（上海市罗店中学，上海 201908）

0.引言

激光是20世纪的重要发明之一。它是一种能量极高、方向性极好的光。在金属上钻出具有特定形状的孔时，工人需要应用具有较高能量的激光；在进行远距通信时，工作人员需要应用方向性较好的激光，将信息从发射站传递到接收站；在治疗肿瘤、心律失常等一系列疾病时，医生需要应用特定波长的激光，准确地破坏相关的组织。

由于激光可以与人体的多种组织发生相互作用，人们可以利用特定波长的激光切割组织或破坏组织，从而达到治疗疾病的目的。这就是激光刀的工作原理。深入研究不同类型的激光刀的特征，有助于人们在手术时选择更合适的激光刀，提高治疗效率。

1.激光刀的工作原理

当物质中的原子吸收具有特定能量的光子时，原子中的电子将从低能级跃迁至高能级，这就是受激吸收。电子只能在较高的能级上停留几微秒或几毫秒，就会回到原来的能级，并释放出具有特定能量的光子，此过程被称为自发辐射。如果自发辐射时放出的光子撞击了一个已经被激发的原子，那么受激原子将发出两个频率相同、传播方向相同的光子，这个过程被称为受激辐射。也就是说，一个光子可以在发生受激辐射后变成两个光子，光被放大了。在激光器中，光会被反复放大，数量很少的光子也能产生很强的激光[1]。

激光可以与人体的多种组织发生相互作用。由于组织中含有色素和水等能够吸收激光的物质，当人们用激光照射组织时，激光可以破坏组织间的连接，从而切割组织。此外，激光可以烧灼组织，使组织发生汽化，从而去除病变组织。这就是激光刀的工作原理。

2.激光刀的应用

激光刀在医学领域有着广泛的应用。医疗工作者可以利用激光刀完成结石手术、肿瘤手术、美容和重建手术以及消融异常传导通路。多数研究表明，激光刀的手术效果可以与传统医疗器械的手术效果相媲美，而且激光手术的创面较小、出血量较小、不良反应发生率较低[2]。

2.1 激光刀在整形手术中的应用

激光能够促进脂肪分解。在进行减脂手术的过程中，整形外科医生通常需要将一根φ为1mm的套管包绕的光纤放入患体内，能量极高的激光会促进脂肪的分解。由于套管的尺寸是非常小的，医生只需要作较小的切口，即可完成整台手术，这种手术策略有效地减少了出血量，降低了疤痕的形成率。在可用于医疗领域的所有激光中，波长为920nm的激光在脂肪组织中的吸收系数最小，它们会穿透表层组织，到达更深层的组织。波长在1320nm～1444nm范围内的激光在脂肪中的吸收系数最大，它们的穿透深度较小，医生可以利用这些激光处理体表脂肪组织。Nd：YAG激光（波长为1064nm）是广泛用于促进脂肪分解的激光，它在脂肪中的吸收系数是适中的，并且这种激光也有一定的穿透能力，可以同时作用于浅层脂肪组织和深层脂肪组织。研究表明，在Nd：YAG激光发挥作用的过程中，脂肪组织的温度不会大幅升高，因此，该激光对组织的损害较小。此外，该激光可以使小血管中的血液逐渐凝结，减少手术期间患者的失血量。研究表明，激光辅助吸脂术的失血量显著低于传统吸脂手术。此外，一些研究者发现，激光可以使皮下脂肪均匀地分解激光，患者的皮肤不会在手术后变形[3]。

此外，激光能够选择性地靶向病理性脉管系统。因此，整形外科医生常常用激光治疗与血管缺陷相关的皮肤病（如葡萄酒斑）。事实上，激光刀几乎是治疗这类皮肤病的唯一方法。在开展这类手术时，医生需要使用易被血红蛋白吸收、不易被黑色素吸收的激光，减小激光对表皮的伤害。一些医生尝试在手术中使用波长更长的激光，提高其穿透组织的能力[4]。

2.2 激光刀在心脏手术中的应用

功能异常的肺静脉（PV）可以成为异常起搏点，导致患者发生阵发性房颤（AF）。导管消融技术的发展启发肺静脉电隔离术发展（PVI）。激光气球导管是最常用于治疗房颤的内窥镜消融系统（EAS）之一。该系统的主要零件是一个导管，该导管的顶端有一个顺应性很好的球囊，在进行心脏手术的过程中，医生需要不断用氧化氘冲洗该球囊，在将导管插入左心房后，他们需要将内窥镜插入导管中，并将内窥镜放入心房内或心室内。在妥善放置后，医生可以直接看到心脏内的消融目标。装在中心腔中的二极管激光器可以发出垂直于导管轴的、波长为980nm的高能激光，这些激光将作用于PV病灶，发挥消融的作用。该激光不会在被氘吸收，而是可以渗透到内皮外的组织中。在那里，它将被水分子吸收，导致组织温度升高、血液凝结，异常起搏点处的组织会发生坏死。在作用于不同的心腔时，医疗工作者需要改变预定义的参数改变消融的功率（通常为5.5W～12W），从而改变激光传递的能量。此外，Nd：YAG激光刀也是一种常用于心脏手术的激光刀。Metzner等人进行的多中心研究表明，Nd：YAG激光刀的成功率很高，可与传统的PVI手术相媲美[5]。

