一、概述

激光即由受激辐射而产生放大的光，又称莱塞（Laser是英语“Light Amplification by stimulatedEmission of Radiation”的几个前缀的缩写）。

激光技术的成功被认为是本世纪最重大的四项科学成果之一（即原子能、半导体、计算机、激光）。

激光刚一出现，它的发展前景就引起人们的强烈兴趣，不久就相继出现了数百种能发射不同波长的相干光的激光器。1964年美国卡斯珀（Kasper）制成了第一台化学激光器。1966年兰卡德（Lankard）等人首先制成了有机染料激光器，到目前为止，全世界已生产了几千种类型的激光器，并研制成了高压气体激光器、高功率化学激光器、准分子激光器、半导体激光器、固体激光器、自由电子激光器和X线激光器等新品种。目前激光器输出功率最大可达10¹³W，最小为mw。

激光问世后，很快受到医学和生物学界的极大重视。1961年扎雷特(Zaret)，以后坎贝尔（Campbell）等人相继用激光研究视网膜剥离焊接术，并很快被用于临床。目前激光在临床上除气化、凝固、烧灼、光刀、焊接、照射等治疗应用外，在诊断和基础理论研究方面出现了许多新技术，如激光荧光显微检查，激光微束照射单细胞显微检查技术，激光显微光谱分析，生物全息摄影及细胞或分子水平的激光检测和微光手术等充分显示激光一系列独特性能。激光配合导光纤维的应用对各种体腔内肿瘤及其他疾患的诊治，以及结合各种内窥镜进行激光光敏疗法诊治腔内肿瘤新技术提供有利手段。目前已研究利用激光治疗心脏疾病和血管内斑块栓塞，包括冠状动脉粥样硬化阻塞后的激光血管再通技术已获成功。

基于医用激光的迅速发展，在激光生物医学领域中形成了一些专门学科，如激光分子生物学、激光细胞学、激光人体生理学、激光诊断学、激光治疗学、医用激光工艺学、激光防护学、分子生物激光工程学等。在诊治方面，激光已用于每一临床学科，最近据有人预测到本世纪末，应用激光技术诊治疾病的新方法将超过传统的诊治方法，激光技术将引起内外科治疗的一场“革命”。预计在本世纪末的五至十年内，激光技术将广泛应用于发现和治疗癌瘤，进行外科手术以及缝合血管、神经、肌腱和皮肤，治疗动脉硬化斑、血管栓塞和内科、皮肤科等的许多疾病。

白炽灯、日光灯、高压脉冲氙灯、激光灯的发光现象，都是光源系统中原子（或分子、离子）内部能量变化的结果。原子的能级结构是发光现象的物质基础，激光的产生，不外乎通过以下几个过程和步骤：

（一）激发

一般原子系统中，绝大多数的原子不是处于低能级的基态，而是处于高能级的激发状态的原子数目，相比之下是非常少的。例如：在室温（27～28℃）的情况下，红宝石晶体中处于基态的铬离子数目为激发态的10³⁰倍，因此，红宝石铬离子基本上是处于基态的。如果要使这些处于基态的粒子产生辐射作用，首先必须把这些基态上的粒子激发到高能级去，从低能级到高级去的这一过程称为激发或抽运。这个吸收能量的过程，称做光的受激吸收（图4-26-4）。激发的方法很多，主要是给基态粒子外加一定能量，例如光照、电子碰撞、分解或化合以及加热等。基态粒子吸收能量后即被激发，例如红宝石激发器就是脉冲氙灯照射的方法施加光能,使铬离子从基态激发到高能级的激发态上。又如氦－氖激光器通过电子与氦原子碰撞，使氦原子获得能量。氦原子通过碰撞又将能量传给氖原子，氖原子获得能量后从基态激发到高能级去。化学激发器是用分解或化合的方法作为激发能源。

由于原子内部结构的不同，在相同的外界条件下，原子从基态被激发到各个高能级去的可能性是不一致的。通常把原子从基态激发到某一能级上去的可能性，叫做该能级的“激发机率”。各能级的激发机率是不同的，有的很大，有的很小，这种机率取决于物质自身的性质。

（二）辐射

原子（或分子、离子）总是力图使自己的能量状态处于基态上，被激发到高能级后的粒子，力图回到基态上去，与此同时放出激发时所吸收的能量。基态是粒子能量最平衡最稳定的状态，从高级回到低能级去的过程称为跃迁，跃迁时释放的能量即辐射。跃迁的形式有以下几种：

