微纳加工

激光–组织相互作用

飞秒激光精度高、热损伤小，适合眼科等学科的治疗与手术工具。

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产品介绍

什么是激光–组织相互作用

激光–组织相互作用描述生物组织吸收激光后发生的过程。选择合适的激光参数与光束递送，可以把辐照做成受控的组织改性。飞秒激光因能量沉积高度局域、热损伤小于长脉冲系统，越来越多用于组织加工，并已用于眼科、牙科、皮肤科和微创软组织手术。

波长与组织响应

相互作用机制取决于波长、脉宽、脉冲能量、重复频率等激光参数以及被照组织的性质，它们决定能量如何被吸收和分布，从而决定作用深度和组织反应。紫外被浅层生物分子强烈吸收并被细胞内颗粒散射，穿透只有十分之几微米，适合精确表面烧蚀，难以后到达更深靶点。近红外飞秒脉冲可先穿过光学透明组织，再在选定深度聚焦，从而在不损伤表层的情况下做皮下组织改性。

飞秒脉冲如何与组织作用

飞秒烧蚀把能量在显著热扩散发生之前沉积进组织。超短脉冲的高峰值光强在辐照体积内启动非线性吸收和等离子体形成；等离子体吸收剩余激光能量并高效耦合到组织，形成非热烧蚀，切除坑的尺寸、形状和深度可控，周围热损伤小。除通量和重复频率外，扫描策略也很重要：合适的扫描算法在相继扫描之间留出冷却，即使在高重复频率下也能压低局部热积累。

超短脉冲的优点

超短脉冲的主要优点是以高空间精度去除组织，同时尽量减小邻近热损伤，适合必须保护周围组织的手术。固态飞秒激光光束质量好、稳定性高，可从同一平台产生红外和紫外飞秒脉冲，因而可用一台激光做多种眼科手术。

眼科

眼科是最成熟的应用之一。现代屈光手术常组合两种光源：近红外做角膜瓣，紫外做基质烧蚀。近红外在透明角膜内聚焦，局域光致破裂产生精确定位的组织分离；紫外被角膜强烈吸收，用于光折射手术中的受控表面烧蚀。固态飞秒激光产生的紫外脉冲已显示可达到与常规氟化氩准分子相当甚至更好的基质烧蚀。用 206 nm 飞秒脉冲做的高速经上皮屈光性角膜切削约 1.6 s/屈光度，愈合反应与准分子相当，术中角膜表面升温仍低于 7 °C。固态飞秒激光通过谐波产生紫外，同一光源的近红外与紫外可同时做基质内操作和表面烧蚀。

牙科

牙科是新兴应用，尤其在自动化窝洞预备和修复。机器人激光牙科被提出替代高速牙钻，减少机械力、振动和噪声。飞秒烧蚀牙本质和釉质的研究表明无裂纹，化学组成、碳化、熔化或变形无明显变化，并避免高速机械磨削产生的玷污层，保留牙本质形态并使牙本质小管开放。与依赖水吸收和热机械抛出的铒激光、CO₂ 激光不同，飞秒脉冲把材料直接电离成等离子体，不产生冲击波，表面质量更好，不要求组织表面有水，还能加工包括金属在内的更广修复材料。

皮肤科

许多皮肤治疗需要高度局域的表面烧蚀。紫外在浅层被强烈吸收，因此飞秒紫外激光被研究作为纳秒系统的替代，用于需受控去组织、侧向损伤尽量小的皮肤科操作。320 nm 以下紫外的多数生物学效应始于 DNA 吸光。比较 206 nm 与 257 nm 飞秒脉冲的实验表明，生物学响应强烈依赖波长；在所研究条件下，206 nm 对皮肤细胞的 DNA 损伤低于 257 nm。

微创手术

超短脉冲的高精度和有限热损伤也推动了微创手术。这在胃肠外科尤其重要：结肠息肉切除和局部切除既要精确，又因肠壁薄而必须尽量减小热损伤。连续波、长脉冲和电灼容易造成显著热损伤，长脉冲系统对邻近健康组织的热损伤约 300 µm。空芯负曲率光纤近来使高能量超短脉冲能在内镜中柔性传输。猪结肠的临床前研究用 46 和 33 μJ 脉冲能量实现了精确切除，热损伤区小于 85 μm，烧蚀深度可控。

CARBIDE 与 PHAROS

CARBIDE 与 PHAROS 飞秒激光结合超短脉宽、高重复频率和集成谐波，输出从近红外到紫外，覆盖广泛的激光–组织应用。眼科中，基频近红外可用于基质内操作，谐波紫外可用于角膜表面烧蚀。同样的波长灵活性也支持皮肤科及其他需要精确组织烧蚀的医学应用。