皮膚科 王修含醫生

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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