子激光切削角膜的能力，具有超细微的精密度和超细微的损伤程度。193nm波长远紫外光只产生很少的热效应，从而对周围组织损伤限制在很小的范围。而且，还提供了特别平滑的切削平面。切削速度约为每个脉冲0.25μm，相当于头发丝的1/200及红细胞的1、28。尽管这种远紫外线产生的热效应非常少，但也不等于零，每个激光脉冲的切削面上会造成小于1μm的微小损伤。因此准分子激光要比任何其他眼科激光精确50－1000倍。激光脉冲频率可以增加，但热能和切削产生的羽烟散逸需要一些时间。