本文關(guān)鍵詞：高能皮秒脈沖固體激光對(duì)乳豬皮膚組織的氣化效應(yīng)研究

  更多相關(guān)文章： 脈沖激光 氣化效應(yīng) 凝固效應(yīng) 皮膚 超景深顯微鏡 量效關(guān)系

【摘要】：研究背景及目的:清創(chuàng)是創(chuàng)面治療的第一步,清創(chuàng)的質(zhì)量直接影響后續(xù)治療的效果。理想的清創(chuàng)效果是清除全部壞死及感染組織的同時(shí),最大程度的保留健康組織,即精確清創(chuàng)。目前臨床上,外科手術(shù)是最常使用的清創(chuàng)方法,壞死組織的清除層次及范圍依靠醫(yī)師的主觀判斷,難以保證清創(chuàng)的精確性。隨著人們對(duì)創(chuàng)面認(rèn)識(shí)的深入,一些新式的清創(chuàng)方法如酶解清創(chuàng)、生物清創(chuàng)、自溶清創(chuàng)、超聲清創(chuàng)、“水刀”清創(chuàng)等的研究與應(yīng)用逐漸開展與深入。但上述清創(chuàng)方法均有其不足以及限制,尤其是在清創(chuàng)精確性方面有著較大的缺陷。激光是受激輻射發(fā)光,它具有方向集中、能量密度大等特點(diǎn),按照工作狀態(tài),可分為連續(xù)激光和脈沖激光。激光與生物組織相互作用可引起熱效應(yīng)、壓強(qiáng)效應(yīng)、生物刺激作用等多種激光生物效應(yīng)。連續(xù)激光用于氣化燒傷壞死組織的報(bào)道在國內(nèi)外均有報(bào)道,但都暴露了熱損傷過大導(dǎo)致植皮成功率不高或激光手術(shù)失敗需多次手術(shù)的問題。有研究表明,短脈沖激光是一種精確可控的清創(chuàng)方法,當(dāng)脈沖激光的脈寬小于熱傳導(dǎo)時(shí)間(熱弛豫時(shí)間)時(shí),受照組織將瞬間氣化而對(duì)周邊的熱損傷可降至最低,提高單脈沖能量可明顯提高其氣化組織的效率。高能皮秒(ps)激光是脈寬僅為10-12s的短脈沖激光,組織氣化范圍可控,有可能實(shí)現(xiàn)精確清創(chuàng)的目的。關(guān)于單脈沖能量高達(dá)100m J,脈寬窄至30ps或更窄的脈沖激光應(yīng)用于臨床清創(chuàng)未見文獻(xiàn)報(bào)道,所以對(duì)這種高能短脈沖激光的臨床應(yīng)用尚有很多未知。因此,本實(shí)驗(yàn)使用高能皮秒(ps)脈沖激光輻照乳豬皮膚組織,探索在單脈沖能量,脈沖次數(shù)單因素變化時(shí)高能皮秒激光對(duì)皮膚組織的作用規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)還對(duì)高能皮秒(ps)、飛秒(fs,10-15s)激光輻照皮膚組織時(shí)的溫度場變化進(jìn)行了初探,以期為將來短脈沖激光用于高精度高效率創(chuàng)面清創(chuàng)奠定一定基礎(chǔ)。研究方法:1.使用Ansys軟件建立激光輻照皮膚的熱響應(yīng)模型,針對(duì)高能量密度的1064nm連續(xù)激光和單脈沖激光進(jìn)行數(shù)值模擬,分析比較連續(xù)激光和單脈沖激光的優(yōu)缺點(diǎn)。2.實(shí)驗(yàn)分為正常皮膚組和全層燙傷皮膚組,制作巴馬小香豬離體皮膚、全層燙傷皮膚模型。3.按照單脈沖能量0(對(duì)照)、20mJ、40mJ、60mJ、80mJ、100mJ,每次輻照時(shí)間2s、5s、10s進(jìn)行分組,組合形成18種激光劑量輻照正常離體皮膚,每組重復(fù)3次。全層燙傷皮膚組與正常皮膚組實(shí)驗(yàn)條件相同。4.使用功率計(jì)對(duì)激光器的輸出能量進(jìn)行檢測,分別設(shè)置激光器輸出能量為0mJ、10mJ、20mJ、30mJ、......、100mJ,形成11組激光能量,每組重復(fù)三次測量,明確激光器的能量輸出誤差。使用激光波長計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)所用激光器輸出波長進(jìn)行驗(yàn)證,使用超短激光脈寬測量儀測量激光器輸出脈寬。5.將K型熱電偶固定于皮膚標(biāo)本的背部,溫度測量儀觀察記錄激光輻照時(shí)及輻照結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi),光斑處及距離光斑2mm處的溫度變化曲線。6.