JZ-1C型CO2激光治療儀的質(zhì)量控制

陳文輝，高原

中國(guó)人民解放軍海軍總醫(yī)院?？涨隗w檢中心，北京 100048

0 前言

激光醫(yī)學(xué)作為一項(xiàng)新興技術(shù)已有30多年的歷史，20世紀(jì)90年代以來(lái)，激光技術(shù)在我國(guó)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。將激光技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷、治療及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的研究，解決了醫(yī)學(xué)中的許多難題。激光具有發(fā)光效應(yīng)、發(fā)熱效應(yīng)、光壓效應(yīng)、電磁場(chǎng)效應(yīng)和生物刺激效應(yīng)。醫(yī)務(wù)工作者正是利用激光作用于皮膚時(shí)所產(chǎn)生的這些特性進(jìn)行診斷與治療。目前，激光技術(shù)已經(jīng)滲透到了皮膚科、泌尿外科、眼科、婦科、普外科、腫瘤科、神經(jīng)外科等多個(gè)學(xué)科，CO2激光器、He-Ne激光器、Nd-YAG激光器、半導(dǎo)體激光器及氬離子激光器在臨床上已經(jīng)廣泛應(yīng)用[1]。激光具有獨(dú)特的性能，可以利用它既可以切割汽化，又可以凝血的特點(diǎn)來(lái)做各種手術(shù)，還可以利用其不同波長(zhǎng)和偏振狀態(tài)可以被生物組織選擇性吸收的特性，對(duì)病變組織實(shí)現(xiàn)不影響健康組織的治療。隨著激光技術(shù)的廣泛應(yīng)用，激光儀的質(zhì)量控制與療效控制也越來(lái)越引起人們的重視。我科JZ-1C型CO2激光治療儀（成都國(guó)雄光電技術(shù)有限公司生產(chǎn)）已投入使用1年多，筆者按照我國(guó)對(duì)激光源使用的要求，對(duì)該激光儀進(jìn)行了檢測(cè)。

1 CO2激光儀的結(jié)構(gòu)及工作原理

CO2激光治療儀主要由激光管、光學(xué)震蕩腔、激光電源、安全防護(hù)系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)及機(jī)械構(gòu)件等組成。激光電源為激光管提供起輝電壓及工作電壓；CO2激光器輸出10600 nm波長(zhǎng)的激光。本儀器使用的內(nèi)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，由水泵、水箱及連接水管等組成，工作時(shí)帶走CO2激光管所產(chǎn)生的熱量。儀器設(shè)有急停開(kāi)關(guān)，儀器發(fā)生故障時(shí)按下急停按鈕，激光器停止工作。水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，按下水保護(hù)開(kāi)關(guān)，能切斷主電源。220 V的交流電經(jīng)過(guò)高壓變壓器升壓及整流濾波后輸出約12 kV的高壓，加到CO2激光管的陽(yáng)極，激光管內(nèi)的CO2氣體在高壓電的激勵(lì)作用下，產(chǎn)生激光效應(yīng)。CO2激光治療儀輸出的激光經(jīng)導(dǎo)光關(guān)節(jié)臂傳輸用于疾病治療。JZ-1C型CO2激光治療儀采用封離型CO2激光器，輸出不可見(jiàn)紅外激光，其特點(diǎn)是光束細(xì)、能量密度高。激光有4個(gè)基本特性：方向好、單性好、強(qiáng)度高和相干性好。

