半导体激光间质内热毁损兔脑的实验研究
作者：史怀璋 杨世春 岳武 田勤立 魏伯然
单位：史怀璋 杨世春 岳武(哈尔滨医科大学第一附属医院神经外科，150001)；田勤立 魏伯然(哈尔滨市第一医院神经外科)
关键词：激光；脑；高温，诱导的
中华激光医学杂志000201摘要 目的 探讨半导体激光间质内热毁损脑组织范围与激光输出功率和作用时间的对应关系。
方法 半导体激光裸光纤分别以输出功率1、2、3、4、5 W及作用时间60、120、180、240、300 s进行不同组合，作用于兔脑组织，同时动态进行红外热图监测。激光热毁损后即刻以空气栓塞法处死兔，取完整兔脑制备切片，光镜下观察热毁损灶病理变化，测量毁损范围，利用目标规划模型进行统计学分析，并将热毁损实际范围与远红外热图所示45℃线范围分别进行对比分析。
, 百拇医药
结果 兔脑组织热毁损灶呈典型的带状改变，热毁损灶范围与激光输出功率和作用时间呈指数增加关系，远红外热图中45℃线范围大于相应的实际毁损范围。根据实验观察结果，建立了兔脑组织毁损范围与半导体激光输出功率和作用时间的对应关系的数学模型。
结论 对于某一确定范围的神经组织病灶，可根据数学方法选择实施激光间质内热毁损的激光功率和作用时间。
中图分类号： TN249；R730.57 文献标识码： A
文章编号： 1003-9430(2000)02-0069-04
An Experimental Study on Interstitial Diode Laser (805 nm) Thermotherapy
for Rabbit Brain
, 百拇医药
SHI Huaizhang, YANG Shichun, YUE Wu
(Department of Neurosurgery, First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin 150001, China)
Tian Qinli, WEI Boran
(Department of Neurosurgery, First Hospital of Harbin)
ABSTRACT Objective To investigate the spatial and temporal pattern of interstitial diode (805 nm) laser thermal lesions in brain tissue.
, 百拇医药
Methods Experiments were performed in normal rabbit brain using diode laser with different output (1, 2, 3, 4, 5 W)and irradiation time (60, 120, 180, 240, 300 s) and bare fibers, meanwhile the temperature change of rabbit brain surface was supervised and controlled by infrared thermal map. Afterwards, the diameter of lesions was measured by microscopy or infrared thermal map and the data obtained were statistically analyzed and compared.
Results The pathological changes surrounding the end of bare fibers showed a distinct zonal architecture. The scope of ILTT lesion by bare fibers was exponentially increased with increase of the output and the time. The sizes measured by microscope were smaller than the corresponding ones measured by thermal maps (45℃ line). We also established a mathematical model of the relationship between the size of lesion induced by ILTT and the diode laser-output and irradiation time.
, 百拇医药
Conclusions It is possible to get a defined target of ILTT by selecting the best combination of laser output and irradiation time according to the mathematical methods.
Key words Lasers; Brain; Hyperthermia, induced
半导体激光是近年来应用于激光间质内热疗法(interstitial laser thermotherapy, ILTT)的一种新型激光，但目前尚不十分明了它对神经组织的生物学效应，因此在神经外科的临床应用受到限制。本实验中我们观察了半导体激光裸光纤插入兔脑组织行间质内热毁损后兔脑组织的病理改变，探讨了毁损范围与激光输出功率和作用时间的对应关系，试图为临床应用半导体激光行ILTT提供治疗参数选择的参考依据。
, 百拇医药
材料和方法
一、实验动物
