激光是60年代初出現(xiàn)的一種新型光源，激光以其高亮度、高單色性、高方向性和高相干性，引起普遍重視，并很快在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療、國防等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。激光醫(yī)學(xué)是激光技術(shù)與醫(yī)療科學(xué)有機結(jié)合的產(chǎn)物，激光在70 年代開始廣泛用于臨床;90 年代，隨著新型激光器的研制成功，激光與醫(yī)療、生物組織科學(xué)緊密結(jié)合，研究范圍日益擴大。 Nd:YAG 激光器以其增益高、閾值低、量子效率高、熱效應(yīng)? ⒒敵閱芰己謾⑹屎細髦止ぷ髂Ｊ?連續(xù)、脈沖) 等特點，在當今各種固體激光器中應(yīng)用物質(zhì)相互作用的效果是不同的，不同波長的Nd:YAG激光器采用連續(xù)、脈沖等方式工作使激光與不同部位的生物組織相互作用，可以獲得良好的療效。醫(yī)用Nd:YAG 激光器在外科手術(shù)、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮膚科、美容等方面應(yīng)用廣泛，特別是治療皮膚色素性疾病，有創(chuàng)傷? ⒂蝦謾⑽薨毯鄣榷撈賾諾悖疚鬧饕檣躈d:YAG 激光器的特性以及在治療皮膚疾病方面的應(yīng)用，使讀者了解各種激光器的性能及不同種類激光治療儀的治療效果。 一、Nd:YAG 激光器的特性 能產(chǎn)生激光的系統(tǒng)，稱為激光器。一臺簡單的激光器通常由工作物質(zhì)、泵浦源和諧振腔三部分組成。自1960 年第一臺激光器誕生以來，已有上百種激光器問世。形形色色的激光器彼此之間差異極大，根據(jù)產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)，有氣體、液體、固體和半導(dǎo)體激光器等。固體激光器是以固態(tài)基質(zhì)中摻入少量激活元素為工作物質(zhì)的激光器，工作物質(zhì)的物理化學(xué)性能主要取決于基質(zhì)材料，而其光譜特性主要由發(fā)光粒子的能級結(jié)構(gòu)決定。但發(fā)光粒子受基質(zhì)材料的影響，其光譜特性將有所變化，有的甚至變化很大。用作基質(zhì)的主要有剛玉、石榴石晶體及各種玻璃等。發(fā)光粒子稱為激活離子，最常用的激活離子為釹、鉻等稀土元素離子。例如世界上第一臺激光器所用工作物質(zhì)為紅寶石，就是摻入極少量鉻離子的剛玉。以摻有一定量釹離子(Nd3 + ) 的釔鋁石榴石( YAG) 晶體為工作物質(zhì)的激光器，稱為摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG) 激光器。摻釹激光器是當前應(yīng)用最廣泛的固體器件之一，在激光加工、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 圖1 Nd:YAG 的能級圖Nd:YAG 激光器為四能級系統(tǒng)，室溫下有多條熒光譜線，正常工作條件下(室溫) 1064 納米波長激光振蕩最強，簡化能級如圖1 所示。如果在諧振腔中插入標準具或色散棱鏡，或以特殊設(shè)計的諧振腔反射鏡作為輸出鏡、使用鍍有高度選擇性介質(zhì)膜的反射鏡，抑制不需要的波長的激光振蕩，可獲得所需波長的激光躍遷，如1319 納米、1338 納米、946 納米等。輸出波長為1064 納米的Nd:YAG 激光器，經(jīng)過倍頻( KTP) 晶體后可產(chǎn)生波長為532 納米的激光。輸出光有連續(xù)、準連續(xù)等形式。 Nd:YAG 中摻入Nd3 + 濃度應(yīng)合理，摻雜濃度高，則吸收率高、反轉(zhuǎn)粒子數(shù)高、激光器的效率高，但是摻雜濃度太高時，轉(zhuǎn)換效率不僅不會增高，反而會下降，甚至出現(xiàn)濃度淬滅現(xiàn)象。Nd 原子濃度一般在015%～115% 以內(nèi)，濃度較高會縮短熒光壽命，使展寬線變寬，在晶體中引起應(yīng)變，最終導(dǎo)致光學(xué)質(zhì)量變差、效率降低。應(yīng)用中，可根據(jù)需要選擇合適的摻雜濃度，從而提高激光器的性能，對于Q 開關(guān)3 運轉(zhuǎn)，選擇高濃度的摻劑(112%) ，以產(chǎn)生高儲能;對于連續(xù)運轉(zhuǎn)，通常選擇低濃度的摻劑(015%～018%) ，以獲得優(yōu)良的光束質(zhì)量。