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编号:10223847
妇科腹腔镜手术几种激光对兔子宫壁损伤的实验研究
http://www.100md.com 《中国激光医学杂志》 1998年第2期
     作者:冯凤芝1 王勉镜1 孙爱达1 高孟林1 顾 蓓2

    单位:

    关键词:腹腔镜手术;激光;子宫;热损伤

    中国激光医学杂志/980205Thermal Lesions of Rabbit Uterine Caused by Lasers Used

    in Gynecologic Laparoscopic Surgery

    Feng Fengzhi, Wang Mianjing, Sun Aida, Gao Menglin

    Peking Union Medical College Hospital
, 百拇医药
    Gu Bei

    Institute of Basic Medical Sciences

    CAMS and PUMC, Beijing(100730)

    摘要 为掌握妇科腹腔镜手术所应用的激光器的治疗剂量,对几种激光引起的兔子宫壁热损伤进行观察。实验研究证实:所有激光产生的损伤程度与所用的剂量呈正相关。术后48 h与即刻损伤程度相比,半导体激光的损伤程度明显加深、加宽;但CO2激光和Nd∶YAG激光接触式光刀无显著变化。说明应用激光行妇科腹腔镜手术治疗时,所产生的损伤与应用的功率密度有关,为临床合理选用腹腔镜下的激光治疗提供依据。

    ABSTRACT

    In order to determine the optimal irradiation dosages of various lasers used in gynecologic laparoscopic surgery, the thermal lesions of rabbit uterine caused by CO2, Nd∶YAG, and diode lasers were examined and analyzed histopathologically. Significant positive correlation was found between measured injury sizes and the delivered laser energy. Comparing the injury sizes immediately and 48 hours after irradiation, the injury size caused by diode laser was significantly increased, while no significant changes was observed in those caused by CO2 and Nd∶YAG contact irradiation. The results indicate that there is a significant positive correlation between injury size and power density for each laser modality used in gynecologic laparoscopy. The present study provided useful reference of dosimetric data for clinical application of laparoscopic laser surgery.
, 百拇医药
    Key words Gynecologic laparoscopic surgery, Laser, Uterine, Thermal injury

    激光技术为妇科腹腔镜治疗提供了先进的手段。目前,我国已制成专门化的Nd∶YAG激光接触式光刀和CO2激光空芯光纤,但尚缺乏可供临床参考的精确的能量控制数据。半导体激光是新一代的激光,在国外已应用于临床[1~3],但腹腔镜应用尚缺乏科学的实验依据。本实验拟通过组织病理学观察,较系统地研究CO2激光空芯光纤、Nd∶YAG激光接触式光刀、接触式及非接触式半导体激光(简称Dc及Dnc)四种不同的治疗仪器,在临床常用剂量下,对兔子宫壁的热损伤范围及动态变化,为临床掌握剂量提供科学的实验依据。

    材料与方法

    一、实验动物及分组
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    雌性中国家兔4只,体重2.5 kg~3.0 kg。以25 mg/kg~30 mg/kg戊巴比妥钠腹腔内注射麻醉。分二组,每组应用四种仪器,每种仪器使用四种不同功率照射同一子宫。从最低功率开始,每一功率照射三个部位。A组:即刻损伤组,每点灼后,当即观察灼点的肉眼变化,并取标本。B组:术后48 h组,同法照射后,于术后48 h观察后取标本。

    二、光学显微镜下的组织学检查

    A、B二组的标本均以10%福尔马林液固定,石蜡包埋,间断性连续切片,HE染色。光学显微镜下测量切片中损伤区的最大深度及宽度(坏死区和凝固区的总和),取三点测值的平均值。

    三、实验用仪器及光纤

    (一)CO2激光器:波长为10.6 μm,光纤为空芯导光束,导管内径0.8 mm。
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    (二)Nd∶YAG接触式光刀:Nd∶YAG医用激光器和蓝宝石锥形头,波长为1.064

    μm,光纤为400 μm石英纤维。

    (三)半导体激光器:英国剑桥Diomed有限公司研制,波长为810 nm,光纤为石英纤维,芯径600 μm。

    四、实验用参数

    四种不同照射方法对组织的照射时间均定为2 s,CO2激光刀和Dnc均距照射组织5 mm,Nd∶YAG接触式光刀和Dc均直接接触组织照射。每种照射方法以引起子宫壁出现最小的可见变白的功率作为最低功率(A)[4],临床常用功率作为中间功率(B和C),D为最高功率。各种激光照射的实验参数见表1。

    表1 各种激光照射兔子宫壁的实验参数
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    Tab.1 Various laser parameters applied in the experiment 照射方法

    Modality

    功率(W) Power(W)

    照射时间(s)

    Irradiation

    time(s)

    工作方式

    Working mode

    光斑(mm)

    Spot size(mm)

, http://www.100md.com     A

    B

    C

    D

    CO2激光(CO2 laser)

