生物物理学 · 11.06
Laserの応用
Application of lasers
🧠 レーザーの医学作用は、波長で標的分子を選び、照射時間とエネルギー密度で熱・光化学・機械作用mechanical effect 機械作用(mechanical effect)mechanical effect(機械作用) のどれを優位にするかで設計される。
組織作用の三つの様式
| 作用 | 主な条件 | 例 |
|---|---|---|
| 光熱作用photothermal光熱作用(photothermal)photothermal(光熱作用) | 吸収後に熱へ変換 | 凝固、切開、蒸散 |
| 光化学作用photochemical光化学作用(photochemical)photochemical(光化学作用) | 光反応を起こす波長・感光物質 | 光線力学療法photodynamic therapy光線力学療法(photodynamic therapy)photodynamic therapy(光線力学療法)、エキシマ切除 |
| 光機械作用photomechanical光機械作用(photomechanical)photomechanical(光機械作用) | 短パルスの高ピークパワー powerパワー(power) power(パワー) | 結石破砕 fragmentation破砕(fragmentation) fragmentation(破砕)、組織破壊 |
どの作用が生じるかはレーザーの種類だけでなく、組織の吸収係数、照射面積、パルス幅pulse width パルス幅(pulse width)pulse width(パルス幅) に依存する。
診断・計測への利用
狭いスペクトル幅 spectral width スペクトル幅(spectral width) spectral width(スペクトル幅) は分光分析 spectroscopic analysis 分光分析(spectroscopic analysis) spectroscopic analysis(分光分析) や蛍光励起に、コヒーレンスcoherence コヒーレンス(coherence)coherence(コヒーレンス) は干渉計測 interferometry 干渉計測(interferometry) interferometry(干渉計測) や光干渉断層法 optical coherence tomography (OCT) 光干渉断層法(optical coherence tomography (OCT)) optical coherence tomography (OCT)(光干渉断層法) に使われる。蛍光顕微鏡fluorescence microscope蛍光顕微鏡(fluorescence microscope)fluorescence microscope(蛍光顕微鏡)ではレーザー走査 scanning 走査(scanning) scanning(走査) により励起位置を制御できる。
治療での選択性
網膜光凝固 photocoagulation光凝固(photocoagulation) photocoagulation(光凝固)、皮膚の血管・色素病変、外科切開では、標的発色団 chromophore 発色団(chromophore) chromophore(発色団) が吸収する波長と周囲への熱拡散時間を合わせる。ビームを細くできても、吸収されなければ標的へエネルギーは渡らない。
⚠️ 眼は可視・近赤外光を網膜へ集光するため特に脆弱である。波長に合う保護眼鏡 protective eyewear保護眼鏡(protective eyewear) protective eyewear(保護眼鏡)、管理区域、反射面対策が必要となる。
まとめ
レーザーの出力特性と応用は、誘導放出stimulated emission誘導放出(stimulated emission)stimulated emission(誘導放出)・反転分布population inversion反転分布(population inversion)population inversion(反転分布)・共振器と、照射対象との相互作用を分けて考える。12
- 波長は吸収標的、照射時間とエネルギー密度は作用様式を決める。
- レーザーは治療だけでなく、蛍光励起・分光・干渉計測interferometry 干渉計測(interferometry)interferometry(干渉計測) にも用いられる。
- 高い指向性 directionality 指向性(directionality) directionality(指向性) と集光性 focusability 集光性(focusability) focusability(集光性) は有用性と眼障害リスクの両方を高める。
出典
- 1.Population inversion X-ray laser oscillator(Proceedings of the National Academy of Sciences・2020)誘導放出、反転分布および共振器を用いるレーザー発振の物理閲覧 2026-08-21
- 2.Laser-tissue interactions. Photochemical, photothermal, and photomechanical(Surgical Clinics of North America・1992)レーザー光の物理的性質と生体組織への光化学・光熱・光機械的作用閲覧 2026-08-21