激光生物效应及几样技术
光生物效应
光生物效应是指光与生物体相互作用而产生的各种效应。
这些效应包括但不限于以下几种：
1.热效应：光被生物体吸收后，可以转化为热能，使生物体的温度升高。
这种效应主要通过两种途径实现，一种是碰撞生热，生物体吸收可见和紫外激光后，受激的生物分子可能将其获得的光能，通过多次碰撞转移为邻近分子的平动能、振动能和转动能，使受照体温度升高。
另一种是吸收生热，生物体吸收红外光后，光能转变成生物分子的振动能和转动能，使温度升高。
2.光化效应：生物光化效应是指在光的作用下产生的的生物化学反应。
生命物质之所以能够活动、生长、复制、发育、修补、繁殖，生化作用起着决定性作用。
3.机械效应和电磁场效应：激光作用于生物体组织引发生物组织变化称之为激光生物电磁场效应。
此外，激光还可以引起生物组织的生物化学变化、生理变化和行为变化等。
这些效应在医学、生物学、农业等领域有着广泛的应用。
以上信息仅供参考，如有需要，建议您查阅相关网站。
激光治疗的工作原理是
激光治疗的工作原理是
激光治疗利用激光的热效应和非热效应,达到非侵入性疗法的目的,其工作原理主要有:
一、选择性光热效应
1. 激光光子被靶组织选择性吸收,转换为热能。
2. 造成局部组织的热坏死或凝固。
3. 用来治疗病变组织,如血管病变、肿瘤等。
二、光动力效应
1. 特定波长激光激发光敏剂,产生单线态氧。
2. 单线态氧对细菌和组织有毒害作用。
3. 常用来杀灭病原菌,治疗炎症等。
三、光生物刺激效应
1. 低能激光照射可刺激细胞生长代谢。
2. 激活细胞内一氧化氮、DNA合成等生物过程。
3. 促进组织修复,止血、消炎、疼痛治疗。
四、光机械效应
1. 超短脉冲激光产生空化空泡。
2. 泡体在激光作用下产生冲击波。
3. 用于无创穿透、碎石、切割等治疗手段。
五、光免疫调节效应
1. 激光改变细胞免疫活性,增强或抑制免疫应答。
2. 调节机体免疫功能达到治疗目的。
激光医学正在不断发展,开发更多治疗新途径。
激光器的参数调控与优化是实现理想治疗效果的关键。
激光的基本生物学效应
激光的基本生物学效应
激光（Laser）是一种高能量、高强度的光线，其基本生物学效
应包括吸收、散射、透明和反射等。
吸收是激光的最主要的生物学效应。
当激光照射到生物体的时候，生物体的细胞和组织会吸收激光的能量，从而产生一系列生物学效应。
激光的吸收能力与器官、组织、细胞的组成和其颜色有很大关系。
散射是激光照射生物体后的一个常见生物学效应。
激光散射的方
向与入射角度、物体的大小、形状、材质、表面等因素都有关系。
散
射会产生激光在组织内扩散的效果，这对于治疗病变组织有一定的治
疗效果。
透明是激光的另一个较为常见的生物学效应。
当激光照射到透明
的组织时，激光束会通过组织而不被吸收。
然而，随着光束的传播距
离越来越远，激光束的能量也会逐渐减弱，直至消失。
反射是激光的最后一个生物学效应。
当激光照射到光滑的表面上时，激光束会从表面反射出去，这种反射方式叫做反射效应。
反射效
应在激光在医学、军事等领域有很多应用。
综上所述，激光的基本生物学效应对于临床医学领域的应用非常
广泛，例如激光手术、激光治疗等都是利用激光吸收、散射、透明和
反射等效应完成的。
虽然激光在治疗方面有诸多优势，但同时也有一
些安全性问题需要关注。
因此，在利用激光进行治疗时，必须要注意激光的参数设置、组
织的吸收能力、以及激光对周围健康组织的伤害等诸多因素，以确保
治疗的效果和安全性。
激光生物热效应
激光生物热效应
激光生物热效应是指当激光束与生物组织相互作用时，由于吸收激光能量而导致的局
部组织升温现象。
激光生物热效应在现代医学中被广泛应用于医疗、生物学等领域。
激光生物热效应的基本机理是光能转化为热能。
