中紅外激光及其與生物硬組織作用研究.pdf

1、處于人眼安全波段的中紅外激光在水中被很強(qiáng)的吸收，因此在激光手術(shù)中具有組織穿透深度淺，損傷區(qū)域小，手術(shù)精度高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于骨科、消化科及泌尿科等領(lǐng)域，是理想的醫(yī)用激光光源。目前，國(guó)外銩、鈥等醫(yī)用中紅外激光的研究已取得很大發(fā)展，得到廣泛應(yīng)用。與國(guó)外相比國(guó)內(nèi)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別在醫(yī)療應(yīng)用方面基本是空白。對(duì)中紅外激光的研究，特別是針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用的研究對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)激光醫(yī)療的發(fā)展具有重要意義。中紅外激光在醫(yī)療應(yīng)用中主要是利用光熱效應(yīng)達(dá)到治療或消融

2、病變組織的目的。臨床研究表明：脈沖能量、脈沖寬度、輻射持續(xù)時(shí)間等激光參數(shù)直接影響到手術(shù)效果的好壞。對(duì)激光與組織相互作用的研究特別是對(duì)作用過程中各種影響因素的定量分析不僅對(duì)選擇合適的激光參數(shù)具有指導(dǎo)意義，更能發(fā)現(xiàn)激光在新的醫(yī)療領(lǐng)域中的作用，拓寬激光在醫(yī)療上的應(yīng)用范圍，推動(dòng)激光醫(yī)療的發(fā)展。本文對(duì)1.444μm和2.1μm醫(yī)用中紅外固體激光器及中紅外激光與生物硬組織的作用進(jìn)行了研究，主要工作集中在以下幾點(diǎn)：
　　 ⑴分析了Nd:YAG

3、激光器實(shí)現(xiàn)1.444μm激光輸出的條件，介紹了實(shí)現(xiàn)抑制寄生振蕩的方法。首次考慮多波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)建立了1.444μm Nd:YAG激光器的理論模型。研究了諧振腔鏡鍍膜要求及寄生振蕩、放大的自發(fā)輻射等對(duì)激光輸出的影響，并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。該模型更能準(zhǔn)確的反映激光器實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，對(duì)激光器的研制開發(fā)有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。試驗(yàn)中在4kW電功率輸入情況下得到47W的激光輸出，可以滿足臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用，對(duì)醫(yī)療激光器的發(fā)展具有重要意義。
　　 ⑵詳細(xì)分析

4、了2.1μm Cr,Tm,Ho:YAG激光器的吸收光譜、能量轉(zhuǎn)移及工作特點(diǎn)，考慮Tm、Ho離子多個(gè)低能級(jí)之間能量轉(zhuǎn)移過程建立了自由脈沖及調(diào)Q Cr,Tm,Ho:YAG激光器的理論模型。在理論指導(dǎo)下對(duì)激光器設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并進(jìn)行試驗(yàn)研究。模擬輸出結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，表明理論模型符合激光器實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)激光器的設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。試驗(yàn)過程中在頻率1Hz的情況下，得到最大單脈沖激光輸出能量4.5 J，在頻率為10Hz的情況下，平均輸入功率

5、為1800W時(shí)，得到平均功率27W的激光輸出，達(dá)到國(guó)外先進(jìn)激光醫(yī)療設(shè)備水平，對(duì)國(guó)內(nèi)激光醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展具有推動(dòng)作用。
　　 ⑶在中紅外激光醫(yī)療領(lǐng)域的典型應(yīng)用——鉺激光牙組織蝕除和鈥激光碎石過程中，組織表面的水在激光輻射下的熱致微爆對(duì)組織蝕除起了重要的作用。本文首次利用多物質(zhì)Euler法建立了水在激光輻射下熱致微爆的數(shù)值模型，對(duì)激光熱致微爆在組織表面產(chǎn)生的高壓沖擊及熱量沉積進(jìn)行了定量計(jì)算，并分析了高壓沖擊受激光功率密度、水膜厚度等參