半导体激光在医学上的应用

半导体激光在医学上的应用 午导体嚣激光医学第2嬲 ,lI半导体激光在医学上的应用 上海第二医科大学R辱 TheApplicationofSemicondutonLaserinMedicine ShanghaiSecondMedicalUniversityX/aoIrowj~ 近年来,半导体二极管激光器以其体积 小.重量轻,使用市电,空气冷却,便于携带 等一系列优点而引起国内外医务人员的王规. 经过科学家在制造工艺上刍冬不断改进,半导体 激光器的发射功率又有了很大的提高.目前已 在动物和人尸体上做了一系列的实验,并已直 接应用于临床,对病人进行治疗.其结果Nd: YAG激光与氩激光器,YAG激光器,氦氖激光 器等进行比较,证明半导体激光器在医学的不 同领域内可取代以上激光器,成为一个激光治 疗的崭新光源.本二2=拟对半导体激光器在医学 上的应用和前景作一介绍. 将电流注入半导体二捉管的PN结而使之 受激发射,实现电能转换为光蓖.虽然在6O年 代已发现这种电光转换的功能,但制成半导体 二圾管激光器带是近几年来的事它的材料主 要商3种: 砷化镓(AICaAs)波长780nm~900nm. 磷化镏(I.nGaAsP)波长』300nm~--:I550rim 铅盐类(如PbSnTe.PbSnSe等,波长 3O00nm,4O00nm 不同波长的激光在医学土有不同的应用, 近年来国内外文献报道的半导体激光器在医学 上的应用主要有以下方面: 一 . 消炎镇痛的治疗:蚕外报道用角叉菜 胶使小白鼠产生炎症模型,并研宄砷}{=镓二极 管激光器照射炎症部位(78Ohm连续波,31. &/is?cm2,照射点直径为0.2wn1)与消炎痛等 有效的抗炎药物疗效作比较.发现低洗红外激 光对角叉菜胶引起的炎疰可式炎效果.以低能 激光每日照射1次后;(j)老控制角又菜胶一 空气一室型急性炎症期出冠兰勺脉管通道性的增 加;(2)能减轻菜胶一爪一水胂型急性期 的水肿的发生;(3)能抑制角叉菜胶肉芽肿型 一 肉芽肿的形成.在所有病例中,照射少于 l0rain已能足够抑制炎症的占20,30.激光 照射的抑制效应,在空气室翌和爪水肿型的疗 效不及消炎痛,而对肉芽肿型,激光照射较之 每日服用抗炎药物(4rag/ks,i.o)更为有效. 另一实验用波长为780rim,激光能鼍为 30mW的砷化镓半导体激光器对过敏牙齿每次 照射30,l80s进行止痛治疗.将疼瘾程度为 为零级无痈;一级微癀,二级能忍受的疼癀; 三级极痛,不能忍受.照射结果显示:1.在过 敏牙质三级病例中2例无效,但在?级二级所 有病人(35例)中,照射后疼瘫即有所减轻;2. 对有牙周病在根管填充后面疼痛的病例和牙齿 拔出而引起疼痛的病例都有镇痛的效果;3. 对所有患齿龈炎.口炎,齿龈溃疡的病例在浸 润麻醉后都是有效的.觅有人用砷化镓器双盲 法去除病人的心理因素进行试验,得治疗组 和对照组的疗效分析,分别为60.D%和22. 22,5,其差别是显着的.显示其治疗过敏牙质, 减少疼痛方面是有疗效的. 二.对肝脏病的研究与治疗:国外有人在 一 个由于阻塞性黄疸引起的肝功能不全的模型 上,进行五个系列的实验研究,用半导体激光 器产生的'800,90Onto范围的红外激光照射 2O0,25og威斯脱小白鼠未脱毛的皮肤肝区 并使其处于静磁场中,观察机体中某些新胨代 澍效应上的改变,实验结果证明:肝功能不全 而发病的一定因素是PLPO过程的增强和抗氧 匕刹的减少.其次是导致胰岛素感受器的减少 和肝细胞新陈代谢的急剧下降... 在对肝脏病治疗上,对63名有肝功能 调的病人进行了检查,定为胆囊收缩迟缓的糟 —— 9一 激光医学第2期 40人,奥狄括约肌痉挛的有15人,血液生化 指标显示,在有胆汁运动障碍与正常受试者比 较中,除了35.3的病人中碱性磷酸酶水平提 高外,没有其他差别.