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(shù)中，傳統(tǒng)的手術(shù)器械如電鉆、電鋸等大都存在一些嚴(yán)重缺陷，如手術(shù)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(shù)者的體力消耗較大，切骨費(fèi)時(shí)較多；操作電鉆、電鋸的準(zhǔn)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(diǎn)，人們正在考慮用激光技術(shù)取代傳統(tǒng)的手術(shù)器械進(jìn)行骨外科手術(shù)。激光消融技術(shù)在醫(yī)學(xué)外科領(lǐng)域的應(yīng)用前景之一就是利用激光輻射的各種消融效應(yīng)實(shí)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(shù)器械

2、，并具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢：作為手術(shù)治療的工具，激光手術(shù)可以對激光光束進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)精確消融以及任意復(fù)雜幾何形狀的切割：非接觸式的激光手術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無菌以及無血手術(shù)，可以保證手術(shù)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(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 開展激光骨硬組織消融的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究是當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容和研究熱點(diǎn)之一。鑒于此，本文依托國家自然科學(xué)基金(60578057)項(xiàng)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(shù)工具的激光技術(shù)相對于傳統(tǒng)手術(shù)器械如電鉆、電鋸等在骨外科手術(shù)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(nèi)外研究現(xiàn)狀及本課題組先前的研究成果進(jìn)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(jìn)行骨硬組織消融研究的理由。 第一章，介紹了骨的構(gòu)造和成分、物理和化學(xué)特性、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)；隨后介紹了生物組織激光消融的相關(guān)定義及基本概念，探討

4、了目前激光醫(yī)學(xué)界較認(rèn)同的三種激光消融機(jī)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(shù)中最具代表性的

5、脈沖CO2激光，在點(diǎn)狀照射和動(dòng)態(tài)掃描兩種條件下對離體牛脛骨組織進(jìn)行消融實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)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(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)；結(jié)合光學(xué)相干層析成像(OCT)技術(shù)分別對激光消融深度和電鋸、電鉆的切割及磨削深度進(jìn)行測量，系統(tǒng)比較了其與電鋸、電鉆等傳統(tǒng)手術(shù)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(jìn)行了脈沖CO2激光骨組織消融影響的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)：結(jié)合光學(xué)相干層析成像(OCT)技術(shù)對彈坑形態(tài)特征(彈坑深度)進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jié)合讀數(shù)顯微鏡和OCT技術(shù)對消融彈坑深度進(jìn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(guān)系，并確定離體人乳突骨的消融閾值范圍：2.0-2.6J/cm2。 結(jié)束語部分；總結(jié)了本論文的研究成果，并指明了進(jìn)一步的研究方向。 總之，本論文證明了在特定的實(shí)驗(yàn)條件下，激光技術(shù)可以達(dá)到電鋸、電鉆等傳統(tǒng)手術(shù)器