激光生物效应

激光生物学效应研究
激光生物学效应研究是指探究激光对生物系统的影响及其机制的科学研究。

激光在医学、生物学、生产制造等领域得到了广泛应用，其中激光切割、激光治疗等应用日益被重视。

然而，激光对生物系统的作用机制尚不完全清楚，研究激光生物学效应有助于指导激光应用的合理使用。

在激光生物学效应研究中，研究人员主要关注以下内容：首先是激光的理化性质和生物效应规律，包括激光的波长、功率、时间和空间分布等特性对生物组织的影响。

其次是激光对细胞和组织的作用机制，例如激光对细胞膜的影响、对细胞核的影响、对DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的影响等。

最后是激光在医学、生物学、生产制造等领域的应用前景和风险评估，比如激光在癌症治疗、皮肤美容、材料加工等方面的可行性和安全性。

总之，激光生物学效应研究是为了更好地认识激光与生物系统相互作用的机制，为激光的应用提供科学依据和技术支持。

激光治疗的工作原理是
激光治疗利用激光的热效应和非热效应,达到非侵入性疗法的目的,其工作原理主要有:
一、选择性光热效应
1. 激光光子被靶组织选择性吸收,转换为热能。

2. 造成局部组织的热坏死或凝固。

3. 用来治疗病变组织,如血管病变、肿瘤等。

二、光动力效应
1. 特定波长激光激发光敏剂,产生单线态氧。

2. 单线态氧对细菌和组织有毒害作用。

3. 常用来杀灭病原菌,治疗炎症等。

三、光生物刺激效应
1. 低能激光照射可刺激细胞生长代谢。

2. 激活细胞内一氧化氮、DNA合成等生物过程。

3. 促进组织修复,止血、消炎、疼痛治疗。

四、光机械效应
1. 超短脉冲激光产生空化空泡。

2. 泡体在激光作用下产生冲击波。

3. 用于无创穿透、碎石、切割等治疗手段。

五、光免疫调节效应
1. 激光改变细胞免疫活性,增强或抑制免疫应答。

2. 调节机体免疫功能达到治疗目的。

激光医学正在不断发展,开发更多治疗新途径。

激光器的参数调控与优化是实现理想治疗效果的关键。

激光的基本生物学效应
激光（Laser）是一种高能量、高强度的光线，其基本生物学效
应包括吸收、散射、透明和反射等。

吸收是激光的最主要的生物学效应。

当激光照射到生物体的时候，生物体的细胞和组织会吸收激光的能量，从而产生一系列生物学效应。

激光的吸收能力与器官、组织、细胞的组成和其颜色有很大关系。

散射是激光照射生物体后的一个常见生物学效应。

激光散射的方
向与入射角度、物体的大小、形状、材质、表面等因素都有关系。

散
射会产生激光在组织内扩散的效果，这对于治疗病变组织有一定的治
疗效果。

透明是激光的另一个较为常见的生物学效应。

当激光照射到透明
的组织时，激光束会通过组织而不被吸收。

然而，随着光束的传播距
离越来越远，激光束的能量也会逐渐减弱，直至消失。

反射是激光的最后一个生物学效应。

当激光照射到光滑的表面上时，激光束会从表面反射出去，这种反射方式叫做反射效应。

反射效
应在激光在医学、军事等领域有很多应用。

综上所述，激光的基本生物学效应对于临床医学领域的应用非常
广泛，例如激光手术、激光治疗等都是利用激光吸收、散射、透明和
反射等效应完成的。

虽然激光在治疗方面有诸多优势，但同时也有一
些安全性问题需要关注。

因此，在利用激光进行治疗时，必须要注意激光的参数设置、组
织的吸收能力、以及激光对周围健康组织的伤害等诸多因素，以确保
治疗的效果和安全性。

激光生物热效应
激光生物热效应是指当激光束与生物组织相互作用时，由于吸收激光能量而导致的局
部组织升温现象。

激光生物热效应在现代医学中被广泛应用于医疗、生物学等领域。

激光生物热效应的基本机理是光能转化为热能。

当激光束通过生物组织时，组织中的
水分子会吸收光能并转化为热能，从而局部组织温度升高，产生生物热效应。

由于不同类
型的生物组织对激光的吸收能力不同，因此不同类型的激光可以对不同的生物组织产生不
同的热效应。

利用激光生物热效应进行医疗治疗是一种非侵入性的治疗方法。

例如，激光治疗腰椎
间盘突出是一种常见的激光治疗方法。

激光束可以通过皮肤渗透到腰椎间盘区域，并通过
局部的热效应减少椎间盘的膨胀，从而缓解椎间盘突出所带来的疼痛。

此外，激光治疗还
可以用于治疗癌症、青光眼和皮肤病等多种疾病。

不仅在医学领域，激光生物热效应在生物学和生物科技领域中也得到广泛应用。

例如，激光可以用来诱导细胞凋亡，促进细胞修复和再生等生物过程。

此外，激光还可以用于切
割和刻划细胞膜，研究细胞内分子的运动和代谢过程。