1.自发跃迁　不受外界能量的影响，只是由于原子内部运动规律所导致的跃迁称为自发跃迁。这种跃迁释放能量的形式又有两种：一种是变为热运动释放能量，叫做无辐射跃迁；另一种是以光的形式将能量辐射出来，叫做自发辐射跃迁（图4-26-5）。自发辐射出来的光频率γ，由发生跃迁的两能级间之能量差所决定。

图4-26－5自发辐射（释放能量）

普通光源如白炽灯、日光灯、高压水银灯、氙灯等都是通过自发跃迁辐射产生光，这种光是非相干光。

2.受激跃迁　

由于入射光子的感应或激励，导致激发原子从高能级跃迁到低能级去，这个过程称为受激跃迁或感应跃迁。这种跃迁辐射叫做“受激辐射”。受激辐射出来的光子与入射光子有着同样的特征，如频率、相位、振辐以及传播方向等完全一样。这种相同性就决定了受激辐射光的相干性。入射一个光子引起一个激发原子受激跃迁，在跃迁过程中，辐射出两个同样的光子，这两个同样的光子又去激励其它激发原子发生受激跃迁，因而又获得4个同样的光子。如此反应下去，在很短的时间内，辐射出来大量同模样、同性能的光子，这个过程称为“雪崩”。雪崩就是受激辐射光的放大过程。受激辐射光是相干光，相干光有叠加效应，因此合成光的振幅加大，表现为光的高亮度性（图4-26-6）。

图4-26－6受激辐射（释放能量）

激发寿命与跃迁机率取决于物质种类的不同。处于基态的原子可以长期的存在下去，但原子激发到高能级的激发态上去以后，它会很快地并且自发地跃迁回到低能级去。在高能级上滞留的平均时间，称为原子在该能级上的“平均寿命”，通常以符号“τ”表示。一般说，原子处于激发态的时间是非常短的，约为10^－8秒。

激发系统在1秒内跃迁回基态的原子数目称为“跃迁机率”，通常以“A”表示。大多数同种原子的平均跃迁机率都有固定的数值。跃迁率A与平均寿命τ的关系：

由于原子内部结构的特殊性，决定了各能级的平均寿命长短不等。例如红宝石中的铬离子E₃的寿命非常短，只有10^－9秒，而E₂的寿命比较长，约为数秒。寿命较长的能级称为“亚稳态”。具有亚稳态原子、离子或分子的物质，是产生激光的工作物质，因亚稳态能更好地为粒子数反转创造条件。

（三）粒子数反转和激光的形成

当光子通过某一介质时，它可能被原子（或离子、分子）所吸收，从而使原子从低能级激发到高能级去，这个过程称为“共振吸收”或称光的受激吸收。另外，入射光也能引起处于高能级的原子发生受激辐射。

在一般情况下，处于低能级的原子数目远远超过处于高能级的原子数目。要想得到受激辐射，就必须先使原子（或离子、分子）激发到高能级去。人为地施加一定能量，使高能级上具有较多的粒子数分布，这种状态称为“粒子数反转”。产生粒子数反转的物质就称为活性物质。如何实现粒子数反转，下面以红宝石激光器为例加以说明。

红宝石激光器的激发是通过氙灯输送能量。E₁、E₂、E₃是铬离子相对应的三个能级，使铬离子从基态E₁激发到共振吸收带E₃上去，形成了E₃对E₂粒子数反转（图4-26-7（1））。但是由于E₃的寿命很短（即自发跃迁机率很大），因此铬离子的能级就很快地并且以无辐射跃迁的形式落入E₂中，同时放出热能。E₂是寿命较长的亚稳态，跃迁机率较小，因此E₂就积聚了大量的铬离子。当氙灯光足够时，则E₂上的粒子（铬离子）数就大为增加，此时E₂对E₁来说就出现了粒子数反转（图4-26-7（2））。若用E₂与E₁间跃迁相对应频率[γ＝（E₂-E₁）/h]的光子引发时，上述活性系统就可产生E₂对E₁的受激辐射。受激辐射可以使光放大，这种放大是由于该系统受激发时从外部吸收的能量和引发的能量一举放出的结果，如图4-26-8所示。

图4-26-7粒子数反转

处于粒子数反转状态的活性系统，可以产生“雪崩”。雪崩过程可以使光再次放大。该过程的继续进行，必须通过一定的装置，这种装置就是光学共振腔。从共振腔中持续发出来的、特征完全相同的大量光子就是激光。

（四）光学共振腔

激光所以具有良好的单色性、方向性以及较高的亮度，主要是取决于光学共振腔的作用。于工作物质的两端加上两快相互平行的反光镜，其中一块是全反射镜，另一块是半反射镜，这就是光学共振腔的主要结构（图4-26-9）。

