强激光束边缘对单层皮肤成纤维细胞的光生物调节作用

摘要用单层人类正常皮肤成纤维细胞(HSFs)作为细胞模型，研究高强度激光束边缘低强度激光的光生物凋节作用。分别用1064nm和532nm脉冲激光对24组培养的HSFs单层细胞进行照射。研究发现，高脉冲能量的照射导致较低存活率和较大的损伤半径。对接受1064nm照射的HSFs，100mJ照射组和150mJ照射组在照射24h和48h后检测发现显著促进增殖；而对532nm照射的HSFs，100mJ照射组在照射24h和48h后检测发现受到显著抑制增殖。这些结果表明。高强度激光束边缘低强度激光存在光生物调节作用，这可能是影响外科激光的长期效应的重要因素。     

光生物调节作用研究进展

激光或单色光的强度可以分为低、中和高三个等级,其生物调节作用称为光生物调节作用。从内稳态的角度综述相应的研究进展。功能内稳态是维持功能充分稳定发挥的负反馈机制,它可以抵抗低于阈值的内外干扰,但被高于阈值的应激所打破。处于内稳态的应激称为成功应激,远离内稳态的应激称为慢性应激。成功应激打破一个功能内稳态之后,能够建立另一个功能内稳态。弱光可以调节慢性应激,但对成功应激或处于功能内稳态的功能无效。细胞的多种膜蛋白可以协同介导低强度单色光的自适应调节。内源性光敏剂介导中强度单色光的调节作用。弱光可以用于诊断功能内稳态或成功应激本身和其形成过程。并讨论了光生物调节作用在外科快速康复中的应用。     

生物组织高对比度的快速光声层析成像

为了得到高对比度的快速光声层析成像,采用甘油增加组织的透明度,结合多元相控技术的成像方法,获得了活体动物不同直径血管的光声重建图像.成像系统的横向分辨率为0.5mm,光声采集成像时间为5s.实验结果表明,该成像方法与现有的方法比较,具有成像对比度高、快速方便等特点,并有望成为一种组织功能在体成像的新方法.     

不同结构生物组织光透明作用比较

为了了解生物组织不同结构对光透明进程的影响,利用光相干断层成像术(OCT)和近红外光谱(NIR)对肌肉组织(猪骨骼肌)和上皮组织(猪胃黏膜)经丙三醇处理后的光透明效果进行了比较研究。结果表明,这两种组织的光相干断层成像术成像深度和内层次结构的成像对比度均得到改善;肌肉组织和胃黏膜组织的光透射率分别增加了21%和16%,而漫反射率分别降低了33%和21%;这两种结构组织的光透明效果(肌肉组织较好)和进程(肌肉组织较快)与各自的失水率和失水动力学成正相关,肌肉组织失水过程为先快后慢;胃黏膜组织的失水过程为先慢后快;肌肉组织的总失水率大于胃黏膜组织。这表明结构不同的生物组织的光透明效果存在差异,必须考虑其内部结构的影响。     

蒙特卡罗方法研究光动力疗法选择性光损伤

为了研究光动力疗法选择性光损伤,采用蒙特卡罗方法,建立了组织中光动力剂量数学模型。得到光动力剂量随组织厚度增加呈指数衰减的结果。光动力损伤是阈值过程,对肿瘤组织造成深层光动力损伤时,更多正常组织受到损伤。光斑半径对对肿瘤组织损伤深度有明显影响。结果表明,适量光敏剂能引起浅薄全面的肿瘤组织光动力损伤,深层光动力损伤伴随正常组织损伤。     

基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统

为了实现光声信号的快速采集和图像重建,采用基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统进行光声信号采集,由LABVIEW调用MATLAB程序对采集到的数据进行处理,最后利用滤波反投影重建算法,实现了对模拟组织样品的光声层析成像。成像系统的分辨率为0.15mm,重建图像与实物十分吻合。结果表明,该系统具有快速、方便、直观等特点,有望发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。     

