激光医学生工.pptx

第一节第一节第一节第一节 激激激激 光光光光 基基基基 础础础础一、光的发射与吸收一、光的发射与吸收二、激光振荡二、激光振荡三、激光谐振腔三、激光谐振腔四、激光模式与特性四、激光模式与特性第二节第二节第二节第二节 生物组织的物理性质生物组织的物理性质生物组织的物理性质生物组织的物理性质一、激光在生物组织中的传输过程一、激光在生物组织中的传输过程二、皮肤的物理性质二、皮肤的物理性质三、眼的光学性质三、眼的光学性质激光生物学作用与生物组织的特性和激光参数有关激光生物学作用与生物组织的特性和激光参数有关常用的激光参数有：常用的激光参数有：一、激光在生物组织中的传输过程一、激光在生物组织中的传输过程能量、功率、能量密度、能量、功率、能量密度、功率密度、波长、脉宽、模式、发散角等。功率密度、波长、脉宽、模式、发散角等。（一）生物组织对激光的反射和透射（一）生物组织对激光的反射和透射吸收吸收散射散射镜式反射镜式反射生物组织对激光的反射生物组织对激光的反射漫反射漫反射（光洁的皮肤）（光洁的皮肤）表面漫反射表面漫反射内部漫反射内部漫反射反反射射率率入射角入射角镜式反射率与入射角的关系镜式反射率与入射角的关系后向散射后向散射内部漫反射强内部漫反射强吸收与散射相当吸收与散射相当氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氩激光氦氖激光氦氖激光氪激光氪激光红宝石激光红宝石激光反射百分比反射百分比波长波长激光激光四种激光器四种激光器 11 11 种波长的反射百分比种波长的反射百分比人体组织对激光的反射百分比人体组织对激光的反射百分比弹道直射光弹道直射光生物组织对激光的透射生物组织对激光的透射蛇行折射光蛇行折射光漫透射光漫透射光激光透照技术可进行乳腺癌早期诊断激光透照技术可进行乳腺癌早期诊断（二）生物组织对激光的散射（二）生物组织对激光的散射弹性散射弹性散射激光散射激光散射不发生波长改变不发生波长改变瑞利散射瑞利散射非弹性散射非弹性散射发生波长改变发生波长改变弹性散射弹性散射非弹性散射非弹性散射廷德尔散射廷德尔散射米氏散射米氏散射拉曼散射拉曼散射布里渊散射布里渊散射0，各项同性散射各项同性散射各项异性系数各项异性系数1，完全前向散射完全前向散射-1，完全后向散射完全后向散射大多数生物组织大多数生物组织散射系数散射系数（三）生物组织对激光的吸收（三）生物组织对激光的吸收吸收率吸收率选择性吸收选择性吸收吸收系数吸收系数氧合血红蛋白氧合血红蛋白黑色素黑色素氧合血红蛋白及黑色素吸收光谱氧合血红蛋白及黑色素吸收光谱波长波长(nm)摩摩尔尔消消光光0.51.0400300500600氩激光氩激光染料激光染料激光488 514577一般吸收一般吸收朗伯朗伯-比尔定律比尔定律吸收长度吸收长度混浊介质混浊介质吸收和散射同时存在的介质吸收和散射同时存在的介质全衰减系数全衰减系数入射光子的平均自由光程入射光子的平均自由光程光漫反照率光漫反照率多数普通激光（波长为多数普通激光（波长为 ）穿入皮肤）穿入皮肤的辐射能中的的辐射能中的99%被组织的外被组织的外 层吸收。层吸收。Nd：YAG激光激光表面表面体积体积吸收吸收系数系数波长波长光源光源吸收吸收深度深度效应效应二种激光器对组织作用的比较二种激光器对组织作用的比较Er：YAG激光激光波长波长(um)213945698水的吸收光谱水的吸收光谱研究表明，组织对激光的研究表明，组织对激光的最小最小和和最大最大吸收相符合。吸收相符合。