在光学共振腔中的活性物质，受到外加能量的激励而产生的光子可以射向各个方向，但其中传播方向与反射镜垂直者，则在介质中来回反射振荡。在反射振荡的过程中，引发介质中其它活性物质点受激辐射，因此这种辐射的强度越来越大。由于受激辐射反复振荡产生的大量光子都具有相同的特征和一致的传播方向，因此决定了激光具有良好的单色性和准直的定向性。又由于光子来回不断地进行振荡，辐射强度借以得到极度的增大，因此又保证了激光的高度性。激光在光学共振腔中形成的过程如图4-26-10所示。

图4-26-8光的吸收与放大

图4-26-9光学共振腔示意图

三、激光的物理特性

激光本质上和普遍光线没有什么区别，它也可受光的反射、折射、吸收、透射等物理规律的制约。但是由于激光的产生形式不同于一般光线，故它具有一些特点。

（一）激光的高亮度性

一般规律认为，光源在单位面积上向某一方向的单位立体角内发射的功率，就称为光源在该方向上的亮度。激光在亮度上的提高主要是靠光线在发射方向上的高度集中。激光的发射角极小（一般用毫弧度表示），它几乎是高度平等准直的光束，能实现定向集中发射。因此，激光有高亮度性。

另外，激光的亮度也取决于它的相干性。相干性是一切波动现象的属性。光有波动性，因此也有相干性。

一般光源发射出来的光是非相干光，它是波长不等、杂乱无序的混合光束。由于非相干光的波长、相位、振幅极不一致。因此它们的合成波也是一条杂乱无章、毫无规律的曲线（图4-26-1），从中不易找出它的周期性来。普通光源如日光、灯光等所辐射的就是这非相干光线。

图4-26-1非相干辐射

发光系统中，处于激发状态的原子（或分子、离子）受相应的外界能量（例如入射光子）激励时，它就从高能级跃迁到低能级，同时释放出一个光子，这个被释放的光子和入射的光子是完全一样的。它们两者的波长、传播方向、振辐及相位都完全一样。这样的辐射波具有相干性，它们的谱线很窄。

根据波的迭加原理，如果两列波同时作用于某一点上，则该点的振动等于每列波单独作用时所起的振动代数和。因此，相干光的合成波就是迭加效应的结果（图4-26-2）。合成波的相位、波长、传播方向皆不改变，只是振幅急剧地增加了。因此，通过迭加后的光色不变，只光的强度极大地增加了。激光所以有高亮度的特点也是由于相干光迭加效应的结果。激光的亮度可以比太阳表面亮高10¹⁰倍。

一束激光经过聚焦后，由于其高亮度性的特点，能产生强烈的热效应，其焦点范围内的温度可达数千度或数万度，能熔化甚至于气化对激光有吸收能力的生物组织或非生物材料。如工业上精密器件的焊接、灯孔、切割；医学上切割组织（光刀）、气化表浅肿瘤以及显微光谱分析等这些新技术都是利用激光的高亮度性所产生的高温效应。

激光功率密度的单位为mw/cm²或W/cm²，能量密度为焦尔/厘米²。

（二）激光的高单色性

图4-26-2相干辐射

一般理疗上常用光源，有热光源（如白炽灯、红外线灯）和气体放电发光光源（如紫外线灯）。这类光源的发光物质比较复杂，以自发辐射形式产生光子，发出的光线很不纯，它们的谱线范围是连线的或是带状的光谱。

一般“单色光”被分光镜分解后，它也不是连续的色带，而是一条条独立的、并且具有特定位置的亮光，通常称这为谱线。临床上所谓的单色光也并非是单一波长的光，而是有一定波长的谱线。波长范围越小，谱线宽度越窄，其单色性也越好。因此，谱线的宽度是衡量光线单色性好坏的标志。

激光是物质中原子（或分子、离子）受激辐射产生的光子流，它依靠发光物质内部的规律性，使光能在光谱上高度地集中起来。在激光的发光形式中，可以得到单一能级间所产生的辐射能，因此，这种光是同波长（或同频率）的单色光。光谱高度集中时，其纯度甚至接近单一波长的光线，例如氦－氖激光就是6328的单色红光。

（三）激光的高度定向性

激光的散射角非常小，通常以毫弧计算。例如红宝石激光的散射角是0.18°，氦－氖激光只有1毫弧度。因此，激光几乎是平等准直的光束，在其传播的进程中有高度的定向性。手电筒照明时，由于光的散射角大，远达数十米后，光散开并形成大而暗淡的光盘。激光由于散射角小，可以准直地射向远距离目的物。1962年，将激光发射向月球，经过40多万公里的进程后，其散开的光斑的直径也不过只有两公里多。利用激光的准直性进行测距，从地球到月球之间的误差不超过1.5m。

