1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程系生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 南京医科大学生物医学工程与信息学院，江苏 南京 211100
3 清华大学医学院生物医学工程系，北京 100084
4 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室生物医学光子学与传感研究所，陕西 西安 710049
微创介入治疗近年来发展迅速，具有重要临床价值。然而，微创条件下手术视野与操作范围受限，手术结果高度依赖医生经验。为解决这一问题，临床关注的焦点是如何实现手术信息的可视化、手术定量信息的获取和治疗范围的精准控制。光学辅助与激光消融技术在解决该问题上发挥了重要作用。增强现实技术提供新的可视化方式，光学追踪与传感为术中提供多维的定量信息，而激光消融则提供了精准治疗的途径。同时，光学技术与计算机视觉、人工智能、材料科学等多学科结合，推动微创介入朝着智能化、精准化、个性化的方向发展。聚焦于微创介入中的光学辅助与激光消融技术，主要从增强现实、光学追踪与感知、激光消融三方面，对相关研究进展进行综述。
医用光学 增强现实 光学追踪与感知 激光消融 微创介入 中国激光
2023, 50(15): 1507201
1 福建师范大学光电与信息工程学院，医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
2 福建医科大学口腔医学院，福建医科大学附属口腔医院，福建 福州 350007
波长是生物组织激光消融必须考虑的首要因素。本文以9.3 μm CO2激光为实验光源，以离体黄种人牙硬组织作为实验样品，开展了激光消融特性和光剂量学实验研究，获得了该波长激光辐照牙釉质与牙本质的消融阈值，评估了消融弹坑的表面形貌、几何尺寸、消融率、消融效率等消融特性与能量密度的相关性。实验结果表明：9.3 μm CO2激光辐照牙釉质的消融阈值大于其辐照牙本质的消融阈值；牙本质与牙釉质的消融深度、消融直径、消融率均随能量密度增大呈递增变化；当激光频率为500 Hz、能量密度为106.10 J/cm2时，消融率达到最高，且牙本质与牙釉质无明显的碳化迹象。本研究结果对该波长激光的临床应用具有一定的参考价值。
激光技术 CO2激光 激光消融效应 消融特性 牙科激光 能量密度 中国激光
2022, 49(15): 1507105
上海理工大学 上海介入医疗器械工程技术研究中心，上海200093
为了减小钬激光碎石术中结石产生的位移，研究了钬激光脉冲峰值功率、激光烧灼尺寸和工作距离对于结石位移的影响。分析了影响结石位移的因素，搭建了一个体外模型装置以此来模拟输尿管内钬激光碎石的过程，实验使用0.25 g的正方体石膏模型来代替人体结石，钬激光功率选择12 W（0.6 J×20 Hz，0.8 J×15 Hz，1.2 J×10 Hz）和20 W（0.8 J×25 Hz、1.0 J×20 Hz、2.0 J×10 Hz），脉冲持续时间为200 μs和800 μs，光纤使用272 μm以及550 μm，工作距离从0~5 mm。最后，将体外模型置于水中，在室温进行实验。实验结果表明，结石位移随着脉冲峰值功率的增大而增大；较长的脉冲持续时间可以减小16.95%~27.27%的结石位移；272 μm的光纤相比于550 μm的光纤能够减少35.59%~54.17%的结石位移；增大工作距离可以减小结石位移，同时降低消融效率，但当结石模型与光纤顶端接触时，会产生吸附挣扎的现象。上述结论为改进国产钬激光器设计以及钬激光参数精细化设置提供了参考，对于临床手术有借鉴意义。
医用光学 国产钬激光器 激光消融 结石位移 汽化泡 medical optics domestic holmium laser laser ablation stone displacement vaporization bubble
福建医科大学附属口腔医院口腔黏膜科, 福建省口腔疾病重点实验室, 福建 福州 350002
利用X射线衍射仪(XRD)研究了Er,Cr∶YSGG激光消融对人牙本质表层晶体结构的影响。采用不同能量密度的Er,Cr∶YSGG激光消融人牙本质,然后利用XRD分析了激光照射前后牙本质无机物相羟基磷灰石(HA)的晶体结构、平均粒径及晶胞参数等的变化,结果发现:不同能量密度的激光照射后,牙本质无机物相HA颗粒的平均尺寸略微变小,但晶胞参数没有明显变化。基于XRD数据,用Popa模型的Rietveld全谱拟合得到了激光照射前后牙本质HA晶粒为长椭球形。用扫描电镜观察了激光照射后牙本质的表面形貌及微结构,发现牙本质的表面粗糙度明显增大,表面无玷污层,没有裂纹、碳化现象,未见到明显的熔融现象。本研究表明,Er,Cr∶YSGG激光消融人牙本质后无机物相没有改变,HA晶粒没有发生重结晶,牙本质表面未见到大面积熔融现象。
医用光学 X射线衍射 Rietveld全谱拟合 激光消融 牙本质 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 231701
1 廊坊市第四人民医院超声科, 河北 廊坊065700
2 廊坊市第四人民医院普外科, 河北 廊坊065700
3 廊坊市第四人民医院麻醉科, 河北 廊坊065700