哈尔滨种大耳白兔18只，体重2.5～3.0 kg，雌雄不限，由哈尔滨医科大学第一临床医学院动物室提供。
二、实验方法
1.光镜组 14只兔，每只静脉注射2%戊巴比妥钠30 mg/kg，麻醉后固定于自制的兔脑固定架上。于头皮正中作矢状切开，长约7 cm。咬除额顶部颅骨，弧形剪开硬膜，暴露兔脑额顶部皮层。将半导体激光(波长805 nm)光纤末端5 mm的外套层刮除，避免热凝时外套层融化。将光纤垂直插入兔脑额顶部皮层下2 mm，按输出功率1、2、3、4、5 W及作用时间60、120、180、240、300 s共25种组合行热毁损，并观察毁损区色泽形态改变。每只兔2～3个毁损点，共31个毁损点，其中有效点25个，另6个毁损点由于麻醉及固定不充分而于热毁损时头部发生轻微晃动，视为无效点。热毁损后即刻以空气栓塞法处死兔，取完整兔脑，固定于10%甲醛溶液中10天。垂直于光纤方向自皮层起做病理切片，每毫米内以6 μm厚度间隔切片3张。常规HE染色，光镜下观察兔脑组织毁损灶的病理改变，并测量皮层及皮层下切面的毁损范围。实际毁损范围用垂直于光纤方向的最大切面的直径来表示。因为切面近似圆形，我们测量该切面上包括最大径的相互垂直的两条直径，取均值。
, 百拇医药
2.热图组 取4只兔，麻醉、固定、开颅同前。将兔置于HR-400型远红外热扫描诊断仪(窗口温度为17～46℃)前1 m， 将光纤以45°角插入兔脑皮层内2.8 mm，固定，分别施以2、3、4、5 W激光照射，于照射60、120、180、240、300 s时描绘兔脑皮层热图，并测量45℃线所包绕的范围，选择包括最大径的相互垂直的两条直径，计算均值。
三、统计学分析
采用配对资料t检验和目标规划模型对实验结果进行统计学分析。
结 果
一、光镜组
14只兔脑大体标本肉眼观察显示，随着激光输出功率及作用时间的增加，脑组织毁损区呈环形增加。激光功率为3 W、作用时间为60 s时，毁损区可见到明显的炭化组织；功率为5 W、作用时间为180 s时，毁损区出现轻度汽化现象。毁损区的典型表现是中心为炭化坏死区，外层为苍白干燥的凝固区，与周边组织境界清晰。
, 百拇医药
光镜下见病变区呈明显的带状分布。自中心向周边分4区：(1)炭化区。其内可见出血灶，周边为炭化组织。(2)凝固区。其内神经细胞核固缩、变形，小血管明显扩张充血，有透明血栓形成，大部分小血管周淋巴腔扩张，偶见局部出血灶。(3)水肿区。其内组织疏松、水肿，染色明显变浅，部分细胞核浓染，偶见透明血栓。该区与水肿外带境界清晰。(4)水肿外带。其内可见轻度的神经细胞空泡样变，小血管周淋巴腔扩张，随着与水肿区的远离而逐渐见到正常脑组织结构。
我们所测量的毁损区即为前3个区域。不同功率的激光作用不同时间后造成的兔脑组织实际毁损范围测量结果见表1。随着激光输出功率和作用时间的增加，毁损范围呈指数方式增大。由于目标规划模型是对直线回归方程的逆运算，因此对毁损直径(R)、激光功率(W) 和激光照射时间(T)分别取对数建立模型。经筛选，选取R2最大、剩余标准差最小及残差平方和最小的回归模型。以log R为因变量，log T和log W为自变量，建立回归方程(以下计算均用SAS软件处理)，输出结果为：
, 百拇医药
log R=-0.482 965+0.693 609 log W+0.336 323 log T
对回归方程进行显著性检验，P<0.0001。残差分析表明，全部原始数据的Student's残差绝对值均小于2，且分布均匀。根据此回归方程，对在表1中列出的各毁损直径，采用目标规化模型确定相应的激光功率及照射时间，结果见表2。
表1 不同功率半导体激光作用不同时间对兔脑组织的毁损效应
Tab.1 The size of diode laser induced hyperthermal lesions in rabbit brain 激光功率
Output of laser
(W)
, 百拇医药 毁损直径 Diameter of the lesions(mm)
60 s
120 s
180 s
240 s
300 s
1
2.2
3.2
3.6
3.8
3.8
2
, http://www.100md.com
4.0
5.0
6.6
7.0
7.1
3
4.8
5.6
8.5
8.9
9.2
4
7.2
, 百拇医药 7.8
10.5
10.2
10.4
5
7.8
8.9
11.2
10.8
11.0
表2 采用目标规划模型确定的毁损直径达3.0～11.0 mm时的最佳激光功率和照射时间
Tab.2 The best combination of laser output and irradiation time calculated by aim programming R
, http://www.100md.com
1nW
1nT
n
P
W
T
3.0
0.294 914
4.094 345
0
0
1.34
60.00
, 百拇医药
4.0
0.709 675
4.094 345
0
0
2.03
60.00
5.0
1.031 389
4.094 345
0
0
2.80
, 百拇医药
60.00
6.0
1.294 248
4.094 345
0
0
3.65
60.00
7.0
1.516 492
4.094 345
0
0
, 百拇医药
5.00
60.00
8.0
1.609 438
4.299 695
0
0
5.00
73.68
9.0
1.609 438
4.649 903
0
, 百拇医药
0
5.00
104.57
10.0
1.609 438
4.963 171
0
0
5.00
143.05
11.0
1.609 438
5.246 562
, 百拇医药
0
0
5.00
189.91