由于激光的单色性和方向性好，通过透镜可以把光束集中（聚焦）到非常小的面积上，焦点的直径甚至可以接近激光本身的波长，这是普通光源所不及的。因为从普通光源中发射出来的光束向各个方向传播，它们是互不平行的光，所以通过透镜只能看到某种尺寸的物相（图4-26-3（1））。另外，从普通光源中发射出来的光含有很多波长不等的光成份，当通过透镜时，由于不同波长光的折射率不同，所以不同波长光的焦点不在一个平面上（图4-26-3（2））。只有激光才能辐射出几乎是平行的光束，并且波长一致（单色性好），因此可以聚焦成为很小的光点（图4-26-3（3））。聚焦激光光束的能量密度可以达到很高的程度，这种特点是临床外科和细胞外科使用光刀的决定条件。

图4-26－3普通光与激光聚焦效果的不同

（1）互为不平行的光束，不能集中到一点上

（2）互为不同波长光束，不能集中到一点上

（3）严格平行的等波长光束，能集中到一点上

光点的直径是由透镜的焦距和光束的发散角所决定，如果我们知道焦距的发散角的数值，就可以用下列公式计算光点的直径大小。

上式中，f为透镜的焦距（m），d为光点的直径（m），θ为光束的发射角（弧度）。例如，选择焦距为5cm的透镜，光束发散角为10^－4弧度，求光点直径。

根据上述公式从理论上推算：

d＝0.05×10^－4＝5μ

实际，常常由于激光器的质量不好（单色性程度差），影响到光点的高度集中，达不到理论上的效果。

四、激光的生物学作用基础

目前认为激光生物学作用的生物物理学基础主要虽光效应、电磁场效应、热效应、压力与冲击波效应。

（一）光效应

激光照射生物组织所引起的光效应中主要决定于组织对于不同波长激光的透过系数（T）和吸收系数（A）。不同的组织及组织中的不同物质对于不同波长的激光的透过系数和吸收系数是不同的，对组织的光效应大小由T与A的乘积决定。T·A的积愈大，则此种激光对该组织的光效应也愈大，例如：用于视网膜凝固，波长为6943的红宝石激光作用于视网膜时，T·A＝71％，这个数值比较大，故光凝固效果好，但对视网膜乃是波长为5750的激光的T与A的乘积最大，即光效应最佳。

组织吸收了激光的量子之后可产生光化学反应、光电效应、电子跃迁、继发其它波长的辐射（如荧光）、热能、自由基、细胞超微发光（生物化学发光，是自由基重新结合时释放出来的），可造成组织分解和电离，最终影响受照射组织的结构和功能，甚至导致损伤。

光化学反应在光效应中有重要的作用，普通光所引起的各种类型的光化学反应，激光也都可引起。

激光作用于活组织的光效应大小，除激光本身的各种性能外，组织的着色程度或称感光体（色素）的类型起着重要的作用，互补色或近互补色的作用效果最明显。不同颜色的皮肤，不同颜色的脏器或组织结构对激光的吸收可有显著差异。

在医疗和基础研究中，为增强激光对组织的光效应，可采用局部染色法，并充分利用互补色作用最佳这一特点。另一方面，也可利用此法限制和减少组织对激光的吸收。

（二）热效应

激光传播的频率与组织分子等的振动频率相等或相近，就将增强其振动，这种分子振动即产生热的机理，故也称热振动。在一定的条件下作用于组织的激光能量多转变为热能，故热效应是激光对组织作用的重要因素。分子热运动波长主要表现在红外线波段附近，因此二氧化碳激光器输出的红外激光对组织的热作用甚强烈，一定类型和功率的激光照射生物组织时，在几毫秒内可产生200～1000℃以上的高温，这是因为激光，特别是聚焦激光能够在微细的光束内集中极大的能量，例如：数十焦耳的红宝石激光或钕玻璃激光聚焦于组织微区，能在数毫秒内使该区产生数百度的高温，以致破坏该部位的蛋白质，造成烧伤或气化，而数十焦耳的普通光是根本无此作用的。此外，还发现激光引起的升温，当停止照射后，其下降的速度比任何方式引起的升温下降速度慢，例如：数十焦耳红宝石或钕玻璃脉冲激光引起的升温要下降到原正常温度，约需数十分钟。

（三）压强效应

当一束光辐射到某一物体时，在物体上产生辐射压力，激光比普通光的辐射压力强的多。若焦点处的能量密度为10⁸瓦/平方厘米，其压力为40克/平方厘米；当激光束聚焦到0.2毫米以下的光点时，压力可达200克/平方厘米；用10⁷瓦巨脉冲红宝石激光照射人体或动物的皮肤标本时，产生的压力实际测定为175.8公斤/平方厘米。

