雷射穿過白霧聚成一點：波前整形離皮膚科多遠？

波前整形能讓雷射在皮膚深處聚焦嗎？目前僅有的皮膚科研究在毛玻璃後 2 mm 打破豬眼黑色素小體，入射能量只要 1/25，但調一個點 2.5 小時；還沒有活體或人體的治療研究。

張宏嘉 Benjamin Chang 皮膚科專科醫師 · VSKIN 院長 · PSKIN 主治醫師

發表於 2026年10月22日 論文導讀雷射儀器原理

拿一支紅色雷射筆，隔著一張描圖紙照牆。牆上不會出現一個紅點，會是一片暈開的紅。湊近看，那片紅是無數顆亮暗交錯的細小顆粒排出來的。

皮膚對光做的事，跟那張描圖紙差不多，只是厚得多。

2026 年《Lasers in Surgery and Medicine》刊出一篇天津團隊的綜述（Wu 等），談的是用「波前整形」（wavefront shaping）把治療用的光送進深層組織。它問的事情很直接：能不能讓光穿過這層霧，在深處重新聚成一點？物理上，可以。拿來治病，還沒有人做到。

皮膚是一片白霧

皮膚不黑。光照進去，被吃掉的不多，大部分是被一再改變方向。

真皮裡的膠原纖維、細胞膜、細胞核，折射光的能力各差一點點。光每經過一個這樣的邊界，就偏一點。走不到一毫米，原本的方向已經忘光了。牛奶、白漆、雲都是這樣：光沒被吸掉，只是被打亂，所以看不穿。Anderson 與 Parrish 1981 年整理皮膚的光學性質時就寫過，真皮讓光走多深，主要由膠原纖維的散射決定。

光從表面走到「完全忘了原來方向」的那段距離，物理上叫傳輸平均自由徑。綜述給的數字是 0.1 到 1 毫米；大致上，波長愈短愈靠近小的那端。這段距離之內，還有一部分光走直線，透鏡對得了焦。過了這段，走直線的光照指數往下掉，任何靠鏡片聚焦的辦法都失效。

容易講錯的是下一句：直線的光沒了，光還在。它變成一團方向全亂的擴散光，繼續往下滲。除毛雷射打得到幾毫米深的毛囊，靠的就是這團光。所以「光到不了深處」要講精確，是光到得了，但聚不成一點，也控制不了它落在哪裡。

皮膚讓光迷路這件事，站上〈皮膚為什麼會透亮？〉從好看的那一面寫過：同一團散射光，從旁邊漏回來，就是你在照片上看到的透亮。這一篇講的是它往下走的那一半。

散斑：亂，但每次亂得一模一樣

回到牆上那片紅色顆粒。它叫散斑（speckle）。

雷射的光很整齊，波峰對著波峰。穿過描圖紙之後，它被拆成無數條長短不一的路。這些光在牆上某一點會合，有的波峰碰波峰，加起來變亮；有的波峰碰波谷，互相抵消變暗。亮點與暗點就是這樣排出來的。

紙不動，這張圖就不會變。同樣的光打進同一張紙，每一次都得到同一片散斑。散射看起來亂，其實是確定的、可以重複的。整個波前整形，就站在這一句上。

它的弱點也在這一句上：活的組織會動。血在流、人在呼吸，散斑跟著換一張。麻醉小鼠背上一片約 1.5 毫米厚的皮瓣，用夾子夾緊，散斑大約能維持 2.5 秒；完全不固定時，只剩 50 毫秒（Jang 2015）。

把光先扭過，再送進去

既然散射是確定的，就可以反過來用它。

做法是讓雷射在進入組織之前，先經過一片空間光調制器（spatial light modulator，簡稱 SLM）。那是一片上百萬像素的液晶面板，每一個像素可以讓通過的光慢一點點。面板上顯示一張看起來像亂碼的圖樣，光出來時，波形就是預先扭過的。

這張亂碼是配著那一片組織算出來的。扭過的光照樣進入同一片霧，照樣被撞得東倒西歪，彎路一條都沒少走。差別在終點：每一條路抵達目標那一點時，波峰剛好對齊，於是那一點特別亮，周圍仍是散斑。

想像一座有上千條巷子的迷宮，一群跑者各走一條。平常他們亂糟糟地陸續到達出口。如果事先知道每條巷子多長，讓走長巷子的人先出發、走短巷子的人晚一點，所有人就會在同一瞬間衝過同一條終點線。迷宮沒改，每個人照樣繞路。嚴格說，調的是光波的相位，不是出發時間；但「迷宮沒改」這一點，比喻是對的。

