激光与生命科学论文

激光与生命科学论文摘要：由于生物超弱发光与生物体的胜利及病理有着密切的关系，所以生物光子学在临床诊断、农作物遗传性诊断及环境监测等领域可以有重要的作用。

激光是利用受激发射放大原理产生的高相干性、高强度的单色光。

产生激光束的光源称激光器，在医学领域里有广泛的用途。

激光医学是一门新兴的边缘学科，其内容包括用激光新技术去研究、诊断、预防和治疗疾病。

激光已应用于内、外、妇、儿、眼、耳鼻喉、口腔、皮肤、肿瘤、针灸、理疗等临床各科。

它不仅为研究生命科学和研究疾病的发生发展开辟了新的研究途径，而且为临床诊治疾病提供了崭新的手段。

关键字：激光的发展、超弱发光、生物效应、相干层析技术Abstract：Due to the biological ultra weak luminescence and organism's victory and pathology are closely related, so the biophotonics in clinical diagnosis, crop genetic diagnosis and environmental monitoring and otherfields can have an important role in. Laser is the use of amplification by stimulated emission of high coherence, high intensity monochromatic light. To produce a laser beam light source called laser, in the medical field has awide range of uses. Laser medicine is a new interdisciplinary subject, which includes new laser technology to research, diagnosis, prevention and treatment of disease. The laser has been applied to the inside and outside, women, children, eye, ear nose and throat, oral cavity, skin, cancer, acupuncture, physiotherapy and other clinical subjects. It not only for the study of life science and the study of disease occurrence and development has opened up new avenues of research, and for clinical diagnosis and treatment of diseases to provide a new means. Keyword：The development of laser technology, ultra weak luminescence, biological effect, coherence tomography technology。

一.激光在医学上的应用分为几个阶段 1、20世纪60年代为基础研究阶段激光医学的基本理论研究大部分在60年代就完成了。

自第一台激光器问世后，被称为“激光医学奠基人”的Goldman著名皮肤病学专家等就开始在皮肤上研究了激光与生物组织的相互作用;1961年有人将红宝石激光试用于对剥离的视网膜进行焊接;1963年，Goldman开始将红宝石激光应用于良性皮肤损害和文身治疗并取得成功，开创了激光医学应用的先河。

60年代中后期还相继研制出氩离子Ar+激光、低功率CO2激光和钕玻璃激光，但临床应用不多。

我国在激光器研究的初期走在了世界前列，1961年长春光机所研制了我国的首台红宝石激光器，1965年北京同仁医院开始了红宝石激光视网膜凝固的动物实验，1968年上海研制出Nd：YAG掺钕钇铝石榴石激光。

2、20世纪70年代为临床试用阶段1970年Goldman等人首次用连续CO2激光治疗基底细胞癌和皮肤血管瘤，由于连续地提供有效的激光功率和能量密度，克服了早期脉冲激光功率低、效率低的缺点，从而掀起了国内外首次激光医疗热潮，连续CO2激光被广泛地用于外科、皮肤科、五官科、妇科、理疗料、针灸科和肿瘤科等，并取得了较满意的效果。

70年代应用于皮肤美容的连续激光还有Ar+、Cu蒸气和Nd：YAG等激光。

这些连续激光对组织的热损伤属非选择性的，治疗后常伴随皮肤瘢痕色素减退等副作用，尚达不到良好的美容效果。

3、20世纪80年代为学科形成阶段1983年，Anderson和Parrish提出了选择性光热作用理论—即“光热分离”理论，其含意为根据不同组织的生物学特性，选择合适的波长、能量、脉冲持续时间，以保证对病变组织进行有效治疗之同时，尽量避免对周围的正常组织造成损伤。

该理论实现了激光的有效性和安全性的完美统一，是激光医学特别是激光美容医学发展史上的里程碑。

根据选择性光热作用设计的脉冲激光机在80年代有很大进步。

相继出现了铒激光、准分子激光、以及不断完善的CO2激光和脉冲染料激光，激光新技术已经比较成熟地用于研究、诊治疾病和美容治疗，并且已经形成了一支庞大的专业化队伍，这是激光医学学科形成的重要标志之一。

4、20世纪90年代为发展成熟阶段90年代起，随着科学的进步和激光技术的发展，医用激光器与电子计算机、纤维内镜、图象分析、摄象录象、荧光光谱、X线和超声等新技术不断结合，使医用激光器朝着高性能、智能化、微型化及专科化方向发展。

新型美容激光机如雨后春笋般涌现，并取得了非常显著的成就：90年代初期应用Q开关激光治疗色素性疾病如太田痣、文身等已取得了近乎完美的治疗效果;90年代中、后期可变脉宽倍频激光治疗血管性疾病也取得了较好的疗效;与此同时长脉冲红宝石激光、翠绿宝石激光、Nd：YAG激光以及半导体激光的相继出现也使激光脱毛技术日益发展成熟;此外，高能超脉冲CO2激光和铒激光的问世使激光除皱换肤风靡西方世界由于色素沉着问题，该技术在黄色人种中未能大量展开，近来还出现了一些无损激光除皱系统，如Cool Touch、Smooth Beam及Nlite等，应用这些仪器术后反应轻微，临床上也可取得一定的疗效。