当激光束照射活组织时，由于单位面积上的压力很大，故活体组织表面的压力传入到组织内部，即组织上辐射的部分激光的能量变为机械压缩波，出现压力梯度。如果激光束压力大到能使照射的组织表面粒子蒸发的程度，则喷出活组织粒子，并导致同喷出的粒子运动方向相反的机械脉冲波（反冲击）——冲击波出现，这种冲击波可使活组织逐层喷出不同数量的粒子，最后形成圆锥形“火山口”状的空陷。

除上述由于强大的辐射压引起的反冲击压而形成的冲击波外，组织的热膨胀也可能产生冲击波。由于在短时间内（毫秒或更短）温度急剧上升，瞬间释放出来的热来不及扩散，因而产生加速的体热膨胀，例如：用60焦耳的红宝石激光照射小鼠腹壁，在几毫秒内腹壁形成半圆形突起，此即被照射的皮下组织处产生了爆炸性的体热膨胀。

因体热膨胀而在组织内形成的压力以及反冲压，都可产生弹性波向其它部位传播，最初是形成超声波，逐渐因减速而变为声波，进而变为亚声波形式的机械波，最后停止传播。

在组织的微腔液体层内，因超声波听传播同时可出现空穴现象，因空穴的积聚可造成明显的组织塌陷现象，有时又可产生数值较大的压缩冲击波，这一系列的反应均可造成损伤。

弹性波对组织的影响可远离受照射的部位，例如：用极微弱的红宝石激光照射人和动物的眼部时，在头皮层均可记录到声波和超声波。

在强激光束造成的极强的电场中，组织的电致伸缩现象也可产生冲击波和其它弹性波。

（四）电磁场效应

在一般强度的激光作用下，电磁场效应不明显；只有当激光强度级大时，电磁场效应才较明显。将激光聚焦后，焦点上的光能量密度达10⁶瓦/平方厘米时，相当于10⁵伏/平方厘米的电场强度。电磁场效应可引起或改变生物组织分子及原子的量子化运动，可使体内的原子、分子、分子集团等产生激励、振荡、热效应、电离，对生化反应有催化作用，生成自由基，破坏细胞，改变组织的电化学特性等；激光照射后究竟引起哪一种或哪几种反应，与其频率和剂量有重要的关系，例如：电场强度只有高到10¹⁰伏/厘米以上时，才能形成自由基。激光照射肿瘤时，只是直接照射一部分组织，但对全部肿瘤可有良好的作用，其中可能的作用机理之一，有人认为就是电磁场作用的结果。

五、激光的治疗作用

（一）激光的生物刺激和调节作用

激光与其它各种物理因子对组织器官机体的基本作用规律是相同的，即小剂量作用时具有刺激（加强）作用和调节作用。原则上不论使用哪一种激光均符合这一概念。以小功率激光为例介绍如下：

小功率的激光照射具有明显的生物刺激作用和调节作用。目前认为：小功率的激光照射的治疗作用基础不是温热效应，而是光的生物化学反应。

小功率的激光照射皮肤时，在光生物化学反应的基础上，可影响细胞膜的通透性，影响组织中一些酶的活性，如激化过氧化氢酶，进而可调节或增强代谢，可加强组织细胞中核糖核酸的合成和活性，加强蛋白质的合成；可使被照射的部位中糖原含量缯加；可使肝细胞线粒体合成三磷酸腺苷（ATP）的功能增强。

小功率的激光照射具有消炎、镇痛、脱敏、止痒、收敛、消肿、促进肉芽生长、加速伤口、溃疡、烧伤的愈合等作用。

小功率的激光照射可使成纤维细胞的数目增加，因而增加胶原的形成，可加快血管的新生和新生细胞的繁殖过程，基于其对代谢和组织修复过程的良好影响，可促进伤口愈合，加快再植皮瓣生长，促进断离神经再生，加速管状骨骨折愈合，促进毛发生长等。

小功率的激光照射不能直接杀灭细菌，但可加强机体的细胞和体液免疫机能，如可加强白细胞的吞噬功能，可使吞噬细胞增加或增强巨噬细胞的活性，可使γ－球蛋白及补体滴度增加；此外，微生物检查发现：激光照射可改变伤口部葡萄球菌对抗菌素的敏感性。

小功率的激光照射可影响内分泌腺的功能，如加强甲状腺、肾上腺等的功能，因而可调节整个体内的代谢过程；此外，并可引起周围血液和凝血系列的改变，其基本规律是具有调节作用。

