文 献 综 述
摘要：本文简单阐述了生物组织激光焊接工艺的国内外研究现状，简单介绍了试验设计方法--响应面法，提到了几种生物组织焊接方法如在医学中经常用到的软组织高频焊接吻合技术、在退火和冷却时加入结构蛋白变性实现组织的粘合的热激光焊接和备受期待的双波长激光组织焊接，查阅汇总各类现代温度测量技术（文中列出5种）重点介绍了生物组织测温中的微型热电偶的联机测温系统，简单介绍了生物电阻抗技术对热组织温度的无损检测，并列出两种温度场数值计算方式以供参考。
关键词 生物组织 激光焊接 温度测试 温度场 响应面法
生物组织激光焊接技术
1.1生物组织激光焊接技术简介
通过光纤探针或内窥镜将激光束准确地引入人体或动物组织（皮肤、血管、肌肉、肠道等），利用组织对激光的吸收，发生相互作用产生热效应，使断端组织达到相互结合的目的，这种技术称为生物组织激光焊接（Laser Biological Tissue Welding）。激光技术的日益成熟促进了其在医疗领域的应用，生物组织激光焊接作为一种微创手术具有操作简单、手术时间短、伤口愈合快、炎症反应轻、疤痕不明显等优点，它的一些临床应用已经得到人们的认可，是一种很有潜力的组织缝合替代技术[1]。激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一，随着高功率CO2和高功率YAG激光器、光纤传输技术的完善以及金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学、微电子行业等领域的应用越来越广[2]，甚至有人预测，生物组织激光焊接技术将取代常规针线缝合方法，广泛应用于临床手术中。
1.2生物组织激光焊接研究现状
生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，最早被GordenT.E引入牙科。随后Klink及Jain等[3]用激光焊接输卵管和血管成功，随后推广到其他组织的焊接。自此无论国外还是国内，激光辅助微血管吻合手术越来越多地进行于实验组织模型中，如血管、皮肤、神经、肠、胆小管、脉管和输卵管等，同时在一些临床手术中也取得了成功。目前，国内外对于激光与生物组织热作用的研究大多数仍局限于离体组织实验测试以及数值模拟，很难应用到临床实践[4-6]
1.2.1国外研究现状
以色列科学家采取智能激光焊接活体生物组织，其智能性在于可以根据组织温度自动调节参数，组织切口虽有吻合但强度较低。CO2激光被水强烈吸收，能够直接在组织表面(2～20mu;m)产生热沉积将组织融合，应用于组织焊接已经有十几年了。但是，其缺点是当激光功率大、照射时间长时会对表面组织造成不必要的热损伤，只适合于薄层组织伤口焊接。随着半导体行业的快速发展和光纤激光的兴起，另有研究人员将目标转向其他种类的激光源。Fried 等 [4]选用组织穿透力强的 Nd:YAG 激光进行皮肤焊接，能够在深层组织产生适当热量以达到深层伤口缝合效果。在激光总输出能量一定情况下，Tabakoglu等[5]采用980nm的半导体激光比较200W/cm2和16.6W/cm2两种功率密度的功率对组织切口愈合效果的影响，发现尽管前者比后者愈合速率更快，但后者比前者的热损伤面积更小、抗拉强度更高、愈合更优。Nourbakhsh等[6]采用半导体激光对离体羊皮肤组织进行激光焊接，实验发现焊接后皮肤抗拉强度与激光扫描次数成正比关系，但随着扫描速度增大而减小。
近些年，随着脉冲激光的成熟发展与应用，连续激光的弊端渐渐的被揭露出来。Dadpay等[7]试验发现80Hz的脉冲激光相比于连续激光对生物组织具有更好焊接效果，且愈合时间更快，但其具体机理尚不明确，有待继续探讨。Alfano等[8]采用了近红外线（800～2700nm）的皮秒和飞秒激光器对豚鼠成功进行了皮肤切口焊接，几乎全部愈合且无炎症反应，进一步说明脉冲模式激光焊接的优越性。
