激光在医疗领域的用途及前景

也许这是一个大多数人已经听过的激光在医疗领域内的应用。激光在医疗领域有很多应用，这里只提及了其中的一部分应用。Petty和Krevsky给出了一个相当完整的总结^[35]。

激光的医疗应用开始于眼科手术，蓝色的氩激光可以穿过晶状体对视网膜产生冲击，晶状体对这种光吸收很少。这种方法可以使分离的视网膜又被粘连起来，从而可以避免以前由于冷冻外科手术而造成的外伤，这个手术现在成为一个门诊性的工作。为了治疗青光眼，可以用CO₂激光在角膜上打一个孔，从而可以减轻眼睛内的压力。对于眼睛存在严重光学缺陷，需要戴一个高度数的眼镜的人来说，通过准分子激光对角膜进行修整后，可以使他摘掉眼睛。激光辅助角膜磨削术可以对眼睛晶状体进行光学校正，这个技术适用于小于8视度的近视或者高达4视度的散光，但是对于天生视力就比较差的人，这种方法不适用。

激光在外科手术中的应用是非常普遍的，激光是一个无菌的切割工具，它通过烧灼来切割物体。激光是一个非接触性的工具，切除肿瘤时它可以尽量的靠近肿瘤块，而不必担心患病的细胞进入患者体内。整个手术过程的创伤和破坏都比较小。在局部麻醉的情况下，通过对悬雍垂进行整形可以治疗睡眠窒息和打鼾，整个手术过程只需要30～50min^[36]。

随着飞秒激光脉冲的引入，外科手术的精度达到了一个新的水平。最近Konig在德国耶拿Friedrich Schiller大学对染色体进行了解剖手术，手术中使用了高数值孔径，以及采用波长为800nm，时间为170fs的激光脉冲。他们得到的切割尺寸为85nm，小于衍射极限，通过使用尖铅笔效应，只有中间的功率密度足够高，能够满足切除要求。在这种尺度下进行外科手术，其意义是巨大的^[37]。

例如，Nd-YAG激光沿着光纤传输，因此外科手术可以借助内诊镜来完成。因此可以把血性溃疡作为门诊手术处理，鼓励病人咽下内诊器，使用YAG或氩激光对出血性溃疡进行凝固处理。也可以采用这种方法击碎肾结石和胆结石，但需要一个特殊的光反馈系统，从而能够确保激光束只作用在结石上。在病人身上留下的痕迹只是一个由于光纤插入造成的小孔。前列腺手术可以采用连续的Nd-YAG激光进行操作。

新开发的超快脉冲激光可以使外科手术受益。除了热能会扩散到周围的材料外，这个功率非常高的脉冲可以使目标发生非常快的电离。这种激光减少了附带损失，允许重复进行微米尺寸的切割。不像其他外科手术技术，采用这种技术进行外科手术很少出现烧伤和戳破临近组织的现象。超短脉冲不会像长脉冲那样会烧灼组织，更特别的是这种脉冲激光可以在皮肤下面聚焦，可以用它进行一些免切口型的外科手术。

把一根光纤经过动脉传递到堵塞处，然后采用激光对附在光纤端部的金属盘进行加热，这个加热的金属盘可以去除，使脂肪沉淀，这样动脉堵塞就可以被清除掉了。

激光可以被用来治疗多种皮肤病，它们都是基于选择性光热作用原理，将激光对准一个制定的载色体，然后对其进行消除。这样的应用包括：除去身体任何部位不需要的毛发，除去不需要的色斑（太阳斑、老年斑、雀斑），去除文身，处理腿上或脸上的蜘蛛静脉，更新皮肤和消除皱纹。采用一束具有精确功率的脉冲CO₂激光与皮肤中的胶原蛋白相互作用可以使皮肤收缩30%。在这个新技术中，为了取得预期的效果，激光必须将皮肤加热到58℃和61℃之间，但是要避免不可逆的损伤，因此要求非常精确的功率。在去除文身的过程中，采用短尖Nd-YAG脉冲辐射可以消除位于皮肤下的文身墨水，这种方法会导致在皮肤上出现一个水泡，这个水泡可以自然地被消化掉，因此为去除文身通常要求采取多种措施。

通过激光对草莓斑型血管瘤进行照射，可以使组织中的血液流动得到充分的提高，这样就可以去除草莓斑型血管瘤，而不会留下伤疤。在治疗肌肉疼痛时也会出现类似的效应，这可能是针刺疗法的一种形式，与提高疼痛区的血液流动有关。(www.xing528.com)

