激光治疗的原理和方法

(一)闪光灯泵浦脉冲染料激光

波长为585nm或595nm和脉冲持续时间为300μs2ms的闪光灯泵浦脉冲染料激光(flash lamp pumped pulsed dye laser,FLPD),用于极早期婴幼儿血管瘤厚度不超过2　mm且无皮下病变者,治疗简单快捷。在新生儿和低龄儿童的面部必须进行治疗时,需全身麻醉;而对于面部以外的其他区域,可行局部麻醉,如使用EMLA局麻软膏足以满足需要。不良反应极少见;偶可见水疱和结痂,需要通过液体冷却管(fluid cooling cuvette),使表皮冷却和保持稳定。激光治疗特有的蓝黑色紫癜在14d内消失。结痂可见于11%的病例。特别是在肛门生殖器区,存在溃疡继发感染的危险。所有婴幼儿血管瘤及其前驱期病变的早期FLPD激光治疗与未治疗组相比并未带来实在的好处,基础是作者未根据病变的深度和病程分期来区分血管瘤。结节状血管瘤不是FLPD激光治疗的适应证,FLPD激光治疗对皮下血管瘤和内生性血管瘤亦无效。原发性毛细血管扩张性改变或成熟婴幼儿血管瘤的残余病变也不适合于FLPD激光治疗,这种情况适合于KTP激光治疗。

(二)倍频掺钕钇铝石榴石激光

这种类型的激光无需与脉冲Nd:YAG激光甚至是连续波Nd:YAG激光混合使用。Nd:YAG激光的红外线通常穿过钾钛磷晶体(potassium-titanyl-phosphate crystal,KTP)建立通道,使1064nm的近红外光频率加倍、波长减半获得532nm的激光。因此,生物学效应可与氩激光相当。这类激光的优点:因其较高的频率使KTP激光无需水冷,特别是使用二极管泵浦时,这与氩激光不同,使得激光更容易操作。这样,小结节病变和毛细血管扩张即可在玻璃压板(glass spatula)点对点压迫下直接进行治疗。通过最大值为100ms的短脉冲持续时间及避免双倍曝光或重叠,吸收仅发生于血管内的血红蛋白,使周围组织无不良反应。

(三)脉冲Nd:YAG激光

与KTP激光不同,脉冲Nd:YAG激光直接应用近红外光。与连续波Nd:YAG激光的区别是210ms的短脉冲频率(pulse rate),尽管脉冲峰值(pulse peaks)高。当生物物理穿透(biophysical penetration)与连续波Nd:YAG激光相同时,实际穿透深度因短脉冲持续时间而受限。基于这样的原因,脉冲Nd:YAG激光适合于危险解剖区域或较大的静脉扩张和结节状病变。为了避免散射或热传导的继发损害,至少需要一个使用冷气或冰块的间歇冷却系统(intermittent cooling system),除非与连续波Nd:YAG激光一样让光束穿过液体冷却管或冰块。

(四)连续波Nd:YAG激光

以超过100ms的长曝光时间,经激光加热组织(laser-heated tissue)的导热性(thermal conductivity)是一个主要作用。这意味着吸收系数对于原发反应是很重要的,但是全部组织相互作用也是通过曝光时间来触发。高吸水性的激光如铒激光或CGy激光在所有的组织中具有相同的原发效应(primary effect):实际组织相互作用仅取决于曝光时间。除氩激光之外,连续波Nd:YAG激光是用于治疗先天性血管病变时间最长的激光类型。与内镜外科使用的是同一种激光。除通过细玻璃纤维引导激光束的可能性之外,巨大的生物物理可变性(biophysical variability)已经使这种激光成为治疗先天性血管病变的“老黄牛”(“workhorse”)。

