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量比較(2)

正文

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

為(wei) 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(shang) 寬度方麵的影響。Holger Wurm對屠宰後的新鮮豬舌黏膜進行激光切割。為(wei) 此，從(cong) 舌側(ce) 切取等量的組織樣本(厚度為(wei) 1厘米)。激光器分別采用了科醫人生產(chan) 的二氧化碳激光器以及Pantec生產(chan) 的二極管泵浦Er:YAG激光器，具體(ti) 參數如下：

對於(yu) 二氧化碳激光器，使用標準聚焦裝置（f=300mm，光斑直徑500μm），將Er:YAG激光耦合到纖芯芯徑為(wei) 425μm的藍寶石光纖中。通過在Er:YAG激光器的光束路徑上使用計算機控製的快門裝置，可以對每個(ge) 樣品重現相同的程序:

(a) 打開激光器

(b) 等待大約10秒以穩定激光器的運行

(c) 啟動樣品的移動

(d) 當達到恒定的樣品移動速度時自動打開快門

在樣品移動10mm後（一個(ge) 周期），關(guan) 閉快門，樣品停止移動。CO2激光的處理過程也采用了類似的方法，使用腳踏開關(guan) 代替了電腦控製的快門，這導致了切割開始和結束時的不準確。因此，組織學切片取自切口的中間部分。具體(ti) 設置如圖1所示。

實驗前，CO2激光器的激光功率設置為(wei) 10W，這是臨(lin) 床軟組織切割的典型值。通過功率計測量束腰處產(chan) 生的激光功率為(wei) 7.7W，Er:YAG激光器也使用這個(ge) 值。為(wei) 調節激光功率，使Er:YAG激光器的脈衝(chong) 峰值電流保持不變(300A)，並改變脈衝(chong) 持續時間。

為(wei) 了圖像采集和評估，Holger等采用了光學顯微鏡(Axiophot, Carl Zeiss)配備了數碼相機(ProgRes C12plus, Jenoptic)，並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(shang) 和切割深度，如圖2所示。是光學顯微鏡放大20倍後Er:YAG豬舌黏膜組織切割深度和熱損傷(shang) 寬度的測量，包括凝固和炭化。

1. 兩(liang) 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)進行對照實驗。Er:YAG激光參數:重複頻率為(wei) 200Hz，脈衝(chong) 持續時間為(wei) 154µs。

在進行實驗時，兩(liang) 種激光係統的切割均勻性可以通過觀察比較。當通過CO2激光切割顯示出熱損傷(shang) 並直至碳化時，經過Er:YAG激光的切割則沒有。切割後，切割壁立即發生一定程度的坍塌。相應的組織學切片顯示，CO2激光較Er:YAG激光切割更寬、深度更淺。與(yu) Er:YAG激光相比，CO2激光在組織學切片上的熱損傷(shang) 更為(wei) 明顯，切麵邊緣可見液泡和碳化。

圖3顯示了兩(liang) 種激光在不同切割速度下的切割深度(左)和熱損傷(shang) 寬度(右)的平均值和標準差。兩(liang) 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(chan) 生的切割深度大約是CO2激光切割深度的兩(liang) 倍。此外，可以看到，CO2激光切割的熱損傷(shang) 寬度至少是Er:YAG激光切割在所有速度下的兩(liang) 倍。

 

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

圖4顯示了切割深度(A)和熱損傷(shang) 寬度(B)的平均值和標準差。隨著重複頻率的增加，切削深度減小，熱損傷(shang) 寬度增大。

 

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

圖5給出了不同激光功率下切割深度(A)和熱損傷(shang) 寬度(B)的平均值和標準差。切割深度和熱損傷(shang) 寬度隨激光功率的增大而增大。隨著切削速度的增加，兩(liang) 種測量值都會(hui) 降低。特別是隨著激光功率的增加，切割深度呈近似線性變化。

 

結果討論

在對新鮮豬舌黏膜的體(ti) 外研究中可以發現，與(yu) 臨(lin) 床認可的照射參數下的CO2激光係統相比，使用二極管泵浦Er:YAG激光，我們(men) 能夠實現更高的切割深度，以及在相當的均勻性下對周圍組織的熱損傷(shang) 不太明顯。這兩(liang) 個(ge) 結果至少在定性上是預期的，因為(wei) 在軟組織中Er:YAG激光輻射的吸收更高，並且與(yu) 二氧化碳激光器對組織汽化相比，Er:YAG是更為(wei) 高效的熱機械燒蝕機製。這一點以及像麵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象的原因，這被認為(wei) 有利於(yu) 更好的傷(shang) 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(wei) 每個(ge) 位置的照射時間減少，因此接收到激光能量減少。隨著切割速度的增加，每個(ge) 位置外加能量的減少導致熱損傷(shang) 寬度的減小。眾(zhong) 所周知，在激光平均功率恒定的情況下，隨著脈衝(chong) 重複頻率的增加，切割深度減小，熱損傷(shang) 增大。這可以解釋為(wei) ，隨著重複頻率的增加，每個(ge) 位置的脈衝(chong) 數量增加。每個(ge) 脈衝(chong) 都必須將達到消融閾值的能量引入到組織中，這導致隨著脈衝(chong) 數量的增加，能量流出到周圍組織，從(cong) 而觀察到熱損傷(shang) 寬度的增加以及切割深度的減少(圖4)。在圖5中，可以觀察到所有切割速度的平均功率(以及脈衝(chong) 能量)和切割深度之間幾乎是線性相關(guan) 的。

綜上所述，這些實驗表明，在不碳化的情況下，Er:YAG激光切割熱損傷(shang) 顯著降低，燒蝕效率更高。此外，熱損傷(shang) 寬度的擴大可以通過更改重複頻率來優(you) 化。由於(yu) 超過100Hz的高重複率，以及單個(ge) 脈衝(chong) 的高重疊，即使在高速下也可以實現清晰的切割邊緣。結合已經證明的硬組織切割(例如鐙骨切除術)的良好適用性，我們(men) 看到了開發一種基於(yu) 二極管泵浦Er:YAG激光的獨特臨(lin) 床係統的巨大潛力。

相關(guan) 文獻：

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.

關於昊量光電：

上海昊量光電設備有限国产黄色在线观看是光電国产欧美在线專(zhuan) 業(ye) 代理商，国产欧美在线包括各類激光器、光電調製器、光學測量設備、光學元件等，涉及国产成人在线观看免费网站涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫療、科學研究、國防、量子光學、生物顯微、物聯傳(chuan) 感、激光製造等；可為(wei) 客戶提供完整的設備安裝，培訓，硬件開發，軟件開發，係統集成等服務。

您可以通過我們(men) 昊量光電的官方網站www.weilancj.com了解更多的国产欧美在线信息，或直接來電谘詢4006-888-532。