最大最大和和最小最小反射分别与其反射分别与其（四）反射、透射和吸收的关系（四）反射、透射和吸收的关系波长波长(nm)0.55004006007000.30.10.70.9800反射率反射率透射率透射率吸收率吸收率黄种人活性游离皮肤黄种人活性游离皮肤(表皮表皮+真皮真皮)的反射率的反射率(a)透射率透射率(b)和吸收率和吸收率(c)曲线曲线二、皮肤的物理特性二、皮肤的物理特性表皮表皮皮肤的构成皮肤的构成真皮真皮皮下组织皮下组织影响皮肤热导率的因素：皮肤的厚度、温度高影响皮肤热导率的因素：皮肤的厚度、温度高低、血流快慢、色泽等。低、血流快慢、色泽等。皮肤与水一样是不良导热体。皮肤与水一样是不良导热体。汽油燃烧汽油燃烧皮肤下皮肤下1mm 处处1.5mm 处处反射规律反射规律白种人白种人黑种人黑种人白种人和黑种人皮肤反射率光谱白种人和黑种人皮肤反射率光谱406020反反射射率率（%）50.50.21.0波长波长(m mm)21020 40血液透射率曲线血液透射率曲线妇女手指妇女手指黄种人皮肤反射率光谱黄种人皮肤反射率光谱反反射射率率（%）波长波长(m mm)406020500040070060080080100男子手指男子手指三、眼的光学性质三、眼的光学性质眼眼 的的 结结 构构 图图（一）眼的屈光特性与反射特性（一）眼的屈光特性与反射特性眼眼 的的 结结 构构 图图眼的屈光特性眼的屈光特性角膜角膜中心厚度中心厚度0.6mm；周边厚度约周边厚度约1.0mm；角膜总屈光度为角膜总屈光度为41.34D晶状体屈光度为晶状体屈光度为19.11D眼对激光的反射眼对激光的反射正入射角膜时正入射角膜时透过屈光介质到达视网膜的光透过屈光介质到达视网膜的光人眼这一光学系统其反射率可忽略人眼这一光学系统其反射率可忽略（二）眼对激光的透射、散射和聚焦（二）眼对激光的透射、散射和聚焦眼对激光的透射眼对激光的透射角膜角膜晶状体晶状体玻璃体玻璃体眼对激光的散射眼对激光的散射前向散射占总透射光约一半，且与波长有关。前向散射占总透射光约一半，且与波长有关。1.20601008040200.400.600.80波长波长(m mm)1.001.40透透射射率率（%）总透射率总透射率扣除散射光的透射率扣除散射光的透射率眼屈光介质对光的透射率眼屈光介质对光的透射率成像聚焦成像聚焦眼屈光介质的总屈光度为眼屈光介质的总屈光度为60.42D。明视时瞳孔直径约明视时瞳孔直径约 23 mm，视网膜上所成实像，视网膜上所成实像的直径约的直径约 550 m mm。瞳孔面积是实像的瞳孔面积是实像的10 万万倍倍。（三）眼对激光的吸收（三）眼对激光的吸收眼屈光介质的吸收特性眼屈光介质的吸收特性角膜角膜对波长短于对波长短于 的远紫外线吸收率的远紫外线吸收率对对 以上的中、远红外线全部吸收。以上的中、远红外线全部吸收。对可见光到对可见光到 的近红外线几乎不吸收；的近红外线几乎不吸收；对对 的中红外线部分吸收；的中红外线部分吸收；近为近为100%；晶状体晶状体对紫外线的吸收类似角膜。对紫外线的吸收类似角膜。对可见光几乎不吸收；对可见光几乎不吸收；对对 近红外线是主要中吸收体。近红外线是主要中吸收体。房水房水对对 和和 的的激光少量吸收。激光少量吸收。对可见光几乎不吸收；对可见光几乎不吸收；玻璃体玻璃体对光波长没有特征吸收；对光波长没有特征吸收；眼底的吸收特性眼底的吸收特性1.20601008040200.400.600.80波长波长(m mm)1.001.40透透射射率率（%）总透射率总透射率扣除散射光的透射率扣除散射光的透射率眼屈光介质对光的透射率眼屈光介质对光的透射率眼底的吸收光谱眼底的吸收光谱600.404020801001.40波长波长0.600.801.001.20作用效率谱作用效率谱T 屈光介质的总透射率屈光介质的总透射率A 眼底吸收率眼底吸收率激光对眼底的作用效率谱激光对眼底的作用效率谱有效作用由强至弱排列有效作用由强至弱排列倍频倍频Nd：YAG、氩离子、氦氖、氩离子、氦氖、红宝石激光红宝石激光600.404020801001.40波长波长0.600.801.001.20