连续波Nd:YAG激光的生物物理确定的穿透深度(光子密度下降至1/e2)在多数组织中为8mm。但是,这意味着在高性能(high performance)下的连续波模式,有效光子密度仍可达到20mm和30mm的深度。另一方面,短脉冲持续时间使光子密度和有效深度局限在1mm以内。适当的冷却方式可保护足够的穿透表面,尽管表面吸收可使不发生组织反应而且从表面向下延伸更远。此外,不同的吸收系数(absorption coefficient)是造成选择性效应的原因。血液和富血性器官比结缔组织或脂肪组织更明显地吸收此种近红外光。组织与组织之间对红外光的组织吸收也各不相同。胶原组织表现为显著的皱缩(shrinkage):严重血管炎的内皮已经与功率密度(power density)发生反应,但尚未触发其他组织的反应。

高功率密度(power density)迅速引起炭化,然后完全吸收后续的激光。因此,汽化引起两种结果:若欲消融或切割,此过程必须迅速发生以避免对邻近结构不必要的热效应;若特别想要对深在区域产生凝固,则必须避免发生此过程,因为无辐射可足够地深入。这些过程的作用范围确定了连续波Nd:YAG激光具有更广泛的应用。

1.经皮直接应用　与脉冲Nd:YAG激光和KTP激光相似,连续波Nd:YAG激光也可用于治疗小结节状病变和毛细血管扩张。为了避免热损伤,需要最大值为100ms的短脉冲频率、25W的输出和0.5mm的小点直径,使用调焦手控部件。此外,必须使用冰块间歇和后期冷却行热流阻滞(heat blockage)来避免热损伤。

2.以液体冷却管的方式直接治疗　如果间歇性冷却不充分,则需要连续冷却。喷射冷却或冷气冷却的热容(heat capacity)对于连续波Nd:YAG激光所致的热流阻滞(heat blockage)是不够的。蓝宝石冷却板(cooled sapphire plates)易于操作,但是具有一系列的缺点。珀尔帖制冷元件(cooling Peltier element)的金属框架在直接接触皮肤时可导致冻伤。但是,最大的缺点是其平面并不适合解剖结构(anatomic situation),特别是儿童的面部,以至于其既不能与表面完全接触,也使其对边缘的压迫太重,不但可导致冻伤而且可导致微循环的改变。因此,实际上仅可用于较大表面积者。含40%冷却乙二醇溶液的液体冷却管(患者侧)具有一个高度柔韧性透明胶隔膜,通过输出阀(outlet valve)的变化正好适合困难的解剖结构(anatomic silhouette)。另一个优点是这样的预加应力(prestressing)使调整压缩压力(compression pressure)和血流以改变组织吸收成为可能。使用最大压缩,使重叠组织可透过Nd:YAG激光。使用负压(抽吸),可使最微小的毛细血管扩张,增加吸收系数。通过计算冷却能力(cooling capacity),以确定在给定必需吸收系数的激光束中心所具有的反应,同时可避免散射和热传导引起的周围区域不良事件。对于静脉扩张,这个过程比KTP激光更为适合。

3.以连续冰块冷却的方式经皮治疗　如果皮下病变采取经皮激光治疗,上述冷却系统并不能完全防止瞬变的组织遭受连续Nd:YAG激光所产生热量引起的有害凝固。深部冷冻系统(deep freezing system)如液氮或低温珀尔帖元件(deep-temperature Peltier element)并不能充分控制温度,以至于引起冻伤。因此,激光穿过无气泡的透明冰块似乎是合理的解决方案。冰融化成水是最大的能量消耗过程之一。如此高的热容可通过基础吸收使围绕瞬变组织的热量改变路线,从而使皮肤表面不发生反应。另一方面,自然法则(natural law)阻止温度降低至0℃以下,避免冻伤。因为冰所融化的水总可保证良好的组织接触,所以接触凝胶等即显得多余。由于组织的热传导特性使这样的冷却效应限于2mm,故因其较大的穿透深度使激光可治疗皮下病变而不造成皮肤表面的损害。先决条件是使用焦点直径为0.5~1mm的调焦手柄(focusing hand piece)。这样的焦点必须穿过冰块定位于组织表面,否则因衍射散射(diffraction scattering)而不能达到足够的穿透深度。因为冰块对激光辐射具有其自身的吸收,所以在冰块上钻孔以延长曝光[“灯罩效应”(“chimney effect”)]使光线直达组织表面。因此,冰块必须在激光暴露下移至血管瘤上方,光线本身在以约5mm的半径做螺旋运动以避免单光点(single spot)的负荷过高。如果激光束仅可在冰块上移动而冰块保持静止,则可避免灯罩效应,但是血管瘤表面正在增加的热量可使冰块融化而导致冰块与血管瘤之间不能更多地接触[“冰屋效应”(“igloo effect”)]。通过压迫冰块,特别是巨大的血管瘤,可增加穿透深度;通过压迫表面可增加吸收,提高保护。

