摘要:历经60年的发展,激光医学已不再是一个陌生的概念,它已经发展成为一门体系较为完整且相对独立的新型交叉学科,在医学科学中扮演着越来越重要的角色,在临床应用上形成了强激光治疗、光动力治疗(PDT)、弱激光治疗(LLLT)等三大激光治疗技术,还同步发展了包括光学相干
历经60年的发展,激光医学已不再是一个陌生的概念,它已经发展成为一门体系较为完整且相对独立的新型交叉学科,在医学科学中扮演着越来越重要的角色,在临床应用上形成了强激光治疗、光动力治疗(PDT)、弱激光治疗(LLLT)等三大激光治疗技术,还同步发展了包括光学相干层析成像(OCT)、光声成像等众多兼具高灵敏度和高分辨率的激光诊断技术。
正是这些先进的技术,让激光医疗在部分疾病的治疗中逐渐取代了传统的治疗方法,被越来越多的医师和患者所接受,市场份额也随之不断扩大。据The Business Research Company发布的市场研究报告显示,2026年全球激光医疗市场规模将增长至93.1亿美元,2022-2026年期间复合年增长率更是高达13.7%。
一
激光医疗两大应用方向
1
激光X诊断:精准医疗的“火眼金睛”
激光诊断技术利用激光的高单色性、高强度、准直性和偏振性等光学特性,通过光与生物组织的相互作用(如散射、吸收等),获取组织的微观结构、生理功能和生化分子浓度分布等信息。凭借无损成像、高分辨率和丰富的对比机制,激光诊断技术已成为现代医学精准诊疗的重要工具。
随着激光技术的不断进步,激光成像领域涌现出多种新型诊断技术。典型的有光学相干断层成像(OCT)、光声成像、激光散斑成像等。其中,OCT作为代表性技术,以无损伤的近红外光为光源,能够实时获取类似于组织病理的视网膜断层图像,广泛应用于眼科疾病的诊断。
OCT系统通常由低相干光源(如超快激光器)和迈克尔逊光纤干涉仪组成。光源发出的低相干光线被光纤耦合器分成两束,一束作为参考光,另一束进入患者体内,反射回来的光与参考光干涉后形成干涉图案,通过处理这些图案可以获得样品的内部结构图像。
目前OCT分为两大类:时域OCT(TD-OCT)和频域OCT(FD-OCT)。时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号与参照反光镜反射回来的光信号叠加、干涉,然后成像。频域OCT的特点是参考臂的参照反光镜固定不动,通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。
时域光学相干层析成像(TDOCT)系统示意图
图源:科普中国
此外,还有一种流行的OCT技术是扫频光学相干断层成像(SS-OCT),它使用扫频激光器。这种激光器的波长随时间变化,通过照射样品和参考镜,将返回的光信号进行干涉处理,最终得到样品的内部结构图像。
扫频光学相干层析成像(SSOCT)系统示意图
图源:科普中国
除了眼科应用外,近年来,OCT还被拓展至皮肤科、口腔科等领域,并有望通过设备的小型化与内窥镜融合,进一步应用于心血管疾病、胃肠道疾病和肿瘤的早期诊断。
2
激光X治疗:从微创到无创
激光治疗技术凭借其精准、微创甚至无创的特点,已成为现代医学中不可或缺的一部分。根据激光的强度和作用方式,激光治疗技术可分为强激光治疗、光动力治疗(PDT)和弱激光治疗(LLLT)。
强激光治疗:精准切割的“光刀”
强激光治疗利用激光的光热效应,对生物组织进行凝固、汽化或切割,达到消除病变的目的。自20世纪60年代红宝石激光成功用于视网膜脱落的光凝治疗以来,强激光治疗因其出血少、操作定位精确、非接触、无菌等优点,迅速在眼科、皮肤科、泌尿外科等领域得到广泛应用。
以飞秒激光为代表的超快激光技术,因其更高的选择性和精准切割能力,逐渐在医疗应用中展现出巨大潜力。飞秒激光在透明生物组织中可以无衰减地传输到聚焦点,对周围组织热损伤小且切割精度高,被视为现代眼科治疗的完美解决方案。
光动力治疗(PDT):肿瘤治疗的“新星”
PDT是一种新型微创疗法,通过光敏剂在特定波长激光的激活下产生活性氧物质,杀伤靶组织,实现靶向治疗。与传统治疗手段相比,PDT具有选择性高、微创、可重复使用、无耐药性等优点,适应证已从肿瘤治疗拓展至肿瘤靶向、血管靶向和微生物靶向三大领域,在恶性肿瘤、难治性微血管病变等方面具有广阔的应用前景。
光动力疗法(PDT)的治疗谱以及疗效与光的诸多参量紧密相关,其中包括所采用光的波长、强度以及照光方式等。正因如此,光源在光动力疗法中扮演着至关重要的角色,是其关键构成部分。
在光动力疗法的早期应用阶段,通常会选用白炽灯、高压弧形灯等非相干光作为辐射光源。然而,这类光源在实际应用过程中暴露出诸多不足。具体而言,在光谱结构方面,其结构可能并不理想,无法精准满足治疗需求;功率密度上,也难以达到理想的治疗标准;传输系统存在一定的局限性,影响了光的有效传输;在精确控制方面更是表现欠佳,难以实现对治疗过程的精细把控。