使用超景深顯微鏡即時(shí)觀察記錄氣化區(qū)深度及直徑。7.取受照皮膚組織常規(guī)制作組織切片,HE染色,請(qǐng)有資質(zhì)的病理醫(yī)師顯微鏡下觀察,獲取氣化區(qū)之外熱損傷范圍的數(shù)值。8.采用兩因素方差分析對(duì)5個(gè)能量組的3個(gè)時(shí)間分類的氣化區(qū)寬度和深度最大值以及凝固帶寬度最大值進(jìn)行差異性比較。如果方差分析的結(jié)果顯示組間差異,采用Bonferroni進(jìn)行兩兩比較,探討兩組是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。根據(jù)上述數(shù)據(jù)繪制量效關(guān)系曲線,分析其作用規(guī)律及臨床意義。結(jié)果:1.數(shù)值模擬結(jié)果顯示,相較于脈沖激光,連續(xù)激光需要更高的能量才能使皮膚碳化,但碳化深度更深,連續(xù)激光作用下二維效應(yīng)(熱量沿水平方向擴(kuò)散)明顯;脈沖激光作用下,皮膚縱向溫度梯度大,碳化深度淺,溫度下降速度更快,二維效應(yīng)可以忽略,對(duì)激光輻照區(qū)域以外的皮膚幾乎無損害。2.實(shí)驗(yàn)過程中,使用功率計(jì)對(duì)激光能量進(jìn)行檢測,結(jié)果顯示,皮秒激光器輸出能量誤差為±0.42mJ,飛秒激光器能量輸出誤差為±0.37mJ。波長計(jì)檢測結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)所用皮秒激光器和飛秒激光器的輸出波長為1064nm;超短激光脈寬測量儀測量結(jié)果顯示,本實(shí)驗(yàn)所選皮秒激光器輸出脈寬為30ps,飛秒激光器輸出脈寬為70fs。3.溫度數(shù)據(jù)顯示,光斑處溫度隨單脈沖能量與輻照時(shí)間呈正相關(guān),距光斑2mm處溫度升高僅1-2℃。4.肉眼觀察:激光照射皮膚組織時(shí),可聞及“啪啪”連續(xù)聲響,激光器輸出能量增加到一定程度時(shí),可看到組織濺射。激光輸出能量較小時(shí),受照皮膚組織無肉眼可見改變,或出現(xiàn)靶點(diǎn)發(fā)白或發(fā)黃的改變,約5min內(nèi)消失;隨激光器輸出能量及輻照時(shí)間的增加,受照皮膚組織隆起,繼而炭化、氣化,出現(xiàn)圓形或類圓形氣化區(qū),周圍組織發(fā)白或發(fā)黃,變形。5.超景深顯微鏡觀察:在正常離體皮膚實(shí)驗(yàn)組,除對(duì)照組與20mJ能量組無明顯皮膚損害,其余各組均可肉眼或顯微鏡下見組織氣化區(qū),且氣化作用的效應(yīng)程度與單脈沖能量和每次輻照時(shí)間呈正相關(guān)趨勢。平均氣化區(qū)直徑為(1168.85±188.57μm)(范圍為740.66~1455.32μm),平均氣化區(qū)深度(412.16±289.84μm)(范圍為106.44~1314.80μm)。在離體皮膚全層燙傷模型實(shí)驗(yàn)組,對(duì)照組與20mJ能量組未見明顯皮膚損害,平均氣化區(qū)直徑為(1180.0±179.3μm)(范圍為810.2~1398.5μm),平均氣化區(qū)深度為(426.9±223.3μm)(范圍為100.7~792.7μm)。6.組織切片HE染色結(jié)果顯示,正常離體皮膚實(shí)驗(yàn)組,平均凝固區(qū)寬度(141.10±47.68μm)(范圍為65.35-238.73μm),最大凝固區(qū)寬度為(217.0±19.9μm)。7.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,凝固區(qū)范圍小于100μm的最大激光劑量為80m J×2s組,在此激光劑量時(shí),氣化區(qū)寬度為(1257.9±22.3μm),氣化區(qū)深度為(262.6±15.6μm),凝固區(qū)寬度為(99.5±2.1μm)。即激光劑量≤160m J×s時(shí),凝固區(qū)范圍小于100μm。結(jié)論:1064nm波長30ps脈寬Nd:YAG激光對(duì)乳豬皮膚組織有較強(qiáng)的氣化作用,熱量沿水平方向的傳遞較弱。用該激光氣化目標(biāo)皮膚組織時(shí),對(duì)健康組織熱凝固效應(yīng)可控制在百微米級(jí)范圍,該技術(shù)有望為精確清創(chuàng)提供依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R64