R：所要达到的毁损直径 Diameter of the hyperthermal lesion(mm)，W：激光功率 Output of laser(W)，T：激光照射时间 Irradiation time of laser(s)
二、热图组
激光间质内热毁损时，远红外热扫描诊断仪所描绘的是兔脑皮层的温度变化图，热图显示激光作用中心区温度最高，向外呈环形递减，对于某一确定功率，随着作用时间的增加，温度逐渐增高。45℃线范围测量结果见表3。
表3 不同功率半导体激光作用于兔脑组织不同时间时远红外热图所示45℃线范围
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Tab.3 The size of the area confined by 45℃ line of infrared thermal map of rabbit brain induced by ILTT with different output and time 兔号
No. of
rabbit
激光功率
Output of
laser (W)
45℃线范围 Scope of 45℃ line(mm)
60 s
120 s
, 百拇医药
180 s
240 s
300 s
1
1
2.4
3.8
5.4
5.6
5.6
2
2
4.8
, 百拇医药
6.1
7.1
8.4
8.6
3
3
6.2
7.4
9.0
9.4
10.1
4
4
, 百拇医药 7.4
8.8
10.6
11.1
11.1
将远红外热图测得的45℃线范围与光镜下测得的兔脑皮层毁损范围作配对资料t检验，t=3.485 7，P<0.005。表明45℃线范围大于兔脑皮层实际毁损范围。讨 论
ILTT是利用激光的热效应在局部产生高热从而毁损肿瘤组织的一种治疗方法[1]。ILTT在神经外科主要是应用于开颅手术不能全切除的脑肿瘤和不能达到的深部脑肿瘤。这类肿瘤的周围往往是重要的结构和功能区，因此，如何控制毁损范围，是影响ILTT疗效及安全性的重要因素。目前，虽有多种术中监测方式初步应用于临床，如计算机温控[2,3]、磁共振成像(MRI)实时监测[4]、ILTT术前模拟治疗计划[5,6]和MRI热图[7]等，但对ILTT毁损范围的有效控制主要还是通过对激光器及其参数的选择来实现，因此，对不同激光的生物学效应及生物组织光学特性的了解至关重要。目前，用于ILTT的激光器，主要有波长为1.06 μm的Nd∶YAG激光器和波长为810 nm的半导体激光器[8]，而半导体激光器更因其体积小、携带方便、操作简便、对电源要求低等优点，被视为Nd∶YAG激光器的换代产品。但由于半导体激光器是近年出现的新产品，在神经组织ILTT中应用报道尚少，限制了它在神经外科的临床应用。
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本组实验结果表明，兔脑组织ILTT区呈典型的带状变化，自中心向周边区分炭化区、凝固区、水肿区与水肿外带4区。这与Tracz等[9]所描述的分中心坏死腔、致密凝固带、疏松凝固带、交界带等4区的病理变化是一致的。ILTT毁损范围随着作用时间的增加而呈指数形式增大，当毁损范围达到一定程度后，增加的趋势明显变缓，甚至不再增加。而毁损范围与输出功率的关系，经过统计学分析后，我们发现，也是前者随后者呈指数形式增加的关系，而非Schober等[10]所观测到的线性关系。由于目标规划模型是对直线回归方程进行逆运算，所以我们分别取各变量的对数，建立直线回归方程，再通过SAS软件，就可得出欲达到某一确定毁损范围的最佳激光输出功率与照射时间组合。在本实验中，最大毁损范围是11.2 mm，小于Beek等[11]所报告的单根光纤在脑组织中的最大毁损范围16 mm。这种差异可能与所使用探头有关。ILTT要求激光要用较低的输出功率，这是由于高功率激光将对脑组织产生汽化作用，而在近似密闭的颅腔内操作，汽化作用将给周围的神经组织造成冲击。临床上应用的功率为0.75～5.0 W。我们的实验应用1～5 W照射60～300 s，发现除在5 W、180 s及5 W、300 s组合时出现轻微的汽化效应外，均以凝固坏死为主。因此，我们认为5 W以下功率均适合ILTT治疗。
, 百拇医药
多项研究表明，温度在45℃，组织即可产生不可逆的热损伤，而当温度达到60℃时，蛋白质可在瞬间凝固。Scholze等[7]通过MRI热图进行动态观测后认为，在MRI热图上，60℃线的范围与实际毁损范围相似。本实验中采用远红外热扫描诊断仪观测兔脑表面温度变化，由于该仪器温度窗所限，只描绘了45℃线的范围，经与兔脑皮层实际毁损范围比较，发现45℃线明显大于实际毁损范围，说明在瞬间造成脑组织损害的温度要大于45℃。
有研究表明，激光对不同血液供应、不同色素含量组织的生物学效应各不相同，而且，不同组织对局部高热的耐受也有很大区别。影响ILTT毁损范围的因素很多，我们的实验主要是对半导体激光器的参数选择做一初步研究，仅做了兔脑组织的热毁损。毁损范围与激光功率、作用时间呈指数增加关系的观察结果提示，对某一确定范围的病灶，可根据数学方法选择实施半导体激光间质内热毁损时的激光功率和作用时间。
作者简介：史怀璋(1971-)，男，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨医科大学第一附属医院神经外科在读博士研究生，主要从事激光在神经外科领域的应用研究。
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参考文献
