皮肤激光美容技术.docx

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1、皮肤激光美容技术第一节激光美容学基础（一）光的本质光是电磁波的一种，电磁波谱从短波到长波排列依次为Y射线.X射线、紫外线、红外线、微波、无线波。紫外线、可见光和红外线合称为光学谱。而可见光是人眼能感受到的光谱范围，只占光学谱的0.1%。各种光在本质上是相同的，都是由光子组成，具有波粒二象性。光子在一个周期内向前传播的距离称为波长，用入表示，其值等于光速V与振动周期T的乘积，单位nm或IInb每一种激光器都有它特定的波长。可见光中红光波长最长，紫光的波长最短。频率用f表示，基本单位为“1/s”，记做HZ（赫兹）。光子能量单位eV（电子伏特）。激光是一种特殊的光源，但与普通光源无本质差别，也为电磁

2、波，具有波粒二象性。激光波相位一致、波长一定。（二）激光产生的条件激光的产生是具有一定条件的，即激光工作物质吸收外界能量，使其发生粒子数反转，越来越多的粒子在较高能级聚合，并向低能级跃迁，同时释放出光子，光子通过在谐振腔内的不断振荡放大形成激光。1原子能级的概念原子是组成物质的基本单位，由带正电的原子核和带负电的电子构成，核外电子绕原子核不停地旋转运动。处于不同状态的原子具有不同的、不能连续变化的特定能量，这些特定能量值称为能级。原子的最低能级称为基态，除此以外的高能级称为激发态。根据能量最小原理，处于基态的原子最稳定；处于激发态的原子，因其能量较高而不稳定，它只能在激发态停留约IOf秒(能级

3、寿命)的时间。但有一些物质的能级中有些特殊的激发态，原子在其上停留时间可长达IO-3秒以上，这种特殊的激发态称为亚稳态。具备亚稳态能级结构的物质，就能用作激光器的工作物质。2.原子的自发辐射、受激辐射、受激吸收及光放大(I)自发辐射：在基态时，电子常处在最低能量水平，当以光子的形式吸收能量以后，电子能运动到距离原子核较远的轨道上。这就是一个激发状态，处于激发态的粒子是不稳定的，它们在激发态停留的时间一般都非常短。处于较高能级的粒子会自发地跃迁到较低能级，自动释放出1个光子的能量，恢复到静态，能量释放的这一过程称为自发辐射。(2)受激辐射和光放大：当有电磁波(光子)从外部射于原子，入射的频率与原

4、子的跃迂频率相同时，该入射波将驱使原子以一定的几率产生高能级向低能级的跃迁，同时能量差将以电磁波的形式释放出来，这一过程称为受激辐射。就辐射的特性而言，自发辐射属于随机过程，不受外来电磁场的影响，各个原子发射的电磁波并无确定的位相关系，而且具有各种可能的偏振方向和传播方向，各个原子自发辐射的波列彼此是不相干的；但受激辐射是受入射电磁波所“诱发”，类似于“受迫”过程，因而与入射电磁波有同样的频率、位相、偏振状态和传播方向。受激辐射产生的电磁波与入射电磁波具有相同的模式，这是受激辐射最重要的特征。由于这一特性，受激辐射与入射电磁波相干叠加，产生光的放大作用。(3)受激吸收：假定原子最初处于低能级。

5、如果这个能级是基态，则只要原子不受到某种外来的激励，它将长期处在这个能级上。如果有外部电磁场作用于原子，则原子将按一定几率吸收外部电磁场的能量，而上升到高能级，这一过程称为受激吸收。(S)粒子数反转、激活媒质及激光谐振腔1,粒子数反转(1)概念：在正常情况下，大多数的电子处在基态，受激状态的电子很少。如果要增加受激辐射的可能性，就要提高受激状态的电子比例，使处于受激状态的电子数多于处在基态的电子数，这一过程称为粒子数反转。(2)反转条件：选择具有亚稳态能级或长寿命态能级结构的工作物质；要有强有力的激励能源，将工作物质中低能级的粒子抽运到高能级上去，然后再跃迁到亚稳态上,实现亚稳态对某一低能级间

