耳科手术中，乳突切开、面隐窝打开、耳蜗开窗人工耳蜗植入等都是 较为普遍的手术形式,手术工具从早期使用的锤、凿到现在最常用的电钻、微钻等，都不同程度存在某些缺陷^[1]。激光手术技术不仅提供凝固炭化、切割、气化等多种不同方式，而且可以减少失血量、切除精确、手术时间较短，充分体现了其优点所在^[2-7]。

激光中耳骨消融将为传统耳科手术提供另一安全有效的手术工具，在乳突切开、面隐窝开放等术中得到应用，或联合传统电钻将耳科手术更好优化，开窗方式更高效、精准、低损伤。2010年7月至2011年1月，我们选用国内外骨消融 中常用的两种激光——脉冲CO₂激光与Er:YAG 激光为辐射源，活体新西兰兔中耳骨为靶组织，进行激光中耳骨消融，并与传统电钻磨骨术进行比较。在激光骨消融过程中观察记录实验现象，对开窗暴露中耳腔开窗所用时间及激光辐照时间进行详细记录。同时，对消融后骨组织形态学变化进行观察，初步评定激光中耳骨消融的可行性。

1 材料与方法 1.1 实验动物及主要仪器

选取健康雄性成年新西兰兔24只(福建省医学科学研究所实验动物中心提供)，质量为2.0～2.5 kg。主要使用激光： Sharplan30C CO₂激光外科系统、Sharplan Acuspot微控制器、Sharplan SurgiTouch^TM 773flashscanner扫描系统(Sharplan，以色列)，Contour Profile 2940 Er:YAG激光治疗仪(Sciton，美国)，M520 外科手术显微镜(Leica，德国)，MD20微动力系统(Nouvag，瑞士)。

1.2 实验动物分组及电钻或激光中耳骨磨开或消融模型的建立 1.2.1 分组

24只兔随机分成 A、B、C三组，每组8只，均以右耳为实验耳。 A组(电钻组)，B组(脉冲CO₂激光组)，C组(Er:YAG激光组)，分别用以上三种工具手术。

1.2.2 实验动物电钻或激光中耳骨磨开或消融模型的建立

动物麻醉、 固定、体位摆放、解剖至暴露乳突^[8]，而后开窗暴露中耳腔。

1.2.2.1 电钻组

使用电钻打开鼓泡暴露中耳腔，磨开中耳骨大小应约为10 mm×5 mm孔，深部暴露中耳腔孔的大小约为5 mm×3 mm(图 1)。观察磨骨过程、实验现象，记录开窗暴露中耳腔所用时间。

1.2.2.2 CO₂激光组

将CO₂激光器通过Acuspot微控制器耦合到手术显微镜(Leica M520)上，激光器连接flashscanner扫描装置(扫描系数设为：0.05)，按照Acuspot 微控制器说明书将耦合器散焦设为“3”，操作板至消融物体表面的垂直距离设为350 mm，得到直径大小约为1.0 mm光斑。然后开启激光器，指示灯定位于暴露的中耳骨(相当于人体乳突部位)中央，设定激光器参数：功率7 W,脉冲发射连续曝光模式，能量密度： 4.5 J/cm²，手控Acuspot 微控制器操纵杆显微镜下操作，消融骨至暴露中耳腔，消融骨的大小同电钻组。激光消融骨组织一直至暴露中耳腔打开孔大小至上述要求为止，停止激光消融。观察消融骨过程、实验现象，记录开窗暴露中耳腔所用时间及激光辐照时间。

1.2.2.3 Er:YAG激光组

连接2 mm手柄，开启激光器，指示灯定位于暴露的乳突骨中央，设定激光器参数：能量密度：10 J/cm²，手持手柄显微镜下非接触操作，工作距离约40～60 mm，激光消融骨至暴露中耳腔，消融骨的大小同前两组。观察消融骨过程、实验现象，记录开窗暴露中耳腔所用时间及激光辐照时间。

1.3 观察实验现象，记录磨骨或消融骨时间

在肉眼或手术显微镜下观察电钻磨骨或激光消融骨组织过程中出现的现象，包括所用工具止血情况、骨组织消融情景、组织消融部位形态变化等，并用显微镜连接摄像机摄像。记录打开鼓泡暴露中耳腔时间，同时用秒表详细记录激光辐照时间。

1.4 组织形态

激光消融及电钻磨骨后立即取周围骨组织置于10％中性甲醛固定12 h，放入10％EDTA液脱钙，脱钙完全后，流水冲洗，以祛除脱钙液对组织染色的影响。制作石蜡包埋，连续组织切片，用HE(苏木素-伊红)染色。光学显微镜观察骨组织形态学变化。

1.5 统计学处理

应用 SPSS 19.0统计软件，定量资料不服从正态分布用中位数及四分位数间距做统计描述，采用完全随机设计多样本Kruskal-Wallis H检验比较三组开窗暴露中耳腔所用时间及两样本比较的Wilcoxon秩和检验比较两激光辐照时间。以P <0.05为差异有统计学意义。

2 结 果 2.1 中耳骨(乳突部位)开窗过程中实验现象

见表 1、图 2。

2.2 磨骨或消融骨时间 2.2.1 三种工具开窗暴露中耳腔所用时间

三组手术工具打开鼓泡暴露中耳腔所用时间长短不一，以电钻组差别最小(10～22 min)，Er:YAG激光组差别最大(4～20 min)，脉冲CO₂激光组则居中(5～18 min)；然而三组打开鼓泡暴露中耳腔所用时间之间的差异无统计学意义(P>0.05)(表 2)。

