CO2激光器與二極管泵浦Er:YAG激光器在體外法研究中切割質(zhì)量比較(2)

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CO2激光器與二極管泵浦Er:YAG激光器在體外法研究中切割質(zhì)量比較(2)

為了研究激光功率和采樣速度對二氧化碳激光器以及Er:YAG激光器在切割深度和熱損傷寬度方面的影響配乓。Holger Wurm對屠宰后的新鮮豬舌黏膜進(jìn)行激光切割仿滔。為此，從舌側(cè)切取等量的組織樣本(厚度為1厘米)犹芹。激光器分別采用了科醫(yī)人生產(chǎn)的二氧化碳激光器以及Pantec生產(chǎn)的二極管泵浦Er:YAG激光器崎页，具體參數(shù)如下：

對于二氧化碳激光器，使用標(biāo)準(zhǔn)聚焦裝置（f=300mm腰埂，光斑直徑500μm）飒焦，將Er:YAG激光耦合到纖芯芯徑為425μm的藍(lán)寶石光纖中。通過在Er:YAG激光器的光束路徑上使用計算機(jī)控制的快門裝置屿笼，可以對每個樣品重現(xiàn)相同的程序:

(a) 打開激光器

(b) 等待大約10秒以穩(wěn)定激光器的運(yùn)行

(c) 啟動樣品的移動

(d) 當(dāng)達(dá)到恒定的樣品移動速度時自動打開快門

在樣品移動10mm后（一個周期）牺荠，關(guān)閉快門，樣品停止移動驴一。CO2激光的處理過程也采用了類似的方法休雌，使用腳踏開關(guān)代替了電腦控制的快門，這導(dǎo)致了切割開始和結(jié)束時的不準(zhǔn)確肝断。因此杈曲，組織學(xué)切片取自切口的中間部分驰凛。具體設(shè)置如圖1所示。

實驗前担扑，CO2激光器的激光功率設(shè)置為10W恰响，這是臨床軟組織切割的典型值。通過功率計測量束腰處產(chǎn)生的激光功率為7.7W涌献，Er:YAG激光器也使用這個值胚宦。為調(diào)節(jié)激光功率，使Er:YAG激光器的脈沖峰值電流保持不變(300A)洁奈，并改變脈沖持續(xù)時間间唉。

為了圖像采集和評估，Holger等采用了光學(xué)顯微鏡(Axiophot, Carl Zeiss)配備了數(shù)碼相機(jī)(ProgRes C12plus, Jenoptic)利术，并搭載了捕獲和處理軟件(Jenoptic, ProgRes Capture Pro, Version 2.5)。該軟件還可以測量熱損傷和切割深度低矮，如圖2所示印叁。是光學(xué)顯微鏡放大20倍后Er:YAG豬舌黏膜組織切割深度和熱損傷寬度的測量，包括凝固和炭化军掂。

1. 兩種激光器以7.7W激光輸出功率和不同切割速度(2,5,10 mm/s)進(jìn)行對照實驗轮蜕。Er:YAG激光參數(shù):重復(fù)頻率為200Hz，脈沖持續(xù)時間為154μs蝗锥。

在進(jìn)行實驗時跃洛，兩種激光系統(tǒng)的切割均勻性可以通過觀察比較。當(dāng)通過CO2激光切割顯示出熱損傷并直至碳化時终议，經(jīng)過Er:YAG激光的切割則沒有汇竭。切割后，切割壁立即發(fā)生一定程度的坍塌穴张。相應(yīng)的組織學(xué)切片顯示细燎，CO2激光較Er:YAG激光切割更寬、深度更淺皂甘。與Er:YAG激光相比玻驻，CO2激光在組織學(xué)切片上的熱損傷更為明顯，切面邊緣可見液泡和碳化偿枕。

圖3顯示了兩種激光在不同切割速度下的切割深度(左)和熱損傷寬度(右)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差璧瞬。兩種激光器的切割深度均隨切割速度的降低而增加。Er:YAG激光產(chǎn)生的切割深度大約是CO2激光切割深度的兩倍渐夸。此外嗤锉，可以看到，CO2激光切割的熱損傷寬度至少是Er:YAG激光切割在所有速度下的兩倍捺萌。