6、的粒子数反转。2.工作物质一一激活媒质能造成粒子反转的物质为激光器的工作物质。它具有亚稳态能级。这种物质受激励后,就有可能使亚稳态的粒子数比基态的粒子数多，形成反分布状态。激光工作物质主要包括四种：固体工作物质、气体工作物质、液体工作物质、半导体工作物质。谐振腔内的工作物质决定了激光器产生激光的波长。并非所有的物质都能实现粒子数反转。在能实现粒子数反转的物质中，也不是在该物质的任意两个能级之间都能实现粒子数反转。作为激光工作物质，必须具备两个条件：一是要有合适的能级结构，这是实现粒子数反转的基本前提；二是要具备必要的能量输入系统，以便不断地从外界供给能量，使该物质中有尽可能多的粒子在吸收能量后

7、，从低能级不断地激发到高能级上去。这一能量供应过程称为“泵浦”。3.激光谐振腔要实现激光振荡输出，除了能够提供光放大的激光工作物质外，还必须具备正反馈、谐振和输出系统,这些功能由谐振腔来完成。激光谐振腔的作用包括：为激光器的振荡提供必要的光反馈；控制并限制激光的频率和方向，提高激光的单色性和方向性。工作物质中最初由于自发辐射而产生的少量光子在两个镜面上重复反射并通过工作物质。每通过一次就会迅速产生许多相同的光子而在光学谐振腔内振荡，并在瞬息间不断增强这种作用，最后产生大量的一致性的光子流，即激光。（四）激光的特性激光具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。激光的这四条特性本质上可归结为一点，即

8、激光具有很高的光子简并度，或者说，在任一稳定振荡模式内都包含有数目极大的光子。1单色性光源的单色性是指光源发出的光强按频率（或波长）分布曲线的狭窄程度，通常用谱线宽度描述。线宽越小，光源的单色性越好。激光的单色性较普通光源要好得多。激光高度单色性的原因有两个：一是激光为受激辐射；二是激光器的谐振腔具有选频作用。由于光的生物效应依赖于光的波长，使得良好的单色性在临床治疗上获得重要应用。2 .相干性相干光源是指频率相同、振动方向相同、位相差恒定的光源。把光的相干性分为时间相干性和空间相干性。时间相干性是空间同一点上不同时刻光场的相干程度，它与光源的单色性密切联系在一起。与普通光源相比，激光器任何一

9、个稳定振荡模式的线宽都很窄，即有很高的单色性，因而其时间相干性也非常高。不过应当注意的是，多模激光器的不同振荡模式之间是不相干的。3 .方向性点光源发射的光束呈圆锥形，过圆锥轴线所在平面的两条母线间的夹角称为光束的发射角，而圆锥形光束的锥面所围成的空间称为光束的立体角。由于激光的发散角相当小，尤其通过透镜准直作用可进一步缩小它的发散角,所以激光具有很强的方向性。4 .亮度光源单位时间、单位立体角垂直照射在单位面积上的能量，叫做该被照射面上的辐射亮度。激光具有很高的亮度，原因有三：激光在时间上的高度集中，脉冲激光的发光时间可为10-15s;激光发散角极小；激光光斑直径极小，经聚焦后可为0.1Un

10、1或更小。例如，ImW激光器的亮度可以达到IOOW普通光源的1000倍。(五)激光的生物效应及影响因素1 .激光的生物效应激光和生物组织相互作用后所引起的激光与生物组织的任何变化，被称为激光的生物效应。激光的生物效应取决于激光的性能、生物组织的性质及激光与生物组织的作用时间和方式等。激光的强弱所产生的生物效应也不相同。一般认为激光可产生5种主要的生物效应：热生物效应、压强效应、光化效应、电磁效应、弱激光刺激效应。(1)热生物效应：激光的热生物效应是指激光被生物吸收后转化成热能，使组织温度升高，性质发生变化，即产生热效应。生物的激光热效应机制为生物组织吸收激光能量后而使被照射处温度升高：温度升高

11、至384(C,有温热感觉；4344。C时，皮下微血管扩张充血，出现热致红斑；4748。C时，产生热致水疱，即有炎性渗出物潴留在皮内致使表皮与真皮分离而形成水疱；5560。C时，产生热致凝固，即受照处很快会凝固坏死；略高于IO(TC时，产生热致沸腾，即皮肤组织中的组织液沸腾而汽化；300400。C时，产生热致炭化，即皮肤迅速炭化；超过530,产生热致燃烧，可见火光；530。C以上产生热致气化，及组织由固体立即变成气体，并以极高的速度从组织射出，而使该处留下凹陷。通常连续性激光如二氧化碳激光即利用激光的热效应作组织气化与切割功能。在临床应用中，二氧化碳激光能量的输出及脉冲时间(脉宽)需非常谨慎掌握

