光电技术为什么成了美容医生们的“必备武器”

随着“轻医美”理念的普及，皮肤光电美容治疗几乎成了所有医美机构的标配，光电技术也成了美容医生们的“必备武器”，不少设备看似操作便利，但要在光电治疗领域内“一往无前”，还需从技术原理到术后护理全面掌握。

 激光美容治疗的发展历程

1916年，著名物理学家爱因斯坦首次提出了“受激辐射”的概念，从而奠定了激光的理论基础，以后又在实验中得到了验证。1960年，第一台真正的激光器呱呱坠地，这是一台红宝石激光器，完成这一创举的是美国物理学家梅曼。

美国物理学家西奥多·哈罗德·梅曼制造了世界上第一台激光器

激光工作的原理是将光能转化成热能，造成靶组织细胞损伤，刺激新生细胞新陈代谢，达到治疗目的。1984年Rox Anderson教授提出的“选择性光热作用理论”开创了激光在美容领域里的应用，也很好地解释了激光美容的原理。

 激光的特性

1、单色性

激光是受激辐射的产物，光子的跃迁往往发生在固定的两个能级之间，频率分布非常窄，色度纯。

2、相干性

激光有极强的空间及时间相干性。从激光光源不同空间位点发出的光位相差不变，方向与波长也一致（空间相干性）；同一空间位点不同时间发射出的光也有固定的位相差（时间相干性）。强脉冲光是一种非相干光。

3、能量高度集中

在谐振腔的选择作用下，激光光束的发散角很小，光束能量高度集中，因而方向性极强、激光光源表面亮度很高、被照面上光强度很大。

4、平行性

激光光束在传播很长距离后光束仍保持平行而不发生弥散。

 激光对皮肤组织的生物学效应

 1、热效应  

激光通过热效应，经皮肤吸收后转化为热能使得组织温度升高，达到临床疗效。热效应与组织达到的温度和照射时间均有密切联系。

T=S²/D

（T为热传导时间，S为热传导距离，D为组织的热扩散率）

当皮肤温度达到43-44℃时，皮肤就会出现潮红；

45℃时皮肤开始有痛觉；

47-48℃可能出现水疱；

55-60℃时，皮肤出现凝固性坏死；

100℃时，组织中的水达到沸点而导致气化；

300-400℃以上时，皮肤组织会发生炭化，进而燃烧、气化。

以二氧化碳激光为例，其照射的皮肤组织可迅速达到极高温度，发生坏死与气化，从而实现临床治疗。

CO₂激光治疗通过损伤皮肤形成坏死柱促进皮肤再生实现治疗效果

 2、光机械作用 

光照射在物体表面时，光子与之碰撞产生的辐射压力称为光压，又称一次光压。

当高能量精密度的激光束照射于皮肤表面，产生大量热能，温度骤升，使组织液由液相向气相转变、组织热膨胀，产生数十乃至数百个大气压的冲击波，该作用称为二次光压。

以调Q激光为例，其治疗色素增生性皮肤病过程中，成熟黑素小体吸收光能后，急剧膨胀而“爆炸”，产生巨大冲击波，破坏黑素小体所在的黑素细胞，能量密度1J/cm²，脉宽5×10^-9s的调Q激光产生的冲击波压强可高达6.9×10⁷Pa。

Q开关激光用于黄褐斑治疗前（左）与治疗后（右）

 3、光化学作用 

光动力疗法（PDT）就是间接光化学效应的典型代表，常用的光敏剂包括5-氨基酮戊酸（5-ALA）及血卟啉衍生物（HpD）等，在一定波长激光照射下，产生大量单线态氧等自由基，通过自由基反应，引起生物膜的系列改变，破坏靶细胞，或通过凋亡途径达到靶细胞破坏目的。

光动力疗法治疗玫瑰痤疮：(a)治疗前；(b)3次治疗后1个月；(c)3次治疗后3个月；(d)6次治疗后3个月，DOI：10.1080/14764172.2018.1502455

 4、电磁场效应 

经过聚焦的激光产生的电磁场强度达到10^6-10⁹V/cm²时，会产生强电磁场，并通过激励、振动、谐波、自由基、双光子、多光子吸收、布里渊散射效应引起组织损伤，达到治疗效果。

 5、生物刺激作用 

多见于低功率激光照射，引起共振、量子迁移等，恢复生物等离子体的稳定，进而恢复机体正常的结构与功能。此外，还有研究表明，低功率照射对机体免疫系统具有双相调节作用，并可抗氧化，促进新陈代谢。