激光的生物学效应激光是一种高度集中的光束，具有独特的生物学效应，广泛应用于医疗、生物科学研究以及美容等领域。

激光的生物学效应主要包括光热效应、光化学效应和机械效应。

这些效应在不同的生物体中产生不同的反应，为科学家们带来了无限的探索空间。

光热效应是激光在生物体内产生的热效应。

激光的高能量光束可以被组织吸收，并转化为热能，导致局部升温。

这种升温可以用来消灭体内的病变组织，如肿瘤细胞。

通过调节激光的参数，可以实现对病变组织的精准治疗，同时最大程度地保护周围健康组织不受损伤。

光热效应还可以用于促进伤口愈合，加速组织再生，是一种非常有效的治疗方法。

光化学效应是激光在生物体内引起的化学反应。

激光的能量可以激发分子内部的化学键，导致分子结构的改变。

这种效应被广泛应用于生物标记物的检测和治疗。

例如，激光可以与特定的荧光染料结合，用于检测细胞内特定的分子，为生物学研究提供了重要的工具。

此外，光化学效应还可以用于治疗皮肤疾病，如痤疮和色素沉着，通过激活特定的药物来达到治疗效果。

机械效应是激光在生物体内产生的机械作用。

激光的高能量光束可以直接破坏细胞结构，导致细胞死亡。

这种效应被广泛应用于激光手术和激光治疗。

例如，激光可以用来切割组织、凝固血管、去除痣等。

在眼科领域，激光手术已经成为治疗近视、散光等眼部疾病的主要方法，取代了传统的手术方式，具有更高的安全性和精准度。

总的来说，激光的生物学效应在医学和生物科学领域发挥着重要作用。

通过光热效应、光化学效应和机械效应，激光可以实现对生物体的精准治疗，促进伤口愈合，检测生物标记物等。

随着科技的不断进步，激光技术将会有更广泛的应用，为人类健康和生活带来更多的福祉。

激光的生物学效应激光是一种高能量、高聚光度的光束，具有独特的物理特性，因此在生物学领域中被广泛应用，并产生了许多重要的生物学效应。

本文将重点介绍激光在生物学中的几个重要应用领域及其生物学效应。

1. 激光在医学诊断中的应用及生物学效应激光在医学诊断中有着广泛的应用，例如激光扫描和成像技术。

激光扫描技术利用激光束扫描人体组织，通过测量反射回来的激光信号来获取组织的结构和功能信息。

这种非侵入性的诊断方法不仅可以提供高分辨率的图像，还可以在无创伤的情况下获取准确的生物学数据。

2. 激光在光动力疗法中的应用及生物学效应光动力疗法是一种将光敏剂与激光光束结合使用的治疗方法。

激光光束可以激活光敏剂，产生活性氧化物，从而破坏肿瘤细胞或其他病变组织。

这种治疗方法具有高选择性和局部疗效好的特点。

但是，激光光束的聚光度和能量密度对治疗效果有着重要的影响，过高的能量密度可能会对正常组织造成损伤。

3. 激光在眼科手术中的应用及生物学效应激光在眼科手术中是一种常见的治疗方法，例如激光角膜矫正术和激光白内障手术。

激光角膜矫正术通过改变角膜的形状来矫正近视、远视和散光等视力问题。

激光白内障手术则通过使用激光光束来破坏白内障组织，恢复视力。

这些手术一般是无创伤的，并且具有较快的康复时间。

4. 激光在皮肤美容中的应用及生物学效应激光在皮肤美容中也有着重要的应用，例如激光祛斑、激光嫩肤和激光脱毛等。

激光祛斑利用激光光束对黑色素进行选择性破坏，从而达到去除色素沉着的效果。

激光嫩肤则通过激光光束刺激胶原蛋白的增生，达到紧致皮肤的效果。

激光脱毛则通过激光光束破坏毛囊，从而实现永久脱毛的效果。

这些美容方法具有较好的效果，但使用不当可能会对皮肤造成损伤。

激光在生物学中具有广泛的应用，包括医学诊断、光动力疗法、眼科手术和皮肤美容等领域。

激光的生物学效应与激光的聚光度、能量密度和作用时间等因素密切相关。

因此，在使用激光技术时，必须严格控制这些参数，以避免对正常组织造成损伤。

理疗仪的激光作用原理
理疗仪的激光作用原理主要包括生物学效应和治疗效应。

生物学效应：激光光束作用于人体组织时，光子能量会被吸收并转化为细胞能量，从而产生生物学效应。

激光光束的能量可以促进细胞的新陈代谢，提高细胞活力，加速细胞分裂和修复受损组织，促进伤口愈合和组织再生。

治疗效应：激光光束的光能还可以刺激神经末梢，改善神经功能，加速神经传递速度。

同时，激光光束还可以促进血液循环，增加组织血流量，改善供氧和营养物质的输送，减少炎症反应，缓解组织水肿和疼痛，从而达到治疗效果。

总结起来，理疗仪的激光作用原理就是通过吸收和转化光能，改善细胞和组织的生理功能，促进组织修复和康复治疗。