增益介質(zhì)的尺寸通常根據(jù)激光器的增益選擇，高增益的激光器選擇大尺寸的YAG 棒，長度可達150 毫米，低增益的激光器通常選擇短的激光棒，有幾毫米或十幾毫米，太長的激光棒不僅不能提高增益，反而會因為吸收損耗等因素而降低效率。 Nd:YAG 激光器采用激光二極管(LD) 作為泵浦源，體積? ⒅亓殼帷⑿矢摺⑹倜ぃ恍枰淙聰?shù)统，为激光系统小型化提供翑\欣跫D 泵浦Nd:YAG 激光器的結(jié)構(gòu)形式有端面泵浦和側(cè)面泵浦兩種。端面泵浦方式靈活方便，通過光纖耦合的泵浦光發(fā)散角小，可與固體激光器的基模相匹配。側(cè)面泵浦可采用多個LD 陣列，散熱效果好，可提供較強的泵浦光，適合大功率運轉(zhuǎn)。 LD 泵浦的全固態(tài)調(diào)Q 激光器是把能量以激活離子的形式存儲在增益介質(zhì)的激光高能級上，集中在一個很短的時間內(nèi)釋放出來，可產(chǎn)生高重復(fù)頻率、高峰值功率、脈寬可調(diào)節(jié)等特性，在光學(xué)檢測、原子分子物理、光譜學(xué)、非線性光學(xué)、激光醫(yī)療、激光雷達和光電對抗等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值。Q 開關(guān)激光器脈沖短、峰值功率高，熱效應(yīng)小，Q 開關(guān)激光聚集在靶點組織時會產(chǎn)生沖擊波，靶點組織受到機械性的微爆破作用。國內(nèi)外已有很多關(guān)于Q 開關(guān)Nd∶YAG激光在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中各個方面的應(yīng)用報道，如外科手術(shù)、眼科、牙科、口腔科、耳鼻科、皮膚科等。調(diào)Q 激光器的工作方式多種多樣，分為主動式調(diào)Q 、被動式調(diào)Q 、轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q 等。主動式調(diào)Q 激光器主要有聲光調(diào)Q 、電光調(diào)Q ，可飽和吸收調(diào)Q 激光器是被動式調(diào)Q 激光器。聲光Q 激光器具有插入損耗? ⒌髦頻繆溝汀⒁子肓す餛髖浜匣竦酶咧馗綽示蘼齔濉⑽榷ㄐ院玫扔諾悖愿吣芰考す餛韉目嗇芰喜睿荒苡糜詰馱鲆嫻牧す餛鰲５綣釷 開關(guān)激光器具有開關(guān)時間短(10 - 9秒) 、輸出脈寬較窄(10～20 納米) 、效率高、調(diào)Q 時刻可精確控制、峰值功率高(幾十兆瓦以上) 等優(yōu)點，缺點是半波電壓較高，需要幾千伏的高壓脈沖。被動式可飽和吸收調(diào)Q 激光器適于高重復(fù)頻率、高功率的激光器，產(chǎn)生窄脈寬巨脈沖的同時，譜線變窄，達到選擇相同能量和動量光子的作用，但它是一種被動式Q 開關(guān)，不能人為控制調(diào)Q 脈沖的產(chǎn)生時刻。轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q 激光器屬于慢開關(guān)型，無插入損耗、無光損傷，用于能量較大的脈沖激光器，可獲得峰值功率在幾十兆瓦以上、脈寬為納秒級的巨脈沖，主要缺點是高轉(zhuǎn)速下的機械磨損影響其使用壽命，且裝配工藝要求高，目前已基本不用。 二、Nd∶YAG激光器在醫(yī)療方面的應(yīng)用 激光治療皮膚色素疾病以及激光美容的理論依據(jù)是1983 年美國的安德森(Anderson RR. ) 和帕里什(Parrish JA. ) 醫(yī)生提出的“選擇性光熱解”理論。選擇性光熱解作用就是激光能量有選擇地被某些特定組織成分吸收，熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱量破壞這些特定的組織成分。人體自身的免疫和代謝系統(tǒng)可將這些被破壞的組織碎屑吸收并排出體外，從而達到治療色素疾病的目的。該理論指出了皮膚組織對不同波長激光吸收的差異，以及不同脈寬的激光脈沖對各種皮膚疾病的影響。該理論是激光治療皮膚類疾病的基礎(chǔ)，為激光醫(yī)學(xué)的發(fā)展指引了方向，推動了醫(yī)用激光器的迅速發(fā)展。