2 激光的生物學(xué)特性

激光具有5個(gè)生物學(xué)效應(yīng)：熱效應(yīng)、光化效應(yīng)、壓強(qiáng)效應(yīng)、電磁場(chǎng)效應(yīng)和生物刺激效應(yīng)。光熱效應(yīng)：當(dāng)連續(xù)激光用光學(xué)鏡頭聚焦時(shí)，在0.1 s內(nèi)溫度可達(dá)到1000℃以上，使肌肉組織瞬間汽化；當(dāng)激光束縮小到μm量級(jí)，激光束便等效于光刀，可以進(jìn)行各種切割手術(shù)。光化學(xué)反應(yīng)：機(jī)體細(xì)胞吸收激光能量受激，在回到基態(tài)的過(guò)程中釋放能量，其能量導(dǎo)致自身的化學(xué)鍵斷裂，會(huì)使細(xì)胞內(nèi)某些大分子物質(zhì)分解。人體表皮細(xì)胞含有大量色素，會(huì)選擇性吸收激光并發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，如黑色素顆?？梢晕仗囟úㄩL(zhǎng)的激光，從而破壞整個(gè)細(xì)胞。光化學(xué)反應(yīng)的類型主要有光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化。光壓作用：普通光的壓力很小，但強(qiáng)激光的壓力卻相當(dāng)大，當(dāng)激光密度達(dá)到1080 W/cm2時(shí)，激光產(chǎn)生的壓力相當(dāng)于3.4×103Pa，作用于人體組織，會(huì)使機(jī)體組織發(fā)生膨脹、變形。電磁場(chǎng)效應(yīng)：機(jī)體組織細(xì)胞內(nèi)的分子和原子按照一定的規(guī)律和結(jié)構(gòu)排列，電磁場(chǎng)可使這些分子和原子產(chǎn)生極化，從而引發(fā)細(xì)胞結(jié)構(gòu)畸變及細(xì)胞功能障礙[2]。CO2激光束經(jīng)聚焦鏡輸出時(shí)，光斑極小，光束聚焦點(diǎn)產(chǎn)生的高溫能使靶組織迅速膨脹和汽化，產(chǎn)生機(jī)械壓力效應(yīng)，從而可對(duì)機(jī)體病變組織進(jìn)行切割、燒灼、汽化等多種臨床手術(shù)。

3 CO2激光儀的質(zhì)量控制要求

CO2激光治療儀的質(zhì)量控制對(duì)激光治療的安全性與有效性有確定性的影響。如果激光儀的設(shè)計(jì)不合理，就有可能對(duì)醫(yī)務(wù)工作者及患者造成損害[3]。CO2激光治療儀的激光器是真空器件，以氣體為工作物質(zhì)，如儀器存在漏氣問(wèn)題，則長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致氣體的過(guò)度消耗，引起輸出功率衰減，乃至縮短激光器的使用壽命。如果輸出功率不在正常范圍，或高或低均可影響治療質(zhì)量。

我國(guó)對(duì)醫(yī)療激光源的質(zhì)量控制非常重視。1999年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了JJG581-1999《醫(yī)療激光源檢定規(guī)程》，2000年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了JB9706.20-2000《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：診斷和治療激光設(shè)備安全專用要求》對(duì)醫(yī)用激光設(shè)備的安全作了具體要求與規(guī)定[4]。對(duì)CO2激光治療，我國(guó)也制定了專門的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)CO2激光治療儀的質(zhì)量控制制定了詳細(xì)而具體的要求。

4 CO2激光儀的質(zhì)量檢測(cè)

4.1 檢測(cè)環(huán)境

醫(yī)療激光源檢定規(guī)程中規(guī)定，在室溫5～40℃均可對(duì)激光儀進(jìn)行測(cè)量[5]，但實(shí)際溫度＞30℃時(shí)，會(huì)導(dǎo)致激光電源散熱相對(duì)較差，使激光源過(guò)熱，激光器不能正常輸出激光，而影響輸出功率。因而在測(cè)量時(shí)，應(yīng)先測(cè)量高壓檔的激光輸出功率，逐步從高檔功率向低檔功率過(guò)渡。

4.2 檢測(cè)儀器

我們采用美國(guó)模擬器件AD公司生產(chǎn)的AD7888模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并按照該檢測(cè)儀的說(shuō)明書進(jìn)行設(shè)備間的連接。

4.3 一般檢查

首先檢查機(jī)器的外觀，無(wú)明顯磨損和腐蝕，零備件齊全，儀表顯示正常；再打開(kāi)機(jī)器，檢查電路系統(tǒng)和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。CO2激光儀在點(diǎn)燃激光時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的熱量，如果不對(duì)激光管進(jìn)行冷卻，會(huì)導(dǎo)致激光管不工作甚至炸裂，使激光管報(bào)廢。所以在電路系統(tǒng)及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題的情況下，要進(jìn)行指示光功率測(cè)量、時(shí)間穩(wěn)定度的測(cè)量、復(fù)現(xiàn)性的測(cè)量及示值相對(duì)偏差（δp）的測(cè)量。

4.4 激光束的可控性檢測(cè)