二.生物体超弱发光的成像利用高灵敏度的探测技术和成像技术，结合数据融合技术，在可见和近红外波段获得生物体超弱发光的二维图像，用于人体代谢功能与抗氧化、抗衰老集体防御功能的测量和研究。

亦可用于疾病的诊断。

例如，日本研制成第一台能探测大脑癫间病灶区的激光仪器，用很弱的近红外激光照射病人活动类型，有助于医生发现病灶。

和传统的打开头盖骨插入电极测量和用放射性同位素测定的方法相比，可以减少病人的痛苦和伤害。

此外，波士顿儿童医院利用在组织内的光的吸收和氧的浓度有关这一特性，采用近红外光谱来监视婴儿脑细胞氧含量。

生物体在外界强光的短暂照射下可诱导生物系统的光子发射。

这种随时间衰弱的诱导发光的强度远大于生物体自身发光强度。

可以用于疾病诊断和食品质量的检测。

由于肿瘤患者和健康人相比，其血液和病变器官与组织的发光光子强度升高，在癌症的诊断方面有很好的应用，可以在肿瘤早期找出其存在位置，实现肿瘤的早期诊断和治疗。

目前有两种方法：1. 外加光敏物质诊断根据荧光物质与肿瘤组织有很好的亲和力这一特点，可让患者静脉注射或口服光敏剂后，再接受光照，记录荧光光谱特性曲线，可以确定肿瘤位置。

这种方法由于受到其他组织荧光和自然荧光的干扰，容易引起误诊，且需要寻求更有效无毒副作用的光敏剂。

在现阶段，新型光敏剂的发展是通过荧光对早期肿瘤检测方法的最有前途的改进。

经研究表明靛青绿衍生物比为改变的靛青绿更能提高药物代谢动力并获得更高的收效。

为了对新型光敏剂进行体内检测，LMTB在西门子医药公司的合作中研制了一台近红外成像器，它由一个740nm的二极管激光器和一个冷却CCD照相机组成。

动物实验中，完整老鼠身体的近红外荧光可被成像，不同的滤光器设置允许使用不同的荧光基因。

我们可以清楚的看到肿瘤的位置。

2.自然荧光光谱诊断这种诊断技术不需要外加光敏剂，利用人体组织在激光下产生的荧光来进行光谱分析分辨肿瘤。

无需口服或注射光敏剂，是一种无侵害性的、快捷诊断技术。

美国南卡罗来纳州克莱姆森大学研究人员用激光二极管发射出红外线光束，不必解除皮肤即可从16个点穿透乳房，然后用计算机分析光子模式，再现乳房内部影像，可以发现小到5毫米的肿瘤。

加拿大XILLIX公司将自体荧光光谱诊断技术与内窥镜技术相结合，研制了光致荧光内窥镜系统LIFE，获取正常组织和非正常组织的荧光差别，实时显示图像或输出数字式静止图像，用于肺癌的早期诊断。

经过临床试验表明，在肺癌的探测和定位方面，LIFE系统准确效率比普通的内窥镜的探测和定位方面，LIFE系统准确效率比普通的内窥镜系统提高171%。

三.激光的生物效应一般认为激光有五个方面的效应：1. 热作用。

主要是在可见光和红外光范围的激光引起的。

弱激光不会直接造成不可逆损伤，可促使血管扩张，血液流动加强，从而改善局部的营养状态，促进伤口和溃疡的愈合，还具有镇痛和缓解肌肉痉挛等作用。

强激光直接造成生物组织的不可逆性损伤，故可用以清除各种赘生物，如疣、痣、癌等，或凝固出血点、封闭破孔等。

2.压力作用激光照射到人体上形成一种压力光压。

如果激光呈大功率脉冲状态,则产生的压力很强。

若激光聚焦功率为10W/cm则其压力可达40g/cm。

强激光照射到生物组织上时,使组织汽化,产生热膨胀，这时体积剧烈增加而产生巨大的压力，可以大至几百个大气压，破坏性较大。

临床上可利用这种压力在眼睛上房角处打孔，以沟通房水，降低眼压，治疗青光眼，还可以利用这种冲击波的力量来治疗后发性白内障和玻璃体出血后形成的机化索条等。

3.光化学作用。

利用激光能量激活体内某些化学反应。

其中包括光致分解吸收光能而导致化学分解的过程、光致氧化光作用下，反应物失去电子的过程、光致聚合光作用下，小分子聚合成大分子的过程、光致敏化在光敏剂的参与下，用特定波长的光作用而产生的化学反应等四种主要类型。

光敏化治疗是以血卟啉衍生物为代表的光动力学疗法，用以破坏癌细胞，需要氧分子参加才能起反应。

另一类光敏剂如补骨脂素不需氧分子参加。

局部涂补骨酯酊后，再用紫外激光局部照射，可以治疗白癜风和银屑病等疾病。

4.电磁场作用。