鉴于激光技术所具备的独特优势,激光现已成为光动力疗法的首选光源。激光的应用显著提升了光动力疗法在临床应用中的效果,为疾病治疗带来了更多的可能性和更好的治疗前景。
弱激光治疗(LLLT):无创治疗的“温和之光”
LLLT又称为低强度激光治疗,通过低强度激光刺激机体产生生理生化反应,达到调节、增强或抑制疾病的目的。随着半导体激光器的发展,包括红光和近红外光在内的多种波长激光被用作LLLT治疗光源,目前,临床用激光器主要为 HeNe/半导体激光器,波长为红光波段(630~690 nm)和近红外波段(760~940 nm),主要采用连续输出模式。
激光的波长、激光剂量以及激光输出模式(连续或脉冲)的不同,会引发各异的生物调控过程。随着低强度激光疗法(LLLT)作用机制研究的不断深入,以及新光源的不断涌现和广泛应用,LLLT的应用领域正持续拓宽。在临床应用方面,LLLT在感染、炎症、疼痛等病症的治疗上已较为成熟。除此之外,紫外及近红外脉冲激光在一些重大慢性病及增龄性疾病的治疗和预防领域,展现出了令人瞩目的应用前景。
近年来,LLLT在神经退行性疾病的预防和治疗方面取得了一定的研究进展。值得关注的是,在当前缺乏安全有效治疗方法的神经退行性疾病领域,LLLT的探索成果为该领域开辟了一个充满希望的新方向,有望进一步推动弱激光临床应用以及相关激光技术的发展。
伴随着医学模式的转变,LLLT的疾病谱正从常见疾病向重大慢性增龄性疾病逐步拓展,相关治疗领域也从疾病治疗向疾病预防不断延伸。与此同时,LLLT的应用主战场发生了显著变化,逐渐从医疗机构向社区和家庭转移。
这种新的发展形势对LLLT治疗设备提出了更为严格的要求,具体体现在便携性、小型/微型化以及可穿戴化等方面。可以预见,基于激光技术的可穿戴设备在疾病治疗领域将发挥愈发普遍且重要的作用。
二
中国激光医疗产业发展:
基础研究不断进步,市场开拓持续发力
据Allied Market Research发布的市场调研报告表明,在全球激光医疗市场领域,美国、欧洲、以色列以及日本占据着领先地位。从激光医疗器械在全球市场的份额分布状况来看,北美洲的市场份额约占35%,欧洲及中东地区约占25%,亚太区域约占20%,而我国在其中的份额约为15%。
前瞻产业研究院的数据显示,在我国激光医疗公司的竞争梯队中,第一梯队由在中国市场深耕多年的外资企业构成,例如赛诺秀、凯德朗以及韩国元泰等。从国产品牌的竞争力角度分析,近年来,科英激光、奇致激光、大族激光等企业持续在品牌建设和市场开拓方面发力,不断提升产品价值,在国内市场展现出较强的竞争力;此外,还有一批产品竞争力较强的企业,包括普东医疗、亚格光电、光泰医疗、博激世纪、科瑞达等;而部分中小民营企业则在区域范围内具有较强的竞争力。
在2023年前三季度激光医疗行业的市场份额中,大族激光和华工激光的占比较高,分别达到了19%和6%,紧随其后的是联影医疗,占比为5%,奇致激光占比4%,其余企业的市场占比均低于2%。
从产业布局层面看,我国激光医疗器械产业主要集中于北京、上海、广东、湖北、吉林等地区,目前注册的激光医疗器械企业大约有200家。
从应用方向来看,我国国产激光医疗设备以CO2激光器、Nd:YAG激光器、半导体激光器为主体,应用领域主要集中在皮肤外科、通用外科手术、泌尿科、心血管疾病等方面。然而,在眼科激光设备以及检测与诊断类设备领域,我国相对较为欠缺。在核心技术方面,我国与国际先进水平仍存在一定差距,当前我国的激光医疗设备主要依赖进口,关键设备的国产化比例较低,比如在高端眼科治疗设备领域,国外企业近乎形成了垄断态势。
值得一提的是,近年来我国在激光技术医疗应用方面取得了显著进步。以2019年度国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目为例,在总计82项项目中,有16项与激光医疗相关,相应的资助金额高达1.2亿元,约占全部资助金额的20.44%。
总体而言,尽管我国激光医疗行业在全球市场中尚面临诸多挑战,如部分领域技术不足、关键设备国产化程度低等,但随着国家对相关科研项目的重视与投入,以及国内企业在品牌和市场方面的积极进取,我国激光医疗行业正逐步缩小与国际先进水平的差距,未来有望在全球激光医疗市场中占据更为重要的地位。
顾勇刚,牛健,杨坚,等.激光在医疗领域中的应用[J].中国光学(中英文),2023,16(02):283-295.罗鸿禹,面向激光医疗和先进制造的MW级峰值功率2.8~5μm波长可调谐超短脉冲光纤激光源基础研究.四川省,电子科技大学,2022-12-13.邱海霞,李步洪,马辉,等.我国激光技术医疗应用和产业发展战略研究[J].中国工程科学,2020,22(03):14-20.来自:光电汇
长三角G60激光联盟 陈长军转载
来源:江苏激光联盟