这就提示了胆汁成分稳 定性的紊乱,在这些伴随运动障碍病人中,成 为胆石的产生原因.用半导体激光器对生物敏 感点和肝区的照射,改善了病人的体质状况, 疼痛和消化不良消失了,胆囊和奥狄括约肌的 功能恢复了,产生了血液有胆汁成分的良性改 变,胆红索,胆酸浓度提高了,胆汁胆固醇减少 了. 三.骨关节,肌腱,背部疼痛等疾患的治 疗:用半导体砷化镓激光器对骨关节肌腱有疼 痛的病例进行试验,结果对几乎各种类型失常 的病例,其治疗效果是令人满意的.疼痛症状 减少和消失了,功能恢复了.对82例患有轻度 背部疼痛的病人用半导体激光器发射的红外激 光照射,实验结果也显示红外线激光照射有良 好的镇痛效果.国内医务人员用铟镓砷磷半导 体激光器(波长1300nm,脉冲功率5W,重复 频率5000次Is)与氲氖激光进行实验比较,结 果表永干哥体激光较之氦氖激光有以下优点: 照射白色皮肤的反射较小,与黑皮肤一样.皮 肤对该激光的吸收系数小,消光长度大,透射 皮肤深度深.脏器对激光的消光长度也大.在 相同功率的条件下,热量比氦氖激光明显些. 并对73椤薹椎基底动脉供血不足者进行治疗, 长波半导体激光六位照射比氮氖激光可提高临 床效果.' 四.对胃溃疡的治疗:在470例胃溃疡病 人中,用半导体激光作外照射,平均治愈时问 ' 为对照组病例的一半.溃疡的上皮形成取决于 疾病的严重性,菠疡创面的直径和深度.采用 预防性治疗减少了复发率.? 五.对促进e黼环及对动脉阻塞的治疗: 借助于,Tv一毛细血管镜,激光多普勒图示法, 经皮氧张力极诺法等的测定对有不同程度动脉 阻塞的病人的脚l皮肤的微循环进行检查,用 半导体激光照射(波长980am)以后,研究其 对徽循环的疗奴,,结果证明半导体激光疗法在 I度和?度动脉阻塞的病人中疗效是良好的. 六.对消肿的治疗:在83例上肢I度浮肿 的病人中经过4个疗程治疗后,将几种疗法进 行比较,其中包括常规针刺疗法,氮氖激光和 半导体激光照射等进行比较,这些病人在治疗 期问,将其浮肿程度的时同过程,以及总蛋白, 免疫球蛋白,G.A.M和循环的免疫复合体, 血液血清和细胞阃液进行测定,在传统的针刺 疗法中液体排出20-'-30%,激光疗法则为38 , 44.除此以外,激光疗法增加了免疫球蛋 白的释放,升至原有量的44,45,这些数据 证明半导体激光对治疗浮肿有较好的疗效. 七.对肺部疾病的治疗:用半导体砷化镓 激光(波长890rim)对3O例患有肺部慢性阻塞 的病人进行激光针刺治疗,治疗结果与相应用 针刺疗法相比较,该研究包括肺容量图,支气 管通透性的改变,和毛细血管血液中氧分压的 改变,治疗结果表明激光疗法比常规针刺疗法 提高了疗效,改善了支气管通透性,提高了动 脉血液中氧合作用,减少了呼吸困难和咳嗽, 促进氮液排出,并使食欲睡眠正常. 八.对牙髓切断术的治疗t实验表明半导 体激光照射对成纤维细胞的生长是有效的,并 导致对巨噬细胞的抑制,并进一步研究了激光 照射在活的牙髓切断上的效果,可以看到激光 照射可使受伤表面钙化作用加强,促进钙化组 织的形成.显示了半导体激光有助于提高牙髓 切断术的疗效. 九.妊膜切除术:半导体激光(波长为780 , 850nmP和Nd:YAG激光(波长为1064mn), 对巩膜都能有较好的传播.而半导4本翳较之 Nd:YAG激光波长更长,更易敬具有黑色素 的虹膜所吸收.将半导体激光与氩激光比较, 随着激光波长增加,黑色素的吸收曲线虽有所 下降,但在半导体激光及氩激光的(波长488,"-- 514nm)范围内下降是缓慢的,所以两者被黑 色素吸收都很好,而半导体激光穿透虹膜基质 的能力优于氩激光,输送到虹膜色素上皮的入 射能量,半导体激光比氩激光为多,所以表明 半导体激光在某些方面优于Nd:YAG激光和 一 lO.