小功率激光照射可改善全身状况，调节一些系统和器官的功能。用小功率的激光照射咽峡粘膜或皮肤溃疡面，神经节段部位，交感神经节、穴位等不同部位，与某些局部症状改善的同时，可出现全身症状的改善，如精神好转、全身乏力减轻、食欲增加、原血沉加快者于照后血沉减慢等。据报导：高血压患者经小功率激光照射治疗后，不仅可使血压降低，一疗程照射后还可使血液的凝固性降低，使血清中总蛋白的含量升高，血浆及红细胞内钾的含量升高。此外，据动物实验：用1.5mw的激光照射兔或狗的皮肤，对全身代谢有刺激作用；用1～1.5mw的激光照射兔眼，可引起全身性的血液动力学变化。

小剂量激光多次照射过程中可有累积效应，在临床工作中我们体会到：在激光照射的前两次往往不出现效果，而在三、四次照射后即可出现疗效，因此要呈现激光照射的疗效，需经过一定作用的累积过程。当然，也有一次照射后即出现疗效的情况，但这往往是局部症状的改善。

小功率的激光多次照射的生物学作用和治疗作用具有抛物线特性，即在照射剂量不变的条件下，机体的反应从第3～4天起逐渐增强，至第10～17天达到最大的限度，此后，作用效果逐渐减弱，若继续照射下去，到一定的次数后可出现抑制作用。根据上述的基本规律，我们认为，小功率的激光照射同一部位的次数，在一般情况下不宜超过12～15次，如需作第二疗程照射，则两疗程应有两周左右的间距。

对于小功率的激光的生物学作用机理，有人用А.Гурвич所提出的生物场的理论来解释，即机体的各项组织与器官之间除了神经控制和体液调节，还包含有复杂的能量关系，细胞和组织被生物场所包围，各种内外环境的不利因素可以破坏这种能量关系，导致病理过程的产生和发展。在1923的Гурвич的实验研究发现：细胞丝状分裂期所辐射的极微弱的紫外线（现今可以用光子计数器记录下来），可以刺激其它细胞的分裂，并认为这就是生物场存在的一个证明。西方学者的研究也证实了这一点。

1973年苏联学者在实验中发现“镜映细胞病理效应”，其要点是一个组织培养物的细胞在损伤和死亡时，与它同隔着一片石英的另一组织培养物里也发生了相应的损伤症状，从而生物场的理论又得到了一个新的论据。

在七十年代，有的学者以生物场概念为基础，又进一步提出：由于生物结构带有半导体的特性（特别是细胞内的膜），把机体可看成是一个巨大的晶体，有错综地组成的传导带。由于在膜的传导带里的代谢过程，保持着确定的自由电荷密度（生物等离子体）；在各种不利的内、外环境因素的影响下，生物等离子体的内稳态被扰乱，因而引起病理过程的发展。若激光的能量参数比较接近于代谢过程的能量的频率，当激光照射,通过共振作用可使生物等离子体恢复稳定，保持正常的能量级；氦氖激光的能量参数——波长6328，量子能量1.9电子伏特，接近物体的能量参数，当照射机体时，在传导带里发生量子移动，随着机体的能量平衡的改变，能促使恢复正常生理状态。

小功率的激光照射穴位时，通过对经络的影响，改善脏腑功能，从而起到治疗作用。在临床应用中我们体会到：激光穴位照射的效果如何，关键是在医学理论观点指导下，辩证论治，选经取穴的水平和经验，处理得当者，全身状况、脏腑征象、舌象脉象等均可效明显的好转。

（二）激光手术

激光手术是用一束细而准直的大能量激光束，经聚焦后，利用焦点的高能、高温、高压作用和烧灼作用，对病变组织进行切割、凝固、融合、气化。实验确定，切割人体组织所需的功率密度为10³～10⁵瓦/平方厘米。激光器所输出的光束的焦点功率密度达到上述要求，其光能几乎完全被大部分生物组织吸收到表层200μ内，因此易于控制切割深度，不仅用于体表病变的手术切割，而且70年代在苏联和西德先后用以给病人做了心脏手术，在捷克用以成功地做了心血管外科的动物实验和手术，76年在澳大利亚用以成功地切除了大脑肿瘤。新近利用激光导管对冠状动脉或肢体血管斑块、血栓阻塞患者进行血管再通术获得成功。

激光手术的优点和经验如下：

1.只要功率掌握适当，软硬组织均可切割，在一般情况下使用时。动物实验结果表明：80～100瓦切割后可一期愈合，病理切片检查结果损伤较轻；

2.出血量少，可在切面形成一层均匀的、粘合性良好的干性凝固区，因此对于直径1毫米以内的动脉，和直径2mm以内的静脉有封闭作用；适用于切割血管丰富的实质性器官，易于出血的或年老体弱的患者；清除烧伤创面的焦痂，可使其气化而无出血；

