激光治疗仪的背景知识

医用激光历史

随着激光技术的发展，一门崭新的应用学科——激光医学逐步形成，激光的独特优点，解决了传统医学在基础研究和临川应用中不能解决的许多难题，引起国内外医学界的重视。

1960年Maiman研究出第一台红宝石激光器后，在1961年Zaret、1963年Campbell、1964年Zweng等用于眼视网膜剥离的焊接技术，随后1964年Goodman，1964年Stern用于口腔科领域。在眼科，激光应用最早，而且也是最成熟的学科，在某些眼科疾病中，激光治疗被列为首选。如眼底病中的视网膜裂孔，中心性浆液性视网膜病变，糖尿病性视网膜病变Coats病，视网膜劈裂症，视网膜血管瘤，还有原发性青光眼，激光角膜成形术治疗近视眼，这种治疗方法是计算机技术应用于屈光医学的一项新技术，是屈光性角膜领域中的一次革命。现已开展激光角膜切割术(PRK),激光原位角膜磨镶术还有激光上皮下角膜磨镶术，最后一种是最新的手术方式。

激光在其它科的发展也是迅猛的，如经尿道前列腺激光切除凝固术，激光心肌血运重建术，激光碎石术等。

激光可通过各种内窥镜进行手术，如钬激光通过关节镜进行半月板切除术，通过腹腔镜进行胆囊切除术，子宫内膜异位症，通过胃镜、支气管镜对消化道的疾患，如出血息、息肉良恶性肿瘤等，呼吸道内的瘢痕狭窄、炎性肉芽及息肉、良恶性肿瘤等进行激光治疗，通过肠镜同样可以治疗直肠，乙状结肠和结肠的出血，息肉，良恶性肿瘤。

用激光咽成形术已成为治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的常规手段。

激光的传输工具，如转动式导光关节臂和光导纤维得以迅速发展，如1971年西德Nath制成可传输高能Ar+激光的单根石英光纤后，1973年第一台具有光纤传输的激光内镜问世，现已发展到做成各种形状的光纤头(球状、粒状等)为激光进入内腔打开了道路。1977年美国研制成溴化铊等多结晶核心新型远红外光纤以后，1981年日本也研制成功CO2激光光纤应用于临床。

特别是光动力治疗，即光敏药物配合激光照射治疗，激光光源也由单一的He-Ne激光器(已不常用)发展到染料激光器，金蒸汽激光器，氪(Kr+)激光器和半导体激光器。

光敏剂已由血卟啉衍生物(HPD)发展成多种多样，效果更好的激光光敏剂，如血卟啉但单甲西迷(HMME)，合成燃料酞菁中的磺化锌酞菁(ZR-PeS4)。磺酞菁(SPs),二氢卟吩衍生物中的L-单天冬氨酰二氢卟吩(Npe6)和叶绿素衍生物4号(CPD4)还有5-氨基酮坞酸(ALA)

光动力学治疗的范围，从恶性肿瘤，如皮肤癌、肺癌、消化道肿瘤、膀胱癌等，也扩展到治疗良性病变，如鲜红斑痣，年龄相关性黄斑性变性等。

关于激光美容以往仅限于皮肤色素痣，血管性病变等，现已发展到美容激光医学，这主要是得益于20世纪80年代安德森的“选择性光热作用”理论，即根据不同组织的生物学特性，选择合适的波长、能量，脉冲持续时间，以保证对病变组织进行有效治疗的同时，尽量避免对周围的正常组织造成损伤。

20世纪80年代初，用氩离子治疗血管性病变，到80年代末用黄色脉冲燃料激光(PDL)得到了发展，到90年代中，由YAG倍频，产生的532nm的绿光治疗鲜红斑痣，小血管扩张取得了明显的改善对黑色素的病变，在80年代开始应用Q开关的红宝石激光治疗太田痣取得较好的效果，到90年代也发展到双频Q开关Nd：YAG激光治疗色素性疾病获得了近乎完美的效果，在除皱方面，也由脉冲CO2激光发展到1994年的超脉冲CO2激光治疗(在白种人效果较好)，在1996年又发展到用2940nm的饵激光进行治疗，使黄色皮肤用激光除皱得以实现，脱毛从90年代初的红宝石激光，Nd：YAG开始，已发展到90年代末的半导体激光脱毛，取得更好的疗效。

以上所谈到的是属于高强度激光的发展，对患者病变进行汽化，切割，凝固和烧灼，发展到能选择性对病变进行破坏，而不损伤正常组织，达到治疗目的。

在激光治疗机，还配套生产如特殊用的光导纤维，激光内镜和介入性治疗的各类导管。激光用的裂隙灯，激光手术显微镜等，以及各类激光医疗设备所需的配套设备，均有专门生产的厂家供应。

另外，关于生物医学基础研究和临床诊断的激光设备也是国内外发展的重点领域，如激光荧光技术，激光喇曼技术，激光细胞分析技术，激光微束技术等，及其相应的激光设备，有的已形成产品，有的已在实验室中得以应用。