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2

    非接触式 Noncontact

    1.80

, http://www.100md.com     Nd∶YAG激光(Nd∶YAG laser)

    12.0

    16.0

    20.0

    24.0

    2

    接触式 Contact

    1.00

    接触式半导体激光(Dc)

    4.0

    5.0

    6.0

, http://www.100md.com     7.0

    2

    接触式 Contact

    1.00

    非接触式半导体激光(Dnc)

    10.0

    12.0

    14.0

    16.0

    2

    非接触式 Noncontact

    2.26

    注:激光波长:CO2激光10.6 μm,Nd∶YAG激光1.064 μm,半导体激光810 nm
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    Note:The laser wavelength: CO2 at 10.6 μm, Nd∶YAG at 1.064 μm, Diode at 810 nm

    五、统计学分析

    数据以平均数±标准差表示,配对t检验及直线回归方程进行统计学处理。P<0.05表明有统计学差异。

    结 果

    一、损伤程度与剂量间的关系

    四种不同的仪器分别以四种不同功率照射兔子宫壁,产生损伤的形态多种多样,测量损伤灶表面至底部的纵径为损伤深度,损伤灶的最大横径为损伤宽度,所测损伤灶的大小见附图。

    损伤灶的大小与所应用的能量密度之间的线性关系,见表2。四种激光照射兔子宫壁产生的损伤大小与所用剂量间存在显著的线性关系(P<0.05),即损伤灶的宽度与深度随a6.gif (33908 bytes)
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    附图 不同激光照射方法对兔子宫壁的损伤程度 Dc:接触式半导体激光,Dnc:非接触式半导体激光

    Fig. The thermal damage caused by various modalities at given powers. Dc:Diode contact,Dnc:Diode noncontact

    表2 不同激光照射方法引起的兔子宫壁损伤灶大小与所用能量密度对数间的关系

    Tab.2 Logarithmic relationship between energy density and thermal lesion dimensions causedby irradiation with various modalities. 激光照射

    Modality
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    即刻损伤 Immediate lesion

    48小时损伤 48 hours lesion

    宽度 Width

    深度 Depth

    宽度 Width

    深度 Depth

    CO2

    y=0.55x+0.77*

    y=0.65x-0.73**

    y=0.95x+0.54*
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    y=0.32x-0.12**

    Nd∶YAG

    y=2.71x-7.37**

    y=1.18x-3.41**

    y=3.70x-11.10**

    y=0.93x-2.51*

    Dc

    y=1.90x-4.29*

    y=1.37x-3.72**
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    y=2.48x-4.78*

    y=2.60x-6.95*

    Dnc

    y=2.03x-3.55**

    y=0.90x-2.09*

    y=5.71x-12.47*

    y=1.54x-3.63*

    注:Dc:接触式半导体激光,Dnc:非接触式半导体激光;* P<0.05,** P<0.01

    着能量的增加而加宽、加深。
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    二、照射后48小时与即刻损伤程度比较

    与即刻损伤程度相比,Dc和Dnc在照射后48 h所产生的损伤明显加深、加宽,P<0.05;但CO2激光、Nd∶YAG激光照射后48 h与即刻损伤相比无变化,P>0.05(配对t检验),见表2。

    讨 论

    一、损伤程度与剂量间的关系

    激光与活体组织的相互作用是非常复杂的,受激光(波长、作用方式、能量密度和辐照时间等)和组织(机械特性、含水量和热弥散)两方面特性的影响[5,6]。光作用于组织必须被吸收才能产生效应,不同强度的光束产生不同类型的组织相互作用。

    研究结果表明:在辐照时间恒定情况下,CO2激光器、Nd∶YAG激光接触式光刀、Dc与Dnc所烧灼的损伤程度随作用能量的增加而加深、加宽,损伤的大小受作用能量的影响。在本实验剂量范围内,损伤的深度和宽度与所传递的能量呈线性关系。
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    二、不同照射的损伤程度及其临床意义

    (一)CO2激光:CO2激光能精确地切割组织,且伴有最小的热损伤,有利于手术操作。吸收深度<0.1 mm,但常因热传导到临近组织而产生大约0.5 mm的热凝坏死区[4]。通过本组动物实验证实:CO2激光的灼伤深度为0.50 mm~0.67 mm,与文献一致。然而,与通过关节臂进入腹腔镜CO2激光应用相比,本研究采用的CO2激光空芯光纤仅需1.0 W~1.5 W的功率即可达到一定的损伤程度,表明在要求损伤浅的情况下,采用CO2激光空芯光纤是可行的。该光纤引入腹腔镜仅需一简单接口,避免了人工关节臂的复杂耦合系统,具有很好的临床实用性。

