Nd:YAG激光治疗机脉冲宽度与能量关系的探讨

陈凤萍 刘婧莹 吉林省医疗器械检验所 （长春 130062）

Nd:YAG激光治疗机脉冲宽度与能量关系的探讨

陈凤萍 刘婧莹 吉林省医疗器械检验所 （长春 130062）

该文通过对2015年国家医疗器械监督抽验中掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）激光治疗机的检验，在完成常规检验的同时，对脉冲宽度与激光输出功率/能量之间的关系进行探索性研究，通过实际检测数据来说明它们的关系。

激光治疗机 脉冲宽度 激光能量 激光功率

1.引言

20世纪60年代世界上第一台激光器的出现开辟了激光技术发展的新时代。激光器的出现对世界各国国民经济、国防建设、科学技术及日常生活产生了深远的影响，特别是在医学领域，激光发挥越来越重要的作用。

激光是一种受激辐射的光放大，其物理基础是受激辐射。激光具有高单色性、高方向性、高相干性和高亮度高等特点，因此激光与物质相互作用时产生许多新的现象，由此派生出许多新的学科分支。激光医学的发展正是以激光技术的发展为基础的。在生物医学领域中，激光对生物有机体包括对人体组织的作用，是目前国内外许多物理学家和医学激光专家在积极探索的一个新兴学科。

激光的相干性非常好，在医学领域具有广泛的应用前景。利用激光与生物组织产生的不同生物效应（包括热效应、光化学效应、生物刺激效应等），可以治疗、诊断多种疾病。目前用于医学治疗的激光器主要是Nd:YAG固体激光器和CO2气体激光器。两者各有优缺点，从生物效应看，CO2激光能被生物组织（主要成分是水）强烈吸收，切割效率高，而Nd:YAG激光对生物组织的穿透深、热灼伤小且凝固、止血效果好。在光束传输方面，Nd:YAG激光可用光纤传输，操作灵活、简单，能有效接近病灶，临床使用方便[1]，而CO2气体激光器不能用光纤传输。此外，Nd:YAG激光可以在连续工作方式下工作，也可以在脉冲工作方式下工作，辐照方式有非接触式、接触式两种，加上激光器体积小、可靠性高、价格较低等优点，因而其医学性能较CO2气体激光器而言更优越，已广泛应用于外科、内窥镜、肿瘤、皮肤色素疾病、血管性皮肤病变等领域的临床治疗。特别是在脱毛和治疗血管性皮肤病变方面，由于激光对周围组织热损伤小，具有无流血、无疤痕、不易感染等优点而得到了广泛的应用。近年来，人们在激光治疗血管类疾病和皮肤色素类疾病及激光美容方面做了大量的临床研究，医学研究表明：重复率Q开关Nd:YAG激光器在激光医学中有着新的应用前景。其中包括两类，一类是双脉冲Nd:YAG激光治疗皮肤类疾病，另一类是用重复率Nd:YAG脉冲激光治疗血管类疾病。

美国医生Anderson和Palrish在1983年提出了“选择性光热解作用”原理，此原理为激光美容奠定了理论基础[2]。随后的十几年里，激光技术发展迅速，大量不同波长的激光器在医学领域陆续涌现。它们的出现使得色素类疾病以及血管类疾病的治疗取得了突破性进展[3～5]。

2.实际检验数据

常规检验的主要性能指标为激光波长、终端输出激光功率/能量不稳定度、终端输出激光功率/能量复现性、脉冲宽度、脉冲频率。激光波长在日常注册检验、监督抽验中很少出现不合格情况，皮肤组织对不同波长激光的吸收程度不同，所以正确选择波长才能达到预期的治疗效果。如1064nm激光，皮肤中的黑色素强烈吸收这个波长的激光，所以用1064nm激光来治疗纹身。终端输出激光功率/能量不稳定度和终端输出激光功率/能量复现性主要考察激光治疗机工作一段时间内的稳定性和激光治疗机每次开机后输出值的复现性，保证激光治疗机的稳定度和复现性可以防止治疗过程中以及每次开机后激光输出功率/能量突然升高，避免给患者和操作者带来辐射伤害。脉冲宽度及重复频率决定了激光的峰值功率，这是激光治疗机中的一个重要参数，直接影响治疗效果。

脉冲宽度与激光输出功率/能量的探索性研究，通过将治疗机设置在不同功率或能量下（波长1064nm/532nm），利用功率/能量计、光电探测器、数字荧光示波器等仪器检验其脉冲宽度。检验数据如表1、表2、表3所示。为了方便，给三台激光治疗机分别编号为1号、2号、3号激光治疗机。

表1 . 1号激光治疗机脉冲宽度与激光能量数据1 0 6 4 n m激光 5 3 2 n m激光激光能量( m J ) 脉冲宽度( n s ) 激光能量( m J ) 脉冲宽度( n s ) 1 0 0 1 1 . 6 2 0 1 2 . 4 2 0 0 1 2 . 0 1 0 0 1 2 . 4 3 0 0 1 2 . 0 1 6 0 1 2 . 2 4 0 0 1 1 . 8 2 0 0 1 2 . 4 5 0 0 1 2 . 0 2 6 0 1 1 . 6 6 0 0 1 1 . 6 3 0 0 1 2 . 0 7 0 0 1 2 . 0 3 6 0 1 2 . 0 8 0 0 1 0 . 4 4 0 0 1 1 . 6

