生物組織接受激光照射后可能產(chǎn)生的壓強既有直接來自光子撞擊的光壓,又有因熱效應(yīng)的繼發(fā)作用所引起的汽流反沖壓、熱膨脹超聲壓,以及因強電場的繼發(fā)作用所引起的電致伸縮壓等等。
光壓
已知光子即有質(zhì)量又有動量,所以當(dāng)它撞擊(照射)物體時必然會給受照處施有壓力,此力即為光壓。
氣流反沖壓
當(dāng)用調(diào)q脈沖激光聚焦于很小面積的生物組織時,該處升溫急劇,并迅速沸騰。從受照處噴發(fā)出一股氣流,此時就像子彈射出槍膛時有反座力一樣。生物組織會受到這股氣流的反沖力,實驗和理論計算,都證明了這種反沖力。有人用調(diào)q脈沖激光照射至密骨組織用快速照相機拍攝得氣流。
內(nèi)部汽化壓
從上述組織表面汽化而造成的汽流反沖壓不同,內(nèi)部汽化壓發(fā)生的在內(nèi)部,汽化時猶如加壓鍋。只要激光的功率密度足夠大,能在瞬間使其能量密度超過液體蒸發(fā)閾值,則在上述系統(tǒng)內(nèi)存在氣液兩相。用調(diào)q脈沖激光可以使其能量大到足以在瞬間引起蒸發(fā),是作用處兩相系統(tǒng)加熱到臨界點,產(chǎn)生壓強為218個大氣壓的壓力,使氣泡迅速膨脹,產(chǎn)生瞬間壓強。
熱膨脹超聲壓
用強激光照射生物組織,受照處迅速升溫,結(jié)果形成汽化和體膨脹,體積的迅速膨脹,可在其邊區(qū)產(chǎn)生超聲頻率的彈性振動,即發(fā)生了超聲波在生物體內(nèi)的傳播,已知超聲波是壓強波,壓強幅值的大小和所產(chǎn)生的溫度梯成正比。所以只要在某點處升溫極其迅速,例如用脈沖寬度極窄的高功率密度激光輻射,即可獲得很大的溫度梯度,從而就有很強的超聲壓。
電致伸縮壓
激光是電磁波,在空氣介質(zhì)中其電場強度和激光功率密度的關(guān)系是:E=27.4根號I。其中I是激光功率密度單位是瓦每平方厘米。E是激光的電場強度單位是伏特/厘米。當(dāng)用足夠強的激光照射生物組織時,生物實質(zhì)將在電場作用下產(chǎn)生極化,極化發(fā)生應(yīng)力,應(yīng)力引起電致伸縮。極化時這種電荷在分布所引起的電矩正比于電場強度的平方,其單位面積上的合力叫做電子伸縮壓強。
電磁場作用
激光又是電磁波,所以激光與生物組織的作用也是電磁波與生物組織的作用,只是對于中小功率激光的生物組織用光量子觀點解釋更為清楚,但對于很高功率密度的調(diào)q激光或鎖膜激光,則因其高電場強度而足可導(dǎo)致生物組織電系統(tǒng)發(fā)生急劇的變化,對于這一這種認(rèn)識,需要電磁場觀點解釋。一般認(rèn)為電磁場作用于生物組織時起作用的只是電場,由公式可得。激光的電場強度與激光的功率密度直接有關(guān)。