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[3] Roux FX, Merienne L, Leriche B, et al. Laser interstitial thermotherapy in stereotactical neurosugery[J]. Lasers Med Sci, 1992, 7:121-126.
, 百拇医药
[4] Schwabe B, Kahn T, Harth T, et al. Laser-induced thermal lesion in the human brain: short and long-term appearance on MRI[J]. J Comput Assist Tomogr, 1997, 21:818-825.
[5] Yaroslavsky IV, Yaroslavsky AN, Goldbach T, et al. Modeling of MRI-guided laser-induced interstitial thermotherapy[J]. Proc SPIE 1996, 2681:71-80.
[6] Schwarzmaier HJ, Yaroslavsky IV, Yaroslavsky AN, et al. Treatment planning for MRI-guided laser-induced interstitial thermotherapy of brain tumors: the role of blood perfusion[J]. J Magn Reson Imaging, 1998, 8:121-127.
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[9] Tracz RA, Wyman DR, Little PB, et al. Magnetic resonance imaging of interstitial laser photocoagulation in brain[J]. Lasers Surg Med, 1992, 12:165-173.
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[10] Schober R, Bettag M, Sabel M, et al. Fine structure of zonal changes in experimential Nd∶YAG laser-induced interstitial hyperthermia[J]. Lasers Surg Med, 1993,13:234-241.
[11] Beek JF, Menovsky T, Brouwer PA, et al. Interstitial laser irradiation in the pig brain: correlation between MRI, ultrasound, and histology[J]. Lasers Surg Med, 1995, Suppl7:26.
(收稿日期：1999-11-30), 百拇医药
单位：史怀璋 杨世春 岳武(哈尔滨医科大学第一附属医院神经外科，150001)；田勤立 魏伯然(哈尔滨市第一医院神经外科)
关键词：激光；脑；高温，诱导的
中华激光医学杂志000201摘要 目的 探讨半导体激光间质内热毁损脑组织范围与激光输出功率和作用时间的对应关系。
方法 半导体激光裸光纤分别以输出功率1、2、3、4、5 W及作用时间60、120、180、240、300 s进行不同组合，作用于兔脑组织，同时动态进行红外热图监测。激光热毁损后即刻以空气栓塞法处死兔，取完整兔脑制备切片，光镜下观察热毁损灶病理变化，测量毁损范围，利用目标规划模型进行统计学分析，并将热毁损实际范围与远红外热图所示45℃线范围分别进行对比分析。
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结果 兔脑组织热毁损灶呈典型的带状改变，热毁损灶范围与激光输出功率和作用时间呈指数增加关系，远红外热图中45℃线范围大于相应的实际毁损范围。根据实验观察结果，建立了兔脑组织毁损范围与半导体激光输出功率和作用时间的对应关系的数学模型。
结论 对于某一确定范围的神经组织病灶，可根据数学方法选择实施激光间质内热毁损的激光功率和作用时间。
中图分类号： TN249；R730.57 文献标识码： A
文章编号： 1003-9430(2000)02-0069-04
An Experimental Study on Interstitial Diode Laser (805 nm) Thermotherapy
for Rabbit Brain
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SHI Huaizhang, YANG Shichun, YUE Wu
(Department of Neurosurgery, First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin 150001, China)
Tian Qinli, WEI Boran
(Department of Neurosurgery, First Hospital of Harbin)
ABSTRACT Objective To investigate the spatial and temporal pattern of interstitial diode (805 nm) laser thermal lesions in brain tissue.