吕晨阳等:激光-生物组织光热效应模型综述《激光杂志》2021 年第 42 卷第 1 期 LASER JOURNAL ( Vol . 42，No .丨，2021)17激光-生物组织光热效应模型综述吕晨阳，战仁军中国人民武装警察部队工程大学装备管理与保障学院，西安710086摘要：为了更深入地研究激光与生物组织的相互作用机理，一方面需要建立完善的数学和计算机模型来描述组织内的光热过程；另一方面需要建立能够准确表征生物组织光学和热物学性质的实体模型进行实验。

因此，首先对实体模型的常用材料做出了总结，同时对人体几个主要部位的实体及有限元模型的最新研究进展 做出了归纳，而后对该领域研究中最常用的几种计算机辅助软件进行了横向对比分析并对其在不同问题中的 前沿运用进行了总结，最后指出了该领域当前研究现状中的几点不足并对未来的发展方向做出了 一定的展望。

关键词：光热效应；组织模型；有限元；Matlab ; Ansys ; Comsol中图分类号:TN 249文献标识码：Adoi ：10. 14016/j . cnki . jgzz . 2021. 01. 017Model review of laser-biological tissue photo-thermal effectLV Chenyang , ZHAN RenjunCollege o f Equipment Management and Support, Engineering University of People's Armed Police, XVan 710086, ChinaAbstract ：In order to further study the interaction mechanism between laser and biological tissue , on the one hand , m ore perfect mathematical and computer models need to be established to describe the photo-thermal process within the tissue . O n the other hand , a solid m odel which can accurately characterize the optical and thermos-physical properties of biological tissue is needed for experiments . So first of all , the common materials of the solid model are summarized . At the same time , the latest research progress of entities and finite element models of several main parts of the human body are generalized . Then a horizontal comparative analysis of several kinds of computer-aided software which were m ost commonly used in this field is made and the frontier applications in different problems are summa ­rized . Finally , several deficiencies in current research situation in this field are pointed out and the future development direction is prospected .Key words ：photo-thermal effect ； biological tissue model ； finite element ； Matlab ； Ansys ； Comsol得与当年X 射线相同的突破[7]，这些问题的理论基础 都在于深入的研究激光与组织的相互作用机理之上， 研究的关键在于生物组织模型的准确性以及求解方法的合理性，但是生物组织是一个极其复杂的介质， 其高度浑浊的特性使其难以被真实表征，此外生物组 织还是可以对外界热源刺激具有主动自我调控功能 的动态系统，因此，建立能够准确表征组织光学和热 物学性质的数学模型及实体模型是研究的核心环节， 模型的复杂性又使其必须依托强有力的计算机辅助 软件来实现，因此，很有必要对组织建模及仿真单独 展开研究。