    (二)Nd∶YAG激光接触式光刀:为使激光在腹腔内安全应用,设计了Nd∶YAG激光接触式光刀。在传输Nd∶YAG激光能量的石英纤维尖端连接蓝宝石探头,以接触方式作用于组织,通过热效应产生组织效应。通过光纤传导,组织损伤程度局限,热能的组织穿透深度多在1 mm以内[7]。Corson等[8]应用新西兰小鼠的卵巢观察了Nd∶YAG接触式光刀所引起的急性和慢性损伤反应。所用功率和探头形状与临床上所应用的一样,功率20 W的锥形探头作用于小鼠卵巢,作用时间分别为2 s、4 s和6 s。结果表明,在卵巢上所引起的急性损伤与作用时间似乎无关,深度为0.7 mm~1.1 mm,宽度为1.0 mm~1.1 mm。术后21天观察慢性损伤的组织变化,见卵巢表面已上皮化,愈合好,无瘢痕形成;发现损伤深度和宽度仅与探头的形状有关。但本组动物实验应用输出功率为12.0 W—16.0 W—20.0 W—24.0 W的相同形状的探头,即Nd∶YAG接触式光刀照射兔子宫壁2 s,产生的损伤程度却与能量有关,与Corson等的发现不一致。其原因可能在于本实验设定了不同的功率密度,而照射时间与刀头不变,因此提示损伤程度与功率密度的变化更具有相关性。医生临床应用时应更加关注功率水平,单纯延长作用时间,只靠组织热传导会造成损伤的程度变化缓慢。
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    (三)半导体激光:半导体激光几乎不需维护,使用普通电源即可工作,且体积小,对水电等无需特殊要求,并配以灵活的传输系统,这些优点使得半导体激光适宜于内镜手术。在人体子宫和结肠组织中用波长805 nm半导体激光与波长1 064 nm的YAG激光以接触式方法研究比较[9],结果发现:实验用4.0 W和7.0 W的功率,作用时间为5 s时,该两种激光产生的组织汽化程度和热坏死区是相似的,均小于2 mm,但未描述具体损伤程度。本组动物实验应用4.0 W—5.0 W—6.0 W—7.0 W的接触式和10.0 W—12.0 W—14.0 W—16.0 W的Dnc照射兔子宫壁2 s,术后48 h的损伤程度与即刻的损伤程度相比发现:半导体激光所致损伤于术后48 h明显加重,在临床常用功率范围,接触式所产生的灼伤深度为1.07 mm~1.27 mm,宽度为2.90 mm~3.17 mm;非接触式分别为0.60 mm~0.73 mm和3.00 mm~3.17 mm。接触式的灼伤比非接触式的深,可能与能量密度较大有关,灼伤宽度较窄可能与光斑较小有关。
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    根据上述不同照射方法在不同功率下所产生的热损伤程度的实验结果,我们可以初步得出以下结论:当作用时间为2 s时,若临床上希望照射深度在0.5 mm左右,如烧灼输尿管或膀胱表面的子宫内膜异位病灶,最好选用CO2激光的B、C功率;若临床上希望照射深度在1 mm左右,如烧灼非重要脏器表面的子宫内膜异位病灶,最好选用接触式Nd∶YAG激光的B、C功率以及Dc的A功率和Dnc的B、C功率;若临床上希望照射深度在1.5 mm左右,如切开输卵管妊娠部位的管壁或卵巢囊肿外的卵巢包膜,则最好选用Dc的B、C功率。因兔的子宫组织与人体的存在种系差异,故上述功率仅供参考。

    参考文献

    1.Brancato R, Carassa R, Trabucchi G. Diode laser compared with argon laser for trabeculoplasty. Am J Ophthalmol, 1991, 112:50.
, 百拇医药
    2.Anson K. The employment of diode laser in urology. American Society for Laser in Surgery & Medicine. Toronto, 1994(Abstract).

    3.Manni J. Surgical diode laser. J Clin Laser Med Surg, 1992, 10:377.

    4.Bhatta N, Isaacson K, Flotte T, et al. Injury and adhesion formation following ovarian wedge resection with different thermal surgical modalities. Lasers Surg Med, 1993, 13:344.

    5.Walsh JT, Flotte TJ, Anderson RR, et al. Pulsed CO2 laser tissue ablation: effects of tissue type and pulse duration on thermal damage. Lasers Surg Med, 1988, 8:108.
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    6.Walsh JT, Flotte TJ, Deutsch TF. Er∶YAG laser ablation of tissue: effect of pulse duration and tissue type on thermal damage. Lasers Surg Med, 1989, 9:134.

    7.Sporri S, Frenz M, Altermatt HJ, et al. Effects of various laser types and beam transmission methods on female organ tissue in the pig: an in vitro study. Lasers Surg Med, 1994, 14:269.

    8.Corson SL, Unger M, Kwa D, et al. Laparoscopic laser treatment of endomitriosis with the Nd∶YAG saphire probe. Am J Obstet Gynecol, 1989, 160:718.

    9.Wyman A, Duffy S, Sweetland HM, et al. Preliminary evaluation of a new high power diode laser. Lasers Surg Med, 1992, 12:506., http://www.100md.com(冯凤芝1 王勉镜1 孙爱达1 高孟林1 顾 蓓2)