(一)激光的定义
激光(Laser)是受激辐射光放大的英文(light amplification by stimulated emission of radiation)缩写,曾被直译为“莱塞”,我国香港和台湾地区将它译为“镭射”。20世纪60年代以来,随着激光技术的发展,一门新兴的边缘学科——激光医学(lasermedicine)开始逐步形成。它是研究激光对生物体的作用规律,将激光技术应用于医学基础研究、临床诊断和治疗的一门边缘学科。它不同于放射医学所用的是X、γ、β、α等射线,不是高能辐射,其光子与普通光的光子毫无区别。激光电磁波谱见图7-1。它常与光纤内镜、超声和电子计算机技术相配合。激光以其独特的优点,解决了传统医学所不能解决的许多难题,随着它的出现,需要住院的患者将减少,不能做的手术将变为可能。
(二)激光的物理学性能
1.激光的基本特性
(1)方向性好。谐振腔仅允许沿轴线向的光输出,故激光是定向发出的,光速发散角一般很微小。而一般光源发出的光是向各个方向发射的。该特性在医学上的应用,主要在于激光能量能在空间上高度集中,从而可将激光束制成激光手术刀等。
(2)单色性好。具有单一频率的光称单色光。描述单色性好坏的指标是谱线宽度(breadth of spectrum line,即光谱线强度为其最大值一半所对应的两个频率之差的绝对值)。谱线宽度越窄,单色性就越好。激光光源单色性是目前最好的。如He-Ne激光谱线宽度仅为2 Hz,其单色性较普通光源中单色性最好的氪灯谱线宽度要小上亿倍。激光的单色性,以气体最好,固体次之,半导体激光最差。
图7-1 电磁波谱
(3)亮度高,强度大。激光方向性好,能量高度集中,具有很高的亮度,尤其超短脉冲激光器的脉冲时间已可压缩到10-19~10-12秒,其峰值功率可达1013W,亮度可比普通光源高出1012~1019倍,是目前世界上最亮的光源。
(4)相干性好。频率相同、振动方向亦相同并具有相同振动相位差的两列波,称相干波。因为激光是受激辐射产生的,光子的产生都是相关的,即激光的发散角很小,相干性很强。光的相干性分为时间相干性和空间相干性。
2.激光的计量
(1)光辐射能量(E):辐射功率P和时间t的积E= Pt,单位是焦(J)。这是指连续工作的激光的计算方法,对脉冲激光,可用能量计直接测出。
(2)光辐射功率(P): P= E/t,单位是瓦(W)或毫瓦(mW)。在使用激光前需用功率计测量其功率输出,尤其是受自身零件影响较大并接有光纤耦合的激光器,如YAG激光。
测量功率须注意:①所测量的激光光斑应位于探头中心并小于探头面积;②功率计本身应定期标定。
(3)光斑:激光束光强沿径向减少至中央光强的13.5%处为光斑边缘。利用激光原光束做治疗时,可参考仪器指标中所给的光斑直径。临床上所用的激光经光纤耦合、关节臂、扩束或聚焦后在非焦点处治疗时的光斑大小,需操作者实际观测。
目前临床上常用的观测方法有:
CO2激光器:将激光打到黑纸上或将一薄白纸打湿,贴到任一金属上,激光照射后形成的孔径。
Nd:YAG激光:将激光打到激光转换板上形成的绿色荧光的光斑直径。
Ar+激光:带上防护镜后观测到的光斑直径。
He-Ne、Dye激光:可将红光调弱,直接观测。
(4)光的能量密度和功率密度:通过垂直于光传播方向的单位面积的光辐射能量称为该处光的能量密度(D),又称激光的物理剂量。D= E/S,单位通常用J/ cm2。
通过垂直于光传播方向的单位面积的光辐射功率称为该处光的功率密度(I),又称照射强度或光强度。I= P/S= E/TS,单位顺推。
临床操作时,D的实际计算较复杂,分述如下:
1)定点照射:激光光斑的大小等于受照面积,D的计算很简单,套入公式D=PT/S即可。须注意该种照射法病变面积小于照射光斑面积。
2)扫描式照射:该方法计算时应注意使用接受光照的实际面积。
其他须注意的不一一赘述。
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