激光束的可控性是衡量激光源可否使用的重要指標(biāo)，激光束的可控性包括激光輸出的平均功率大小、光束的方向和時(shí)間。其中激光源相對(duì)示值偏差和復(fù)現(xiàn)性是衡量平均功率大小的可控性技術(shù)指標(biāo)；穩(wěn)定度是衡量激光在工作時(shí)間內(nèi)的可控性指標(biāo)。

4.4.1 指示光功率測(cè)量

測(cè)量時(shí)應(yīng)使指示光垂直射入接收面中央。用擋板遮住光束，待功率計(jì)指示歸零后，拿開(kāi)擋板，進(jìn)行測(cè)量；選擇不同的空間位置，測(cè)量5次，最大值即為指示光功率。CO2激光指示光終端輸出功率要求＜5 mW。該指標(biāo)檢測(cè)的是激光源的實(shí)際輸出功率，便于了解激光管的衰減情況，對(duì)使用時(shí)間較長(zhǎng)的激光儀意義很大。

4.4.2 輸出功率時(shí)間穩(wěn)定度的測(cè)量

用上述方法測(cè)量出指示光功率，用以下公式計(jì)算輸出光功率的時(shí)間穩(wěn)定度。

公式中Pmax、Pmin及P分別是多次（≥5次）測(cè)量中的最大值、最小值和平均值，CO2激光要求的時(shí)間穩(wěn)定度偏差＜10%。該指標(biāo)是指激光源在工作狀態(tài)下，一定時(shí)間內(nèi)激光輸出功率變化的特性。在理想的工作狀態(tài)下，激光儀的輸出功率被調(diào)整至所需強(qiáng)度后，其輸出功率應(yīng)穩(wěn)定不變。但事實(shí)是，激光源工作時(shí)輸出功率會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)生一定的變化（變小或者上下浮動(dòng)）。變化幅度越大說(shuō)明激光的時(shí)間穩(wěn)定度越差，激光的性能越差，難以保證醫(yī)療質(zhì)量。

4.4.3 輸出功率復(fù)現(xiàn)性的測(cè)量

在CO2激光工作狀態(tài)下，按下腳踏開(kāi)關(guān)，關(guān)閉激光，待測(cè)量?jī)x歸零后，開(kāi)啟激光。待測(cè)量?jī)x讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄功率值，反復(fù)測(cè)量5次，測(cè)量前隨機(jī)改變光導(dǎo)系統(tǒng)的位置。用下面的公式計(jì)算激光儀輸出端的復(fù)現(xiàn)性。

Pmax、Pmin及P分別代表5次測(cè)量中的最大值、最小值及平均值。CO2激光的復(fù)現(xiàn)性偏差要求＜10%。該指標(biāo)是指激光儀在某一設(shè)置狀態(tài)工作時(shí)，改變其原設(shè)置狀態(tài)，然后再回復(fù)到原設(shè)置狀態(tài)的情況下，輸出功率的恢復(fù)能力。在進(jìn)行激光治療時(shí)，需將激光儀輸出功率調(diào)至所需強(qiáng)度，激光輸出由腳踏板開(kāi)關(guān)控制，每一次開(kāi)通后，輸出功率應(yīng)恢復(fù)到原來(lái)的強(qiáng)度，如果每一次斷通激光輸出功率變化較大，則會(huì)影響醫(yī)療質(zhì)量甚至?xí)斐舍t(yī)療事故。

4.4.4 示值相對(duì)偏差δp的測(cè)量

在CO2激光儀工作狀態(tài)下，分別測(cè)試每一檔位的顯示值與測(cè)量?jī)x的測(cè)量值（修正后），并將其帶入下面公式計(jì)算該檔位的示值偏差

Pfv為測(cè)得的功率（修正后），Psv為CO2激光儀顯示值，取所有測(cè)試檔位示值相對(duì)偏差最大者作為該儀器的示值相對(duì)偏差。

CO2激光儀示值偏差一般要求＜20%。該指標(biāo)既是儀器計(jì)量性能指標(biāo)，又是醫(yī)療安全的儀器性能指標(biāo)。在醫(yī)療行為中，醫(yī)生可根據(jù)需要調(diào)大或調(diào)低激光功率，激光儀的實(shí)際輸出功率與激光儀的顯示功率應(yīng)保持一致，如果該指標(biāo)不符合，會(huì)使激光輸出功率難以控制，影響醫(yī)療質(zhì)量。

