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，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。與國外相比國內(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。對中紅外激光的研究，特別是針對醫(yī)療應(yīng)用的研究對促進國內(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)時間等激光參數(shù)直接影響到手術(shù)效果的好壞。對激光與組織相互作用的研究特別是對作用過程中各種影響因素的定量分析不僅對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，推動激光醫(yī)療的發(fā)展。本文對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行了研究，主要工作集中在以下幾點：
　　 ⑴分析了Nd:YAG

3、激光器實現(xiàn)1.444μm激光輸出的條件，介紹了實現(xiàn)抑制寄生振蕩的方法。首次考慮多波長競爭建立了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)輻射等對激光輸出的影響，并進行了相應(yīng)的試驗研究。該模型更能準(zhǔn)確的反映激光器實際運轉(zhuǎn)規(guī)律，對激光器的研制開發(fā)有較強的指導(dǎo)意義。試驗中在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，考慮Tm、Ho離子多個低能級之間能量轉(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)下對激光器設(shè)計進行分析，并進行試驗研究。模擬輸出結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合，表明理論模型符合激光器實際運轉(zhuǎn)情況，對激光器的設(shè)計有很強的指導(dǎo)意義。試驗過程中在頻率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，得到平均功率27W的激光輸出，達到國外先進激光醫(yī)療設(shè)備水平，對國內(nèi)激光醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展具有推動作用。
　　 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行了定量計算，并分析了高壓沖擊受激光功率密度、水膜厚度等參