【极智课堂】董建飞：光治疗的技术基础、适应症与机理

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本期，我们邀请到中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员、光健康研究中心副主任董建飞带来了“解读光治疗领域的机遇与挑战——光治疗的技术基础、适应症与机理”的精彩主题分享，以下为主要内容：

一、光治疗技术概述

1.光治疗简史

光治疗在世界各地都有悠久的历史，丹麦医生Niels Finsen因开创光治疗方法，特别是对于狼疮的治疗方法，而获得1903年诺贝尔医学及生理学奖。

匈牙利医生Endre Mester于1967年发现并开创了激光生物刺激领域——光生物调节之父(Fatherof Photobiomodulation, Father of Laser Therapy)

2.光治疗在近五十年的发展

光治疗近五十年来取得了很大的发展，特别是上世纪七八十年代，人们对光与组织间的物理作用，研究比较成熟，九十年代有不少专著。

近三十年，得益于生物技术的发展，包括生物学试剂、显微镜等观测手段的完善，光治疗的生物学机理得到了很大的研究和发展。代表人物是俄罗斯的Tiina Karu和美国的Michael Hamblin。主要工作是发现并且验证了光生物调节中，非常重要的细胞内主要的光受体，细胞色素C氧化酶，对光治疗的整体作用。

（1）光治疗的生物学机理的假说与验证

细胞内主要的光受体：细胞色素C氧化酶（cytochrome c oxidase）；

细胞对光响应的作用光谱；

光对细胞氧化还原反应的影响；

光对细胞因子的影响；

光对细胞增殖、凋亡的影响；

……

（3）光治疗的标准术语：

随着学科发展，光治疗的学科术语也进行了标准化，早期一般是用激光进行治疗，所以早期术语叫做低强度激光治疗（Low Level LaserTherapy, LLLT），现在主要统称为光生物调节疗法（Photobiomodulation Therapy, PBMT）。

3.光与组织相互作用的主要类型

（1）光生物效应

光对细胞因子、生理过程的影响；典型的辐照度不超过100mW/cm² ；

（2）光化学效应

生物组织吸收光能量并将光能转变成化学能所导致的化学反应，如光致分解、光致氧化、光致聚合；

（3）光热效应

典型的组织温度42～150℃，使蛋白质破坏；

（4）光消融效应

典型的辐照度要达到107～1010mW/cm²。

4.光在组织内的吸收和穿透

（1）组织中的各种载色体是光子的吸收装置

水：主要吸收超过1150nm波长的光；

含氧血红蛋白（HbO₂）和去氧血红蛋白（Hb）：主要吸收低于600nm的光；

黑色素：主要吸收短波段的光；

（2）波长越长的光，在皮肤内的穿透深度越大

5.光治疗的主要参数范围和功能

光治疗使用通常波长在390~1100nm之间的光，使用相对比较低的功率密度（≤100mW/cm²）和通量（0.04~50J/cm²）。

6.消费电子类光治疗产品

消费电子类光治疗产品首先从国外兴起，消费者对光治疗的接受度普遍高于国内。国内近几年也获得了较大发展，产品种类也较多。

二、常用光源和主要物理量

1.激光

传统光治疗大多采用激光，光治疗主要从激光开始发展，大量数据和结论也是基于激光得到。激光具有高功率密度、窄带（单色性好）、以及相干性的优点。

2.放电灯

（1）卤素灯、氙灯、汞灯;

（2）发光效率虽然比较低，但可以实现很高的光功率;

（3）在紫外和红外波段，成本低于激光和LED光源;

3.LED

功率密度和单色性不及激光，但强于传统光源（可见光波段）。相对于激光具有诸多优点，比如可靠性高、成本低；开关速度高，可产生极短的脉冲；发光角度更大，可治疗更大的面积；安全性高，不需要专门培训。

4.描述光治疗剂量的主要物理量

不管使用何种光源，光治疗主要基于光子的能量特性，因此需采用辐射度量（radiometric）定义剂量参数，而通用照明使用的是光度量（photometric）参数。

5.光治疗的光功率远高于通用照明