 选择性光热作用理论

【概念】当入射激光的波长与靶色基自身固有的吸收峰匹配，且照射时间短于靶色基的热弛豫时间（TRT）时，就可以选择性地破坏靶色基，而不损伤周围正常组织或仅造成轻度损伤，从而达到无创伤治疗的效果。

选择性光热作用（Selective Photothermolysis）理论于1984年由Parrish与Anderson提出，是激光发展史上的一个重要里程碑。Rox Anderson教授曾多次来到国内参与学术交流，他被称为“点阵激光之父”

选择性光热作用包括三要素

1、合适的波长

以治疗色素增生性皮肤病的调Q红宝石激光（波长694nm）为例，这一波长下来自氧合血红蛋白（418nm、542nm、577nm 3个吸收峰）的竞争性吸收很少，既能较好地为成熟黑素小体吸收，又有一定的穿透深度；

2、合适的脉宽

根据选择性光热作用原理，脉宽应短于靶色基的热弛豫时间，这就使激光产生的热能主要局限于靶色基，很少弥散到周围正常组织，造成损伤；

3、足够的能量

这是短脉冲激光治疗的必要条件。调Q技术使短脉冲激光得以在极短的时间内释放出高能量，功率高达10⁹-10¹²W，足以摧毁靶色基。

黑素、氧合血红蛋白、血红蛋白及水的吸收曲线

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皮肤中的色基可以选择性地吸收特定波长的光，如果色基的吸收光谱是已知的，那么可以选择合适波长的激光，对色基进行照射以得到理想的组织治疗作用。

在电磁波的可见光部分，激光的波长与穿透深度成正比，波长越长，穿透越深。可见光基本处在600-1300nm的范围，波长在300nm以下的激光能被蛋白质、黑色素、尿酸和DNA所吸收，因而穿透很浅，超过1300nm的激光，尽管波长较长，但由于水对激光的吸收性增加，其穿透深度受到影响，处在这一波长的激光，其主要色基为水。

水最大的吸收峰为2940nm(Er:YAG激光)，较大的吸收峰为10600nm二氧化碳激光；氧合血红蛋白吸收峰为波长415nm、540nm、577nm；脱氧血红蛋白吸收峰为波长430nm、555nm；黑色素，800nm以下的任何波长的光均可优先地加热表皮中的黑色素。短波长更易引起非常高的表皮温度，而长波长如1064nm可绕过表皮中的黑色素。

选择性光热作用原理应用于脱毛治疗

调整激光波长使之与色基吸收波长相一致有时是非常困难的。以血红蛋白为例，当波长为420nm时，吸收非常好，但穿透很浅，仅有100nm深，只能勉强达到真表皮连接处，不足以治疗深部血管（如鲜红斑痣）。所以，尽管577nm和542nm的吸收并不如420nm好，但由于穿透更深，并且黑色素吸收较少，是治疗皮肤深部血管较理想的波长。更长波长的激光由于穿透深，也被应用于较大的血管的治疗，例如595nm、910nm和1064nm激光。

 激光的分类

按照能量输出方式，激光一般分为以下3种类型：

 1、连续式激光 

激光的能量连续输出，这类激光对治疗靶的选择性不强，主要包括：二氧化碳激光、氩离子激光、氦氖（He-Ne）激光等；

 2、准连续激光 

这类激光的能量以脉冲形式输出，但输出的脉冲频率非常高，在皮肤组织上的生物学效应和实际临床效果都与连续式激光没有显著差异，所以称为准连续激光。

与连续式激光一样，准连续激光对治疗靶的的选择性也不强。主要的准连续激光包括：铜蒸气激光、氪激光、磷酸肽钾盐（KTP）激光等。

 3、短脉冲激光 

激光的能量以脉冲方式输出，脉宽很短，一般在纳秒（ns）与毫秒（ms）级。这类激光以选择性光热作用理论为基础，对作用靶具有高度选择性，而对周围正常组织则无明显损伤，从而可达到无创伤治疗的理想效果。

短脉冲激光的代表包括：调Q紫翠玉激光、调Q红宝石激光、调Q Nd:YAG激光、脉冲染料激光、调Q铒激光、超脉冲二氧化碳激光、调Q半导体激光等。强脉冲光的作用机制和方式均与短脉冲激光相近。

（未完待续）

本期内容主要概述了皮肤光电治疗的发展历程、生物学效应、技术原理及分类，下一期将介绍各种光电治疗设备的特点及应用要点。

参考资料：

Future Directions in Cutaneous Laser Surgery, Anthony M. Rossi, MD, Bruce E. Katz, MD, Dermatologic Clinics, January 2014

《皮肤激光医学与美容》，主编：卢忠