班級:醫電四甲 組員:陳柏諺、黃俊維、郭乃寧、吳文豐、薛柏允 翻譯章節:3.2.1 指導老師:杜翌群 第三組－連續波　 班級:醫電四甲   組員:陳柏諺、黃俊維、郭乃寧、吳文豐、薛柏允 翻譯章節:3.2.1 指導老師:杜翌群

組織光學 組織光學（Tissue Optics）是研究可見光和紅外光在生物組織體中的傳播特性的一門學問。 重點是確定在一定條件下光輻射量在組織體內的分佈。進而發展活體組織光學特性參數的測量方法。 影響光在組織中傳播的四個基本物理過程是反射、折射、吸收以及散射。

組織光學 而四種物理反應，在生物體內採取何者，與生物組織的類型和入射光的波長有關。

組織光學

當光由一介質進入另一介質，回到原來介質的光，稱之反射，光之反射必須遵守反射定律。 簡言之，光在同一介質就是反射。 1.入射角Θi=反射角Θr 2.反射線跟入射線和法線在同一平面內。 3.反射線和入射線分居法線兩側。

反射 實例: 1.人照鏡 2.潛望鏡

反射 3.大氣中冰晶反射太陽光 片狀冰晶宛若水面，反射太陽光 太陽倒影

光在進入不同介質時，在介面會由於光傳播速率的不同，而發生偏折的現象，這種現象就稱為光的折射現象。 速度快->速度慢； 入射角＞折射角 速度慢->速度快； 入射角＜折射角

折射 折射定律（司乃耳定律）： 1.入射線、折射線和法線均在同一平面上，且入射線和折射線分別在法線的兩側。 2.入射角和折射角的正弦值比值為一定值，即 sin Θ1/sin Θ2=n12=定值

折射 實例: 1.插入水中的筷子

折射 2.從空氣中看水中的魚

光在介質中會直線前進，可是若介質中有不均勻的分布狀況時，光線偏離原來的行進方向便稱為散射。

散射 實例: 1.藍天 1.造成散射的粒子是微小的 空氣分子（氮分子、氧分子等）。 2.波長越短的光，越容易形成散射（和波長四次方成反比）。 3.由於人眼睛直接感受不到紫外光，於是感覺藍色光特別得強。也就是蔚藍的天空。

散射 2.夕陽 由於太陽光包含各顏色的色光而形成『白』光的感覺。當你看藍天的同時，地球的另一端有人正在看夕陽！ 當大部份藍光散色讓你看到藍天時，那剩下的光變成『偏紅』直射入觀賞夕陽的眼裡！

吸收 光吸收的基本概念：光波在介質中傳播時，其強度隨傳播距離衰減的現象。 光吸收的特點：吸收是介質的普遍性質。除真空外，沒有任何一種介質對任何波長的電磁波均完全透明。一般介質只能對某些波長範圍內的光波透明，而對另外一些波長範圍的光波不透明或部分透明。 I0 dx I I-dI x 图 3 光的吸收

吸收 一般吸收:介質對某波段範圍的光吸收很少，吸收程度不隨波長而改變。 如空氣、純淨水、無色玻璃等。 選擇吸收:介質對某些波長的光吸收特別強烈，而對其他波長的光吸收較少，這種吸收則稱爲介質對光的選擇吸收。 如綠色玻璃、石英等。 任何物質對光的吸收的都存在著一般吸收和選擇吸收。

吸收

吸收

透射 A.規律透射:當光線照射到透明材料上時，透射光是按照幾何光學的定律進行透射，即遵循折射定律。 B.散透射:光線穿過透射材料（如磨砂玻璃）時，在透射方向上的發光強度越大，在其他方向上發光強度越小，表面亮度也不均勻，透射方向越亮，其他方向越弱，這種情況稱為散透射，亦稱為定向擴散透射

透射 C.漫透射:光線照射到散射性的透射材料上時（如乳白玻璃等），透射光將向所有的方向散開並均勻分佈在整個半球空間內，這稱為漫透射。若亮度在各個方向上均相同時，就稱為均勻漫透射或完全漫透射。 磨砂玻璃 乳白玻璃

