激光医学的快速发展
发明了世界上第一台激光器的美国科学家梅曼曾经说过，30年后，每个医生都应该有一台激光器。果然激光器在年被发明后，年就用于眼科视网膜脱落的治疗，并在医学的诊断、治疗和手术方面迅速发展。
在组织内，光子与生物物质相互作用的过程多种多样，大致可分为散射和吸收。散射可以改变入射光的传播路径、偏振和光谱。分析散射光的状态可用于诊断和成像。在光吸收过程中，光子的能量在吸收分子中转化为电子能量或振动能量。其中一些能量可以通过发光(例如，荧光)、非弹性散射或声机械波重新释放。这种来自组织的携带有其微观结构和分子内容的信息，是光学诊断和成像的基础。另一方面，光可激发内在的或外源性光敏药物，通过生成的热量、化学反应(光化学)和生物过程(光生物学的或optogenetic)，可用于光学治疗和激光手术。
广泛意义上讲，光包括从深蓝色到近红外(NIR)的区域，由于其独特的光子能量范围为0.5-3eV，因此具有明显的优势。在这个能量窗口，光与有机分子的作用是丰富而安全的。高于这个能量，分子发生键离解(C-C和C-H键的3.6eV)和电离(7eV)；低于这个能量，水对光子的吸收占主导地位，而湮没了组织中其他分子的反应。激光医学正是利用了光与分子在这个光学窗口中的各种相互作用。
激光在医学上的应用主要分为两大块，一个是光学成像，包括光学诊断、术中导航和治疗监测，一个是光学治疗，包括激光手术和光学治疗（光动力疗法、光热疗法和光生物调节疗法等）。下面将一一解析。
激光手术是如今激光医疗市场占最大比重的行业，全球市场估计超过30亿美元。主要包括眼科手术、皮肤美容，以及各种疾病组织消融和凝血。
在眼科，激光主要用于屈光不正的矫正（治疗近视）、白内障手术和光凝术。ArF准分子激光器(nm)的紫外光烧蚀能力重塑角膜，广泛用于屈光不正的矫正，在这个手术中，1mm光斑的单个准分子脉冲(0.25Jcm-2)可以去除约0.25μm的组织。激光辅助原位角膜磨削术(LASIK)则利用光斑为2-3μm的飞秒脉冲激光(fs,nm)，磨削厚度为μm。数百万例LASIK手术的患者总体满意度为95.4%。Ho:YAG(nm)的激光热角膜成形术由于治疗后塑性退化，现在已较少使用。Nd:YAG激光囊膜切开术用于治疗白内障，近年来也有用飞秒激光进行白内障手术的。视网膜脱落的光凝术是激光在医学的最早应用，激光光凝可封闭视网膜裂口或小的视网膜脱落、增生性糖尿病视网膜病变的异常血管、视网膜血管水肿等。常用激光器为KTP倍频Nd:YAG激光器(nm)、氪离子激光器(或nm)或二极管泵浦染料激光器(nm)，治疗剂量为Jcm-2，脉冲持续时间为10-ms。
在皮肤科，选择性光热分解效应用于去除纹身、胎记、妊娠纹、疤痕、静脉曲张等。脉冲染料激光器(PDL)调谐在nm(0.4-2ms,5-10Jcm-2)通过选择性靶向血红蛋白去除鲜红斑痣、浅表血管瘤和其他血管病变方面，同时也用于治疗非血管病变，如肥厚性瘢痕、瘢痕疙瘩和妊娠纹。激光除皱常使用二氧化碳激光(10.6μm,1–10ns,5Jcm-2)，但近年的研究表明Er:YAG激光(nm)比CO2激光具有更高的水吸收特性，在5Jcm-2处可烧蚀5-20μm组织。去除黑色素则常用纳秒Q开关脉冲激光器，包括Q开关红宝石(nm)、翠绿宝石(nm)和钕钇铝石榴石(nm)激光器，浅表病变用更短的波长(nm的PDL和nmKTP)。皮秒翠绿宝石激光器已经被开发用于去除色素。各种长脉冲激光器(1-ms;10-50Jcm-2)，如红宝石激光器、翠绿宝石激光器、半导体激光器(-nm)和闪烁泵浦强脉冲光(IPL)光源(-nm)用于激光脱毛。
在泌尿科，常采用高功率激光器(80–W,20ms,Jcm–2)治疗前列腺增生。20世纪90年代发展起来的钬激光前列腺摘除术或消融术，与电环经尿道切除术相比没有优势。而采用倍频Nd:YAG激光(nm)通过膀胱镜进行的光选择性汽化术效果非常好，据美国联邦医疗保险(Medicare)估计，年美国进行了约72,例光选择性汽化手术，占所有良性前列腺增生手术的27%。Ho:YAG激光碎石术去除泌尿系统结石也正逐渐取代传统机械碎石。
