（一）激光生物学效应 激光生物学效应一般是指激光作用于生物体后产生的物理、化学或生物学的反应。激光生物学效应基本归为五类:激光生物热效应、激光生物光化学效应、激光生物压强效应、激光生物电磁场效应及弱激光的生物刺激效应。 1.热效应 热效应是激光生物学中最重要的一个效应。其机理有两种：一种是吸收生热；一种是碰撞生热。红外激光照射生物组织时，由于红外光子的能量小，被生物分子吸收后，不能产生电子能级跃迁，只能转变为生物分子的振动能和转动能，即增强了生物分子的热运动，这种生热称为吸收生热。可见和紫外激光照射生物组织时，由于可见光和紫外光子的能量较大，被生物分子吸收后，分子多由基态跃迁到激发态。激发态分子很不稳定，可通过与周围分子的碰撞，将多余的能量转换为周围分子的动能，即加快了分子的热运动，这种生热称为碰撞生热。红外激光的生热效率比可见和紫外激光高。 激光治疗中的大多数病例，其治疗原理都是基于热效应。组织对热的反应程度，根据温度的不同依次有热致温热、热致红斑、热致水疱、热致炭化、热致燃烧。强激光在临床治疗时基本上是用热致凝固、热致汽化两种热效应。如A+激光治疗鲜红斑痣、Nd:YAG激光治疗黏膜血管病变时，使用热致凝固效应使血红蛋白凝固，CC)2激光去除面部色素斑使用热致气化+炭化效应使色斑组织消失，都是利用激光的热效应。 温度与组织变化的对应关系见表5-1-1。
2.光化效应 当一个处于基态的分子吸收足够大能量的光子以后，受激跃迁到激发态，在它从激发态返回到基态，但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，发生了一个化学反应，即为原初光化学反应。在原初光化学反应过程中，形成的产物大多数极不稳定，它们继续进行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应。这前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程。这一过程大致可以分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型。光致敏化效应又包括光动力作用和一般光敏化作用。 3.压强效应 激光照射产生的压强效应有两种:一种是激光本身的辐射压力所形成的压强；另一种是激光作用于生物组织以后形成的气流反冲击、内部汽化压、热膨胀、超声压、电致伸缩压造成的。 4.电磁场效应 因为激光是电磁波，激光与生物组织的作用实质上是电磁场与生物组织的作用。当生物组织吸收激光能量时，可近似地把生物组织当作单相水溶液，可能发生两种现象：如果能量密度超过某一确定阈值，就会产生蒸发并伴有机械波；若能量密度低于该阈值，就会产生机械波而无蒸发。另外，激光可通过电场和生物物质起作用，可发生电致收缩、自聚焦、自俘获及受激布里渊散射等现象,这些现象可伴生机械效应。 5.生物刺激效应 当激光照射生物组织时，不对生物组织直接造成不可逆性的损伤，而只产生某种与超声波、针灸、艾灸等机械的和热的物理因子所获得的生物刺激相类似的效应，称为激光生物刺激效应。这种生物效应是低功率激光作用的结果，无法用前面述及的热作用、光化作用、机械作用和电磁场作用来解释。为了区别前者，我们将产生生物刺激效应的激光叫做“弱激光”，如毫瓦级的氮気激光和半导体激光。 目前已知弱激光照射可以影响机体免疫功能，对神经组织和功能有刺激作用，还可引起生物体内一系列其它的生物效应，对某些疾病有一定的防治效果。 弱激光的生物效应取决于激光的波长、能量、脉冲宽度和生物组织的分子结构等。弱激光对生物的调节作用已在分子、细胞水平和组织、整体器官水平分别得到一些实验验证。弱激光辐射已用于术后和外伤后促进伤口愈合、缓解疼痛、慢性溃疡和炎症的治疗，以及运动医学等方面。可见光、紫外线和红外线均已有临床和实验治疗作用的报道。不同波长下的光生物学作用，则需进一步探讨。