【摘 要】
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激光诱导生物组织消融技术在心血管科和肿瘤科领域具有广阔的应用前景,相关基础理论和医疗新技术开发一直是当前激光医学领域的研究热点和难点。本文立足于国内激光医学发展现状和临床需求,采用理论分析、数值模拟和离体动物实验相结合的方法,对355 nm burst-mode激光经介入导管耦合后消融离体生物组织的热效应现象展开了全面的研究。并在此基础上,开展了其应用于激光血管成形术的探索性实验。其中burst-
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激光诱导生物组织消融技术在心血管科和肿瘤科领域具有广阔的应用前景,相关基础理论和医疗新技术开发一直是当前激光医学领域的研究热点和难点。本文立足于国内激光医学发展现状和临床需求,采用理论分析、数值模拟和离体动物实验相结合的方法,对355 nm burst-mode激光经介入导管耦合后消融离体生物组织的热效应现象展开了全面的研究。并在此基础上,开展了其应用于激光血管成形术的探索性实验。其中burst-mode激光是指在调制信号的控制下将超短脉冲激光调制成具有一定包络形状的激光脉冲序列。本文主要研究内容如下:（1）研究了激光在生物组织中的传输规律,分析了基于光束扩散模型的激光热源在生物组织中沿径向及轴向的分布形式,推导了基于实验环境的Pennes生物传热方程,为后续数值模拟及实验探究热损伤规律奠定了理论基础。（2）建立了355 nm burst-mode激光消融猪皮下脂肪的有限元模型,重点分析了通过介入导管传输的激光热源在组织中的时空分布,以及组织的温度场、消融速率及消融孔径的时空演化规律。仿真结果表明脂肪在消融过程中分为初始消融阶段和稳定消融阶段,且作用于脂肪的激光包络所含脉冲数越多,温度上升速率、消融速率以及消融孔径扩大速率越快。（3）搭建了激光消融生物组织的实验平台。其中激光外控及导管耦合系统用于确保激光包络的稳定输出和介入导管的高效耦合;导管恒力推进及消融速率检测系统用于维持介入导管对生物组织作用力的稳定,并实时检测组织的消融速率;生物组织温度实时监测系统用于批量探测组织不同点位的温度响应。（4）研究了355 nm burst-mode激光经介入导管耦合后与生物组织热损伤的量效关系。首先通过空间光蚀除牛骨实验,发现burst-mode激光消融牛骨的功率阈值为0.028 W,明显低于脉冲激光的消融阈值0.108 W;随后研究了不同激光参数对皮下脂肪热效应的影响,实验现象表明温度响应、消融速率及消融孔径随平均功率的增加而增大;通过激光消融生物组织的选择性实验,发现脂肪的消融阈值为0.361 W,明显低于主动脉的消融阈值1.839 W,可有效防止主动脉穿孔;最后研究了脂肪热效应与血液浓度间的量效关系,发现组织温度随血液浓度的增加而剧烈上升。
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