科普--光谱不同波段的特性和应用

2022-09-22 13:47

一：关于光的几个常用概念

1.光：光是一个物理学名词，其本质是一种处于特定频段的光子流。

2.光能：光能是光子运动对应的能量形式，光能是由太阳、蜡烛等发光物体所释放出的一种能量形式，光能是一种可再生性能源。

3.光谱：光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。

4.可见光和红外光：可见光是指肉眼可见的光波域从400nm（紫光）到700nm（红光），而波长760nm到1mm之间的光称为红外线（红外光/红外热辐射），是一种肉眼看不到的光。

5.红外热效应：是指红外辐射被物体吸收后转化为热能，使物体温度升高的现象。属于红外线的物理性质。

6.光源：物理学上指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线、X光线等不可见光）的物体叫光源。

二.不同波段作用

1.可见光和红外光：可见光是指肉眼可见的光波域从400nm（紫光）到700nm（红光），而波长760nm到1mm之间的光称为红外线（红外光/红外热辐射），是一种肉眼看不到的光。

0.4um-0.45um为紫光，主要起杀菌作用，对皮肤有致癌风险；

0.45um-0.49um为蓝光，主要起杀菌和季节性情绪失调调节作用，会导致近视，引起白内障以及黄斑病变等眼部疾病风险；

0.49um-0.56um为绿光，高强度的情况下可以分解色素，改善肤色。

6um-0.59um为黄光，主要是舒缓镇静作用；

0.59 um -0.62 um为橙光，主要是促进钙的吸收作用；

0.62 um -0.77 um为红光，主要是作用改善血液循环，促进组织修复与再生，消除肿胀，加速创面愈合作用；

0.77 um -1.4 um为近红外波段，主要是缓解疼痛，缓解疲劳，由于其穿入人体组织较深，还可起到深部消炎的作用。

2.临床常用设备利用波段：红光类620--650nm（伤口愈合作用）；疼痛治疗仪/偏振光类810nm（止痛）；红外线类（760---1600nm）（止痛、消炎）；深层光（威伐光）类560-1400（伤口愈合、止痛、消炎）。

3.红光、红蓝光等所有可见光类的设备都不具备穿透人体的作用：

因为可见光会不能透过非透明物体，同时会被透明的其他颜色的波段所中和；所有任何可见光都难以进行深部穿透！人体的骨骼、平滑肌、结缔组织等任何不透明的物质都会在可见光还没有到达病变组织前就将它们完全遮挡，因此不可能形成有效穿透，进而不能进行深部治疗！所以在临床上红光、红蓝光等产品主要用在表层皮肤疾病和创面等。

三.光源性质：

冷光源：利用化学能、电能、生物能激发的光源(萤火虫、霓虹灯、LED等)。具有十分优良的光学，变闪特性。物体发光时，它的温度并不比环境温度高，这种发光叫为冷光源。冷光源是几乎不含红外线光谱的发光光源。

热光源：利用热能激发的光源，如白炽灯在3,000－4,000K温度时热辐射发光，常见有白炽灯、卤素灯、太阳等。

特性：冷光源的特点是把其他的能量几乎全部转化为可见光了，其他波长的光很少，而热光源则不同，除了有可见光外还有大量的红外光，相当一部分能量转化为对照明没有贡献的红外光了。

LED：只含有少量红外线，实际作用中可忽略不计，几乎都在发射出去后即被消耗一空。

深层光采用高能卤素灯（热光源），含有可见光和红外光，并通过液体过滤装置的滤波片和过滤液滤除了光谱范围在1400nm以后的容易引起皮肤热灼伤的红外线B（1400nm-3000nm）和红外线C（3000nm-1000000nm），以及部分944nm和1180nm两个水吸收峰附近波段和其他对治疗无益光谱，保留了有益且有治疗价值的可见和近红外波段（560-1400nm）。

在波段对应的适应症确定的前提下，光能决定的是光的能力。能量守恒定律同样可以推出，更强的光能在患者耐受的前提下会更好的激发线粒体内的生物能转换，从而达到更好的治疗效果。同样，更强的光能可以穿透人体更深的部位以确保可以治疗更深部位组织器官的疾病。一般公认穿透人体5厘米以上的，需要光能（光功率密度）约需要达到230mW/cm²