当激光束通过生物组织时，组织中的
水分子会吸收光能并转化为热能，从而局部组织温度升高，产生生物热效应。
由于不同类
型的生物组织对激光的吸收能力不同，因此不同类型的激光可以对不同的生物组织产生不
同的热效应。
利用激光生物热效应进行医疗治疗是一种非侵入性的治疗方法。
例如，激光治疗腰椎
间盘突出是一种常见的激光治疗方法。
激光束可以通过皮肤渗透到腰椎间盘区域，并通过
局部的热效应减少椎间盘的膨胀，从而缓解椎间盘突出所带来的疼痛。
此外，激光治疗还
可以用于治疗癌症、青光眼和皮肤病等多种疾病。
不仅在医学领域，激光生物热效应在生物学和生物科技领域中也得到广泛应用。
例如，激光可以用来诱导细胞凋亡，促进细胞修复和再生等生物过程。
此外，激光还可以用于切
割和刻划细胞膜，研究细胞内分子的运动和代谢过程。
激光原理与技术
激光的光化学效应与光生物效应
光化学效应
激光能够激发化学反应，改变物质的化学性 质。光化学效应在光催化、光合成等领域具 有重要应用，如利用激光诱导化学反应合成 新材料。
光生物效应
激光对生物组织的作用，包括光热作用、光 化学作用和光机械作用等。光生物效应可用 于激光治疗、光遗传学等领域，如利用激光 进行视网膜修复、神经刺激等。
激光的特性
激光具有一系列独特的特性，如方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等。这些特性使得激光在科学研 究、工业生产、医疗诊断等领域具有广泛的应用价值。
02
激光器类型与技术
固体激光器
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02
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晶体激光器
使用掺杂有激活离子的晶 体作为工作物质，如 Nd:YAG激光器。
玻璃激光器
以玻璃为基质，掺入激活 离子制成的激光器，如钕 玻璃激光器。
变换特性
利用光学系统，如透镜组、反射镜、波片等，可以对激光束进 行变换，如扩束、缩束、旋转、偏振状态改变等。
激光束的聚焦与整形
聚焦特性
通过透镜或反射镜等聚焦元件，可以将激光束聚焦到极小的焦点上，实现高能量密 度的集中。聚焦后的激光束可用于切割、焊接、打孔等高精度加工。
整形特性
利用特定的光学元件或算法，可以对激光束进行整形，如生成特定形状的光斑、实 现均匀照明等。整形后的激光束可应用于光刻、显示等领域。
激光治疗
利用激光的生物刺激效应，对病 变组织进行照射，以达到治疗目
的。
激光手术
使用激光代替传统手术刀进行手 术，具有精度高、出血少、恢复
快等优点。
激光美容
通过激光照射肌肤，改善皮肤质 地、去除色斑、减少皱纹等。
激光通信技术
光纤通信
第三章 激光生物效应
激光生物效应：
指在激光辐照下，生物体可能产生的
物理、化学或生物化学反应及变化，是研 究发展激光生物学、激光医学和激光防护 技术的重要基础。
以往知识回顾
普通光对生物体所产生的作用有： 光合作用、生物过程的能量转移、生 物颜色、生物视觉、生物节律、光生物效 应以及光在生物进化过程中的作用等。
耐热性要比蛋白质强。
在 80 ℃、1h 作 用下，DNA 活 性基本不变
过强的激光辐照也势必对其遗传特性
产生影响。因此可利用这种效应进行激光
诱变育种、激光转化（基因工程）等。
1.3.3 对神经细胞的影响
神经细胞对温度变化很敏感，温度 稍有变化就会影响它们的正常活动。
神经细胞的传导速度随温度上升而加快，但
使生物体温度升高。
2）吸收生热：
生物体吸收红外光后，光能转变为生物
分子的振动能和转动能，使温度升高。
1.3 激光生物热效应对生物组织的影响 1.3.1 对蛋白质和酶的影响
