激光消融生物软组织热效应的数值模拟和实验研究

刘珂舟 欧泽世 许科帝 白瑞良

1(杭州电子科技大学自动化学院，杭州 310018) 2(浙江大学求是高等研究院，杭州 310027) 3(浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所，杭州 310027)

引言

在过去的20年中，固体激光和、气体激光在医疗器械中均被广泛使用。半导体激光具有优秀的电控、高效、重量轻，但激光热辐射与热扩散过强，只运用在航空材料与大型设备焊接。近几年高功率激光开始运用于医疗器械，主要解决固体激光无法有效解决3 cm以上肿瘤与增生组织切除等问题[1]。特别在图像识别能力和处理速度的革新下，结合激光器通过光纤传输可以密切配合术中磁共振成像、术中CT、超声、手术导航与手术机器人等高精度手术设备，再配合高效的温度控制设备进行精确消融，目前消融精度已在亚厘米以下[2-3]。

半导体激光在国外被应用于脑肿瘤消融、甲状腺肿瘤消融、前列腺增生、宫颈糜烂等重要器官疾病的治疗[3-8]。从激光技术应用到临床医疗以及重要器官的激光热消融治疗，国内外对于激光在医疗领域的研究也越加深入。有大量的学者在激光热效应方法进行了多方面的研究，包括大量的动物内脏模拟实验[9-11]，以及传统的生物组织热传导公式(Pennes公式)的研究。其运用蒙特卡罗方法和模拟数据进行模拟实验，模拟了预定激光对于生物组织的热效应，效果明显[12-14]。

本研究通过实验，以图像处理的方式量化消融信息，获取不同激光功率下及不同作用时间内的有效消融面积数据，建立弥散光纤长轴和短轴数理关系，之后建立体积与功率和时间的体积模型，最后通过实际的测量数据验证了体积模型有效性。……