在隨后十幾年里，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)了大量不同波長的激光器。這些激光器在治療色素類疾病(如太田痣、胎記、雀斑、黃褐斑、老年斑) 以及血管類疾病(如鮮紅斑痣、血管瘤、毛細血管擴張)等方面都取得了較好效果。激光利用選擇性光熱解作用原理治療皮膚疾病，可對目標組織產(chǎn)生局部的高度破壞，而對周圍組織的傷害很? Ｎ舜锏窖≡裥怨餿冉庾饔茫匭胙∮們〉鋇牟ǔぁ⒙齔蹇磯紉約澳芰棵芏齲煌櫓詹煌ǔさ募す猓頤峭ǔＯＭす餛鞴庾幽芰康木蟛糠幟芄槐荒勘曜櫓眨恢芪ё櫓盞慕仙佟? Nd:YAG 主要的三條熒光譜線中，中心波長1064 納米的激光最容易形成振蕩，譜線熒光最強，約占整個譜線能量的60 %，它可以較深地穿透皮膚，被深色素細胞高度吸收，能更有效地清除較暗色或發(fā)炎的組織。根據(jù)選擇性光熱解作用原理，可用于治療皮膚深層的色素疾病，當今醫(yī)用Nd:YAG 激光器的輸出波長多是1064 納米。面部色素性病變傳統(tǒng)的治療方法有冷凍術(shù)、皮膚磨削術(shù)、化學(xué)剝脫術(shù)及二氧化碳激光治療術(shù)等，現(xiàn)在已逐漸被全固態(tài)激光治療所取代。用1064 納米Nd:YAG 調(diào)Q 激光治療面部色素性病變時，應(yīng)根據(jù)病變的性質(zhì)、病灶的部位、患者的年齡及性別等因素合理判別治療參數(shù)，并在治療過程中進行適時調(diào)整，找出具體的最佳治療參數(shù)標準，病變組織選擇性吸收激光的能量后即被粉碎，并逐漸被自身吞噬細胞清除，最終達到祛除病灶且不留斑痕的目的。 1064 納米波長的激光穿透力深，可被皮膚深層的黑色素細胞選擇吸收，治療太田痣時對其周圍組織熱損傷? ６鳴 開關(guān)則利用其沖擊波的脈沖波將色素細胞擊碎，再通過吞噬細胞將色素顆粒吞噬，使色素減退且不留疤痕，具有高選擇性、高效性、安全可靠、操作簡便的優(yōu)點。由紋眉所致異物反應(yīng)屢見不鮮，紋眉液色素物質(zhì)殘留于局部，出現(xiàn)紅腫、浸潤、鱗屑、瘙癢。以往通過外用或局部注射皮質(zhì)類固醇僅能緩解癥狀、不能清除病變，局部炎癥還會復(fù)發(fā)。采用1064 納米激光治療時，紋眉液中色素顆粒選擇性吸收激光能量后被擊碎，網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)會將其吞噬、排泄，從而祛除病因。另外，由于該儀器采用Q 開關(guān)技術(shù)，光能量在5～10 秒內(nèi)釋放出來，作用時間短，對周圍組織熱損傷小，可避免疤痕、萎縮或皮紋改變等現(xiàn)象，且無色素減退或沉著。1064 納米經(jīng)倍頻晶體產(chǎn)生532 納米激光輸出，對褐色、紅色的皮損和色素有效，皮膚中的色素顆粒吸收激光后破裂，而細胞框架則被完整保留，皮膚能很快康復(fù)。這一波長的激光用于治療雀斑，副作用? ⒉僮鞣獎恪⑽薨毯郟沂鹺蠡だ硪蟮汀? 1064 納米Nd∶YAG激光切除人工晶體前膜安全有效，患者沒有不適感，不需要全身麻醉，減小了手術(shù)風險，已替代傳統(tǒng)的手術(shù)切除虹膜，成為青光眼的首選治療方法。 激光手術(shù)溫度高，有很好的殺菌作用，術(shù)后很少感染;激光治療安全，基本上沒有并發(fā)癥，手術(shù)時間短、止血效果好、傷口愈合快;激光束能量高，能到達普通手術(shù)刀無法進入的部位，并且位置精確，可以做顯微手術(shù)，減少了對病變以外組織的傷害。1064 納米Nd∶YAG調(diào)Q 激光還可用于治療喉和喉咽部血管瘤、后發(fā)性白內(nèi)障、牙周病等疾? Ｐ閱芏撈氐腘d∶YAG激光器必將越來越廣泛地用于醫(yī)療領(lǐng)域。 文章注釋： Q 稱為品質(zhì)因數(shù)，它與諧振腔的損耗成反比，如果改變損耗，就可以使Q 值發(fā)生相應(yīng)變化，這種技術(shù)稱為調(diào)Q 技術(shù)。在泵浦開始時使諧振腔高損耗、低Q 值，不能形成振蕩(即不能產(chǎn)生激光) ，使高能級的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大量積累，到最大值時，損耗突然減小，Q 值突增，激光振蕩建立，產(chǎn)生峰值功率很高的巨脈沖激光。用不同的方法控制不同類型的損耗，就形成不同的調(diào)Q 技術(shù)，由此可做成不同類型的Q 開關(guān)。