其他诸如血管成形术、静脉曲张消融术，牙科的软硬组织切割、灭菌，在食管癌、支气管癌等的切除等方面，激光手术都在发挥着作用。
图1激光手术适应症总结
光学治疗主要是利用光子来激活组织内的光活性分子、蛋白质和色素等。主要包括蓝光治疗、光动力治疗、光热治疗和光生物刺激治疗（常说的理疗）。据估计，年全球光动力治疗的药物和设备的市场为6.3亿美元。
紫外光治疗，波长在-nm的蓝紫光可通过激活调节性T细胞、B细胞、肥大细胞和上调补体等作用抑制免疫，从而治疗自身免疫性疾病或过敏反应。如窄带UVB（±2nm）照射可治疗牛皮癣、白癜风、特应性皮炎以及红斑。对于窄带UVB治疗不成功的患者，还可口服补骨脂素，通过UVA照射来治疗银屑病和白癜风。
可见光治疗，-nm的蓝光照射可用来治疗新生儿黄疸，预防高胆红素血症后遗症如永久性神经损伤。可见光治疗对季节性抑郁效果良好，其机制可能与调节昼夜节律或神经通路相关。-nm的蓝光在抗微生物感染方面很有效，包括丙酸杆菌感染的寻常痤疮、幽门螺杆菌胃炎和金黄色葡萄球菌感染的伤口等，但蓝光的抗菌效果还需要更多的临床证据。
光生物调节治疗，也就是常称的理疗，其机理是光照可激活组织或细胞内的光受体，主要是指线粒体中的细胞色素C氧化酶，从而提高细胞的活性。目前光生物调节疗法在缓解疼痛、伤口愈合、消炎等方面都有很好的疗效。光生物调节疗法采用的激光波长范围为-0nm，能量密度范围为1-10Jcm–2，功率密度范围为3-90mWcm–2。
图2光生物调节疗法适应症总结
光动力疗法，是一种光化学疗法，通过外源性光敏剂在肿瘤等病变部位的特异性聚集，采用特定波长的光激发光敏剂，与组织中的氧或底物发生电子传递或能量转移，产生单态氧等活性氧物质，杀伤肿瘤或其他病变。光动力治疗目前已可用于多种肿瘤和非肿瘤性疾病的治疗，特别是在肿瘤治疗中，包括皮肤肿瘤、头颈部肿瘤、支气管肺癌、食管癌、胃肠道肿瘤、膀胱癌、肝癌、胆管癌、宫颈癌等多种肿瘤的早期治疗和晚期姑息治疗中效果显著，可以说从头到脚无所不包。非肿瘤性疾病中，主要有光化性角化病、老年黄斑变性、角锥角膜、银屑病、牙周炎、痤疮、尖锐湿疣性病、鲜红斑痣、细菌、真菌及病毒感染性疾病等。光动力疗法采用的激光器多为可见光，其波长的选择原则是与光敏剂的激发光谱匹配，大多数的光敏剂激发峰值在-nm范围内。激光能量密度为-Jcm–2，功率密度范围为50-mWcm–2。激光器的类型早年多选用氦氖激光器、铜蒸汽激光器等，而近几年已逐渐为半导体激光器所取代。
图3光动力治疗适应症总结
光学成像应用于整个诊断医学领域，从临床到检验室，从筛查到诊断，从治疗监测到术中成像。与MRI和CT相比，光学成像仪器相对便宜和便携，并且具有可视化、高分辨率以及实时成像等特点。目前在临床应用的或者正在向临床应用的各种宏观和微观成像技术总结于下图。
图4光学成像诊断技术总结
引自论文SeokHyunYunetal.NatBiomedEng.;1:8.
已常规用于临床的光学成像技术，包括免疫荧光成像、腹腔镜、内镜、结肠镜、耳镜、眼底相机和光学相干成像（OCT）。正在临床试用的光学成像技术，包括血管OCT、漫射光学断层扫描成像（DOT）、自体荧光成像、荧光血管造影、激光散斑成像、共聚焦激光纤维内镜、反射共聚焦显微镜等。而还处于研究阶段的光学成像技术则包括基于光学清除技术的厚组织内镜成像技术、高密度DOT神经网络功能成像技术、基于5-ALA的术中荧光诊断技术、OCT和荧光多模态成像技术、光声成像技术、受激拉曼显微成像技术以及布里渊显微镜技术等等。
光学技术快速发展，超分辨率显微成像、空间光调制技术、光遗传技术等等都正在或将要在医学领域大放异彩，可穿戴家用光健康产品、植入式光电设备、生物材料光子设备等等正在走入市场。可以预见的，激光医学的发展在本世纪将跨越新的台阶。
感谢专委会基础研究光动力治疗培训基地——李迎新所长团队提供的科普文章。
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