激光的性能参数

1.激光的能量和输出功率。在激光生物效应中必然涉及两个方面，激光的特性和生物组织的特性。表述激光特性的参数很多，但对生物医学来说，最有直接关系的参数是：激光波长、输出能量或输出功率、辐照能量密度或辐照功率密度、辐照光斑的大小、照射持续时间或是脉冲宽度。其中，最常用的参数是辐照功率密度或辐照能量密度，即照射功率(能量)除以光斑面积，前者称“辐照度”[W/cm2(瓦/厘米2)]，后者称“辐照量”[J/cm2(焦/厘米2)]，它们是评价任何生物效应的主要参数，也是评价临床治疗效果的主要参数。计算公式是：

功率密度= 辐照功率/光斑面积=P/πr2

能量密度= 辐照能量/光斑面积=E/πr2

式中，P为辐照功率，其单位为瓦(W)π为圆周率(约为3.14)R为光斑半径E为辐照能量，即辐照功率×脉宽，其单位为焦(J)。

一般连续激光是用功率密度表示，脉冲激光用能量密度表示。

激光照射到人体的剂量大小不同，引起生物效应也不同，一般说，使组织破坏来达到治病的目的，如烧灼、凝固、切割、汽化的办法，我们称之为强激光，或高功率激光非损伤性治疗，即激光作用于生物组织时，不造成生物组织不可逆的损伤，但刺激机体产生一系列的应答反应起到调节增强或抑制的功能，从而达到治病的目的，这种激光我们称之为低强度激光，或低功率激光，低强度激光，低能量激光。低强度激光又分为大、中、小剂量，小剂量可起到刺激作用，大剂量则起到抑制作用。

2.激光振荡方式。其中包括连续、脉冲和调Q等。连续激光对机体的主要作用是热作用，而脉冲激光对生物体的作用在热作用的同时，有不可忽视的压力作用，如果用调Q的激光，可以提高脉冲峰值功率。

3.激光波长。不同波长对机体作用不同，如红外激光对机体的作用是热效应红光和近红外线能更深地透射到组织深处，紫外波段对机体作用则是光化作用，各种不同波长激光对生物体作用有明显的不同效应。

激光模式：激光有多模和单模之分，其功率密度的断面图属于高斯型，即光斑中部的功率密度比边缘大得多，这种模式具有最好的相干性，又具有最好的方向性，故可以用作激光手术刀和全息照相。多模激光由于在工艺过程制造上容易，故制造出机器功率较大，在医疗上只用于局部照射。

4.激光偏振。因为光波是一种电磁波，光振动矢量偏重某些方向的现象叫偏振，具有偏振现象的光叫偏振光，激光器所发射的激光，由于其发光机理的特殊性，发出的光可能是偏振光，一般具有布儒斯特窗(Brewster window)的激光器所发出的激光就是完全偏振光，在医疗上可以用之诊断肿瘤，因为癌细胞和正常细胞的偏振角度不同，故可以区别癌细胞和正常细胞。另外，Mester证明只要是偏振光，不管其是不是相干光，对生物均有刺激作用，这是由于偏振的电场强度改变了细胞膜类脂双分子层的构象。从而影响膜表面特性如电荷分布的变化，继而可能影响与细胞膜有关的每一个过程，如细胞能量，免疫和酶的改变等。

5.作用时间。一般讲，激光对机体的照射时间越长，机体反应越强烈，照射时间越短，热向四周传递的机会越少，受热体积就越小，对四周组织的影响也越小。

激光生物效应

(1)生物组织的机械性质(密度，d性等)：组织密度高，则激光对它作用强度降低。

(2)热学性质(比热、热导率、热扩散率)：组织的热导率越高，则激光对它的作用也越大组织的热扩散率高，则激光对它的损伤越小电容量越大，皮肤温度上升越慢。

(3)电学性质：阻抗，极化率。

(4)光学性质(反射率、吸收率、透射、散射)：激光对组织的吸收率越高，则反应越大反射率、透射率越高，对组织的作用越小。

(5)声学性质：声阻、声吸收率。

(6)生物特性：组织的色素、含水量、血流量、不均匀性，层次结构等。组织色素越多，激光对它的作用越强。

由此可见，激光对生物组织的作用是由许多复杂因素所决定的，特别是生物组织的层次结构，使因素变得更为复杂。但激光照射生物组织中影响生物反应程度的主要因素是：激光的波长入射光的强度和激光发散角的大小辐射面积和辐射持续时间靶组织的吸收特性含水量和色素含量。

紫外光由于光子能量太大，不能为分子所吸收或储存，但能破坏酶，诱发基因突变等。对于红外光，则由于光子能量太小，只能使分子发生振动，转动，对生物组织加温。对于近紫外线，可见光直到近红外线，则可引起大部分在生命过程中至关重要的光化学过程。激光对细胞内生化过程的作用最重要的是阐明共振吸收的实际价值，以及当细胞内代谢物的最大吸收与所用激光波长一致时，则产生选择性损伤，这里就不详述了。