蛋白质分子结构及特点；蛋白质变性和温度及
作用时间有关。
蛋白质分子量很高，组成和结构复杂，但维持
分子空间构像的次级键的键能较低 蛋白质分子不稳定，受外界因素影响而使其空间构 像破坏、理化性质发生改变，并失去其生物学功 能 蛋白质变性。
血细胞
2.白细胞
在血液中呈圆球形，比红细胞大得多，能产生
抗体，抵抗细菌、病毒等外来物质引起的感染。
白细胞有五种，按照体积从小到大分别是：淋
巴细胞、嗜碱粒细胞、中性粒细胞、单核细胞和
嗜酸细胞。
血细胞
白细胞数目少，细胞核明显，有炎症时，血中 的白细胞数目明显增加
1个白细胞处理 5-25个细菌后本 身也就死亡。死 亡的白细胞和细 菌构成脓液
激光的生物学效应
激光的生物学效应激光是一种高度集中的光束，具有独特的生物学效应，广泛应用于医疗、生物科学研究以及美容等领域。
激光的生物学效应主要包括光热效应、光化学效应和机械效应。
这些效应在不同的生物体中产生不同的反应，为科学家们带来了无限的探索空间。
光热效应是激光在生物体内产生的热效应。
激光的高能量光束可以被组织吸收，并转化为热能，导致局部升温。
这种升温可以用来消灭体内的病变组织，如肿瘤细胞。
通过调节激光的参数，可以实现对病变组织的精准治疗，同时最大程度地保护周围健康组织不受损伤。
光热效应还可以用于促进伤口愈合，加速组织再生，是一种非常有效的治疗方法。
光化学效应是激光在生物体内引起的化学反应。
激光的能量可以激发分子内部的化学键，导致分子结构的改变。
这种效应被广泛应用于生物标记物的检测和治疗。
例如，激光可以与特定的荧光染料结合，用于检测细胞内特定的分子，为生物学研究提供了重要的工具。
此外，光化学效应还可以用于治疗皮肤疾病，如痤疮和色素沉着，通过激活特定的药物来达到治疗效果。
机械效应是激光在生物体内产生的机械作用。
激光的高能量光束可以直接破坏细胞结构，导致细胞死亡。
这种效应被广泛应用于激光手术和激光治疗。
例如，激光可以用来切割组织、凝固血管、去除痣等。
在眼科领域，激光手术已经成为治疗近视、散光等眼部疾病的主要方法，取代了传统的手术方式，具有更高的安全性和精准度。
总的来说，激光的生物学效应在医学和生物科学领域发挥着重要作用。
通过光热效应、光化学效应和机械效应，激光可以实现对生物体的精准治疗，促进伤口愈合，检测生物标记物等。
随着科技的不断进步，激光技术将会有更广泛的应用，为人类健康和生活带来更多的福祉。
激光的生物学效应
激光的生物学效应激光是一种高能量、高聚光度的光束，具有独特的物理特性，因此在生物学领域中被广泛应用，并产生了许多重要的生物学效应。
本文将重点介绍激光在生物学中的几个重要应用领域及其生物学效应。
1. 激光在医学诊断中的应用及生物学效应激光在医学诊断中有着广泛的应用，例如激光扫描和成像技术。
激光扫描技术利用激光束扫描人体组织，通过测量反射回来的激光信号来获取组织的结构和功能信息。
这种非侵入性的诊断方法不仅可以提供高分辨率的图像，还可以在无创伤的情况下获取准确的生物学数据。
2. 激光在光动力疗法中的应用及生物学效应光动力疗法是一种将光敏剂与激光光束结合使用的治疗方法。
激光光束可以激活光敏剂，产生活性氧化物，从而破坏肿瘤细胞或其他病变组织。
这种治疗方法具有高选择性和局部疗效好的特点。
但是，激光光束的聚光度和能量密度对治疗效果有着重要的影响，过高的能量密度可能会对正常组织造成损伤。
3. 激光在眼科手术中的应用及生物学效应激光在眼科手术中是一种常见的治疗方法，例如激光角膜矫正术和激光白内障手术。
激光角膜矫正术通过改变角膜的形状来矫正近视、远视和散光等视力问题。
激光白内障手术则通过使用激光光束来破坏白内障组织，恢复视力。
这些手术一般是无创伤的，并且具有较快的康复时间。