基于Labview的光声信号采集和成像系统

为了实现光声信号的快速采集和图像重建,采用基于Labview软件平台的光声信号采集和成像系统进行光声信号采集,并调用Matlab程序对采集到的数据进行处理,最后利用滤波反投影重建算法,实现了对模拟组织样品的光声层析成像。成像系统的分辨率为0.15mm,重建图像与实物十分吻合。实验表明,该系统具有快速、方便、直观等特点,有望发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。     

鲜红斑痣光动力治疗的模型仿真初步研究

为了研究光敏剂特性对光动力疗法(PDT)治疗鲜红斑痣(PWS)疗效的影响，帮助临床采取有效的治疗方案，建立了光动力治疗鲜红斑痣的数学模型。建立了卟啉类光敏剂受光激发产生单线态氧的数学模型以及光敏剂自身漂白过程和组织中扩散过程的数学模型，以国产光敏剂血啉甲醚(HMME)的实验数据为例，用蒙特卡罗方法仿真组织中的光分布，应用建立的单线态氧产生过程的数学模型，仿真光动力治疗鲜红斑痣过程中，组织内单线态氧产量的分布。对比不同的光敏剂漂白速度对组织中单线态氧产量的影响，发现漂白速率越快，破坏血管的同时对表皮和真皮组织的保护作用越好。这些结果为光动力疗法治疗鲜红斑痣的临床应用提供了具有针对性的指导。     

肌肉组织的光透射特性与辐射传输理论的修正

为了更确切地认识光在生物组织内的传输规律,通过实验测量研究了鸡肌肉组织和猪脂肪组织切片的光透射特性.结果表明,激光束经过肌肉组织后,能在远场处产生明显的衍射条纹.为了解释这种衍射现象,将衍射效应考虑进辐射传输模型,对辐射传输理论进行了修正.修正后的辐射传输理论不仅能定性地说明肌肉组织衍射现象的成因,而且其数值结果与实验现象吻合较好,说明了修正后辐射传输理论的正确性.     

激光医学原理与医用激光器

从发展新型医用激光器和选购医用激光器的角度综述了激光医学的原理,重点放在光生物调节作用和激光外科方面。     

半无限大生物组织中光子分布规律的研究

光子在生物组织中的传播和分布问题, 是影响光动力疗法治疗结果的重要因素之一。本文给出了蒙特卡罗方法模拟半无限大均匀生物组织中光子分布的计算方法和模拟结果, 分析了半无限大生物组织中光子分布规律。结果表明, 生物组织的光学性质强烈影响光在组织中的分布情况。具有低散射系数, 低吸收系数和高各项异性因子的生物组织, 有利于光子深入均匀地分布其中。力图为光动力疗法的临床应用提供了有效的诊断和治疗依据。     

Ar+激光辐照下离体猪鼻咽组织的热响应特性

为了获得用于鼻咽癌(NPC)光活检的Ar^ 激光对鼻咽组织的安全光剂量阈值，实验测定了离体猪鼻咽组织在Ar^ 激光辐照下不同位置的温度分布，重点研究了辐照功率密度和波长对组织中温度分布的影响。实验结果表明，组织中的温度分布与探测位置、激光波长以及激光辐照功率密度有关。在同一波长激光辐射下，组织中的温度随着辐照激光功率密度的增大而增大，当辐照功率密度达到1．85W／cm^2时，鼻咽组织黏膜下层的温度可超过41．5℃；在相同功率密度激光的辐照下，波长为514．5nm的激光照射鼻咽组织时的光热效应较488nm波长明显。     