那張亂碼怎麼找出來，綜述把做法分成三種：

• 一塊一塊試。把面板分成很多區，一區一區調，目標點變亮就留下，像轉老收音機的天線。目標點要放一個感測器，而且慢。
• 先畫地圖。逐一送光進去、記錄出來的樣子，量出整片組織的「傳輸矩陣」，之後要聚在哪裡直接查表計算。地圖量很久，組織一動就作廢。
• 倒帶。讓目標點先發出光，在外面把散出來的光錄下來，再送一道「倒過來」的光回去，光就沿原路走回原點。這叫相位共軛。前提是目標點得先會發光。

這類研究最常報兩個數字。增強倍數，是整形後焦點的亮度除以整形前同一點的平均亮度；峰背比，是焦點亮度除以周圍散斑的平均亮度。兩個都是同一個深度上的相對比值。深處本來就暗，增強一千倍，意思是那片暗處有一個點亮成平均的一千倍。焦點只有一顆散斑大，光的總量沒有增加，只是被重新分配。這兩個數字描述焦點清不清楚，沒有回答送到了多少劑量。綜述作者自己在文中也這樣提醒。

從望遠鏡到一層白漆：哪一步是真的突破

「先量出扭曲，再反過來補償」，最早是天文學家的念頭。1953 年，Babcock 發表一篇論文，題目是〈補償天文視寧度的可能性〉：星光穿過大氣被擾動，能不能即時量出扭曲、把它補回來？這後來叫自適應光學。想法到大型望遠鏡常規使用隔了很久：2000 年，十公尺級的 Keck II 望遠鏡發表了它的第一批自適應光學影像。

1960 年代，已經有人用全像片讓光穿過擴散體之後重建影像（Kogelnik 1965；Leith 與 Upatnieks 1966）。到 1970 年代，「相位共軛」整理成一套光學，讓一道光波可以被「時間反轉」、沿原路回去（Yariv 1978 的綜述）。

這些處理的，多半是彎掉的光：直線的光還在，只是波形歪了，把它扳正就好。

2007 年那一步不一樣。Vellekoop 與 Mosk 拿一層約 10 微米厚的二氧化鈦白色顏料，光穿過去完全變成散斑，直線的光已經不存在。他們把面板分成三千多區一區一區調，最後在顏料後方聚出一個點，亮度約是原本的 1000 倍。同一篇也試了雛菊花瓣、蛋殼、人類牙齒，增強倍數在 60 到 1000 之間。沒有一樣是活的組織，而且全部靜止不動。

它證明了一件之前沒人確定的事：散射到徹底亂掉的光，仍然是可以控制的，而且能控制的區塊愈多，焦點愈亮。問題從「把歪掉的波扳正」變成「控制無數條光的干涉」。這是這個領域最重要的一步。

2007 年之後，相位共軛也被拿來對付生物組織：2008 年 Yaqoob 等人讓光穿過 0.69 毫米的雞胸肉切片再原路收回；2010 年 Cui 與 Yang 做出數位版的相位共軛系統。

2010 年，Popoff 等人量出光學的傳輸矩陣，把一片散射介質變成可以計算的對象。這是方法上的進展。

2011 年：用超音波替光蓋章

剩下一個死結：在病人身上，目標點不會自己發光，你也沒辦法在皮膚底下放一台相機。不知道目標在哪，就不知道要把光扭成什麼樣子。

2011 年，Xu、Liu 與 Wang 發表 TRUE（超音波編碼光的時間反轉）。他們用一束聚焦超音波打在組織裡的一個點。超音波在組織裡的散射比光弱約 1000 倍，聚得起來。光經過那個點時，頻率被超音波推動了極微小的一點，等於被蓋上一個章。外面只記錄有章的光，再把它倒過來送回去，光就收回超音波的焦點。

像在漆黑的森林裡，請一位朋友站在目標點搖鈴。你只追蹤聽得到鈴聲的那幾條路，倒著走回去，就找到他。天文學把這種當參考的亮點叫導引星，超音波就是組織裡的導引星。

代價是焦點跟著超音波的焦點走，大小在數十微米，裡面其實包著好幾顆散斑。2017 年 Ruan 等人用 50 MHz 超音波反覆迭代，焦點的寬度平均 27.4 微米。他們把光穿過最厚 2 毫米的小鼠腦切片聚起來；再拿 0.8 毫米厚的切片，用聚焦後的光去開神經上的光開關，光電流平均增加約 30%（n＝6），空間解析度比一般聚焦好約 4 倍。這些腦切片是從安樂死的小鼠身上切下來、泡在人工腦脊液裡維持細胞活著的，是離體實驗。光遺傳學為什麼需要把光送進腦的深處，寫在〈2026 諾貝爾獎光遺傳學：綠藻蛋白怎麼變神經開關？〉。

