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脉冲激光诱导生物硬组织消融及其医疗新技术

张先增  
【摘要】:激光诱导生物硬组织消融技术在牙科和骨外科领域具有广阔的应用前景,相关基础研究和医疗新技术开发是当前激光医学领域的研究热点和难点。本论文立足国内激光医学发展现状和临床需求,采用理论分析和离体、活体动物实验研究相结合的方法,对典型波长激光辐照生物硬组织的消融特性和量效关系、动态光剂量学以及水介导消融等进行了系统研究。在此基础上,开展了相关医疗新技术的探索性实验。 本文首先综述了激光与生物硬组织相互作用机理,初步构建生物硬组织激光消融技术知识体系。整合了消融特性基本参量;总结了生物硬组织的光学、热学和机械特性等组织学参数;探讨了激光消融的组织模型和机制以及光剂量学问题。 开展了离体黄种人牙硬组织(牙釉质和牙本质)和耳乳突骨组织的激光消融特性和量效关系的实验研究,确定了黄种人牙硬组织和耳乳突骨组织的消融阈值,获得了消融弹坑几何尺寸、热损伤厚度、消融率和消融效率随辐射曝光量的变化关系,分析比较了组织的形态学和微结构改变。 首次提出动态光剂量学(Dynamic Light Dosimetry)概念,定义了脉冲交叠因子、等效脉冲数等控制参量,推导了基于动态光剂量学范畴的消融率和消融效率公式表达。在此基础上,开展了一维动态消融实验研究,系统比较扫描速度和离焦辐照条件因素对消融效果的影响。 .首次对水的吸收系数小于靶组织吸收系数的波长激光的水介导生物硬组织消融进行实验探索,采用体视显微镜、OCT、组织切片以及扫描电镜等多种手段系统评估不同喷水速率和组织表面附着水膜层两种水环境对消融切口形态学、消融速率和消融效率、热损伤以及微结构变化等方面的影响。 开展基于激光消融的医疗新技术探索性实验。首次提出利用激光消融技术实施中耳乳突骨大面积开窗手术,并以活体兔为实验对象,系统评估脉冲CO2激光和Er:YAG激光开展此项手术的可行性、有效性和安全性。此外,本文还开展了活体兔颅顶骨激光消融术的探索性实验,评估上述两种波长激光用于颅骨外科手术的可行性、安全性与有效性。


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