（上海市羅店中學，上海 201908）

0.引言

激光是20世紀的重要發(fā)明之一。它是一種能量極高、方向性極好的光。在金屬上鉆出具有特定形狀的孔時，工人需要應用具有較高能量的激光；在進行遠距通信時，工作人員需要應用方向性較好的激光，將信息從發(fā)射站傳遞到接收站；在治療腫瘤、心律失常等一系列疾病時，醫(yī)生需要應用特定波長的激光，準確地破壞相關的組織。

由于激光可以與人體的多種組織發(fā)生相互作用，人們可以利用特定波長的激光切割組織或破壞組織，從而達到治療疾病的目的。這就是激光刀的工作原理。深入研究不同類型的激光刀的特征，有助于人們在手術時選擇更合適的激光刀，提高治療效率。

1.激光刀的工作原理

當物質(zhì)中的原子吸收具有特定能量的光子時，原子中的電子將從低能級躍遷至高能級，這就是受激吸收。電子只能在較高的能級上停留幾微秒或幾毫秒，就會回到原來的能級，并釋放出具有特定能量的光子，此過程被稱為自發(fā)輻射。如果自發(fā)輻射時放出的光子撞擊了一個已經(jīng)被激發(fā)的原子，那么受激原子將發(fā)出兩個頻率相同、傳播方向相同的光子，這個過程被稱為受激輻射。也就是說，一個光子可以在發(fā)生受激輻射后變成兩個光子，光被放大了。在激光器中，光會被反復放大，數(shù)量很少的光子也能產(chǎn)生很強的激光[1]。

激光可以與人體的多種組織發(fā)生相互作用。由于組織中含有色素和水等能夠吸收激光的物質(zhì)，當人們用激光照射組織時，激光可以破壞組織間的連接，從而切割組織。此外，激光可以燒灼組織，使組織發(fā)生汽化，從而去除病變組織。這就是激光刀的工作原理。

2.激光刀的應用

激光刀在醫(yī)學領域有著廣泛的應用。醫(yī)療工作者可以利用激光刀完成結石手術、腫瘤手術、美容和重建手術以及消融異常傳導通路。多數(shù)研究表明，激光刀的手術效果可以與傳統(tǒng)醫(yī)療器械的手術效果相媲美，而且激光手術的創(chuàng)面較小、出血量較小、不良反應發(fā)生率較低[2]。

2.1 激光刀在整形手術中的應用

激光能夠促進脂肪分解。在進行減脂手術的過程中，整形外科醫(yī)生通常需要將一根φ為1mm的套管包繞的光纖放入患體內(nèi)，能量極高的激光會促進脂肪的分解。由于套管的尺寸是非常小的，醫(yī)生只需要作較小的切口，即可完成整臺手術，這種手術策略有效地減少了出血量，降低了疤痕的形成率。在可用于醫(yī)療領域的所有激光中，波長為920nm的激光在脂肪組織中的吸收系數(shù)最小，它們會穿透表層組織，到達更深層的組織。波長在1320nm～1444nm范圍內(nèi)的激光在脂肪中的吸收系數(shù)最大，它們的穿透深度較小，醫(yī)生可以利用這些激光處理體表脂肪組織。Nd：YAG激光（波長為1064nm）是廣泛用于促進脂肪分解的激光，它在脂肪中的吸收系數(shù)是適中的，并且這種激光也有一定的穿透能力，可以同時作用于淺層脂肪組織和深層脂肪組織。研究表明，在Nd：YAG激光發(fā)揮作用的過程中，脂肪組織的溫度不會大幅升高，因此，該激光對組織的損害較小。此外，該激光可以使小血管中的血液逐漸凝結，減少手術期間患者的失血量。研究表明，激光輔助吸脂術的失血量顯著低于傳統(tǒng)吸脂手術。此外，一些研究者發(fā)現(xiàn)，激光可以使皮下脂肪均勻地分解激光，患者的皮膚不會在手術后變形[3]。

此外，激光能夠選擇性地靶向病理性脈管系統(tǒng)。因此，整形外科醫(yī)生常常用激光治療與血管缺陷相關的皮膚?。ㄈ缙咸丫瓢撸Ｊ聦嵣?，激光刀幾乎是治療這類皮膚病的唯一方法。在開展這類手術時，醫(yī)生需要使用易被血紅蛋白吸收、不易被黑色素吸收的激光，減小激光對表皮的傷害。一些醫(yī)生嘗試在手術中使用波長更長的激光，提高其穿透組織的能力[4]。

2.2 激光刀在心臟手術中的應用

功能異常的肺靜脈（PV）可以成為異常起搏點，導致患者發(fā)生陣發(fā)性房顫（AF）。導管消融技術的發(fā)展啟發(fā)肺靜脈電隔離術發(fā)展（PVI）。激光氣球?qū)Ч苁亲畛Ｓ糜谥委煼款澋膬?nèi)窺鏡消融系統(tǒng)（EAS）之一。該系統(tǒng)的主要零件是一個導管，該導管的頂端有一個順應性很好的球囊，在進行心臟手術的過程中，醫(yī)生需要不斷用氧化氘沖洗該球囊，在將導管插入左心房后，他們需要將內(nèi)窺鏡插入導管中，并將內(nèi)窺鏡放入心房內(nèi)或心室內(nèi)。在妥善放置后，醫(yī)生可以直接看到心臟內(nèi)的消融目標。裝在中心腔中的二極管激光器可以發(fā)出垂直于導管軸的、波長為980nm的高能激光，這些激光將作用于PV病灶，發(fā)揮消融的作用。該激光不會在被氘吸收，而是可以滲透到內(nèi)皮外的組織中。在那里，它將被水分子吸收，導致組織溫度升高、血液凝結，異常起搏點處的組織會發(fā)生壞死。在作用于不同的心腔時，醫(yī)療工作者需要改變預定義的參數(shù)改變消融的功率（通常為5.5W～12W），從而改變激光傳遞的能量。此外，Nd：YAG激光刀也是一種常用于心臟手術的激光刀。Metzner等人進行的多中心研究表明，Nd：YAG激光刀的成功率很高，可與傳統(tǒng)的PVI手術相媲美[5]。

