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波长选择

什么波长的光最适合用于光生物调节(PBM)?

与覆盖波长范围很广的白光不同,激光有特定的波长(单色性)。用来衡量 波长的单位是纳米(nm)。为了研究黑色素、血液、脂肪和水是如何吸收光线的,已经进行了大量的研究,这使得研究人员定义了一个窗口或波长范围,这个波段的光线可以穿透生物组织。这个窗口被称为光学或治疗窗口。通常,光学窗口的图显示在对数刻度上,对数刻度会使低于1的峰值最大化,大于1的峰值最小化,如图1所示。在对数刻度上标汇允许绘制大范围的光强度。然而,数据的对数表示可能会被误解,例如,从图中查看吸收值,您可以看到,在1000 nm以下,水的吸光度小于0.5。

图 1
来自 Hamblin MR, Demidova TN. Mechanisms of low level light therapy. Proc. of SPIE Photonics. 2006; 6140: 614001-01-12. doi: 10.1117/12.646294
optical window

在线性图上可以更好地观察水吸光率的差异。下面的图2是线性尺度上的光吸收率图表。下图是450nm至1400nm区域的放大图。在980nm附近有一个小的峰值,但最大值仅为0.4。皮肤对光的吸收主要由黑色素决定。810nm和980nm都在“光学窗口”中,其他色团的吸收在这里被最小化。这两种波长都在治疗或光学窗口中,对激光治疗都是有效的。由于黑色素在较低波长的吸收占主导地位,因此980nm对黑色素皮肤的最大穿透性更好。

LiteCure’s 的首席技术官 Luis DeTaboada也对不同波长的激光穿透深度进行了建模,以进行比较。

图 2
Data generated from Hale and Querry. Optical constants of water in the 200 nm to 200 μm wavelength region. Appl. Opt. 1973; 12: 555-563.
Water Absorption

 

 

 

 

 

图3显示了各吸收系数在线性尺度上随波长变化的曲线。与血红蛋白、氧血红蛋白、水和脂肪相比,黑色素的吸收比更高。一般来说,红光(600 ~ 700 nm)可以用来治疗皮肤浅表的病症,但要达到更深的组织结构就需要800 ~ 1000 nm的光。

图 3
吸收系数与波长的线性关系图。吸收系数数据来自俄勒冈州医疗激光中心, http://omlc.org.
Linear Scale

组织中吸收光的主要成分是:黑色素、氧血红蛋白、脱氧血红蛋白、脂肪和水。黑色素对较低波长的光的吸收率很高,所以深色皮肤会吸收更多的光,尤其是波长在500 – 800nm之间的光。波长超过1200纳米的光很容易被水吸收,这种波长较长的激光通常用于烧蚀手术或皮肤表面修复。当前对于 光生物调节作用 的理解是波长范围800 nm - 1000 nm的光能够穿透皮肤表面组织从而达到深层的肌肉组织。LiteCure激光器通常发出810nm和980nm的混合光。对于深色皮肤(及/或深色毛皮(动物))的治疗选项,激光器将自动切换至全980 nm激光,从而最大限度地减少黑色素的吸收。

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