透射 <-規律透射 <-散透射、漫透射

漫射:入射至粗糙面的平行光，可將粗糙平面視為許多小面積所構成，由於各個小面積的法線方向不盡相同，反射光線不會互相平行，稱為漫射。

光與组織作用的基本形式

偏振效應 偏振效應：雖然研究光在組織中傳播時，一般可以忽略組織的偏振效應。 但偏振光的偏振狀態隨著組織的不同光或光傳播距離的不同而改變的現象確實存在。 例如，當偏振光入射到組織如眼組織、單層細胞和皮膚表層等時，可以通過測量偏振光經組織後偏振度的改變來獲得組織和細胞的結構信息。

光---生物組織效應 (1)光吸收(absorption) 效應 (2)散射(scatter) (3)光熱(Photo thermal) (4)光剝離(Photo ablation) (5)電漿誘發剝離(Plasma-induced ablation) (6)光分裂(Photo disruption) (7)光化學-- 光動力療法(Photochemical) (8)光物理-- 螢光(fluorescence)

雷射組織作用效應- 光通量大小

光吸收效應– 血氧濃度計 紅外光被氧合血紅素所吸收後反射出來由感應器接收，血紅素氧合度(含氧量)越高，所反射出之紅外線光越少。

光散射效應– OCT (同調性光學斷層掃瞄) 原理：測量光進入物質或生物組織後所產生的背向散射光而得到的組織影像。 應用：光學斷層掃瞄 黃斑部有視網膜下積液存在 黃斑部視網膜下積液已吸收

光熱效應I 1.原理： 組織色素基吸收能量提高組織溫度 2.照射時間： 1μs 〜1 min 3.功率密度： 10 ~106 w/cm2 4.雷射種類： 二氧化碳(CO2)；銣-雅各雷射(Nd:YAG) ；二極體雷射(Diode lasers)。 5.醫療應用： 手術切除、汽化、凝固或熱分解 眼角膜剝落治療。

光熱效應II 1.37℃~60℃ -> 組織短時間內不變化。 2.60℃以上-> 組織開始凝固，達止血的效果。 3.100℃以上-> 細胞間的水份會被蒸發。 4.500℃以上-> 脫水的組織燒焦氣化。

光剝離效應 1.原理： 紫外波光能量破壞組織分子鍵結，剝離組織。 2.照射時間： 10 ~100 ns 3.功率密度： 107~1010 w/cm2 6.雷射種類： 準分子雷射(Excimer laser) 5.醫療應用： 眼角膜屈光術

準分子雷射 準分子雷射的輸出特性

醫療雷射種類

高能量雷射照射下，組織剝離性光分解效應。 每次剝離1 微米厚組織層。 光剝離效應--高能量雷射 高能量雷射照射下，組織剝離性光分解效應。 每次剝離1 微米厚組織層。

電漿誘發剝離效應I 1.應用原理： 組織細胞漿質離子化 2.照射時間： 100 ~ 500 fs 3.功率密度： 1011~1013 w/cm2 4.雷射種類： 銣-雅各雷射(Nd:YAG)；鈦-藍寶石雷射(Titanium:sapphire) 5.醫療應用： 眼角膜屈光手術

電漿誘發剝離效應II 1.雷射聚焦照射，出現熱游離輻射產生許多自由電子。 2.組織受自由電子撞擊而離子化，形成電漿汽，局部組織達數萬度高溫。 3.電漿質以超音速向外膨脹，出現局部高壓震波，達到組織瓦解。 4.只瓦解雷射直接面對的組織。

機械性光分裂效應I 1.應用原理： 機械力作用進行組織切割。 2.照射時間： 100 fs ~100 ns 3.功率密度： 1011~1016 w/cm2 4.雷射種類： Nd:YAG；鈦-藍寶石雷射。 5.醫療應用:水晶體碎裂術(Lens fragmentation) 、碎石術(Lithoripsy)