 

2.研究重復(fù)頻率(100档冬、200膘茎、400和800Hz)對Er:YAG激光器(激光功率= 7.7W)切割深度和熱損傷寬度的影響。 

圖4顯示了切割深度(A)和熱損傷寬度(B)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差酷誓。隨著重復(fù)頻率的增加披坏，切削深度減小，熱損傷寬度增大盐数。

 

3.研究激光功率對不同切割速度(2棒拂、5和10 mm/s)、重復(fù)頻率為200Hz的Er:YAG激光切割深度和熱損傷寬度的影響玫氢。

圖5給出了不同激光功率下切割深度(A)和熱損傷寬度(B)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差帚屉。切割深度和熱損傷寬度隨激光功率的增大而增大。隨著切削速度的增加漾峡，兩種測量值都會降低攻旦。特別是隨著激光功率的增加，切割深度呈近似線性變化生逸。

 

結(jié)果討論

在對新鮮豬舌黏膜的體外研究中可以發(fā)現(xiàn)牢屋，與臨床認(rèn)可的照射參數(shù)下的CO2激光系統(tǒng)相比，使用二極管泵浦Er:YAG激光槽袄，我們能夠?qū)崿F(xiàn)更高的切割深度烙无，以及在相當(dāng)?shù)木鶆蛐韵聦χ車M織的熱損傷不太明顯。這兩個結(jié)果至少在定性上是預(yù)期的遍尺，因為在軟組織中Er:YAG激光輻射的吸收更高截酷，并且與二氧化碳激光器對組織汽化相比，Er:YAG是更為高效的熱機(jī)械燒蝕機(jī)制乾戏。這一點(diǎn)以及像面上更多的平頂光解釋了使用二極管泵浦Er:YAG激光器時缺乏碳化現(xiàn)象的原因迂苛，這被認(rèn)為有利于更好的傷口愈合。

觀察到的切割深度隨切割速度的增加而下降(圖3)可以解釋為每個位置的照射時間減少歧蕉，因此接收到激光能量減少灾部。隨著切割速度的增加，每個位置外加能量的減少導(dǎo)致熱損傷寬度的減小惯退。眾所周知赌髓，在激光平均功率恒定的情況下，隨著脈沖重復(fù)頻率的增加催跪，切割深度減小锁蠕，熱損傷增大。這可以解釋為懊蒸，隨著重復(fù)頻率的增加荣倾，每個位置的脈沖數(shù)量增加。每個脈沖都必須將達(dá)到消融閾值的能量引入到組織中骑丸，這導(dǎo)致隨著脈沖數(shù)量的增加舌仍，能量流出到周圍組織妒貌，從而觀察到熱損傷寬度的增加以及切割深度的減少(圖4)。在圖5中铸豁，可以觀察到所有切割速度的平均功率(以及脈沖能量)和切割深度之間幾乎是線性相關(guān)的灌曙。

綜上所述，這些實驗表明节芥，在不碳化的情況下在刺，Er:YAG激光切割熱損傷顯著降低，燒蝕效率更高头镊。此外蚣驼，熱損傷寬度的擴(kuò)大可以通過更改重復(fù)頻率來優(yōu)化。由于超過100Hz的高重復(fù)率相艇，以及單個脈沖的高重疊颖杏，即使在高速下也可以實現(xiàn)清晰的切割邊緣。結(jié)合已經(jīng)證明的硬組織切割(例如鐙骨切除術(shù))的良好適用性坛芽，我們看到了開發(fā)一種基于二極管泵浦Er:YAG激光的獨(dú)特臨床系統(tǒng)的巨大潛力输玷。

相關(guān)文獻(xiàn)：

Wurm H, Schuler P J, Hausladen F, et al. Comparative ex vivo Investigations on the Cutting Quality of the CO2 Laser and the Diode Pumped Er: YAG Laser[J]. Frontiers in Surgery, 2021, 8.

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