脈沖CO-,2-激光骨硬組織消融特性的初步研究.pdf

1、在現(xiàn)代骨外科手術中，傳統(tǒng)的手術器械如電鉆、電鋸等大都存在一些嚴重缺陷，如手術部位及解剖上存在一定的限制，不能隨意切割和開窗；對操作手術者的體力消耗較大，切骨費時較多；操作電鉆、電鋸的準確程度完全取決于操作者的熟練程度等。由于電鉆、電鋸存在上述缺點，人們正在考慮用激光技術取代傳統(tǒng)的手術器械進行骨外科手術。激光消融技術在醫(yī)學外科領域的應用前景之一就是利用激光輻射的各種消融效應實現(xiàn)骨頭等硬組織的切割和去除，其功能類似于電鋸和電鉆等傳統(tǒng)手術器械

2、，并具有許多獨特的優(yōu)勢：作為手術治療的工具，激光手術可以對激光光束進行控制，實現(xiàn)精確消融以及任意復雜幾何形狀的切割：非接觸式的激光手術可以實現(xiàn)無菌以及無血手術，可以保證手術視野清晰等。憑借激光的優(yōu)越性，激光骨消融在生物醫(yī)學領域具有廣泛的應用前景。 開展激光骨硬組織消融的理論基礎和實驗研究是當前激光醫(yī)學領域研究的重要內容和研究熱點之一。鑒于此，本文依托國家自然科學基金(60578057)項目，主要開展了以下幾方面的研究工作：

3、 緒論部分，首先簡要介紹了作為新興手術工具的激光技術相對于傳統(tǒng)手術器械如電鉆、電鋸等在骨外科手術中的優(yōu)勢。接著闡述了本課題的研究背景與選題意義，并對激光骨消融的國內外研究現(xiàn)狀及本課題組先前的研究成果進行了綜述。最后介紹了影響激光骨消融效果的諸多參數(shù)，以及選擇脈沖CO2激光作為激光輻射源進行骨硬組織消融研究的理由。 第一章，介紹了骨的構造和成分、物理和化學特性、光學和熱學性質；隨后介紹了生物組織激光消融的相關定義及基本概念，探討

4、了目前激光醫(yī)學界較認同的三種激光消融機制，即光化消融(photochemical ablation)、光熱消融(photothermalablation)和等離子體消融(plasma-induced ablation)。并著重介紹了幾種常用于硬組織消融的激光光源，比如脈沖CO2激光(波長10.6μm)、Er:YAG激光(波長2.94μm)以及Er，Cr:YSGG激光(波長2.79μm)。 第二章，選用激光骨外科手術中最具代表性的

5、脈沖CO2激光，在點狀照射和動態(tài)掃描兩種條件下對離體牛脛骨組織進行消融實驗研究，實驗通過體視顯微鏡和掃描電鏡(SEM)分別觀察脈沖CO2激光消融和電鋸、電鉆等傳統(tǒng)手術器械在切割或磨削后骨組織表面的碳化情況及骨組織消融彈坑的內部結構；結合光學相干層析成像(OCT)技術分別對激光消融深度和電鋸、電鉆的切割及磨削深度進行測量，系統(tǒng)比較了其與電鋸、電鉆等傳統(tǒng)手術器械在骨硬組織切割及磨削方面的優(yōu)劣。 第三章，在不同噴水條件下對離體牛脛骨組

6、織進行了脈沖CO2激光骨組織消融影響的實驗研究，實驗通過體視顯微鏡和掃描電鏡觀察激光消融后骨組織表面的碳化情況及骨組織消融彈坑的內部結構：結合光學相干層析成像(OCT)技術對彈坑形態(tài)特征(彈坑深度)進行測量，獲得了不同水冷卻條件下脈沖CO2激光對骨組織的消融效果。并確定了在我們特定的實驗條件下最優(yōu)化的噴水速率：31 ml/min。 第四章，開展了脈沖CO2激光對離體人耳乳突骨組織的消融特性研究，實驗首先通過肉眼和顯微鏡觀察骨組織

7、彈坑表面的形態(tài)變化，結合讀數(shù)顯微鏡和OCT技術對消融彈坑深度進行測量；通過體視顯微鏡和掃描電鏡觀察脈沖CO2激光消融后骨組織表面的碳化情況及骨組織消融彈坑的內部結構。獲得了消融彈坑深度和熱損傷深度隨激光能量密度的變化關系，并確定離體人乳突骨的消融閾值范圍：2.0-2.6J/cm2。 結束語部分；總結了本論文的研究成果，并指明了進一步的研究方向。 總之，本論文證明了在特定的實驗條件下，激光技術可以達到電鋸、電鉆等傳統(tǒng)手術器