氦氖激光的生物学作用原理氦氖激光波长为632.8nm，对组织穿透能力较强，能被较深组织吸收。

He-Ne 激光对人体作用主要是生物刺激效应，能改善血液流变学，清除自由基，对白细胞的粘附和聚集，血液动力学，血脂和血管内皮生长因子以及内皮细胞增殖和变异都有一定的影响。

同时氦氖激光照射还可以促进体外培养神经元的突起生长和RNA合成，提高机体免疫功能。

现具体介绍氦氖激光的生物学作用原理。

标签：氦氖激光；生物学作用；原理【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）09-0252-021 氦氖激光氦氖激光由氖原子发出，最常用的是输出632.8nm的可见的红光。

对组织穿透力较强，能被较深组织吸收。

它具有三个特性：第一，较强的相干性；第二，较强的方向性；第三，激光光谱单一，通常仅为一种波长的光。

[1]2氦氖激光的生物学作用原理2.1改善血液流变学弱氦氖激光血管内照射明显降低血液粘滞性，使血流加速，改善皮肤血液循环。

弱氦氖激光血管内照射通过抑制血小板的黏附聚集、释放生物活性物质而改善血流，防止血栓形成等病理过程。

弱氦氖激光血管内照射对红细胞的影响，弱氦氖激光血管内照射可能从不同的途径促使红细胞的变形能力提高，从而促进微循环。

弱氦氖激光血管内照射还可以使血沉、红细胞压积降低。

[2]2.2 清除自由基的作用夏緒刚等[3]研究表明，用弱氦氖激光血管内照射治疗脑梗死患者，与常规治疗组对照，治疗后超氧化物歧化酶水平明显升高（P＜0.05），丙二醛明显降低（P＜0.05）。

由此认为弱氦氖激光血管内照射具有清除自由基、阻断自由基连锁反应和保护脑组织的作用。

[4]其机制可能在于弱氦氖激光血管内照射使血脂、膜脂代谢正常化、激活超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和NADPH 氧化酶，提高血浆铜蓝蛋白和内源性维生素E水平，降低二醛毒性等。

血浆铜蓝蛋白的活性和超氧化物歧化酶活性明显增高，可能是光效应改变蛋白分子和功能活动的结果。

[5]2.3 对白细胞黏附和聚集的影响研究表明，急性脑梗死患者白细胞粘附功能和血清细胞粘附分子浓度明显高于正常对照组。

激光的生物作用机理及生物效应激光也是一种光，从本质上讲它和普通光源如太阳、白炽灯、火焰等所发出的光没有什么区别，因此它具有普通光所具有的性质。

由于它是一种电磁波，所以又具有波粒二象性。

它遵守反射、折射的定律，在传播中会出现干涉、衍射、偏振等现象。

但是，激光又有着和普通光显著不同的特点，如它的单色性、相干性、方向性极好，亮度极高等。

因此，它与生物体作用时会产生许多特殊的效应，这也是激光可以用来诊治疾病的原因之一。

激光美容的原理激光也是一种光，从本质上讲它和普通光源如太阳、白炽灯、火焰等所发出的光没有什么区别，因此它具有普通光所具有的性质。

由于它是一种电磁波，所以又具有波粒二象性。

它遵守反射、折射的定律，在传播中会出现干涉、衍射、偏振等现象。

但是，激光又有着和普通光显著不同的特点，如它的单色性、相干性、方向性极好，亮度极高等。

因此，它与生物体作用时会产生许多特殊的效应，这也是激光可以用来诊治疾病的原因之一。

激光美容的原理是通过组织吸收高能量的激光后所产生的光热反应，使局部温度在数秒内骤然升高到数百度或更高，组织发生凝固性坏死，甚至碳化或汽化，与此同时，由于急剧发热，组织的水分突然剧烈丧失，聚焦后，可用以切割或烧灼病变组织。