2015 年以後的進展主要在速度。Wang 等人 2015 年把數位相位共軛的延遲壓到 5.3 毫秒，穿過一片 2.3 毫米厚、麻醉後用夾子固定的活小鼠皮瓣，在另一側形成焦點；那片皮膚的散斑約 30 毫秒換一次，追得上。這篇綜述收錄的研究裡，真正穿過活體皮膚的只有兩篇：這一篇，以及前面提過、量散斑壽命的 Jang 2015；兩篇都只量光，沒有治療任何東西。2022 年 Luo 等人在一條 5.1 毫米厚的活斑馬魚與一片毛玻璃之間聚焦，焦點光強 25.8 mW/cm²，焦點在魚的外面。

更快的相機、更快的面板、專用晶片，這些是工程。重要，但沒有新的物理。物理先到、工程慢慢追上，這種時間差在雷射史上不是第一次，站上〈從一個想法到一台皮秒雷射，二十九年〉數過皮秒雷射那一段。

跟皮膚科的治療，有沒有關係？

直接相關的研究，只有一篇。

2024 年《Scientific Reports》，大阪公立大學皮膚科與大阪大學工學研究科的團隊（Shimojo 等）。他們想回答的問題，皮膚科醫師一聽就懂：如果光能在深處聚焦，打破真皮裡的黑色素，表面要挨的光是不是可以少很多？

實驗是這樣搭的。一台 532 奈米、脈寬 0.6 奈秒（600 皮秒）的雷射，經過液晶面板，打在一片市售的毛玻璃擴散片上。擴散片後方 2 毫米處，用兩片玻片夾著一層 0.1 毫米厚的明膠，明膠裡混著從豬眼萃取的黑色素小體。目標平面上直接架著一台相機，量光有多亮，面板就照這個讀數用基因演算法一代一代地調。調了 555 輪、約 2.5 小時，焦點亮度變成隨機狀態的 26 倍，焦點寬 3 微米。

作者先算：不整形的時候，只有 0.22 的光走得到那片明膠；同一團隊先前在豬眼黑色素小體懸浮液上實測，532 奈米皮秒雷射打破黑色素小體的閾值是 0.95 J/cm²。照這樣算，表面要打 4.32 J/cm²。整形之後，表面只打 0.17 J/cm²，目標處估計約 1.08 J/cm²，高過閾值。照射後在顯微鏡底下看，被照的那一點灰階變亮，作者判定黑色素小體破了。4.32 除以 0.17，就是常被引用的「低 25 倍」。

這篇的價值在方向。它第一次把波前整形的光學增益，換算成一個皮膚科在乎的生物物理門檻：黑色素小體什麼時候會破。深處打到閾值、表面少挨光，這是一個屬於皮膚科的問題，問得好。

限制要放在同一段看。

• 光穿過的是一片毛玻璃，裡面沒有皮膚，也沒有活的組織。作者說它到 2 毫米處的光傳遞效率跟人類皮膚相近，但皮膚那一條是用公式算出來的。
• 「2 毫米」是毛玻璃後面一段 2 毫米的空間。光在這 2 毫米裡沒有再被組織散射。作者引用一篇太田母斑雷射的電腦模擬研究，說 2 毫米大約對應這類真皮病灶的深度；但真皮裡的 2 毫米，跟毛玻璃後面的 2 毫米，是兩個不同的物理問題。真實的太田母斑，黑色素細胞多半比 2 毫米淺；韓國一項 55 人的切片研究，最深不超過 1 毫米的治療效果較好（Kang 1999）。
• 回饋訊號來自目標後面那台相機。病人的皮膚底下沒有這台相機，作者自己也寫了這是最大的限制，需要改用光聲、螢光或超音波當導引星。
• 架構是穿透式，光從一側進、相機在另一側量。皮膚太厚，臨床只能從同一面打、同一面量。
• 4.32 J/cm² 那一組是算出來的，沒有實際照一次比較。沒有重複次數，沒有統計。
• 「幾乎沒有熱傷害」是電腦模擬，而且整形那一組假設組織完全透明。
• 調好一個點 2.5 小時。作者自己引用的活體散斑去相關時間是 0.1 到 10 毫秒。
• 532 奈米會被血紅素強烈吸收，臨床上真皮色素通常用近紅外光。作者在討論裡也提到要換波長。