, 百拇医药
Methods Experiments were performed in normal rabbit brain using diode laser with different output (1, 2, 3, 4, 5 W)and irradiation time (60, 120, 180, 240, 300 s) and bare fibers, meanwhile the temperature change of rabbit brain surface was supervised and controlled by infrared thermal map. Afterwards, the diameter of lesions was measured by microscopy or infrared thermal map and the data obtained were statistically analyzed and compared.
Results The pathological changes surrounding the end of bare fibers showed a distinct zonal architecture. The scope of ILTT lesion by bare fibers was exponentially increased with increase of the output and the time. The sizes measured by microscope were smaller than the corresponding ones measured by thermal maps (45℃ line). We also established a mathematical model of the relationship between the size of lesion induced by ILTT and the diode laser-output and irradiation time.
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Conclusions It is possible to get a defined target of ILTT by selecting the best combination of laser output and irradiation time according to the mathematical methods.
Key words Lasers; Brain; Hyperthermia, induced
半导体激光是近年来应用于激光间质内热疗法(interstitial laser thermotherapy, ILTT)的一种新型激光，但目前尚不十分明了它对神经组织的生物学效应，因此在神经外科的临床应用受到限制。本实验中我们观察了半导体激光裸光纤插入兔脑组织行间质内热毁损后兔脑组织的病理改变，探讨了毁损范围与激光输出功率和作用时间的对应关系，试图为临床应用半导体激光行ILTT提供治疗参数选择的参考依据。
, 百拇医药
材料和方法
一、实验动物
哈尔滨种大耳白兔18只，体重2.5～3.0 kg，雌雄不限，由哈尔滨医科大学第一临床医学院动物室提供。
二、实验方法
1.光镜组 14只兔，每只静脉注射2%戊巴比妥钠30 mg/kg，麻醉后固定于自制的兔脑固定架上。于头皮正中作矢状切开，长约7 cm。咬除额顶部颅骨，弧形剪开硬膜，暴露兔脑额顶部皮层。将半导体激光(波长805 nm)光纤末端5 mm的外套层刮除，避免热凝时外套层融化。将光纤垂直插入兔脑额顶部皮层下2 mm，按输出功率1、2、3、4、5 W及作用时间60、120、180、240、300 s共25种组合行热毁损，并观察毁损区色泽形态改变。每只兔2～3个毁损点，共31个毁损点，其中有效点25个，另6个毁损点由于麻醉及固定不充分而于热毁损时头部发生轻微晃动，视为无效点。热毁损后即刻以空气栓塞法处死兔，取完整兔脑，固定于10%甲醛溶液中10天。垂直于光纤方向自皮层起做病理切片，每毫米内以6 μm厚度间隔切片3张。常规HE染色，光镜下观察兔脑组织毁损灶的病理改变，并测量皮层及皮层下切面的毁损范围。实际毁损范围用垂直于光纤方向的最大切面的直径来表示。因为切面近似圆形，我们测量该切面上包括最大径的相互垂直的两条直径，取均值。
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2.热图组 取4只兔，麻醉、固定、开颅同前。将兔置于HR-400型远红外热扫描诊断仪(窗口温度为17～46℃)前1 m， 将光纤以45°角插入兔脑皮层内2.8 mm，固定，分别施以2、3、4、5 W激光照射，于照射60、120、180、240、300 s时描绘兔脑皮层热图，并测量45℃线所包绕的范围，选择包括最大径的相互垂直的两条直径，计算均值。