常用于皮肤的激光有二氧化碳激光、红宝石激光、染料激光等。

激光美容的优势是显而易见的：操作简便、省时、可同时止血，对于有些大面积斑、痣无须手术切除，自体植皮，可以起到美容和保留原有皮肤功能的双重效果。

但是它同其他治疗方法一样，也会有一些副作用，在清除病变组织的同时，对正常组织也有不同程度伤害，最常见的是遗留表浅疤痕、色素减退或沉着斑。

激光的生物作用机理及生物效应激光对生物体的作用有五种：热作用、光化作用、机械作用、电磁场作用和生物刺激作用。

激光和生物体相互作用以后所引起生物组织方面的任何改变都称为“激光的生物效应”。

激光与生物体作用后，不仅会引起生物效应，而且激光本身的参数（波长、功率、能量等）也可能会改变。

激光的基本生物学效应
激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种高度集中的、单色的光束。

它在许多领域中得到广泛应用，包括医疗、科学研究、通信和制造等。

激光对生物体产生的效应也备受关注。

激光在生物学中有很多基本的效应。

首先是热效应。

激光光束通过吸收组织中的色素或其他可吸收介质，转化为热能。

这种热效应可以用于治疗，例如激光在皮肤医学中的应用。

它可以用来去除毛发、治疗血管病变和皮肤病等。

其次是光生物学效应。

激光的光能可以与生物体的分子相互作用，导致化学和生理过程的改变。

例如，激光在癌症治疗中的应用，通过选择性地破坏癌细胞来实现治疗效果。

激光还可以用于眼科手术，例如激光近视矫正手术，通过改变角膜形状来纠正视力问题。

此外，激光还具有激发效应。

激光束的能量可以激发生物体内部的分子和原子，导致电子跃迁或分子振动。

这种激发效应在科学研究中有广泛应用，例如激光光谱学、激光显微镜等。

需要注意的是，激光对生物体的效应与激光参数（如波长、功率、脉冲宽度等）密切相关。

不同的激光参数会产生不同的生物学效应。

因此，在激光应用中，需要仔细选择合适的激光参数以确保安全和有效性。

总之，激光的基本生物学效应包括热效应、光生物学效应和激发效应。

这些效应在医疗、科学研究等领域中有广泛的应用，为人类带来了许多益处。

激光的生物学作用基础目前认为激光生物学作用的生物物理学基础主要虽光效应、电磁场效应、热效应、压力与冲击波效应。

（一）光效应激光照射生物组织所引起的光效应中主要决定于组织对于不同波长激光的透过系数（T）和吸收系数（A）。

不同的组织及组织中的不同物质对于不同波长的激光的透过系数和吸收系数是不同的，对组织的光效应大小由T与A的乘积决定。

T·A的积愈大，则此种激光对该组织的光效应也愈大，例如：用于视网膜凝固，波长为6943的红宝石激光作用于视网膜时，T·A＝71％，这个数值比较大，故光凝固效果好，但对视网膜乃是波长为5750的激光的T与A的乘积最大，即光效应最佳。

组织吸收了激光的量子之后可产生光化学反应、光电效应、电子跃迁、继发其它波长的辐射（如荧光）、热能、自由基、细胞超微发光（生物化学发光、系自由基重新结合时释放出来的），可造成组织分解和电离，最终影响受照射组织的结构和功能，甚至导致损伤。

光化学反应在光效应中有重要的作用，普通光所引起的各种类型的光化学反应，激光也都可引起。

激光作用于活组织的光效应大小，除激光本身的各种性能外，组织的着色程度或称感光体（色素）的类型起着重要的作用，互补色或近互补色的作用效果最明显。

不同颜色的皮肤，不同颜色的脏器或组织结构对激光的吸收可有显著差异。

在医疗和基础研究中，为增强激光对组织的光效应，可采用局部染色法，并充分利用互补色作用最佳这一特点。

另一方面，也可利用此法限制和减少组织对激光的吸收。

（二）热效应激光的本质是电磁波，若其传播的频率与组织分子等的振动频率相等或相近，就将增强其振动，这种分子振动即产生热的机理，故也称热振动。

在一定的条件下作用于组织的激光能量多转变为热能，故热效应是激光对组织作用的重要因素。

分子热运动波长主要表现在红外线波段附近，因此二氧化碳激光器输出的红外激光对组织的热作用甚强烈，一定类型和功率的激光照射生物组织时，在几毫秒内可产生200～1000℃以上的高温，这是因为激光，特别是聚焦激光能够在微细的光束内集中极大的能量，例如：数十焦耳的红宝石激光或喜Ａ激光聚焦于组织微区，能在数毫秒内使该区产生数百度的高温，以致破坏该部位的蛋白质，造成烧伤或气化，而数十焦耳的普通光是根本无此作用的。