图1. 1号激光治疗机波长为1064nm时脉冲宽度与激光能量的变化关系曲线

图2. 1号激光治疗机波长为532nm时脉冲宽度与激光能量的变化关系曲线

图3. 2号激光治疗机频率为40Hz时脉冲宽度与激光能量的变化关系曲线

图4. 3号激光治疗机输出脉宽为5ms时单脉冲宽度与激光能量密度的变化关系曲线

图5. 3号激光治疗机脉冲串宽度为300ms时单脉冲宽度与激光能量密度的变化关系曲线

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表3 . 3号激光治疗机脉冲宽度与激光能量密度数据设定输出激光脉宽0 . 3 m s 设定输出激光脉宽5 m s激光能量密度( J / c m2) 脉冲宽度( μ s )激光能量密度( J / c m2)脉冲宽度( m s ) 1 5 3 7 0 1 5 4 . 3 2 2 0 3 8 6 5 0 4 . 6 8 2 5 3 9 6 1 0 0 4 . 8 8 / / 1 5 0 4 . 9 2 / / 2 4 0 4 . 9 2

脉冲宽度与激光能量密度光脉宽4 0 m s (脉冲串的宽度，每个脉冲串里有6个相同的脉冲)激光能量密度( J / c m2)单脉冲宽度( μ s )脉冲串宽度( m s ) 1 5 4 6 0 4 0 . 0 5 0 5 6 0 4 0 . 0 1 0 0 8 0 0 3 9 . 8 2 0 0 8 8 0 4 0 . 0 2 4 0 9 0 0 3 9 . 8

表5 . 3号激光治疗机单脉冲宽度与激光能量密度数据设定输出激光脉宽5 0 m s (脉冲串的宽度，每个脉冲串里有6个相同的脉冲)激光能量密度( J / c m2)单脉冲宽度( μ s )脉冲串宽度( m s ) 1 5 4 2 0 4 9 . 8 5 0 6 0 0 5 0 . 0 1 0 0 7 0 0 4 9 . 8 2 0 0 8 8 0 4 9 . 8 2 4 0 9 0 0 4 9 . 8

表6 . 3号激光治疗机单脉冲宽度与激光能量密度数据设定输出激光脉宽3 0 0 m s (脉冲串的宽度，每个脉冲串里有6个相同的脉冲)激光能量密度( J / c m2)单脉冲宽度( μ s )脉冲串宽度( m s ) 1 5 5 0 0 3 0 0 5 0 6 0 0 3 0 0 1 0 0 7 0 0 3 0 2 2 0 0 8 8 0 3 0 0 2 4 0 9 0 0 3 0 2

3.结论

通过对以上三个型号的激光治疗机进行探索性研究，我们可以看出，2号和3号激光治疗机的脉冲宽度（单脉冲宽度）随着激光能量的增加而变宽，脉冲串的宽度不随激光能量的变化而变化；1号激光治疗机的激光脉冲宽度与激光能量没有明显的变化关系，所以我们得出结论是激光脉冲宽度与激光能量的关系并不是固定的，这与激光治疗机的设计直接相关，如激光治疗机的电源，激光器内部的Q开关、激光晶体、倍频晶体等等；在实际测量过程中发现，光电探测器接收激光的角度影响脉冲宽度的大小，当利用激光的反射光测量脉宽时，反射材料不同，脉冲宽度也不同，对于激光脉冲宽度与能量的关系还有待于进一步研究。

[1] 邹意会. 医用YAG激光器的现状与动向[J]. 激光与光电子学进展, 1995,2:35.

[2] AndersonRR, ParrishJA. Seleetive Photo thermolysis, Preeise mierosurgery by seleetive absorption of Pulsed radlation[J]. Seienee, 1983,220:524～527

[3] MullikenJB, GlowaekiJ. Hemangiomas and vaseular malformations in infants and childrena classifeation based on endothelial charaeteristies[J]. Plast Reeonstr Surg, 1982,69:412～22.

[4] 黄新炎, 郑敏. 激光脱毛的治疗现状[J]. 国外医学皮肤性病学分册, 2001,27(3):131

[5] Woollons A, Priee ML. Roaeeutane and wax epilationa cautionary tale[J]. Br J Dermatol, 1997,137:839～840

The Discussion of the Relationship Between the Pulse Width and Energy of Nd: YAG Laser

CHEN Feng-ping LIU Jing-ying Jilin Medical Device Test Institute (Changchun 130062)

In this paper, through the 2015 national medical equipment supervision of the Nd:YAG laser, routine testing is completed, at the same time,do the exploratory study on the relationship between the pulse width and output power / energy, illustrate their relationship by actual test data.

laser, pulse width, laser energy, laser power

1006-6586(2017)03-0060-03

TH773

A

2016-11-17