雷射對皮膚的熱效應


皮膚科  王修含 醫師


        皮膚之類的生物組織,受到雷射照射後可產生熱效應,又稱為光熱效應,此為一般雷射手術的原理,亦為雷射光熱治療所採用的光生物效應。常用的雷射包括鉺雅克(Er:YAG)、銣雅克(Nd:YAG)、二氧化碳(CO2)、氬離子(argon ion)、鈥雅克(Ho:YAG)與二極體雷射(diode)等雷射系統,常見的脈衝寬度介於 1 μs至 1 min,或是使用連續波雷射輸出,典型的能量密度介於10-10^6 W/cm2。目標在於利用雷射輸入熱能,使組織達到目標溫度,得到光熱效應。


        依據目標溫度差異,生物組織在巨觀下可呈現凝結(coagulation)、汽化(vaporization)、碳化(carbonization)或熔化(melting)等外觀,其熱效應與區域溫度有關:


1. 小於攝氏60度:在未達60◦C的組織區域,具有高熱治療(hyperthermia)的效果。


2. 攝氏60-100度:當溫度高於60◦C時,組織會逐漸凝結,具止血效果,凝結後的組織會呈現壞死(necrosis)的狀態。


3. 攝氏100度:若組織溫度到達100◦C時,會出現汽化現象,常見於波長2940 nm 鉺雅克雷射的治療。水份可強烈吸收此雷射波長,進而汽化,當水分子汽化時,水的體積會迅速擴大,造成局部的微爆炸(microexplosion),並引發熱機械效應(thermomechanical effect),使局部組織消融,此現象稱為熱分解(thermal decomposition)。



圖:使用鉺雅克(Er:YAG)雷射,以磨皮法(dermabrasion)治療皮膚青春痘疤痕後的皮膚反應,可見到皮膚表面受雷射作用而汽化消失。(皮膚科  王修含 醫師攝)


4. 高於攝氏100度:當組織溫度超過攝氏100度時,例如使用連續波二氧化碳雷射照射皮膚,生物組織會開始呈現碳化現象,將有機成分中的碳原子釋出,所以組織會呈現黑色外觀。在使用雷射進行醫療行為時,應儘量避免碳化,因為在較低的溫度下,組織仍可因凝結而壞死,進而達到治療目的,而不必要的碳化,將干擾手術視野。此外,組織中的碳化物,也有引發異物肉芽腫(foreign body granuloma)的可能性。



圖:以高功率(大約3W)連續波二極體雷射,照射小鼠皮膚腫瘤造成的碳化現象 。(攝於台大基因體醫學研究中心實驗室)


5. 大於組織熔點:若溫度高過組織熔點,該組織將會出現熔化的現象。例如若以鈥雅克雷射照射牙齒,當組織因熱能的過度累積,到達攝氏數百度的高溫,牙齒內部由鈣與磷酸構成的的氫氧基磷灰石(hydroxyapatite)將會熔化,並於冷卻後出現氣泡狀外觀。


參考資料:


Niemz MH, “Laser-Tissue Interactions: Fundamentals and Applications”, Springer Berlin Heidelberg, New York, 3rd enlarged ed. (2003). ISBN: 978-3-540-72191-8



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