4. 激光在皮肤美容中的应用及生物学效应激光在皮肤美容中也有着重要的应用，例如激光祛斑、激光嫩肤和激光脱毛等。
激光祛斑利用激光光束对黑色素进行选择性破坏，从而达到去除色素沉着的效果。
激光嫩肤则通过激光光束刺激胶原蛋白的增生，达到紧致皮肤的效果。
激光脱毛则通过激光光束破坏毛囊，从而实现永久脱毛的效果。
这些美容方法具有较好的效果，但使用不当可能会对皮肤造成损伤。
激光在生物学中具有广泛的应用，包括医学诊断、光动力疗法、眼科手术和皮肤美容等领域。
激光的生物学效应与激光的聚光度、能量密度和作用时间等因素密切相关。
因此，在使用激光技术时，必须严格控制这些参数，以避免对正常组织造成损伤。
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一般把产生生物刺激效应的激光称为“弱激光”。
当用弱激光照射生物机体时，激光本身只是一种 刺激源。生物机体对这种刺激的应答反应可能是 兴奋，也可能是抑制 。
7、电磁场效应
激光产生的电磁场作用于生物组织引起生物组织变化 称之为激光生物电磁场效应。
1972年—纽约州立大学 Lauterbur 首先提出了 利用磁场和射频相结合的方法来获得核磁共振 图像（两个充水试管MR像）。
布洛赫 (Felix Bloch)
帕塞尔 (Edward Purcell)
1973年——Lauterbur用反投影法完成MRI实验 室成像的工作。
1974年—Lauterbur 做出活鼠MR像。 1977年—英国阿伯丁大学的Hinshow和
1946年——美国加州大学Bloch和麻省哈佛大学 Purcell发现核磁共振现象，并用于化学分析。
60年代— 人们用磁共振技术检测了动物体内分布 的氢，磷，氮的 NMR 信号，开始了对生物组织 的化学分析研究。
1971年——美国纽约州立大学Damadian发现老 鼠正常组织与癌变组织氢原子核弛豫时间不同， 肿瘤的T1、T2时间延长。
1956年的选美比赛中，选手们甚至拍摄了X线，以展示她们标准的身材
数字化成像技术的出现, 不是为了创造一种满足感官需要的新影像
图像处理的最高原则， 是在优化( 美化?) 图像的同时,保持诊断信
息的正确性
美图秀秀
数字减影血管造影DSA由美国的威斯康星大学 的Mistretta组和亚利桑纳大学的Nadelman组 首先研制成功，于1980年11月在芝加哥召开 的北美放射学会上公布于世。
20世纪90年代中期，随着X线实时高分辨力平板 型探测器（FPD）的发明，数字X线成像（DR） 设备逐步兴起，并逐步推广。
1974年，美国Georga Town医学中心的工程师 Ledley设计出了全身CT扫描机，使CT的应用扩展 到全身各个部位的影像学检查。
第五代CT
Bottomley取得了第一幅人手腕关节剖面MR像。 Damadian 获得胸部 MR 像。
1978年——英国阿伯丁大学Mallard取得了人体 头部的磁共振图像。
1980年——完成了MRI全身扫描。
1989年— 国产 MR 机商品化。 1993年— 至今，MR 机更新换代发展迅速， 目
电磁场作用于生物组织时起作用的只是电场。激光的 电场强度与激光的功率密度有关。
总结：
热效应 通过发热与生物体发生作用
据机理划分：
非热效应 通过光压、电磁、光化学等方 式与生物体发生作用
据强度划分：
强光生物学效应 生物材料一般会发生汽化、 蒸发、热凝、热杀、切断 等变化
弱光生物学效应 生物组织一般不会出现大 的损伤，仅可能在遗传、 代谢等方面出现变化
激光扫描聚集显微镜操作培训_标清
一门新兴的成像技术，能够对包括生物组织在内的 强散射介质进行深度成像。OCT的优势在于高分辨 率（0.8～15微米）、无创、非接触测量，近年来 吸引了越来越多的关注。