在生物组织的激光焊接前期，切口抗拉强度略低，切口开裂是很常见的现象。为解决此问题，研究人员选用既可与组织成分（如蛋白）相容，又可增强激光吸收的强化染料和助焊剂，以提高焊接接头的抗张强度。Kirsch等[9]在实验中发现利用ICG/白蛋白辅助皮肤的激光焊接时，ICG/白蛋白温度达到了101.1℃，而表皮和皮下层温度才分别为69.9℃和65℃，另外该强化染料还具有减少热损伤面积的作用。Nourbakhsh等[10]采用一种新型SiO2/Au 纳米壳材料，掺杂于ICG或牛血清白蛋白（BSA）中，相比ICG和BSA等染料，具有对激光更高的吸收率，更低的热损伤面积，但该材料制作工艺繁杂，投入偏高。Rossi等[11]采用ICG强化810nm激光对新西兰兔微细血管进行修复，焊接后的血管修复良好、无出血现象、炎症反应轻。
1.2.2国内研究现状
国内学者开展了采用生物组织激光焊接技术对动物的胆管、小肠、皮肤进行了试验，取得初步成功。上世纪末和本世纪早期，国内白求恩医科大学刘铜军等对动物和人体组织的激光焊接进行了大量研究。CO2激光器发展较早且较为成熟，因此早期生物组织焊接实验主要以CO2激光器为主。潘振华等[12]采用He-Ne630 nm半导体激光器治疗Wista鼠背部创伤皮肤，研究表明：低强度 630 nm 半导体激光能促进大鼠皮肤创伤的愈合，发现皮肤组织在激光辐照下产生了局部创伤效应，在一定辐照剂量范围内，随着剂量增加，创伤愈合效果越好。胡黎明等[13]研制了两种新型的近红外大功率半导体激光治疗仪，并将 980 nm 和 1064 nm 半导体激光组合应用于皮肤组织伤口的焊接，通过肉眼观察、病理学检测以及张力测试等方法对比研究了双波长激光焊接与单波长激光以及传统缝线术的缝合效果，并研究了激光焊接效果和组织温度之间的关系，实验结果表明，当两激光源同时以0.5W连续输出，功率密度为15.92W/cm2，对1cm长的切口照射6个光斑，每点照射时间为5s时，焊接效果与传统缝线术相比，优势明显，但是双波长激光的协同作用难以控制。沈涤华等[14]采用 CO2激光（功率0.15W）焊接了鼠小肠，将60只白鼠分为两组，比较激光焊接与传统缝合肠管吻合的胶原蛋白和DNA含量在愈合过程中的变化，结果表明：激光焊接生物组织确可使胶原蛋白变性，并促进组织增生、细胞增殖，达到加速伤口愈合效果。倪金影[15]采用980nm的半导体激光，比较了其在连续模式和脉冲模式下对大鼠皮肤成分的影响，结果表明：在相同条件下，脉冲激光对I型胶原蛋白的合成作用明显优于连续激光。朱燕萍利用激光焊接技术在口腔修复学方面取得了进展[16]。采用了多种加工方式完成了这个技术，考虑了输出能量、光斑直径、焊接距离等因素后，被众多国内外学者所研究并取得发展[17,18]。
2. 生物组织焊接技术
激光焊接与组织的光学、热学特性以及激光参数有关，选择合适的激光波长、功率、光斑大小、照射时间等参数可以获得很牢固的组织焊接效果[19]
2.1生物组织激光焊接工艺试验设计方法--响应面法
响应面法(Response Surface Methodology,RSM)是由Box等提出的一种试验设计方法[20]，是一种综合试验设计和数学统计方法的试验优化方法，通过对具有代表性的局部各点进行试验，回归拟合全局范围内因素与结果间的函数关系，并运用图形关系将这种函数关系呈现出来，从图形中可以得到各因素最优水平值。
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