3.高能的激光束有直接杀死细菌的作用，故术后感染率显著降低；可用于切除坏死组织、疤痕组织，甚至死骨等；感染的创面术前无需准备即可手术；

4.皮下注射生理盐水造成人为的水肿，可减少组织损伤，因为水分对红外波长激光吸收性好，可防止热量迅速向周围传播，可减轻切面两侧组织的损伤；

5.激光切割时术者的熟练程度甚为重要，因为切面的深浅、组织损伤的轻重均与激光光斑停留的时间有关，时间长则组织损伤大，时间短则切割深度不够；

6.激光切割术疼痛较轻，甚至不痛，因为手术区的神经被热凝固；术后形成的疤痕也较柔软。

（三）激光治疗肿瘤

激光治癌主要是基于其生物物理学方面的特殊作用，即激光的高热作用可使被照射部位的温度升至500℃，当温度升至300℃时，肿瘤即被破坏，激光照射后的1分钟内可保持45～50℃的温度，继续对肿瘤起作用；激光的强光压作用（机械能作用）可使肿瘤表面组织挥发，使肿瘤组织肿胀、撕裂、萎缩，并可产生二次压力作用。激光治癌可能与其对免疫功能的影响有关；激光可使癌细胞膜变形，故可能将整个肿瘤作为一个导体来标志，从而引起免疫反应，这种理论的证据是：激光治疗恶性眼黑色素瘤时，三周后才观察到明显的好转，三周就是抗原抗体反应所需要的时间。钕玻璃激光（1000～2000焦耳/平方厘米）照射小白鼠的黑色素瘤，34小时后血清噬菌活性升高，14天后血清中白蛋白减少，α—和γ—球蛋白增加；同时受照射动物脾内与形成抗体有关的细胞的数量显著增加（达7％）黑色素瘤动物是3％，正常动物是0.5％)，同时血清中出现正常动物或未经照射的患癌动物血清中所没有的抗肿瘤抗体。

输出量为20焦耳的激光照射小白鼠的黑色素瘤后，取受照射部位附近1～1.5毫米的肿瘤组织，电子显微镜检查发现：细胞的核和核仁似无改变；内质网、高尔基复合体和线粒体肿胀或发生空泡。输出能量为200焦耳的激光照射小白鼠的黑色素瘤后，用显微分光光度法测定DNA含量的结果表明：在照后1小时细胞核内DNA含量增加，以后逐渐下降，至5～6天时，细胞核完全溶解。

近年激光与光敏药物综合应用诊治肿瘤有了显著发展，当前使用的光敏药物主要为血卟啉衍生物（HPD），使用的激光主要是以氩激光为泵浦的有机染料激光（红光），氩激光，氪激光，结合内窥镜和光导纤维等技术，用以诊治腔内及体表的癌症。

（四）激光在心血管疾病方面的应用

由于有些激光可以通过光导纤维传输，激光的能量可以通过各种内窥镜，包括血管镜或导管进入血管内治疗各种疾病。低能量的激光血管内照射血液其有抗缺氧、抗脂质过氧化、改善血液流变学性质和微循环障碍，增强免疫等功能。

在心脏及血管方面，激光治疗周围血管、冠状动脉，以至颈动脉等的血栓、动脉粥样斑块等，此外治疗糖尿病、心肌炎、肺炎及急性胰腺炎等均有报道。激光可作心脏节律点的消隔而治疗难治、危重的心律失常；心瓣膜粘连的治疗，房间隔造孔矫治先天性心脏病治疗等。激光心肌打孔，则是用激光从心包面向心内膜面击穿许多微孔，使心腔与心壁肌肉间有微血窦相能，因而能直接改善心肌供血，此法很有实际意义。激光血管吻合则使得血管吻合比以前快速、可靠，在许多外科手术中有着很大的潜在意义。

（五）激光在外科以及耳鼻喉科方面的应用

激光在皮肤、外科方面的应用最早、最广，自不用赘述。近几年的发展，接触式激光的应用，使激光在外科的应用更快捷方便。根据接触激光的创始人Joffe报告，最近又有新一代的接触式激光研制成功，利用腹腔镜、内窥镜，激光可以作胆囊切开术，迷走神经切除术、幽门肌切开术等等，激光胆道吻合术、激光大肠吻合术以及输精管吻合术。开腹手术中利用激光热止血效应，对肝癌等容易出血的肝组织作激光切除与消融等等的研究报告亦很多。对于骨的手术，有人报告用Er:YAG或Ho:YAG作消融术，亦有人报告用自由电子激光（2.9μm与3.1μm）作骨的切除。利用激光的止血功能，有人报告在完全抗凝情况下的病人作激光手术取得成功，为抗凝不能手术而又必须手术抢救者提供了一条生路。