作者在討論段把這些幾乎都寫了。結論那一句寫的是「比傳統雷射治療的最低值低 25 倍」，這裡的「傳統」，指的是同一套毛玻璃、不整形、用公式算出的 4.32 J/cm²。

綜述轉述這篇時，寫成「在 2 毫米深處選擇性治療色素病灶」，還說它建立了劑量反應關係。原文沒有病灶、沒有組織深度、沒有治療，只有一個照射條件，也就畫不出劑量反應曲線。綜述在同一段後面有交代這是體外實驗，這一句是對的；前面那一句單獨讀，會讓人以為已經有人打過 2 毫米深的皮膚。

診間的雷射為什麼裝不上去

診間裡的 Q 開關雷射、皮秒雷射、脈衝光、染料雷射、光動力治療的燈，沒有一台能直接接上波前整形。

第一關是光夠不夠整齊。波前整形要每一個像素處理的都是「同一道波」，光束得乾淨、單一（物理上叫同調）。脈衝光與光動力治療用的燈、LED，光本身就不同調，第一關就進不去。Q 開關與皮秒雷射是同調光，但臨床機為了打出均勻的平頂光斑，光經過關節臂或光纖、再勻化，光束裡混著很多模態，跟實驗室那種乾淨的單一光束差很遠。光的頻寬也有關係：寬了，焦點會被分攤掉。

第二關是能量。臨床雷射一發的能量，比實驗室裡經過層層衰減的光高出許多，要先打在一片液晶面板上，面板本身就是工程問題。

第三關是時間。病人會呼吸、心跳，醫師手上的探頭也在移動。探頭動了大約一個波長的距離，整片散斑就換了，前面算好的亂碼作廢。

第四關是面積，綜述沒有算這筆帳。粗算一下：3 微米的點，要鋪滿 1 平方公分，大約一千萬個點。就算每個點只要 1 毫秒，也要將近三小時，而且每一個點都得先有導引星告訴你目標在哪。臨床的光斑是幾毫米，一發就蓋過一整片病灶。

皮膚科卡住的，多半是分不出目標

把皮膚科常處理的東西按深度排一排，會發現大部分都在擴散光到得了的範圍。

雀斑、曬斑在表皮，一般的奈秒雷射就夠。太田母斑的色素在真皮，1064 奈米打得到。刺青清不乾淨，多半跟墨水顏色對不對得上波長、巨噬細胞反覆吞吐有關，光量不是主因。腋下汗腺在真皮深處，難處在它沒有一種專門吸光的顏色可以瞄，所以臨床改用微波。

這些病灶的共同難題，是表皮的黑色素也在搶同一個波長的光、目標本身沒有獨特的顏色，或者淺層的組織先把光吃掉。用一句話講：分不出目標。

1983 年 Anderson 與 Parrish 提出選擇性光熱分解：挑一個目標特別吸收的波長，脈衝短到熱來不及傳出去，就能只燙到目標。它回答的是「打誰」。波前整形想回答的是「送到哪」。這個分法好記，單獨用會誤導。

選擇性光熱分解本來就管一部分「送到哪」。選長波長讓光走深、選大光斑減少邊緣散失、表面冷卻保護表皮，這是用波長、脈寬、光斑與冷卻在控制深度，只是控制不到微米級的一點。

波前整形得先知道目標在哪，才能把光送過去。要有導引星，就得先把目標分出來。黑色素吸光會發出超音波，拿它當導引星在物理上很自然，Shimojo 的作者也這樣建議；但目前這種偵測的解析度約數十微米，焦點會變大、增強倍數會掉。「送到哪」並沒有跟「打誰」分開。

脈寬的規矩也沒有變。脈衝仍要短過目標散熱的時間，皮秒雷射多出來的好處仍來自脈寬。波前整形只決定光在空間上怎麼分配，取代不了選擇性。

兩者是疊在一起的。前者靠顏色與時間挑目標，後者想進一步控制光落在哪一點，而且得先靠某種訊號知道目標在哪。

真的卡在深度的地方

厚的基底細胞癌做光動力治療，就卡在這裡。2019 年歐洲皮膚科論壇的指引寫，光動力治療適用於表淺型與結節型、腫瘤厚度不超過 2 毫米的基底細胞癌。指引引用的一項研究，五年無復發率在厚度 0.7 毫米以內的腫瘤是 94%，較厚的是 65%。結節型基底細胞癌的復發率也高於手術。英國 2008 年的指引說法一致：光動力對薄的結節型有效，長期療效不如手術。這裡卡住的不只是光，塗在表面的光敏劑也得滲到那麼深。換一種吸收波長更長的光敏劑，是另一條正在走的路，站上〈從蠶糞提煉的Ce6，正在改寫光動力治療的規則〉寫過。

