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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 AndersonJohn 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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