科普·较真派 | 激光关键名词解释3:强度 (Intensity)

2024年11月01日

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随着医疗美容技术的飞速发展,激光治疗已成为众多爱美人士的选择。本文将对激光关键名词:强度 (Intensity)进行详细解析,帮助您更全面地了解医疗美容领域的专业知识。


1.激光强度及相关基本概念

激光强度 (Intensity)在医疗美容领域中的应用至关重要,它直接影响治疗的效果和安全性。激光强度,指激光束在是单位时间、单位面积上的能量强度,即功率密度的另一种说法,与激光的功率和光斑直径有关,通常以瓦特每平方厘米(W/cm²)为单位,表示单位面积、单位时间上激光传递的能量。


与激光强度紧密关联的相关概念包括激光功率 (Power)、功率密度和能量密度,这三个概念后续会分别有文章做详细解读。

简要而言,功率代表能量传递的速度,单位为瓦特(W),是激光中继波长之后最重要的参数,这是因为功率决定了组织的反应。如果功率过高或过低,预期的效果很可能无法按照所需方式发生。

由激光强度和激光功率又可以引出功率密度和能量密度两个概念。其中,能量密度(或称为能量每单位面积密度)是每单位面积的能量,单位焦耳/平方厘米(J/cm²);功率密度是每秒的能量密度,单位瓦特每平方厘米(W/cm²),由公式可以看出,功率密度其实就是激光强度的另一种表达。


2.激光强度及相关概念间的公式关系


用数学公式来帮助理解一下这几个概念之间的关系:
首先,先理清一下焦耳、瓦特、面积、时间这几个单位的关系:
全部时间、全部面积内的总能量是焦耳(J);

单位时间、全部面积内的能量是“焦耳/时间”,即功率,单位是“瓦特(W)”,1瓦特(W)= 1焦耳(J)/ 1秒(s);

全部时间、单位面积内的总能量是“焦耳/面积”,即能量密度,单位是“焦耳/平方厘米(J/cm²)”;

单位时间、单位面积内的能量,是“焦耳/(时间*面积)”,即功率密度,“J/(s * cm²)”,由前述功率的单位“瓦特(W)=焦耳(J)/时间(s)”,代入得到“瓦特(W)/平方厘米(cm²)”。

总结而言,四个概念的公式关系如下表:


将上述四个概念应用到激光上,可以对应得出:
激光总能量,指激光束在脉冲持续时间、总光斑面积内传递的总能量,单位是焦耳(J)。

激光能量密度,指激光束在脉冲持续时间、单位面积内传递的总能量,单位是焦耳/平方厘米(J/cm²)。

激光功率,指激光束在单位时间、总光斑面积内传递的能量,代表能量的传递速率,单位为瓦特(以大写的“W”表示)。1瓦特 = 1焦耳/1秒。

激光强度,指激光束在单位时间、单位面积内传递的能量,代表能量强度,与激光束的功率和光斑直径有关,通常以瓦特每平方厘米(W/cm²)为单位。

激光功率密度,指激光束在单位时间、单位面积内传递的能量,计算公式为“功率密度 = 能量密度 ÷ 脉冲持续时间”,由于焦耳/时间得到的单位是瓦特,所以功率密度的单位是瓦特/平方厘米(W/cm²),由此可以看出,功率密度其实是激光强度的另一种表达。

3.激光强度的重要性


总结来说,激光强度(如前文所述,也即功率密度)是功率与激光束照射面积的比值,由激光的功率和光斑的大小同时决定。功率密度结合了激光的三个基本要素:能量、时间、光斑大小,功率密度 = 能量 ÷ 光斑大小面积 ÷ 脉冲持续时间,由于光学设备是将光能量在特定时间内传递到特定的光斑区域,激光强度(功率密度)是比较不同系统的良好指标。