三、统计学分析
采用配对资料t检验和目标规划模型对实验结果进行统计学分析。
结 果
一、光镜组
14只兔脑大体标本肉眼观察显示，随着激光输出功率及作用时间的增加，脑组织毁损区呈环形增加。激光功率为3 W、作用时间为60 s时，毁损区可见到明显的炭化组织；功率为5 W、作用时间为180 s时，毁损区出现轻度汽化现象。毁损区的典型表现是中心为炭化坏死区，外层为苍白干燥的凝固区，与周边组织境界清晰。
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光镜下见病变区呈明显的带状分布。自中心向周边分4区：(1)炭化区。其内可见出血灶，周边为炭化组织。(2)凝固区。其内神经细胞核固缩、变形，小血管明显扩张充血，有透明血栓形成，大部分小血管周淋巴腔扩张，偶见局部出血灶。(3)水肿区。其内组织疏松、水肿，染色明显变浅，部分细胞核浓染，偶见透明血栓。该区与水肿外带境界清晰。(4)水肿外带。其内可见轻度的神经细胞空泡样变，小血管周淋巴腔扩张，随着与水肿区的远离而逐渐见到正常脑组织结构。
我们所测量的毁损区即为前3个区域。不同功率的激光作用不同时间后造成的兔脑组织实际毁损范围测量结果见表1。随着激光输出功率和作用时间的增加，毁损范围呈指数方式增大。由于目标规划模型是对直线回归方程的逆运算，因此对毁损直径(R)、激光功率(W) 和激光照射时间(T)分别取对数建立模型。经筛选，选取R2最大、剩余标准差最小及残差平方和最小的回归模型。以log R为因变量，log T和log W为自变量，建立回归方程(以下计算均用SAS软件处理)，输出结果为：
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log R=-0.482 965+0.693 609 log W+0.336 323 log T
对回归方程进行显著性检验，P<0.0001。残差分析表明，全部原始数据的Student's残差绝对值均小于2，且分布均匀。根据此回归方程，对在表1中列出的各毁损直径，采用目标规化模型确定相应的激光功率及照射时间，结果见表2。
表1 不同功率半导体激光作用不同时间对兔脑组织的毁损效应
Tab.1 The size of diode laser induced hyperthermal lesions in rabbit brain 激光功率
Output of laser
(W)
, 百拇医药 毁损直径 Diameter of the lesions(mm)
60 s
120 s
180 s
240 s
300 s
1
2.2
3.2
3.6
3.8
3.8
2
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4.0
5.0
6.6
7.0
7.1
3
4.8
5.6
8.5
8.9
9.2
4
7.2
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10.5
10.2
10.4
5
7.8
8.9
11.2
10.8
11.0
表2 采用目标规划模型确定的毁损直径达3.0～11.0 mm时的最佳激光功率和照射时间
Tab.2 The best combination of laser output and irradiation time calculated by aim programming R
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1nW
1nT
n
P
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3.0
0.294 914
4.094 345
0
0
1.34
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60.00
8.0
1.609 438
4.299 695
0
0
5.00
73.68
9.0
1.609 438
4.649 903
0
, 百拇医药
0
5.00
104.57
10.0
1.609 438
4.963 171
0
0
5.00
143.05
11.0
1.609 438
5.246 562
, 百拇医药
0
0
5.00
189.91
R：所要达到的毁损直径 Diameter of the hyperthermal lesion(mm)，W：激光功率 Output of laser(W)，T：激光照射时间 Irradiation time of laser(s)
二、热图组
激光间质内热毁损时，远红外热扫描诊断仪所描绘的是兔脑皮层的温度变化图，热图显示激光作用中心区温度最高，向外呈环形递减，对于某一确定功率，随着作用时间的增加，温度逐渐增高。45℃线范围测量结果见表3。
表3 不同功率半导体激光作用于兔脑组织不同时间时远红外热图所示45℃线范围