目的：探讨超声导入肿胀麻醉液(肿麻液)对腔内激光治疗下肢静脉曲张术后疼痛的影响。方法：90例下肢静脉曲张患者随机分为研究组和对照组, 每组45例, 研究组在超声导引下行肿麻液注入辅助腔内激光消融治疗; 对照组在超声导引下行传统硬膜外麻醉辅助腔内激光消融治疗。比较两组临床疗效、神经阻滞情况、围术期心率(HR)和平均动脉压(MAP)、术后视觉模拟评分(VAS)以及术后日常活动恢复情况。结果：①研究组治疗总有效率为91.11%, 高于对照组的86.67%, 但两组临床疗效比较差异无统计学意义(P＞0.05)。②研究组神经阻滞起效时间短于对照组(P＜0.05), 研究组5、10、15 min神经阻滞评分高于对照组(P＜0.05), 两组神经阻滞成功率无统计学差异(P＞0.05)。③两组患者手术开始时及术后15、30 min 时HR较术前下降(P＜0.05), MAP较术前升高(P＜0.05), 但两组间不同时点HR及MAP比较, 差异均无统计学意义(P＞0.05)。④两组术后麻醉恢复时 VAS 评分无统计学差异, 但研究组术后2、4、6、8 h VAS 评分低于对照组(P＜0.05)。⑤研究组术后1d、2d、3d日常活动恢复比例均大于对照组(P＜0.05)。结论：在腔内激光消融治疗下肢静脉曲张过程中使用肿麻液能够比传统硬脊膜外腔阻滞麻醉更好地减轻术后疼痛。
肿胀麻醉液 腔内激光消融 下肢静脉曲张 超声 疼痛 tumescence anesthesia solution endovenous laser ablation lower extremity varicose vein ultrasound pain
1 南开大学物理科学学院， 泰达应用物理研究院， 弱光非线性光子学教育部重点实验室， 天津 300071
2 山西大学极端光学协同创新中心， 山西 太原 030006
3 南开大学生物治疗协同创新中心， 天津 300071
使用355 nm纳秒脉冲激光对斑马鱼体表条纹进行消融处理，通过分析色素细胞簇的再生过程研究斑马鱼体表图案的形成及再生机制。结果表明：斑马鱼体表的黄色素细胞簇能够促进周围一定区域内黑色素细胞的再生，该区域限于稍远于紧邻黄色条纹的位置,但在半个条纹宽度以内；这种促进作用具有方向特异性，即黄色素细胞更多地促进其本身条纹纵向处的黑色素细胞再生，但不促进其本身条纹横向处的黑色素细胞再生。这一结果可为理解斑马鱼自主形成周期性条纹提供新的实验支持。
生物光学 斑马鱼 激光消融技术 黄色素细胞 黑色素细胞
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
实验搭建了全保偏结构的掺镱皮秒脉冲光纤激光器, 采用级联放大结构及双包层保偏光子晶体光纤将种子脉冲能量提升至最高10 μJ, 重复频率0.05～20.00 MHz连续可调。主放大器中的纤芯/包层直径为14/135 μm保偏光子晶体光纤, 不仅可以实现与少模双包层光纤的直接熔接, 确保光纤放大器的全光纤结构, 而且有效降低了皮秒脉冲放大过程中的非线性效应, 较好的保持了输出脉冲的时频域特性。采用1 064 nm皮秒脉冲光源结合扫描电镜, 照射浸泡在蒸馏水中的二氧化钛(TiO2)粉末压片, 制备出TiO2纳米颗粒, 利用透射式电子显微镜(TEM)对TiO2纳米颗粒尺寸进行了测量。当采用在100 kHz的重复频率, 每脉冲能量为5 μJ, 脉冲串内3脉冲工作方式, 制备所得的粒子直径分布在50~350 nm之间。当脉冲串内的脉冲数从3个增加至5个后, 制备出纳米颗粒的平均直径从234 nm缩小为162 nm, 且产率从3.9 mg/h提升至5.5 mg/h。
超短脉冲激光 激光消融 二氧化钛 纳米颗粒 ultrafast laser pulse laser ablation titanium dioxide nanoparticles
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200072
2 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200072
面向光印刷互连背板的应用需求，提出基于准分子激光消融原理对光波导的刻蚀技术进行研究，在背板上任意位置获得光波导端面实现光耦合。采用193 nm 波长的准分子激光作为光源，通过方形掩模孔径投影在互连背板光波导上，研究了激光能量、激光脉冲次数与刻蚀深度、端面粗糙度等参量之间关系，通过刻蚀参数的优化，刻蚀后端面光耦合损耗增加量约1.3 dB。
激光技术 准分子激光 光波导 激光消融 光互连 光印刷背板
福建师范大学激光与光电子研究所医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
利用高速摄像技术检测脉冲CO2激光诱导液体气穴通道形成、发展和坍塌的动态过程，考察不同聚焦辐照条件对气穴效应的影响。实验获得了气穴通道脉动过程的序列图像，得到了表征气穴通道特性的参数（如最大穿透深度等）。实验结果表明，不同聚焦条件对气穴通道的动力学过程有显著影响。正离焦及焦点位置条件下，气穴通道在最大纵深时，整体形态类似于漏斗状，而负离焦条件下，则呈U 形。研究结果对激光医疗、激光水下加工、能源等领域的研究具有一定的参考价值。
医用光学 激光消融 气穴通道 聚焦条件 高速摄像技术
浙江工业大学理学院应用物理系， 浙江 杭州 310023
在水溶液中利用脉冲激光消融制备有机染料酞菁氧钒(VOPc)纳米颗粒，利用原子力显微镜(AFM)观测显示，在入射光总能量一定的前提下VOPc纳米颗粒的平均直径随脉冲能量密度的增大而变大。其纳米颗粒胶状水溶液的紫外可见(UV-Vis)吸收光谱显示，过长的激光消融时间并不能对纳米颗粒的产出提供持续贡献。纳米颗粒的再聚集直接影响了制备效率和制备所得纳米颗粒的尺寸，最终将和纳米颗粒的产出达到动态平衡，而水溶液中的疏水作用力是造成纳米颗粒再聚集的主要原因。
材料 激光技术 纳米颗粒 激光消融 有机染料 酞菁氧钒