人结肠及结肠腺癌组织的光学穿透深度和光衰减特性

利用反向倍增法（IAD），采用双积分球系统，研究了人正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层以及正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织对630nm，680nm，720nm，780nm，810nm，850nm和890nm的钛宝石激光的光学穿透深度和光衰减特性。结果表明，正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层以及正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织的光学穿透深度和总衰减系数都是随着激光波长的变化而变化的。正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层组织的光学穿透深度的最大值都在890nm，其值分别为0．517cm和0．348cm；最小值都在680nm，其值分别为0．232cm和0．209cm。正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织的光学穿透深度的最大值都在890nm，其值分别为0．575cm和0．433cm；最小值都在680nm，其值分别为0．277cm和0．260cm。正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层组织的总衰减系数的最大值都在890nm，其值分别为215cm^-1和229cm^-1；最小值都在780nm，其值分别为187cm^-1和209cm^-1。正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织的总衰减系数的最大值都在890nm，其值分别为213cm^-1和231cm^-1；最小值都在680nm，其值分别为193cm^-1和204cm^-1。     

飞秒激光对离体兔巩膜的光离解作用

为探索飞秒激光在兔眼巩膜上产生光离解作用的可行性,并寻找适当的激光切割方式及相关参数,将不同脉冲能量的飞秒激光(800nm/50fs)聚焦后作用于离体兔眼巩膜。通过计算机控制的三维平台的定向移动,飞秒激光能够在兔眼巩膜上完成打孔、蛇形扫描和线性切割三种方式的光离解作用。应用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察激光作用后巩膜的形态学变化,并用Nd∶YAG激光作为对比。实验结果表明,飞秒激光经过显微物镜(NA0.2)聚焦后,当其功率密度达到或超过9.55×1014W/cm2,脉冲能量在37.5~125μJ变化时,激光以0.1mm/s的速度线性扫描巩膜能形成深度为30~70μm的沟道;当激光的功率密度减小至7.96×1014W/cm2,脉冲能量小于31.25μJ/pulse时,在相同条件下却不能产生光离解作用。与Nd∶YAG激光相比,飞秒激光在兔眼巩膜上切割瘘道的内壁更加光滑整齐,对周围的组织损伤更小。飞秒激光对离体兔眼巩膜高精度和微创伤的光离解作用,预示了它在未来青光眼治疗中有潜在的应用价值。     

填充比对金属光栅与介质光栅激发表面等离子波的不同影响

采用严格耦合波理论求解了不同填充比的金属光栅与金属平面覆盖介质光栅在角度调制下的共振衰减反射谱,以及它们在表面等离子体共振时的空间场分布,并对结果进行了对比分析。通过数值计算分析了金属表面等离子体波（Surface Plasmon Polariton, SPP）波矢的有效折射率 与光栅填充比的关系,结果表明对于Au金属光栅结构,SPP的 随着光栅填充比增加并无明显变化;而对于金属平面覆盖介质光栅结构,SPP的 随着介质光栅的填充比的增大单调递增。     

光纤型光学相干层析技术系统的眼科成像

建立了一套单模光纤型光学相干层析(OCT)成像系统,开展了动物眼睛的成像实验,实现了高信噪比、高分辨率、大成像深度的层析图像的获取.系统纵向分辨率达到9μm,横向分辨率为10μm,最大层析成像深度可达3.4 mm.实验图像和商业蔡氏三代光学相干层析技术成像的对比结果表明,研制的OCT系统已经能展示视网膜的基本分层结构,而且能分辨脉络膜的分层结构和脉络膜血管,后者是蔡氏三代OCT系统所无法实现的.     

利用激光散斑成像监测光动力治疗的血管损伤效应

激光散斑衬比成像(LSCI)技术作为一种高时空分辨的血流流速分布监测技术，无需扫描即可实时地全场记录微循环血流的时空变化特性。鸡胚尿囊膜(CAM)是用于在体研究光动力治疗(PDT)血管损伤效应的理想动物模型。以发育10天鸡胚尿囊膜为模型，使用光敏剂——焦脱镁叶绿酸(pyropheophorbide acid，pyro-acid)，激光照射波长为656．5nm，光照射功率为40mW／cm^2，研究了肿瘤周围血管在激光照射下的血管管径变化和血流速度分布变化。研究表明，通过对血管管径和血流速度的监测，激光散斑衬比成像技术可以用于评估光动力治疗过程中的肿瘤周围血管损伤效应。