4.5 CO2激光檢測(cè)時(shí)的注意事項(xiàng)

CO2激光儀射出的激光是會(huì)聚光，在焦點(diǎn)的激光功率密度很大。所以在測(cè)量時(shí)應(yīng)該避免在聚焦光斑的焦點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，以避免激光損壞檢測(cè)儀光接收面，應(yīng)在探頭接收面前方安置一個(gè)擴(kuò)束鏡[6]。CO2激光使用的是循環(huán)水冷卻的激光管，在檢測(cè)前，一定要把激光管水平放置，這樣可以減少操作誤差，也是激光管能夠穩(wěn)定發(fā)光的必要條件。

5 結(jié)果

JZ-1C型CO2激光治療儀外觀正常，冷卻水系統(tǒng)正常，電路系統(tǒng)正常，最大激光輸出功率43 W，標(biāo)準(zhǔn)最大輸出功率是45 W，起輝電壓20 kV，工作電壓12 kV，焦點(diǎn)光斑直徑0.6 mm，內(nèi)置吹煙系統(tǒng)檢測(cè)正常。其各質(zhì)控指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 JZ-1C型CO2激光治療儀的各質(zhì)控指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

由表1可見(jiàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)均在允許誤差范圍內(nèi)，檢測(cè)合格，粘帖合格證及國(guó)標(biāo)激光安全標(biāo)志。

6 討論

1992年首次對(duì)全國(guó)CO2激光治療儀進(jìn)行監(jiān)督檢查，抽查合格率僅為57%，1996年全國(guó)CO2激光治療儀抽查合格率為58.3%，CO2激光治療儀的整體質(zhì)量水平比較差[7]。CO2激光儀是一種能量輻射設(shè)備，輻射不僅會(huì)對(duì)患者造成危害，還會(huì)對(duì)操作者和周圍的人造成危害，輻射的安全防護(hù)及安全標(biāo)記尤為重要[8]。CO2激光治療儀屬于Ⅳ級(jí)激光設(shè)備，發(fā)出的激光束對(duì)眼睛和皮膚的損害隨輸出功率的增加而提高。激光損害眼睛的程度與激光的能量密度、激光波長(zhǎng)、激光相對(duì)眼睛的角度、白天黑夜及背景光相關(guān)。激光的能量密度越大對(duì)眼睛的損傷越大，視網(wǎng)膜的損傷閾值與照射時(shí)間相關(guān)，照射時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)眼睛的損害越大[9]。CO2激光屬于高功率范疇，能產(chǎn)生對(duì)人體有危害的直接激光束和反射激光束，人體短期接觸就能引發(fā)生物學(xué)損傷，因此必須受到嚴(yán)格控制。

為使激光儀在安全、有效的環(huán)境下運(yùn)行， 在保證激光治療儀質(zhì)量安全的前提下，提高激光治療的療效，必須有正確的防護(hù)措施及有效的醫(yī)療質(zhì)量控制制度。激光治療室要在醒目的地方張貼國(guó)際統(tǒng)一的“激光危險(xiǎn)”警告標(biāo)志。激光室應(yīng)有良好的通風(fēng)、透氣及抽煙霧設(shè)備，曹育春等[10]研究顯示，CO2激光治療尖銳濕疣時(shí)煙塵中含有完整的人乳頭瘤病毒DNA。因此，在治療時(shí)要及時(shí)地抽排激光儀所產(chǎn)生的煙塵，以免對(duì)醫(yī)護(hù)人員及患者造成潛在的危險(xiǎn)。激光室應(yīng)有充足的照明設(shè)施，室內(nèi)盡量減少能形成鏡面反射的物品，以減少激光對(duì)眼睛和皮膚的損害。CO2激光屬于Ⅳ級(jí)激光，使用者需要得到授權(quán)，每次使用都要進(jìn)行登記并記錄使用情況。使用者需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的職業(yè)培訓(xùn)，熟練掌握激光的相關(guān)知識(shí)和操作步驟，能夠識(shí)別和排除激光治療儀的常見(jiàn)故障。激光使用時(shí)操作者及患者均應(yīng)佩戴防護(hù)眼鏡。

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光在臨床治療方面的應(yīng)用將更加廣泛[11-12]，安全有效的質(zhì)量控制不但可給醫(yī)護(hù)人員及患者提供安全保證，而且還可以提高激光治療效果及設(shè)備使用率，使其更好地造福人類。

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