弱激光的刺激作用和抑制作用，对创面、肌腱、毛细血管和淋巴管、骨、神经组织的再生作用等的作用机制也需要更多的实验及临床验证。 (二)影响生物学效应的因素 激光作用于生物体产生的生物学效应，不仅取决于激光器的种类、波长、照射方式等诸因素，同时也决定于受辐照生物组织的性质。 1.激光器参数的影响 (1)波长可见和红外激光产生热效应，紫外激光产生光化学作用，使化学键断裂。 (2)聚焦程度光斑的大小，可直接决定反应程度。如用CO?激光原光束或聚焦照射，产生汽化效应；用散焦照射可达温热或凝固效应。 (3)工作方式连续激光对组织作用基本上是热效应；而脉冲激光当峰值功率较高，脉宽较小时，还有不可忽视的压力作用。 (4)作用时间激光对组织作用时间越长，影响越大。 其次还有相干性、模式、偏振性等因素的影响。 2.生物组织的物理性质 (1)光学性质包括反射率、透射率、吸收系数、散射系数等。反射率越高，组织反应越小；激光对组织的吸收率越高，能量相对集中在很薄的一层组织上，则反应程度越大，穿透越浅；透射率越高，能量相对分散在很厚的一层组织上,穿透深,反应程度小。 (2)机械性质(密度、弹性等)如组织密度高，激光治疗时需要的功率密度就大。 (3)热学性质(比热、热容量、热导率、热扩散率等)组织的热导率高则激光对它的刺激和损伤就大。组织的热扩散率高，则激光对组织的刺激和损伤就小。 其次还有电学性质(阻抗、介电常数等)、声学性质(声阻、声吸收率等)等。 3.生物组织的生物性质 生物性质包括生物体所含色素、含水量、血流量、不均匀性、层次结构等。大量的临床实践证明，生物组织色素和水的含量多少是决定激光在组织中光分布的重要因素。 (1)色素不论何种激光，色素含量多的组织比色素含量小的吸收光能要多，色素和激光为互补色的组织，对该激光吸收最多，黑皮肤比白皮肤吸收激光要多。皮肤表层包含有黑色素，生物组织中所含的色素基本上是血色素。图5-1-7为血红蛋白和黑色素的吸收光谱。血红蛋白在440nm和560nm波长有一吸收峰，临床选择治疗微静脉畸形,单从波长因素考虑,应选择对血红蛋白吸收多的。而黑色素是随着波长的增加，对光的吸收呈下降趋势。
图5-1-7血红蛋白和黑色素的吸收光谱 (2)含水量生物组织含水比例相当高，水对不同波长光吸收的多少，决定了不同波长的激光在组织中的穿透深度。吸收系数小的，光可穿透至较深的位B吸收系数大的，光都被组织表层的水分所吸收，穿透较浅。图5-1-8是水的透射光谱，根据这个光谱，就可判断某种激光对组织作用深度的情况。如水对Nd:YAG激光比CO?激光对水的吸收系数要小，在临床上表现出Nd：YAG激光比CO?激光作用要深。图5-1-9是不同激光照射到生物组织上的作用深度示意图，可以清楚地比较出不同激光的穿透深度。结合图5-1-9,就可看到水对激光吸收的多少直接影响穿透深度。
图5-1-8水的吸收光谱
在讨论激光与生物组织相互作用时，上述两个因素占据重要位置。可见，激光生物效应的强弱，即与激光的性能有关，又与组织的生物性质有关。但上述诸多影响生物学效应的因素，反映到具体问题上就是光在组织中的分布，也就是组织的光学性质。 (三)生物组织的光学特性 1.皮肤组织的光学性质 皮肤对光有反射、吸收、透射、散射，对组织影响最大的是光的吸收。皮肤对红外光的吸收光谱见图5-1-10,对全皮的反射比、透射比、吸收比曲线见图5-1-11。
图5-1-10皮肤对红外光的吸收光谱
图5-1-11全皮的反射比(a),透射比(b),吸收比(c)曲线 (3)眼底对光的吸收到达眼底的光通过网膜、感光细胞层、色素上皮层、脉络膜、巩膜等逐层地被吸收。图5-1-13表示人眼底的吸收谱。
图5-1-13眼底吸收谱 3.血液组织的光学性质 人体血液透射率曲线见图5-1-14,随着波长的增加，光的透射越多，换句话说就是光的吸收越少。
图5-1-14人体血液透射率曲线 |