在医学上更科学的使用激光是从新型光活性化学疗法开始。光动力学疗法是一个全新的医学方法，这种方法通过光来对药物的有无进行转换。在一些癌症的治疗中，医生要求病人服用卟啉衍生物，这是一种无毒的染料。注射卟啉衍生物的时间应在开始光线疗法前的48～72h之间，尽管最近的一些研究工作表明在注射20min后就可以开始治疗工作。注射后病人必须待在暗处，一直到病人能够自然的吸收和排泄药物为止，然而肿瘤或癌细胞还未被杀死。因而当采用一个特定波长的激光束对病变区域照射时，将会使充满染料的肿瘤发出染料荧光，因此外科医生就可以看清肿瘤的位置。通过改变光的频率，光辐射能使金属卟啉分解成细胞毒素，从而可以由这种细胞杀死癌细胞。金属卟啉吸收光子能量后转化为氧分子，从而产生氧单峰。这些高度活性的原子寿命只有几十微秒，它们会很快地杀死最近的细胞^[38]。通过使用这种治疗方法，很多病人已经恢复健康，并且体内已经没有了癌细胞的存在。这种方法不存在外科损伤，也不会留下伤疤。这种技术仍处在发展阶段，存在的问题是如何寻找对健康细胞有辨识能力的药物，以及如何发展将光均匀地传输到病变区域内的技术。图1.42显示了两种正用于治疗食道病变的装置^[39]，这是一个极好并充满希望的想法，甚至可以使用它治疗继发性癌症。

基于激光的流式细胞仪是一个新的临床诊断工具^[40]。流式细胞仪是病理学家对包含先前染色细胞的微滴流进行照射的技术，当细胞单行通过一个光源时，病例信息可以通过对细胞的荧光测量来获得。得到的信息可以是细胞的尺寸、细胞质的粒化、细胞的活力、细胞的薄膜电位、薄膜和细胞抗原、DNA含量、细胞的周期分布、pH值、DNA合成、总的RNA含量、总的蛋白质含量、包括新陈代谢和酶活性的细胞活化。采用一大批染料对感兴趣的特征进行标记，就可以获得这些重要的数据。流式细胞仪包括一个光源、一个简单的腔体、光学器件、探测器、模数转换器和一台用于进行解释的计算机。一些最新商用设备使用了波长为488nm空冷的氩激光，这样可以使整个设备变得相当小，而且便于维护。这个设备正在进入临床实验室用于对癌症、AIDS和其他疾病细胞的扫描。最新的研究技术使用了三个不同频率的激光（两个频率分别为488nm和565～650nm氩激光，一个超紫外准分子激光），并采用了一大批染料同时对所有的特征进行分析。这个设备每分钟可以检查100000个细胞，而每个信号只需要1000个分子。在一个异质群体中，它能够对具有特殊性质的罕见细胞进行检测，能够对细胞进行多种分析，并能实时地对细胞进行分类。它注定要和医学病理发生碰撞。另外，通过低功率激光束光子压力的变化可以对细胞进行捕集和去除，这就可以对细胞进行更细致地检查，或者对细胞进行显微外科手术，例如染色体外科手术^[41]。

通过光学相干体层摄影术（OCT）可以看到活性细胞的内部结构，并能给出细胞的三维影像，核仁小斑（细胞核内的象簇）的分辨率可以达到2μm。该系统采用宽频带的拉曼光谱呼吸分析仪已经成为一般专业医生的工具^[42]。像酒精测定计一样，病人需要向仪器内灌输一些气体。在呼吸时，一束特定频率的激光束会对一些气体分子产生激励作用，因此可以感知到这些分子振动态的拉曼光谱。将这个信号与标准信号相比较，就可以非常容易和简单地对血糖和其他症状进行估计。目前一项正在研究的新技术可以把一束光纤送入病人的鼻子内，可以在病人鼻子上部的组织中得到拉曼光谱。

另一个基于激光的诊断技术叫做扩散光层析技术（DOT）^[43]。在这个技术中，许多纤维光学源沿着被检查部位进行布置，通过光纤传输强度可调的辐射光。出射光束可以被许多传感器进行分析，传感器也沿着要检查的部位进行分布。通过计算物体对光的不同吸收，计算机可以生成这个部位的部分图像，当从很多方向进行探测时，就可以给出对象的形状。标准的层析成像技术使用X光和磁共振，但是在DOT中，它可以测定散射和吸收效应，这就给出了额外的组织信息，比如测量样品中血红蛋白的浓度（通过组织吸收），或者测量发炎的程度（通过组织散射）。

看起来光线疗法将导致我们的诊断和治愈能力发生重大的改变，激光在医学中的应用看起来有一个令人激动的未来。

图1.42 治疗食道病变的装置

a）用于食道PDT分配器的光发射和测量部分 b）在食道中同时进行PDT和高热疗法的光扩散器