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Tab.3 The size of the area confined by 45℃ line of infrared thermal map of rabbit brain induced by ILTT with different output and time 兔号
No. of
rabbit
激光功率
Output of
laser (W)
45℃线范围 Scope of 45℃ line(mm)
60 s
120 s
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180 s
240 s
300 s
1
1
2.4
3.8
5.4
5.6
5.6
2
2
4.8
, 百拇医药
6.1
7.1
8.4
8.6
3
3
6.2
7.4
9.0
9.4
10.1
4
4
, 百拇医药 7.4
8.8
10.6
11.1
11.1
将远红外热图测得的45℃线范围与光镜下测得的兔脑皮层毁损范围作配对资料t检验，t=3.485 7，P<0.005。表明45℃线范围大于兔脑皮层实际毁损范围。讨 论
ILTT是利用激光的热效应在局部产生高热从而毁损肿瘤组织的一种治疗方法[1]。ILTT在神经外科主要是应用于开颅手术不能全切除的脑肿瘤和不能达到的深部脑肿瘤。这类肿瘤的周围往往是重要的结构和功能区，因此，如何控制毁损范围，是影响ILTT疗效及安全性的重要因素。目前，虽有多种术中监测方式初步应用于临床，如计算机温控[2,3]、磁共振成像(MRI)实时监测[4]、ILTT术前模拟治疗计划[5,6]和MRI热图[7]等，但对ILTT毁损范围的有效控制主要还是通过对激光器及其参数的选择来实现，因此，对不同激光的生物学效应及生物组织光学特性的了解至关重要。目前，用于ILTT的激光器，主要有波长为1.06 μm的Nd∶YAG激光器和波长为810 nm的半导体激光器[8]，而半导体激光器更因其体积小、携带方便、操作简便、对电源要求低等优点，被视为Nd∶YAG激光器的换代产品。但由于半导体激光器是近年出现的新产品，在神经组织ILTT中应用报道尚少，限制了它在神经外科的临床应用。
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本组实验结果表明，兔脑组织ILTT区呈典型的带状变化，自中心向周边区分炭化区、凝固区、水肿区与水肿外带4区。这与Tracz等[9]所描述的分中心坏死腔、致密凝固带、疏松凝固带、交界带等4区的病理变化是一致的。ILTT毁损范围随着作用时间的增加而呈指数形式增大，当毁损范围达到一定程度后，增加的趋势明显变缓，甚至不再增加。而毁损范围与输出功率的关系，经过统计学分析后，我们发现，也是前者随后者呈指数形式增加的关系，而非Schober等[10]所观测到的线性关系。由于目标规划模型是对直线回归方程进行逆运算，所以我们分别取各变量的对数，建立直线回归方程，再通过SAS软件，就可得出欲达到某一确定毁损范围的最佳激光输出功率与照射时间组合。在本实验中，最大毁损范围是11.2 mm，小于Beek等[11]所报告的单根光纤在脑组织中的最大毁损范围16 mm。这种差异可能与所使用探头有关。ILTT要求激光要用较低的输出功率，这是由于高功率激光将对脑组织产生汽化作用，而在近似密闭的颅腔内操作，汽化作用将给周围的神经组织造成冲击。临床上应用的功率为0.75～5.0 W。我们的实验应用1～5 W照射60～300 s，发现除在5 W、180 s及5 W、300 s组合时出现轻微的汽化效应外，均以凝固坏死为主。因此，我们认为5 W以下功率均适合ILTT治疗。
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多项研究表明，温度在45℃，组织即可产生不可逆的热损伤，而当温度达到60℃时，蛋白质可在瞬间凝固。Scholze等[7]通过MRI热图进行动态观测后认为，在MRI热图上，60℃线的范围与实际毁损范围相似。本实验中采用远红外热扫描诊断仪观测兔脑表面温度变化，由于该仪器温度窗所限，只描绘了45℃线的范围，经与兔脑皮层实际毁损范围比较，发现45℃线明显大于实际毁损范围，说明在瞬间造成脑组织损害的温度要大于45℃。
有研究表明，激光对不同血液供应、不同色素含量组织的生物学效应各不相同，而且，不同组织对局部高热的耐受也有很大区别。影响ILTT毁损范围的因素很多，我们的实验主要是对半导体激光器的参数选择做一初步研究，仅做了兔脑组织的热毁损。毁损范围与激光功率、作用时间呈指数增加关系的观察结果提示，对某一确定范围的病灶，可根据数学方法选择实施半导体激光间质内热毁损时的激光功率和作用时间。
作者简介：史怀璋(1971-)，男，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨医科大学第一附属医院神经外科在读博士研究生，主要从事激光在神经外科领域的应用研究。
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(收稿日期：1999-11-30), 百拇医药