在阻断异常传导通路时，医生必须在心脏中形成完全的透壁病变，才能实现完全的传导阻滞。Melby等研究者发现，在消融后，即使遗留的传导通路的直径只有1mm，窦性心律和阵发性房颤的电脉冲也可以传播。研究人员在比较不同能量水平的激光的作用时发现，使用较高能量水平的激光可以提高手术的成功率，降低AF复发率，并且不会对心肌组织造成额外的损害。

2.3 激光刀在神经手术中的应用

在神经外科领域，激光刀可以有效地治疗许多类型的难治性癫痫，如中颞叶癫痫、皮质发育不良、中风后皮质病灶、脑膨出、脑室结节性异位症和下丘脑错构瘤等[6]。除了用于消融癫痫病灶外，激光刀还可以用于断层治疗。医生可以应用激光刀，将癫痫源性大脑与非癫痫源性大脑分开。研究人员发现，激光刀可以成功分离下丘脑错构瘤。此外，二氧化碳激光也可以用于治疗神经系统疾病，它可以有效地消融儿童大脑中的病灶降低儿童癫痫的发生率[7]。一种新型激光疗法—MRI引导的激光诱导热疗法（MRgLITT）可以用于治疗顽固性癫痫。它可以消融癫痫灶、阻断异常的神经冲动。在进行MRgLITT时，医生需要调节系统中的二极管激光器发出的980nm激光的能量，并根据成像系统中的术中图像，了解组织在接受激光的照射后发生的变化，从而更精确地控制所传递的能量。

2.4 激光刀在牙科手术中的应用

在进行牙科手术时，医生常常需要进行非常精细的操作。他们需要在狭小的口腔内分离健康组织与病变组织，从而移除病变组织。激光刀可以靶向某一特定口腔组织，高效地切割病变组织，或者使病变组织汽化。此外，口腔科医生还可以用激光刀促进填充物的固化，这种固化方式比传统的固化方式更高效，且激光可以使填充物更贴合牙齿。激光刀还可以用于美白牙齿，口腔科医生通常以激光为热源，增强牙齿漂白剂的效果[8]。

2.5 激光刀在骨科手术中的应用

激光可以促进脊柱和关节软骨再生，其在骨科手术中有着广泛的应用。在自然条件下，软骨再生的过程会受到体内环境的限制。在生长一段时间后，软骨细胞会逐渐失去增殖能力，延长修复软骨所需的时间。

激光辐照是控制软骨细胞生长、分裂和软骨的新陈代谢的良好工具。在修复软骨的过程中，透明软骨发挥着至关重要的作用。激光可以诱导透明软骨填充软骨结构的缺陷，刺激软骨再生，加快软骨修复速度。其基本生物学机制是，激光可以刺激透明软骨中的软骨细胞，使未成熟细胞和干细胞快速分化，促进其分泌细胞外基质。此外，一些研究表明，激光可以诱导成熟软骨细胞发生去分化，提高软骨组织中的细胞群的再生能力、分裂能力。动物研究表明，用非消融激光照射软骨细胞外基质，就可以促进软骨细胞再生。

位于身体的不同部位的软骨具有相似的形态、结构和功能，其差异主要与细胞种群特征和组织的空间结构有关。研究表明，四肢、肋、关节和鼻中隔的透明软骨的细胞外基质非常相似。因此，用于治疗四肢软骨疾病的激光刀也可以用于治疗肋、关节和鼻中隔的软骨疾病。此外，激光刀还可以修复受损的透明板和其他关节软骨。在未来十年中，原本需要在肩膀、臀部和膝盖等处植入假体的患者将无需接受复杂而昂贵的手术。在接受激光手术后，他们的软骨的再生能力将大大增强，遭受创伤和发生退行性改变的半月板、韧带和小关节将发生自发修复[9]。不过，这种促进再生的技术目前还不成熟。科学家应当开展更多的关于激光与软骨的相互作用的研究，深入探索激光诱导软骨再生的具体机制。

3.结语

激光刀在外科领域有着广泛的应用。激光具有很高的能量，当这些能量被组织吸收后，一些组织的结构会发生变化，一些组织会逐渐坏死。因此，激光可以用于治疗多种疾病，如肿瘤、结石、房颤、癫痫等。多数激光手术是微创的，手术风险较小，患者的恢复时间较短。科学家和技术人员应当不断改进现有的激光刀，提高其产生的激光的精度和安全性，使激光手术的疗效更好、更安全，从而提高患者的满意度。