2.2.2 激光组激光辐照时间

激光组激光辐照时间脉冲CO₂激光组差别较小(最长148.96 s，最短83.17 s)，Er:YAG激光组差别相对较大(最长171.81 s，最短：56.56 s)。尽管CO₂激光组辐照时间稍短于Er:YAG激光组，但差异无统计学意义(P>0.05)。 (表 3)。

2.3 磨骨或消融骨组织形态改变

电钻磨骨及激光消融骨周围组织表面均呈现不同程度的损伤，边缘可见干性坏死的碳化层，呈棕黑色，切片时使部分碳化组织脱落；紧接着碳化层下有一因骨组织损伤导致较明显的 “蓝化带”，即凝固性坏死层。在凝固性坏死层范围内，部分骨细胞结构消失(图 3)。

3 讨 论

激光对组织的效应受它的波长(决定生物组织中不同成分的吸收)、持续时间、应用部位及所用的能量密度的影响。一般，用相对低的能量密度和长的持续时间会导致蛋白质凝固、组织碳化，相反用高能量密度、范围在纳秒或微秒内的短脉冲持续时间会导致快速能量传递，同时引起组织成分由液态或固态向气态转变。CO₂激光的波长为10.6 μm,水吸收性良好,它可以是连续波型的也可以是脉冲式的。连续波型的主要产生热效应，引起操作区边缘组织的凝固和碳化。脉冲式的因有更高的能量密度及更短的持续时间，则更容易产生消融效应。加上扫描技术的新发展，使其具有高能量密度、高度聚焦的激光束，在应用于扫描组织表面时局部作用时间再次缩短，同时可以保持高的能量密度。这样对组织的首要效应是消融，且几乎无对更深层组织的边缘热效应像凝固或碳化。扫描仪的全部参数可由预先编好程序的微处理器控制，装有Flashscan扫描技术的CO₂激光更适合于耳科骨消融，CO₂激光在临床上已用于镫骨手术^[2-4]。Er:YAG激光波长为2.94 μm,在水的最大吸收范围内，它的脉宽为180 μs。它可以消融骨而对周围组织几乎无热负荷^[5-7]。

本次实验选用的CO₂激光(波长10.6 μm)和Er:YAG激光(波长2.94 μm)，在我们选用的参数和光剂量都可以对中耳骨(乳突部位)进行有效消融，可在较短时间内得到欲想得到的结果，与传统电钻相比具有一定优点。且消融后骨组织形态改变与电钻相似。

在激光骨消融过程中我们发现，在应用激光参数及光剂量情况下，对骨组织主要作用是使其发生气化、熔融、喷射和高温分解，不过在CO₂激光消融乳突骨表面都产生了一层碳化组织，主要原因可能为辐照的靶组织含有骨髓及丰富血管，在遇出血等情况下激光能量明显被吸收，而致组织表面出现碳化层，碳化层的积聚又进一步影响激光消融效率，导致碳化组织越积越多。碳化层主要起到止血作用，同时吸收激光能量使消融效率锐减，加重周边热损伤。所以在进行骨消融时要达到高的消融效率则要去除碳化组织。因其碳化、凝固有一定止血作用，CO₂激光比Er:YAG激光止血作用好，原因就在此处。Er:YAG激光(波长2.94 μm)在组织出血较少的情况下能迅速消融骨组织打开鼓泡，不会致明显碳化，但当遇到出血等情况下能量明显被吸收，消融效果也锐减，形成较明显碳化层，导致打开鼓泡暴露中耳腔时间明显延长。

从两种激光中耳骨消融开窗所用时间记录看，两种激光开窗大小相近时所用时间组内差异较电钻组大，Er:YAG激光组最大(4～20 min)，CO₂激光组则居中(5～18 min)，电钻组最小(10～22 min)，两激光组所用时间仅稍低于电钻(表 2)，这好像与上述结果矛盾，尽管此种差异无统计学意义(P>0.05)，但我们结合实验过程中操作及现象等实际应用情况，发现开窗所用时间的延长主要因大部分时间都用在清除因出血等导致形成的碳化组织上，另外消融过程中兔体位稍有改变，激光消融部位偏移，也会导致时间的延长，当碳化组织少、方位准确则会迅速打开鼓泡，尤以Er:YAG激光最明显，而电钻开窗时间则与操作者的熟练程度相关。大部分时间都用在清除碳化组织上，因此激光辐照时间最大也不过为171.81 s，这些足以说明如果我们解决好碳化组织导致激光能量吸收的问题，激光则可较电钻迅速打开鼓泡。

三种工具中，我们体会以CO₂激光器耦合Acuspot微控制器，手控Acuspot微控制器操纵杆显微镜下非接触操作最方便，而Er:YAG激光器手柄非接触操作与电钻几乎相当。从操作方便、止血、时间方面看其均较电钻有优势，并且其非接触操作将会减少术后感染机会。然而激光消融骨过程中我们听到不同程度噪音，Er:YAG激光尤为明显，因此激光骨消融可能存在损伤内耳导致听力下降的可能。

综上所述，CO₂激光(波长10.6 μm)和Er:YAG激光(波长2.94 μm)作为较大面积骨消融的工具其消融效率高，可在极短的消融时间内得到与电钻近乎相同消融骨体积，在耳科手术中的应用存在巨大潜能，但其在消融中耳骨时消融精确度却相对较低，这可能与手控操作，组织产生碳化层至视野相对不清晰所致，如果选择反馈程序计算机进行控制，并在消融过程中增加相应降温措施，如激光消融配上冲水装置^[8]，则可得到高的消融精确度。这些难题的解决，有待于物理学家、生物学家和医学家们的共同研究。