（六）激光在神经外科方面的应用

用激光治疗脑及脊髓肿瘤的报告很多。以激光照射脑组织对损伤区超微结亦做出了较好的研究结果。这项治疗主要是利用激光热作用气化肿瘤，比手术刀切除脑组织方便、出血少。近又有人报告在核磁共振控制下以Nd:YAG激光按立体排列方式作组织间热治疗脑肿瘤（Stereotacticalinterstital thermo-therapy），这是一种新的尝试。PDT治疗脑瘤或以PDT作脑瘤手术后照射以防止癌灶的遗留复发都已有了一定的经验。目前以较低功率激光的热作用神经的吻合正在许多单位中进行研究，一旦成功又能解除很多人的痛苦。

激光神经吻合术：采用低中功率聚焦后微束激光在神经断面对接良好的情况下进行。对神经再生具有对位好，恢复快不产生吻合处神经纤维瘤等特点。

（七）激光在妇科的应用

CO₂激光、Nd:YAG激光及PDT治疗外阴及宫颈病变诊断早期癌变已是众所周知。在腹腔镜的直接观察下，用CO₂激光或Nd:YAG激光作卵巢囊肿、肿瘤、子宫内膜异位、子宫肌瘤的切除及输卵管吻合，输卵管粘连的解除等手术以取代常规的剖腹手术，这类手术简便、经济、痛苦少。

六、激光治疗法分类

（一）激光疗法分类

1.原光束照射　可用于照射病变局部、体穴、耳穴、植物神经节段部位、交感神经节、体表或头皮感应区等。

2.原光束或聚焦烧灼　可使被照射的病变组织凝固、碳化、气化。

3.聚焦切割（即激光刀）用于手术切割。

4.散焦照射　用于照射面积较大的病变部位。

为使激光聚焦或散焦常用锗透镜，激光束通过锗透镜后即聚焦，离开焦点后扩散呈离焦效应，距焦点愈远，激光的功率密度愈减弱，在焦点部可用于手术切割。<

（二）激光治癌方法

1.合理选择波长　

肿瘤细胞对不同波长激光的选择性极明显，因此在激光治疗时应选择最适宜波长的激光。如果激光照射须透过正常组织的透过率为T，须治疗的肿瘤组织的吸收率为A，则选用激光的波长应使T·A的积尽可能大。

2.确定适宜的剂量　

根据肿瘤的性质、部位、大小、色素沉着程度、血管分布和激光的性质而定。激光治癌一般不宜也不需要一次破坏，多采用反复多次治疗，随时间的延长肿瘤可缩小或消失，因此治疗剂量总比破坏剂量小。

3.激光治癌时，有人提出由于强光压产生的机械能，有可能造成癌细胞游离并转移到周围或更深的组织及血管和淋巴管中去，因此应尽可能避免使用大功率短脉冲的激光束，以采用连续辐射或长脉冲辐射的激光为宜。

4.为防止激光治癌时的癌细胞游离转移，在照射病变组织之前可先照射其周围（约5毫米左右）的健康组织。

5.激光束应聚焦于肿瘤中心，垂直照射肿瘤表面。

6.开腹照射肿瘤组织时，应尽可能使光斑覆盖全部瘤体。

附：使用激光器的注意事项

1.激光器须合理放置，避免激光束射向人员走行频繁的区域，在激光辐射的方向上应安置必要的遮光板或屏风。

2.操作人员须穿白色工作服，戴白色工作帽；操作人员与接受面部治疗的患者均须戴防护眼镜。

3.无关人员不准进入激光室，更不得直视激光束。

4.操作人员应做定期健康检查，特别是眼底视网膜检查。

附：防护措施

1.室内四壁勿涂光滑白色油漆，因其反射率可达80％以上。根据激光受其补色物体的吸收最大，因此宜选其补色，如波长为6943的红色激光（红宝石激光）的补色是蓝色，使用红宝石激光时，用蓝色颜料粉刷四壁为宜。从理论上讲，以黑色为最好，因为它可以最大限度的吸收射向它的各色激光。

2.门窗玻璃反光性能强，应采用黑色幕布遮蔽，或涂色，或换有色玻璃。

3.装备通风、抽气设备，以防止污染的空气对人员的伤害。

4.室内灯光应充分明亮，因光线较暗时瞳孔散大，受激光照射进入眼内的光能增多；尚由于眼球的高倍聚光作用，对眼的损伤加重。