光学相干层析成像仪（OCT）_标清
其核心部件是宽带光源照明的Michelson迈克尔逊干涉仪（如 图1所示）。光源发出的光经被分成部分相干的两个光束，一 束为参考光，一束为样品光。参考光经平面镜反射后返回；样 品光穿透样品，在样品的不同深度处都存在后向散射，后向散 射光被收集并按照原光路返回。在反射回的参考光和样品光产 生干涉，干涉光谱被光谱仪接收。分析干涉光谱就可以得到样 品不同深度处的反射信息，进行成像。
共焦显微镜与传统显微镜的区别
4. 由于点对点扫描去除了杂散光的影响
三. 激光扫描共焦显微镜的设计特点:
1.点照明 2.具有照明pinhole和探测pinhole 3.照明pinhole和探测pinhole共轭(共焦), 共焦
点即被探测点，被探测点所在的平面为共焦平 面 4.具有扫描系统—— 逐点扫描成像 5.具有多个（四个） 荧光通道，可同时探测多 个被标记物
5. 四个荧光通道, 一个透射光通道
即除了可同时采集多标记荧光图像外 还可以同时采集透射光图像,但透射光 图像为非共焦图像。
功能.
1.多荧光标记样品的高清晰度、高分辨率图像采集
2.无损伤、连续光学切片，显微“CT”
3.真正的三维重组 4.假三维图的显示 5.可沿Z轴（xy平面）和Y轴（xz平面）方向进行光切 6.定量分析 7.时间序列扫描: xyt 、xyzt 和 xt 扫描 8.图像处理 9. 旋转扫描 10.感兴趣区域扫描 11.光谱扫描
2.1 激光基础 2.2光在组织中的传播基础 2.3激光的生物效应 2.4 强激光手术的原理与方法 2.5 生物医学光学成像
用激光照射生物时，对细胞生命过程产生的刺激 和破坏作用称为生物效应。
激光生物效应一般是指激光作用于生物体可能产 生的物理、化学或生物学的反应 。
激光的生物效应主要表现在表2-1
一、热效应
静脉曲张激光手术演示-_标清 激光刺激坐骨神经
3、机械效应（压强效应）
当生物组织吸收激光能量时，如果能量密度超过某一 确定阀值时，就会产生汽化并伴有机械波，若能量密度低 于该阈值，就只产生机械波，这就是所谓的机械效应。
光不仅具有波动性，还具有粒子性，即光子有质量 有动量，因而光子撞击(照射)物体时必然会给受照处施 以压力，称为光压 。
前已形成以下几种形式：
综合型（0.3T—3.0T临床） 开放式（OPEN以低场为主） 专业型（神经、心脏、骨关节、乳腺等）
超高场机型（4.0T、7.0T、8.0T、9.4 T 、 17.6T 研究）
超高速型（扫描成像速度极快、亚毫秒级，具有 MR实时成像及多种功能）
核磁共振空间定位方法开拓者劳特伯 (Paul Lauterbur)
DSA具有微创、实时成像、对比分辨力高、安
全、简便等特点，目前，正向快速旋转三维成 像实时减影方向发展，从而扩大了血管造影的 应用范围。
计算机X线摄影（CR）是20世纪80年代开发的数 字式成像设备。
CR具有减少曝光量和宽容度大等优点，更重要的
是可作为数字化图像纳入图像存储与传输系统 （PACS）。
共焦显微镜与传统显微镜的区别 1.抑制图像的模糊，获得清晰的图像
共焦显微镜与传统显微镜的区别 2. 具有更高的轴向分辨率，并可获取连续光学切片
confocal
conventional
共焦显微镜与传统显微镜的区别
3. 增加侧向分辨率
d
d d 2 confocal
conventional
磁共振 EPI 序列发明者曼斯菲尔德
( Peter Mansfield )
除此之外，超声检查技术、核医学检查技术(又称 放射性核素显像)都是重要的医学影检查技术，这
些技术与上述各种检查技术，共同构建起医学影 检查技术体系。
需要的成像方式为：非侵入性，安
全，便宜，小型，且能够监测活体
组织内部处于自然状态的化学成分， 最好是实时.