機械性光分裂效應–雷射碎石術 1.瞬間震波 雷射誘發電漿質形成過程中，漿質快速膨脹在前方產生瞬間震波，受震波的組織可達到分離的效果。 2.腔槽化 高溫的電漿質導致組織被汽化形成氣泡後，氣泡內爆現象。 3.噴射形成(Jet formation) 氣泡內爆後，以超音速會衝擊組織，造成組織破壞。

雷射與組織效應

光化學反應--光動力治療法 原理:先以光感物質標定腫瘤細胞，等光感物質附著在癌組織細胞上，再以特定波長的光照射癌組織，當光與光感物質發生光化學作用，使光感物質產生細胞毒性，進而殺死癌細胞。

光化學反應--光動力治療法

光化學反應-- 光動力療法 *光化學反應發生在極低的光功率密度(為1瓦/每平方公分)和較長的光照時間。 *光動力療法三要素：光感物質、照射光、組織細胞內的氧氣 1.在組織中外加光感物質(Photosensitizer) 2.以特定波長雷射光激發 3.光感物質將光能轉移給氧氣 4.產生對細胞有毒性的單相氧或自由基 5.破壞積具光感物質的組織

應用原理： 激發組織自身螢光物質 雷射種類： UV 雷射 醫療應用： 癌組織分期診斷 光物理反應-- 自體螢光效應 應用原理： 激發組織自身螢光物質 雷射種類： UV 雷射 醫療應用： 癌組織分期診斷 瘜肉白光影像 螢光影像

醫用雷射的各種應用 主要醫用雷射: 1.二氧化碳雷射:多用於切割手術 2.鉺雷射:多用於眼科手術 3.氬離子雷射:多用於凝固手術 4.準分子雷射:可切除組織而對周圍的細胞較無傷害。

雷射近視手術 「雷射近視手術」，主要是運用高精確度193nm的「準分子雷射」，來改變角膜的弧度。 準分子雷射三特性適宜用於角膜屈光手術 1.精確可達一微米下之準確度 2.瞬間氣化要削切的角膜 3.穿透力極低，對其餘組織傷害幾等於無

眼睛構造圖

雷射近視手術 雷射手術分為兩種: 雷射屈光性手術PRK－刮除角膜上皮，然後再利用準分子雷射切割角膜的皮質層。 價格:三到四萬 雷射手術分為兩種: 雷射屈光性手術PRK－刮除角膜上皮，然後再利用準分子雷射切割角膜的皮質層。 2.原位雷射角膜塑型術LASIK－將角膜上方約1/4至1/3的厚度平整切開，形成角膜瓣，再將角膜瓣掀開，用雷射進行雕塑，最後再蓋回。

雷射近視手術－PRK

雷射近視手術－ LASIK

雷射除斑 原理:為黑色素會吸收雷射光，將光能轉化成熱能，並產生震波，將黑色素破壞，在極短的時間內將增生的黑色素或刺入的墨水色素打碎成較小的色素顆粒，再由人體內的吞噬細胞吸收後，依正常的代謝功能自然排除，安全性最高，且不會留下疤痕。 價格:5000-8000 

雷射除斑

脈衝光除斑 價格:3000-5000 脈衝光(Pulsed light)，嚴格來說，並不是所謂的雷射，是一種多波長、高能量的脈衝式閃光。它具有從560nm到1200nm的完整光譜，幾乎涵蓋所有常用雷射的波長，因此脈衝光等於是各種雷射的組合。

脈衝光除斑

脈衝光、雷射比較

皮膚組織

電波拉皮 原理:其實很像微波爐，當電磁波的能量進入皮膚之後，皮膚中的粒子會以很快的速度轉變方向（每秒600萬次），藉由摩擦生熱的原理，真皮中的膠原蛋白就會受到熱刺激而變得緊緻，進而新生。  治療次數: 3~5次，每次間隔約3~4週，約2~4個月後可感受到明顯地緊實拉提，改善效果至少能夠延續18-24個月以上

電波拉皮 價格:全臉十到十二萬

分工表 郭乃寧:組織光學、反射、折射 黃俊維:散射、透射、光吸收、漫射 吳文豐:光組織效應 陳柏諺:雷射醫學相關運用 薛柏允:光化學物理反應、整理報告