太田母斑這種真皮色素，是另一種卡法。它的黑色素細胞散在真皮裡，深淺因人而異；日本的組織學分類把它從淺到深分成五型，偏褐、長在臉頰的多半淺，偏藍、長在眼皮、太陽穴、額頭的多半深（Hirayama 1991）。它打得到，但要打很多次。1994 年《新英格蘭醫學期刊》的研究，用 Q 開關紅寶石雷射治療 114 位太田母斑病人：做了 4 到 5 次的 35 人裡，33 人淡化七成以上；只做 1 次的 23 人，沒有一個淡到這個程度，7 人沒有反應。沒有人留下增生或萎縮的疤；8 人在第一次治療後出現發炎後色素沉著，最長兩個月。這是沒有未治療對照組的病例系列。太田母斑為什麼看起來是藍灰色，跟它的深度有直接關係，〈太田母斑、蒙古斑為什麼是藍的？〉講的就是那片藍怎麼告訴你色素在多深。

波前整形如果有一天派得上用場，最可能是改善「深處目標拿到的光」對「表面挨到的光」的比例，讓表皮少挨一點。這正是 Shimojo 那篇想示範的方向。

截至 2026 年 10 月，還沒有發表過把波前整形用在人類皮膚或臨床雷射上的研究。醫學文獻裡標著 wavefront-shaping、又有病人參與的研究，談的幾乎都是眼科的人工水晶體。那是鏡片設計的名稱，跟這篇講的用液晶面板控制散射光，是同名的兩件事。在網路上看到「wavefront」字樣的眼科產品，不代表這項技術已經進了醫院。

這篇綜述的數字，引用前先回頭看原文

這篇綜述的架構有用。它把問題拆成穿透深度、能量沉積、動態穩定、臨床轉譯四個面向，結論也保守：在活體疾病模型裡持續而有選擇性地送到治療劑量，仍未被充分證明。

引用編號錯位。文中兩處引用的第 63 篇，是一篇 59 位病人使用豬小腸人工硬腦膜的神經外科臨床研究，跟光學、大鼠都沒有關係。一處被拿來支持「0.1–0.3 毫米的大鼠硬腦膜模型」，那是從被引用的那篇光學論文的參考文獻裡原封不動搬過來的；另一處掛在「Hemphill 的研究」後面，Hemphill 其實是第 62 篇。

同一篇研究，兩種倍數。Wang 等人 2015 年穿過大鼠硬腦膜聚光的研究，綜述在 3.2 節寫增強約 110 倍，在 3.4 節寫「超過十倍」。原文是 110 倍。綜述還把它寫成活體研究、提到麻醉；原文的硬腦膜是取下來夾在兩片玻片之間、泡在緩衝液裡的離體組織，全文沒有麻醉。

活體與切片。摘要與前言寫 Ruan 2017 是「約 2 毫米的活體腦組織」，3.1 節自己又寫「小鼠腦切片」。原文是離體的急性腦切片，光遺傳刺激只做到 0.8 毫米。

這些錯不改變綜述的大方向，但數字一旦被二次引用，就很難收回。要引這篇的數字，先回頭找原始論文。

十年內會進診間嗎

我的判斷是機會不高。

最大的障礙是三件事得同時成立：在一張會呼吸的臉上，在幾毫秒之內，對幾百萬個點各自找到目標、各自聚焦。只解決其中一件，派不上用場。光源也得整台重新設計，臨床雷射那種多模、寬頻寬、高能量的光，跟波前整形要的乾淨光束和面板承受得住的能量，彼此衝突。

它要贏的對象，是調好波長、光斑與冷卻的現有雷射；贏過不整形的同一束光，不算數。到今天，沒有任何一篇研究做過這個比較。

這項技術比較可能先在別的地方落地：光真的到不了、目標又只有少數幾個點的地方，例如腦部的光遺傳研究與顯微成像。

對皮膚科醫師，它現在的用處是把一件常被混在一起的事拆開：光到得了，跟瞄得準，是兩個問題。1064 奈米為什麼打得深、大光斑為什麼走得比較深，拿這把尺重新量一次，會看得更清楚。

牆上那片紅色的顆粒，看起來是一團亂。2007 年，有人證明那團亂可以算。要把它算進一張會呼吸、會流血的臉，還要很久。