皮膚科 王修含醫生

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皮膚對雷射能量的吸收，會受到環境溫度影響嗎？

皮膚科醫師  王修含

「皮膚對雷射能量的吸收，會受到不同環境溫度的影響嗎？」，也就是在不同的溫度下施打雷射，是不是會讓皮膚吸收到不同的雷射能量？答案是「不會！」，為證明這個結果，筆者做了一個簡單的仿體實驗(phantom study)，分析如下：

一、皮膚雷射的治療原理

哈佛大學兩位皮膚科醫師R Rox Anderson與John A Parrish於1983年，提出「選擇性光熱分解」（selective photothermolysis）理論後，皮膚雷射醫學展開大幅的發展，並奠定現代醫學美容雷射的基礎。

皮膚組織有三種雷射作用的目標，稱為「載色體」（chromophore）：黑色素、氧合血紅素，與水分子。每種標的物各有合適的吸收波長，故可選擇相對應雷射來將它們破壞。皮膚的各種構造具有不同的「熱緩解時間」（thermal relaxation time），亦即組織吸收能量昇溫後，在未傳導熱量至鄰近組織的情況下，90%的組織立即降溫至最高溫度一半所需之時間，此時間約與組織直徑平方成正比。標的物暴露於雷射光束的時間稱為「脈衝寬度」（pulse duration）。每單位面積接受的雷射能量稱為「能量密度」(fluence)。若以特定波長，能量密度充足的雷射光束，以小於或等於標的物「熱緩解時間」的「脈衝寬度」照射皮膚，則可選擇性地以熱能分解標的物，但不使這些熱能釋放至周圍的組織，減少不必要的傷害，此即「選擇性光熱分解」(selective photothermolysis)的治療原理。

在這個治療理論中，載色體對於雷射能量的吸收，與本身的吸收係數(absorption coefficient)有關，但載色體的原始溫度，是否會改變它們的吸收係數，進而影響對於雷射能量的吸收？這個結果，可用實驗證明之。

二、載色體吸收係數與溫度的關係

筆者以呈現洋紅色(carmine)的壓克力廣告顏料(acrylic colors)水溶液模擬皮膚的載色體，並以積分球(integrating sphere)測定其吸收係數。如果溫度會影響載色體對於雷射能量的吸收，應該會反映於吸收係數的變化。

        本實驗測量了五種不同溫度下的吸收係數：40.2℃、34.6℃、29.6℃、28.5℃、28.2℃，其中28.2℃測量三筆，做為觀察系統誤差(systemic errors)的內部控制(internal control)實驗。由積分球的測定結果，顯示吸收係數與溫度變化無關，結果如下圖：

圖：探討在不同溫度下，洋紅顏料對於600-1200 nm之間的光線波長，其吸收係數的變化，可見到溫度並不影響吸收係數的變動趨勢。(實驗地點：台大電機學院明達館，製圖軟體：MATLAB)


圖：將上圖放大，探討在不同溫度下，洋紅廣告顏料水溶液在波長800nm附近的吸收係數。

在此五種不同溫度的七筆數據中，其中攝氏28.2度共測試3筆做為控制實驗，發現吸收係數的變化應為系統誤差所致，與溫度並無關聯。因此「皮膚對雷射能量的吸收，並不會受到不同環境溫度的影響！」

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