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愛因斯坦到眼科 淺談雷射從醫路

2017-12-31 13:46聯合報 王孟祺(珍世明眼科院長)

報載美國已研發出雷射砲「雅典娜」,運用於戰場上將可瞬間殺敵於無形!卡通影片中機器金鋼發射雷射光給敵人致命一擊的畫面,將真實上演。雷射運用在戰場上或許很新鮮,但在日常生活、製造業或醫療的運用早已行之有年,例如雷射印表機、雷射光碟、近視雷射手術、美容雷射等,都在你我生活中隨處可見。

雷射由來 在愛因斯坦腦裡

先談談雷射這項發明的由來吧!雷射,源自於世紀天才愛因斯坦的猜想。他在1916年提出原子有「自發輻射」和「受激輻射」兩種可能性。

當原子的電子在高能階狀態,可能經由自發輻射釋放出光子而回到較低能階。另一種可能是用特定波長的光子來照射原子,刺激原子釋放出與原波長相同的幅射,也就是光。所以「受激輻射」也稱為「激光」,雷射其實是「受激輻射產生的光放大,Light Amplification  by Stimulated Emission of Radiation」英文字頭縮寫「LASER」的音譯。

另一種可能是用特定波長的光子來照射原子,刺激原子釋放出與原波長相同的幅射,也就是...
另一種可能是用特定波長的光子來照射原子,刺激原子釋放出與原波長相同的幅射,也就是光(圖1)。 圖/嘎哩喇賽-Pink

賦予能量 雷射光變有用了

可惜愛因斯坦並沒有實際發明出雷射。後繼者美國物理學家阿瑟、肖洛(Arthur L. Schawlow),設計出在受激物質的兩端裝上兩面反射鏡,一面是全反射鏡,一面是部分可穿透的反射鏡。受激輻射產生特定波長的光,就在這兩面反射鏡形成的共振腔中反覆反射,激發更多的受激輻射,累積到一定能量便穿透反射鏡,形成雷射光束。他也因為研究雷射的貢獻獲得1981年諾貝爾獎。

受激輻射產生特定波長的光,就在這兩面反射鏡形成的共振腔中反覆反射,激發更多的受激...
受激輻射產生特定波長的光,就在這兩面反射鏡形成的共振腔中反覆反射,激發更多的受激輻射,累積到一定能量便穿透反射鏡,形成雷射光束(圖2)。 圖/嘎哩喇賽-Pink

另一位美國物理學家西奧多.梅曼「Theodore Maimam」應用他的想法,使用人工紅寶石做為介質,在1960年製作出世界第一台可見光雷射器,還寫了一本「雷射奧德賽」的書來描述雷射器的發明。

既然雷射也是光,那和我們日常看見的可見光有什麼不同,為什麼那麼重要呢? 其實受激輻射光和一般的自發輻射光不同(見表),也因為這些特性,雷射光才廣泛應用在生活各層面,而醫學上雷射的首次應用就是在視網膜組織上,眼科拔得頭籌。

雷射發明前 先借陽光醫眼

但在雷射光發明前,眼科醫師早就想到用光線來治療眼疾了!1945年德國眼科學家邁爾(Meyer)觀察到,當年因欣賞日全蝕而視網膜遭灼傷的許多患者,他們視網膜上的斑疤就像是表面電燒凝固傷口一樣,他在某個失眠的夜晚,靈機一動,可以藉這樣的方式來產生疤痕,阻止視網膜剝離範圍擴大。為了怕忘記,他還在紙上記下「光」「light」和「凝固」「coagulation」兩個字,也是現行光凝固術「photocoagulation」的由來。

邁爾在漢堡市醫院眼科部樓頂上設計了一個裝置,使用望遠鏡搜集太陽光,並用一系列的透鏡將光線導入位於手術室中患者的眼裡,運用這種方式,在1949年成功治療視網膜剝離患者。但這樣的治療方式容易受天氣影響,且很困難, 並非長久之計。

在1950年代,邁爾和蔡司研究室研發使用高壓氙氣燈取代難以駕馭的陽光,讓眼科醫療更上層樓;而後續在科技的進步下,雷射光在醫學及各方的運用更是多元,並引領各類治療發展。

雷射手術
視網膜剝離

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