12、，否则极易造成损伤组织过深，产生瘢痕。(2)压强效应：可分为两部分：激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强，即光压，称作一次压强；生物组织吸收强激光造成的热膨胀和相变以及超声波、冲击波等引起的压强，称二次压强。压强效应可改变生物细胞组织的形状,产生细胞、组织内部或之间的机械力，进而对细胞、组织产生相应影响。(3)光化效应：一个处于基态的分子吸收了能量足够大的光子以后，受激跃迁到激发态，在它从激发态返回到基态，但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，其发生的化学反应即为原初光化学反应。在原初光化学反应过程中形成的产物，大多数极不稳定，它们继续进

13、行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应，前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程。这一过程大致可分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型，光致敏化效应又包括光动力作用和一般光敏化作用。(4)电磁效应：激光是一种电磁波，以电磁场的形式与生物组织作用。(5)弱激光刺激效应：当低功率激光照射生物组织时，不对生物组织直接造成不可逆性的损伤，而是产生某种与超声波、针灸、艾灸等机械的和热的物理因子所获得的生物刺激相类似的效应，称为弱激光刺激效应。弱激光通过加强血液循环、调整功能、促进细胞生长、组织修复等作用达到治疗疾病的目的。氨氛激光、氢激光、二氧化碳激光等都能产生弱激光

14、的组织刺激效应。激光与生物组织相互作用的各种效应分类没有严格的界限，如在光化学效应中光热效应也起了很大的作用。激光热效应、光化学效应和机械效应通常是同时发生，并不是孤立存在的，对许多疾病的治疗和诊断都是综合效应的结果,只不过在特定的条件下，以某一生物效应为主要表现而已。2 .激光生物效应的影响因素激光的生物效应取决于激光的性能、生物组织的性质及激光与生物组织的作用时间和方式。(1)激光的性能主要包括波长、功率、激光的工作方式和模式等。（2）生物组织的性质主要包括光学性质（反射率、透射率、吸收系数、散射系数等）、热学性质（热容量、热扩散率等）、机械性质（密度、弹性等）、电学性质（阻抗，介电常数等

15、）等物理性质及生物性质（色素、含水量、血流量、不均匀性、层次结构等）。不同的生物组织具有不同的性质。（六）激光剂量及治疗参数激光医学剂量的度量最主要的目的是预测生物效应的结果，以达到正确控制激光照射人体组织的作用。1激光输出方式激光有2种输出方式，即连续波和脉冲波，脉冲波又根据脉冲时间的不同分为长脉冲、短脉冲和超脉冲。连续激光在作用的时间内很少变动或没有变动；脉冲激光是有规律地变动；超脉冲激光能在很短的时间内产生特别高的能量，如Q开关激光。3 .物理剂量物理剂量（D）等于激光束垂直照射到生物体单位面积上的功率（P/A）与照射时间（t）的乘积，即D-（PA）tcosO,单位是焦厘米-？（Jcm-

16、2）,即激光的能量密度，又称激光流量。物理剂量四要素为激光功率、受照面积、照射时间、入射角。4 .生物剂量生物剂量是指生物体吸收激光能量后，根据所引起的生物组织反应的强弱程度进行分级，这种分级称为生物剂量。生物剂量因不同个体、同一个体不同部位、不同波长、不同工作方式而不同。5 .激光治疗参数(1)波长：波长决定激光与组织相互作用的性质。(2)吸收系数：每单位长度光子被吸收的概率，ua(mm-1)表示，Ua愈大，吸光能力愈强。(3)穿透深度：为激光能量衰减到1/e时，激光穿透组织的深度，其中将原来光束强度衰减到1/e称为衰减距离，衰减到1/10称为消散距离。(4)脉冲宽度：脉冲波峰值(P)降低至一半(P/2)时所对应的两个时刻差称为脉冲宽度。(5)脉冲间隔：多(双)脉冲中两相邻脉冲宽度间的停顿时间称为脉冲间隔。(七)皮肤的光学性质1 .人体皮肤组织的生色团黑素细胞散在