【极智课堂】董建飞:光治疗的技术基础、适应症与机理

时间:2021-05-23作者:佚名

【极智课堂】董建飞:光治疗的技术基础、适应症与机理

当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰!

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 Mester1967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)

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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)。

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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42150℃,使蛋白质破坏;

4)光消融效应

典型的辐照度要达到1071010mW/cm2

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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

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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)。

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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。

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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。

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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;

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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。

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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。

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5.光治疗的光功率远高于通用照明

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