应用
定位、定量 三维重组 动态测量
活细胞或组织内游离Ca2+分布和浓度的变化 测量 (Mg2+ 、Zn+ 、Na+ 、K+)
自由基的检测 药物进入细胞的动态过程、定位分布及定量 蛋白质的转位
活细胞内H+浓度（ pH值）的测量 线粒体膜电位的测量 荧光漂白恢复（FRAP）的测量 荧光能量共振转移（FRET）的测量 其他应用
老鼠头部血流分布图
2014年诺贝尔化学奖授予发展超分辨率荧光显微 成像技术的3位科学家，,他们分别是美国霍华 德· 休斯医学研究所教授Eric Betzig、德国马克斯 普朗克生物物理化学研究所教授Stefan W. Hell和 美国斯坦福大学教授William E. Moerner。
长期以来，光学显微成像技术的发展一直受制于一
个物理极限值的约束，也就是德国物理学家、显微 技术专家恩斯特· 阿贝在1873年提出的预言：光学
显微镜的成像效果被认为受到光的波长限制，无法 突破0.2微米、即光波长二分之一的分辨率极限， 此后被称为“阿贝分辨率”。在20世纪的绝大多数
时间里，科学家们都相信光学显微成像技术将永远 无法让他们突破到更细微的尺度上。
激光是高强度光源，它对生物体可产生一次压力和 二次压力，辐射压强为一次压力，热膨胀压强、声波 和蒸发压强、电致伸缩压强等为二次压力。
光动力疗法——抗癌“光子弹”_标清
6、刺激效应
当激光照射生物组织时，如果强度不是很高，就不会对 生物组织直接造成不可逆性的损伤，而只是产生某种刺 激作用，这与超声波、针刺、艾炙及热辐射等因子所产 生的效来自相类似，称为激光生物刺激效应。
The techniques and application of Confocal Laser Scanning Microscopy
人眼分辨率：
0.2mm
光学显微镜分辨率：0.25mm
共焦显微镜分辨率：0.18mm 电子显微镜分辨率：0.2nm
激光扫描共焦显微镜技术
原理小结:
Confocal 利用放置在光源后的照明针孔和放置在检 测器前的探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光通过 照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所 发射的荧光成像在探测针孔上，该点以外的任何发射光均被 探测针孔阻挡。照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点 来说是共轭的，因此被探测点即共焦点，被探测点所在的平 面即共焦平面。计算机以像点的方式将被探测点显示在计算 机屏幕上，为了产生一幅完整的图像，由光路中的扫描系统 在样品焦平面上扫描，从而产生一幅完整的共焦图像。只要 载物台沿着Z轴上下移动，将样品新的一个层面移动到共焦 平面上，样品的新层面又成像在显示器上，随着Z轴的不断 移动，就可得到样品不同层面连续的光切图像 。