在阻斷異常傳導通路時，醫(yī)生必須在心臟中形成完全的透壁病變，才能實現(xiàn)完全的傳導阻滯。Melby等研究者發(fā)現(xiàn)，在消融后，即使遺留的傳導通路的直徑只有1mm，竇性心律和陣發(fā)性房顫的電脈沖也可以傳播。研究人員在比較不同能量水平的激光的作用時發(fā)現(xiàn)，使用較高能量水平的激光可以提高手術的成功率，降低AF復發(fā)率，并且不會對心肌組織造成額外的損害。

2.3 激光刀在神經(jīng)手術中的應用

在神經(jīng)外科領域，激光刀可以有效地治療許多類型的難治性癲癇，如中顳葉癲癇、皮質(zhì)發(fā)育不良、中風后皮質(zhì)病灶、腦膨出、腦室結節(jié)性異位癥和下丘腦錯構瘤等[6]。除了用于消融癲癇病灶外，激光刀還可以用于斷層治療。醫(yī)生可以應用激光刀，將癲癇源性大腦與非癲癇源性大腦分開。研究人員發(fā)現(xiàn)，激光刀可以成功分離下丘腦錯構瘤。此外，二氧化碳激光也可以用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病，它可以有效地消融兒童大腦中的病灶降低兒童癲癇的發(fā)生率[7]。一種新型激光療法—MRI引導的激光誘導熱療法（MRgLITT）可以用于治療頑固性癲癇。它可以消融癲癇灶、阻斷異常的神經(jīng)沖動。在進行MRgLITT時，醫(yī)生需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的二極管激光器發(fā)出的980nm激光的能量，并根據(jù)成像系統(tǒng)中的術中圖像，了解組織在接受激光的照射后發(fā)生的變化，從而更精確地控制所傳遞的能量。

2.4 激光刀在牙科手術中的應用

在進行牙科手術時，醫(yī)生常常需要進行非常精細的操作。他們需要在狹小的口腔內(nèi)分離健康組織與病變組織，從而移除病變組織。激光刀可以靶向某一特定口腔組織，高效地切割病變組織，或者使病變組織汽化。此外，口腔科醫(yī)生還可以用激光刀促進填充物的固化，這種固化方式比傳統(tǒng)的固化方式更高效，且激光可以使填充物更貼合牙齒。激光刀還可以用于美白牙齒，口腔科醫(yī)生通常以激光為熱源，增強牙齒漂白劑的效果[8]。

2.5 激光刀在骨科手術中的應用

激光可以促進脊柱和關節(jié)軟骨再生，其在骨科手術中有著廣泛的應用。在自然條件下，軟骨再生的過程會受到體內(nèi)環(huán)境的限制。在生長一段時間后，軟骨細胞會逐漸失去增殖能力，延長修復軟骨所需的時間。

激光輻照是控制軟骨細胞生長、分裂和軟骨的新陳代謝的良好工具。在修復軟骨的過程中，透明軟骨發(fā)揮著至關重要的作用。激光可以誘導透明軟骨填充軟骨結構的缺陷，刺激軟骨再生，加快軟骨修復速度。其基本生物學機制是，激光可以刺激透明軟骨中的軟骨細胞，使未成熟細胞和干細胞快速分化，促進其分泌細胞外基質(zhì)。此外，一些研究表明，激光可以誘導成熟軟骨細胞發(fā)生去分化，提高軟骨組織中的細胞群的再生能力、分裂能力。動物研究表明，用非消融激光照射軟骨細胞外基質(zhì)，就可以促進軟骨細胞再生。

位于身體的不同部位的軟骨具有相似的形態(tài)、結構和功能，其差異主要與細胞種群特征和組織的空間結構有關。研究表明，四肢、肋、關節(jié)和鼻中隔的透明軟骨的細胞外基質(zhì)非常相似。因此，用于治療四肢軟骨疾病的激光刀也可以用于治療肋、關節(jié)和鼻中隔的軟骨疾病。此外，激光刀還可以修復受損的透明板和其他關節(jié)軟骨。在未來十年中，原本需要在肩膀、臀部和膝蓋等處植入假體的患者將無需接受復雜而昂貴的手術。在接受激光手術后，他們的軟骨的再生能力將大大增強，遭受創(chuàng)傷和發(fā)生退行性改變的半月板、韌帶和小關節(jié)將發(fā)生自發(fā)修復[9]。不過，這種促進再生的技術目前還不成熟?？茖W家應當開展更多的關于激光與軟骨的相互作用的研究，深入探索激光誘導軟骨再生的具體機制。

3.結語

激光刀在外科領域有著廣泛的應用。激光具有很高的能量，當這些能量被組織吸收后，一些組織的結構會發(fā)生變化，一些組織會逐漸壞死。因此，激光可以用于治療多種疾病，如腫瘤、結石、房顫、癲癇等。多數(shù)激光手術是微創(chuàng)的，手術風險較小，患者的恢復時間較短?？茖W家和技術人員應當不斷改進現(xiàn)有的激光刀，提高其產(chǎn)生的激光的精度和安全性，使激光手術的療效更好、更安全，從而提高患者的滿意度。