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;國外激光在皮膚科應(yīng)用的概況[J];醫(yī)療器械;1976年05期

2 鹿東華;;外科用激光的生物作用機(jī)制及應(yīng)用[J];臨沂醫(yī)專學(xué)報(bào);1987年Z2期

3 陸健民;;激光與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)[J];中國康復(fù);1988年02期

4 任正心;;激光在眼科臨床的應(yīng)用[J];瀘州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào);1978年02期

5 陳五高，，李健，李蔚，薜靜，張昌旭，朱苒，沈嶸，周景晨;激光治癌研究[J];光電子·激光;1994年02期

6 ;美申請(qǐng)用激光和活化藥治療肺癌[J];醫(yī)學(xué)信息;1997年05期

7 楊光成,李勤,龍笑;復(fù)雜紋身激光治療[J];中國醫(yī)師雜志;2003年09期

8 殷一賢;;激光與腫瘤防治[J];腫瘤防治研究;1976年03期

9 康志仁;霍紀(jì)文;;激光在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展[J];國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè);1982年02期

10 Gholam A Peyman;趙家良;;不同波長的激光對(duì)眼部的作用[J];國外醫(yī)學(xué).眼科學(xué)分冊(cè);1985年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黨釗;陳德懷;王超;李小群;陳驥;;用于同步高功率固體激光的高精度時(shí)鐘發(fā)生技術(shù)研究[A];第三屆全國虛擬儀器大會(huì)論文集[C];2008年

2 張其土;王庭慰;花超;王麗熙;;高強(qiáng)度防1.06μm波長激光PC材料[A];第十屆全國青年材料科學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集（C輯）[C];2005年

3 張風(fēng);;激光的生物學(xué)效應(yīng)與波長選擇[A];中國眼底病論壇·全國眼底病專題學(xué)術(shù)研討會(huì)論文匯編[C];2008年

4 邵宏偉;方占軍;孟飛;王強(qiáng);張行;劉香斌;鄒玲丁;沈雪萍;;可調(diào)諧半導(dǎo)體激光(ECDL)在超精密測距上的應(yīng)用[A];2007'中國儀器儀表與測控技術(shù)交流大會(huì)論文集（二）[C];2007年

5 王世績;顧援;;X光激光實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（1999）[C];1999年

6 楊述斌;彭復(fù)員;;激光水下目標(biāo)回波探測技術(shù)[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進(jìn)展大會(huì)論文集（Ⅰ）[C];2008年

7 潘教青;劉峰奇;王圩;王占國;;激光氣體傳感技術(shù)與應(yīng)用[A];光纖材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（試點(diǎn)）推進(jìn)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