这种方法因合并疼痛仅建议在局部麻醉下使用。此外,局部麻醉对于激光的安全性也是必要的,因为多数血管瘤位于靠近眼睛的面部。对于激光参数的准确设置,术中彩色双功能超声是必需的,因为只有彩色双功能超声才能确定病变的活动性和准确的分期、病变的大小和激光的适用部位、病变累及的不同组织层次。为了选择激光输出功率,使用以下原则:生长越活跃、越迅速,分期越早,激光输出功率应越小以避免过度反应;肉眼可见的血管越多,需要更大的激光输出以促进病变消退(involution)。此外,皮内病变越明显,需要的激光输出功率越小。但是,对于单独的皮下病变,需要的激光输出功率较高。对于邻近眼睛的病变的治疗必须防止前向散射(forward scattered radiation)的损伤。金属遮板[“遮眼板”(“eye spatulas”)]可达此目的。这样的遮板悬浮在卡那霉素软膏层上以使其背面不接触角膜。基于这样的原因,习惯上常用的“眼罩”(“eye shields”)已不再使用,因为其直接放在角膜上,可导致继发性灼伤。尽管采取这些预防措施,但是应使激光束的方向始终远离眼球。对于位于鼻小柱的病变,应注意鼻部的软骨结构。对于位于口唇的血管瘤,激光也必须远离牙龈以避免对牙胚的破坏。随后使用FLPD激光治疗牙龈血管瘤。目的并不是引起界限清楚的婴幼儿血管瘤凝固而是诱导血管炎。在激光治疗期间应避免肉眼可见的烫伤甚至是退化(involution),因为这些表现等同于激光过量。在激光治疗期间血管瘤出现肿胀和膨胀、周围区域变红并持续达12h时表明已经达到理想的激光总量。有时,术后624h出现皮下蓝色硬结是血管炎伴血管裂解的一种表现。这种表现常见于非常活跃的婴幼儿血管瘤增殖早期。因为上方的表皮易受损害,术后应使用足够的油膏,并采取适当的措施如穿戴手套处理治疗区擦伤。很少需要使用绷带,除非是严重的机械性擦伤者。虽然这种激光治疗并不引起皮肤表面的损伤,但是约2%的患儿可在术后1228h出现丹毒伴淋巴管炎初期。这种现象常见于面部。丹毒并不发生于血管瘤本身或其周围,但偶见于血管瘤旁数厘米引流入淋巴结。这种炎症可与术后激光直接诱导的炎症相鉴别,病变区域触痛、变硬。对于已经形成溃疡或继发感染的血管瘤,并不出现这样的反应,穿刺组织内激光治疗者亦然。因此这并不是医院感染(nosocomial infection)。立即使用广谱头孢菌素口服治疗可在数小时内使临床症状消退。此时发热和症状不再存在但局部浸润可持续数天。因为血管内皮瘤并不像婴幼儿血管瘤那样易于消退,所以需要将激光输出功率增加到50W,而这样的激光输出功率通常仅用于脉管畸形的治疗。与组织内穿刺技术相比,以冰块冷却方式的经皮Nd:YAG激光治疗可获得均匀的凝固,以至于在完全康复后并不出现明显的纤维化。