雷射對皮膚的熱效應

雷射對皮膚的熱效應

皮膚科  王修含 醫師

        皮膚之類的生物組織,受到雷射照射後可產生熱效應,又稱為光熱效應,此為一般雷射手術的原理,亦為雷射光熱治療所採用的光生物效應。常用的雷射包括鉺雅克(Er:YAG)、銣雅克(Nd:YAG)、二氧化碳(CO2)、氬離子(argon ion)、鈥雅克(Ho:YAG)與二極體雷射(diode)等雷射系統,常見的脈衝寬度介於 1 μs至 1 min,或是使用連續波雷射輸出,典型的能量密度介於10-10^6 W/cm2。目標在於利用雷射輸入熱能,使組織達到目標溫度,得到光熱效應。

        依據目標溫度差異,生物組織在巨觀下可呈現凝結(coagulation)、汽化(vaporization)、碳化(carbonization)或熔化(melting)等外觀,其熱效應與區域溫度有關:

1. 小於攝氏60度:在未達60◦C的組織區域,具有高熱治療(hyperthermia)的效果。

2. 攝氏60-100度:當溫度高於60◦C時,組織會逐漸凝結,具止血效果,凝結後的組織會呈現壞死(necrosis)的狀態。

3. 攝氏100度:若組織溫度到達100◦C時,會出現汽化現象,常見於波長2940 nm 鉺雅克雷射的治療。水份可強烈吸收此雷射波長,進而汽化,當水分子汽化時,水的體積會迅速擴大,造成局部的微爆炸(microexplosion),並引發熱機械效應(thermomechanical effect),使局部組織消融,此現象稱為熱分解(thermal decomposition)。

圖:使用鉺雅克(Er:YAG)雷射,以磨皮法(dermabrasion)治療皮膚青春痘疤痕後的皮膚反應,可見到皮膚表面受雷射作用而汽化消失。(皮膚科  王修含 醫師攝)

4. 高於攝氏100度:當組織溫度超過攝氏100度時,例如使用連續波二氧化碳雷射照射皮膚,生物組織會開始呈現碳化現象,將有機成分中的碳原子釋出,所以組織會呈現黑色外觀。在使用雷射進行醫療行為時,應儘量避免碳化,因為在較低的溫度下,組織仍可因凝結而壞死,進而達到治療目的,而不必要的碳化,將干擾手術視野。此外,組織中的碳化物,也有引發異物肉芽腫(foreign body granuloma)的可能性。

圖:以高功率(大約3W)連續波二極體雷射,照射小鼠皮膚腫瘤造成的碳化現象 。(攝於台大基因體醫學研究中心實驗室)

5. 大於組織熔點:若溫度高過組織熔點,該組織將會出現熔化的現象。例如若以鈥雅克雷射照射牙齒,當組織因熱能的過度累積,到達攝氏數百度的高溫,牙齒內部由鈣與磷酸構成的的氫氧基磷灰石(hydroxyapatite)將會熔化,並於冷卻後出現氣泡狀外觀。

參考資料:

Niemz MH, “Laser-Tissue Interactions: Fundamentals and Applications”, Springer Berlin Heidelberg, New York, 3rd enlarged ed. (2003). ISBN: 978-3-540-72191-8

本站文章版權所有,歡迎非商業性「部份」轉載(請勿全文轉載),轉載請註明作者姓名標示與出處,禁止更動內文,並提供有效的本站超連結。】

廣告

[Book] 圖書推薦 Laser-Tissue Interactions (雷射對生物組織的作用)

Laser-Tissue Interactions

Fundamentals and Applications
Series: Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering
Niemz, Markolf H.
3rd enlarged ed. 2003. 2nd printing, 2007, XVI, 308 p. 175 illus., Softcover

ISBN: 978-3-540-72191-8

Online version available

內容

本書共分五章:

詳細內容如下
1. Introduction
1.1 Historic Review
1.2 Goal of the Book
1.3 Outlook

2. Light and Matter
2.1 Reflection and Refraction
2.2 Absorption
2.3 Scattering
2.4 Turbid Media
2.5 Photon Transport Theory
2.6 Measurement of Optical Tissue Properties
2.7 Questions to Chapter 2

3. Interaction Mechanisms
3.1 Photochemical Interaction
3.1.1 Photodynamic Therapy (PDT)
3.1.2 Biostimulation
3.1.3 Summary of Photochemical Interaction

3.2 Thermal Interaction
3.2.1 Heat Generation
3.2.2 Heat Transport
3.2.3 Heat Effects
3.2.4 Laser-Induced Interstitial Thermotherapy (LITT)
3.2.5 Summary of Thermal Interaction

3.3 Photoablation
3.3.1 Model of Photoablation
3.3.2 Cytotoxicity of UV Radiation
3.3.3 Summary of Photoablation

3.4 Plasma-Induced Ablation
3.4.1 Model of Plasma-Induced Ablation
3.4.2 Analysis of Plasma Parameters
3.4.3 Summary of Plasma-Induced Ablation

3.5 Photodisruption
3.5.1 Plasma Formation
3.5.2 Shock Wave Generation
3.5.3 Cavitation
3.5.4 Jet Formation
3.5.5 Summary of Photodisruption

3.6 Questions to Chapter 3

4. Medical Applications of Lasers
4.1 Lasers in Ophthalmology
4.2 Lasers in Dentistry
4.3 Lasers in Gynecology
4.4 Lasers in Urology
4.5 Lasers in Neurosurgery
4.6 Lasers in Angioplasty and Cardiology
4.7 Lasers in Dermatology
4.8 Lasers in Orthopedics
4.9 Lasers in Gastroenterology
4.10 Lasers in Otorhinolaryngology and Pulmology
4.11 Questions to Chapter 4

5. Laser Safety
5.1 Introduction
5.2 Laser Hazards
5.3 Eye Hazards
5.4 Skin Hazards
5.5 Associated Hazards from High Power Lasers
5.6 Laser Safety Standards and Hazard Classification
5.7 Viewing Laser Radiation
5.8 Eye Protection
5.9 Laser Beam Calculations
5.10 Questions to Chapter 5

A. Appendix
A.1 Medical Neodymium Laser System
A.2 Physical Constants and Parameters

B. Solutions

References
Index
About the Author