当激光照射体表和软组织时，从紫外到近红外波段，波长越长，透入越深，在红色和近红外时透入深度达到最大值，考虑激光生物作用时，生物组织的吸收系统和激光实际的透入深度有两个参数都需加以考虑，根据一些实验，可有下述结论：①有色组织比无色组织吸收大②有色组织的吸收有选择性③激光透过软组织易于透过皮肤。

光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光纤耦合器来实现。光纤耦合器又称光分路器、分光器，是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×N光分路器1...原理 可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种，熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。\x0d\x0a 熔融拉锥法就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路放在野外的情况更甚，这也是光分路容易损坏得最主要原因。对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。2...常用技术指标（1） 插入损耗。光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i个输出口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。（2） 附加损耗。附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。值得一提的是，对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。因此不同的光纤耦合器之间，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。对于1*N单模标准型光分路器附加损耗如下表所示：\x0d\x0a分路数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16附加损耗DB 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2\x0d\x0a（3） 分光比。分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。所以在订做光分路器时一定要注明波长。\x0d\x0a（4） 隔离度。隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大，在实际系统应用中往往需要隔离度达到40dB以上的器件，否则将影响整个系统的性能。另外光分路器的稳定性也是一个重要的指标，所谓稳定性是指在外界温度变化，其它器件的工作状态变化时，光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变，实际上光分路器的稳定性完全取决于生产厂家的工艺水平，不同厂家的产品，质量悬殊相当大。在实际应用中，本人也确实碰到很多质量低劣的光分路器，不仅性能指标劣化快，而且损坏率相当高，作于光纤干线的重要器件，在选购时一定加以注意，不能光看价格，工艺水平低的光分路价格肯定低。此外，均匀性、回波损耗、方向性、PDL都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置。

PD:partial discharge 局部放电　

PD 英文全名：Police Department 中文名：警察局、警察署 美国州市警察使用的缩写，例如华盛顿警察局DCPD、纽约警察局NYPD都是缩写。在警车、警用飞机、警艇、警员的帽徽上可以看到（各州、市管理不一致，也可能在衣服扣子或者臂章上）。

PD－－－对于WEB产品设计人员而言，它的意思是“产品设计人员”，即product designer。 相信习惯于互联网搜索引擎及百度词条的用户更想得到的是这个答案。

P/D --- 在纺织面料染色中，即 PIECE DYEING，匹染的意思。

PD：在IT企业中，一般是Product Director(产品主管)或Project Director(项目主管)的意思，比Project Manager(项目经理)级别要大

PD：在临床上，一般指疾病进展（Progressive Disease）。

PD：在QQ音速中，所做的每一个动作都有一个判定（即PD）。判定是根据游戏屏幕中间的节奏点/条来说的，做动作在左右两节奏点/条刚刚接触的那一霎那是最佳时期，此时判断为99%（没有100%）。若游戏中每一个动作判定都大于50%，直到游戏结束。

PD：光电二极管，photodiode. 通常指以光导模式工作的结型光伏探测器，应用于微弱、快速光信号探测方面。有众多种类，例如Si光电二极管、PIN Si光电二极管、雪崩光电二极管（APD)、肖特基势垒光电二极管、HgCdTe光伏二极管、光子牵引探测器、光电三极管等。

PD：单片机中电源控制寄存器PCON的掉电方式位。此位写1即启动掉电方式，此时时钟冻结。 PD；是Program Director 缩写，在韩国节目中指的是就是电视台节目总监、监制之类

PD 违约概率（probability of default）违约概率是指借款人在未来一定时期内发生违约的可能性。

PD还是Public Domain的缩写，即公有领域。是指权利不为个人专有，而由社会成员自由利用的法律状态。

PDl螺纹里面的中径 包括两层含义： 1，公有领域是相对于权利人专有权所控制的领域而言的，处于公有领域中的权利部分不受权利人的支配，社会成员得自由地、无偿地使用； 2，公有领域是相对于法律规定的特定的使用方式而言的，即在公有领域之中的权利，作者依法享有的专有使用方式失去了作用力。至于那些非法律明文赋予权利人的使用方式，则他人本来就可以采用而不受干涉。

PD；是PowerDVD的缩写，台湾讯连科技所开发的高品质的影音光碟播放程序，能让您的多媒体个人电脑具备播放高品质电影或进行卡拉OK欢唱的功能。能提供高解析度的 MPEG-2 视讯及细腻的 AC-3 环绕音效与Video CD的播放功能，也具有影像截取的功能，软件支持多国语言、包括中文。

PD光电二极管（Photo-Diode）与普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。不同在于，普通二极管在反向电压作用下处于截止状态，只能流过微弱的反向电流。光电二极管则是在反向电压作用下工作的，光电二极管在电路中不是被用作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。光电二极管在设计和制作时应尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。没有光照时，反向电流极其微弱，称为暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

---