二_ 激光医譬第2期 氲激. 匪科医生曾将其应用在兔眼上及人尸体眼 上做验,并应用于患有青光眼的病人中进行 治疗,例如:其一是用半导体激光以1.82. 7J接睦镜透入兔眼作了环状光致凝结,可看到 短期夏压升高,其后有一个深度的延长的眼压 降低.强烈的眼压下降可能是与眼内炎症有 关,妄是房水外流.可看到品状体破裂和玻璃 体的军浊.半导体激光作接触镜透入巩膜作环 状光交凝结,亦可产生凝结坏死,继之睫状体 萎缩.兔眼中持久的眼压降代.这些实验表明能 用半寻体激光进行接触镜透入巩膜作环状光致 凝结,亦可获得使睫状体凝结坏死和眼压降 低的警疗效果.且该激光还具有可定域及定量 的.' 二是以一个发射连续波的半导体激光加 一 根导纤维.板,探极置于(Limlus)缘后 1.o,!.25ram处.月生创伤,限制在有皱 褶暑分,组织损伤的他日?滤掘的位置和 传送的能量的值照光不到2J.肉_眼看不到损 伤,3J产生睫状体的轻微白化..4,5J在有 皱梧的部分产生较多的强列白化;能量超过 5J,铺繁产生爆发性的组织损伤.以光学显微 镜#子显微镜扫描检查.能量从1.8,6J, 在缘舌1.0,1.25ram处则显示以睫状体基质 和基贡脉管系统热凝结的迹象;以及非色素沉 着及苎索沉着的上皮的凝结及坏死.发现对于 接息透入巩膜的二极管激光在尸体眼睛内作环 状交凝结的最佳参数是能量为3,4.53,极 置子糸后1.0,1.25ram处. 其三是一名59岁棕色眼睛男性病人,属 子.窄角".病人主诉无任何青光眼,角闭合症 状观力为2O/25—1OD和20/20—1OS,眼内 压寿I2mmHgOD和l3叫nHgOS,测角镜显示 前乏约小粱纲络前房中心为3,4倍角膜厚度, 其遭缘略低于角膜厚度的1/8用半导体激光 (叛长805rim)作周边虹膜切除术.术后lh,眼 内压为7mmHgOD和15mmHgOS,发红为2 +,发现细胞对称,次日眼内压为8mmHgOD 和9mmHs9s''而丙眼有一个小的白色的胶曩 的不透明物在虹膜前面的水晶体上.投有看到 角膜和视网膜有所损害.经过1个月的治疗, 两眼的眼内压为i2mnd-ZS,其角度继续开到睫 状体带,而前面胶夏的水晶体浑浊已不明显 了,该不透明的胶囊的产生毫不奇怪,因为它 不像Nd:YAG激光那样以光致瓦解,而是靠 光致凝结的机制作用的.这些零物质产生 的最可能的作用过程可能是由于后表面色 素迁移到水晶体所致.然而这不透明物质只是 氩激光所产生的1/3.作者还以几乎同样的参 数(1200roW,点大小为200pro,0.1,0.5s,在 一 个眼中照射22点.另一只中照49点),对另 两只眼睛作外周虹膜切除术,其结果与第一只 眼睛相同,炎症反应小,眼内压未升高.其中 一 只眼睛产生一个小的胶囊在前面的水晶体上 弓I起不透光,而另一只眼睛设有透光的胶 囊.所以从这些实验及病例治疗结果显示半导 体激光作虹膜切除术是一个有效的工具,是 bid:YAO激光及氩激光的替代物. 科学技术的不断提高,使激光二极管也在 不断更新.最近又有一种崭新的量子阱激光二 极管同世,该激光管用铅和砷化镓{旨j成超薄层 代替砷化镓,这种器件只需较少的能量就能发 光,其高效率的光电转换性能一方面可使激光 器的功率获得很大的提高,连续工作可达几十 瓦,准连续工作可达几百瓦,脉冲工作可达几 千瓦.另一方面因为不会产生热损耗,可不用 冷却,甚至只要电弛供电便可工作.总之,半 导体二极管技术的进展,可降低闭值电流,波 长范围向短波|扩展,'波长E短至479nm,出现 可见光的=极管激光器,单色性更好,发射频 率更精确,激光礴率有明显的提高,价格也有 大幅度的下降.可预见半导体激光在医学上的 应用将更普及,更深入.. 参考文献(略)