激光强度(功率密度)是决定组织反应类型的关键因素。虽然能量密度决定是否会有反应,但激光强度(功率密度)决定了反应的具体性质。

常见的误区是认为能量密度越高的设备,如IPL,就越好,因为它可能达到20J/cm²,而激光可能只有5J/cm²。但这种比较忽略了激光强度(功率密度)的重要性。例如,IPL设备可能在10毫秒内释放能量,而Q开关激光器可能在10nm内释放。

以IPL和激光为例,IPL的功率密度是2000W/cm²(20J/cm² / 10ms),而Q开关激光器的功率密度高达500,000,000W/cm²(5J/cm² / 10ns)。这意味着激光的激光强度(功率密度)是IPL的250,000倍。形象地说,如果IPL的功率密度在图上表示为1厘米,那么激光的功率密度则需要表示为2.5公里。

因此,了解功率密度对于评估治疗效果至关重要,仅知道能量密度是不够的。




高功率激光如果照射在小面积上,会产生高强度;反之,如果同样的功率分散在较大面积上,激光强度就会降低。

高强度激光意味着在较小的光斑区域内集中大量能量,这种能量密度可以产生深层的热效应或光化学反应。相反,低强度激光则能量分布较为均匀,适用于较为温和的治疗。换句话说,如果高能量的光束在长时间内传递,可能会导致组织过度损伤。但相同的高能量光束在极短时间内传递,可能会产生理想的治疗效果,例如在纹身去除中。

同样,低能量光束在较长时间段内传递可能会刺激低能量水平的组织反应,如LED系统和皮肤再生疗法中。

因此,在医疗美容中,控制激光的功率和强度都非常重要,以确保治疗的安全性和效果。


4.激光强度在医疗美容中的应用

1.皮肤治疗


在医疗美容中,激光强度决定了治疗的深度和效果。例如,在色素沉着的治疗中,如雀斑或色斑,激光的强度需要足够高,以便有效地破坏色素颗粒,但又不能过高,以免损伤周围的健康皮肤。激光通过选择性光热作用,将色素颗粒加热并破碎,使其被体内的免疫系统清除。高强度激光可以在较短时间内实现这一过程,但需要严格控制,以防产生过多的热量引起皮肤灼伤或色素沉着不均。

2.去除纹身


激光去除纹身依赖于激光强度的控制。纹身墨水的颗粒尺寸较大,通常需要较高强度的激光脉冲来破碎这些颗粒,使其足够小以便体内清除。治疗过程中,强度过高可能会导致皮肤过度热化,形成疤痕,而强度不足则可能无法有效去除墨水。因此,医师必须根据纹身的颜色、深度和患者的皮肤类型调整激光强度。

3.皮肤紧致和去皱


激光紧肤治疗通过高强度激光刺激皮肤中的胶原蛋白生成,从而提升皮肤的紧致度。此类治疗通常使用中等到高强度的激光,以确保足够的热量渗透到真皮层,促进胶原蛋白的生成。然而,强度控制至关重要,过高的强度可能导致皮肤的过度损伤,而过低的强度可能效果不佳。因此,治疗过程中的激光强度需经过调整,以平衡效果和安全性。



激光强度的控制与安全性


激光强度的控制对治疗的效果和安全性有着直接影响。过高的激光强度可能引发皮肤烧伤、色素沉着或长期的皮肤损伤。另一方面,过低的激光强度可能导致治疗效果不明显,需要进行多次治疗才能达到预期效果。因此,医疗美容中的激光设备需要具备的强度调节功能,并由经验丰富的医师操作,以确保治疗的安全性和效果。

· 总结 ·

在医疗美容领域,激光强度的调整和控制对于治疗效果至关重要。它不仅决定了激光能量的分布和作用深度,还直接影响治疗的安全性。无论是处理皮肤色素沉着、去除纹身、皮肤紧致还是光子嫩肤,适当的激光强度都能确保治疗效果良好,同时降低副作用的风险。通过科学合理的强度控制,医疗美容中的激光治疗可以实现高效的美容效果。

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