8 楊瑞科;馬春林;韓香娥;蘇振玲;鑒佃軍;;激光在大氣中傳輸衰減特性研究[A];2007年光電探測與制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2007年

9 李征燕;孫國強(qiáng);楊東平;;基于DSP的激光波長測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A];2010振動(dòng)與噪聲測試峰會(huì)論文集[C];2010年

10 Gregory S.Keller;朱金土;;用Pixel像束激光進(jìn)行無創(chuàng)換膚治療[A];浙江省中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)美容專業(yè)委員會(huì)第三次學(xué)術(shù)年會(huì)暨省級(jí)繼續(xù)教育學(xué)習(xí)班資料匯編[C];2007年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王姣;激光到底會(huì)不會(huì)損傷視網(wǎng)膜？(上)[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

2 本報(bào)記者 劉洪宇;神奇激光與裝備制造[N];遼寧日?qǐng)?bào);2007年

3 主講人 光學(xué)專家 激光三高治療儀發(fā)明人 北京正安激光研究院院長 吳小光　博士;激光：徜徉于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[N];人民政協(xié)報(bào);2011年

4 天佑;激光對(duì)食品包裝的影響[N];中國包裝報(bào);2011年

5 林其水;食品軟包裝中的激光劃線技術(shù)[N];中國包裝報(bào);2008年

6 張巍巍;激光微噴射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無痛注射[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

7 束洪福;測量地球到月球之間距離誤差小于發(fā)絲[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

8 組稿 王毅俊;激光 讓生活更美好[N];上�？萍紙�(bào);2010年

9 周前進(jìn);多功能激光治癌機(jī)在我國武漢研制成功[N];大眾衛(wèi)生報(bào);2000年

10 中科院力學(xué)所 楊明江;讓鋼板性能更優(yōu)良[N];中國冶金報(bào);2001年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮天利;全固態(tài)中紅外2μm波段激光特性研究[D];山東大學(xué);2015年

2 齊揚(yáng);云岡石窟砂巖文物表面污物激光清除機(jī)理及應(yīng)用研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2015年

3 李鵬;利用單共振光學(xué)振蕩器產(chǎn)生1.5μm激光的研究[D];山西大學(xué);2015年

4 余金清;PIC數(shù)值方法以及激光-物質(zhì)相互作用若干物理研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 李澤文;毫秒激光對(duì)硅及硅基光電探測器損傷機(jī)理研究[D];南京理工大學(xué);2015年

6 趙瑪利;基于激光3D加工處理系統(tǒng)的含Cu材料表面處理技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2015年

7 李文辰;高精度紅外激光波長測量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

8 王萌;金屬絡(luò)合物激光三維物化改性技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2011年

9 張俊;半導(dǎo)體激光線陣合束光源及外腔反饋光譜合束技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

10 邱化冬;基于條碼質(zhì)量的直接標(biāo)刻激光參量與物理機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊予靜;微脈沖激光及傳統(tǒng)激光治療糖尿病性黃斑水腫療效的比較[D];河北醫(yī)科大學(xué);2015年

2 李曉崗;基于超快激光的超光滑光學(xué)表面制造技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

3 門俊儒;煙塵環(huán)境下激光傳輸回波分析與抗干擾研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

4 張穎志;基于激光超聲技術(shù)的金屬表面缺陷檢測研究[D];大連理工大學(xué);2015年

5 佟帥;激光尾場中Betatron振蕩產(chǎn)生X射線的模擬研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

6 朱鵬飛;超快激光拋光技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2014年

7 曹志強(qiáng);激光毛化熔池溫度場與流場數(shù)值仿真研究[D];東北大學(xué);2014年

8 苑曉菲;激光表面熔覆理論研究與數(shù)值模擬[D];東北大學(xué);2014年

9 戴璨;激光雷達(dá)回波信號(hào)增強(qiáng)與波形分解[D];南京大學(xué);2016年

10 曹振;基于激光超聲的管道表面裂紋缺陷檢測機(jī)理研究[D];北京石油化工學(xué)院;2016年

本文編號(hào)：1222757