JZ-1C型CO2激光治療儀的質量控制

陳文輝，高原

中國人民解放軍海軍總醫院海空勤體檢中心，北京 100048

0 前言

激光醫學作為一項新興技術已有30多年的歷史，20世紀90年代以來，激光技術在我國醫學領域得到迅速發展。將激光技術應用于臨床診斷、治療及基礎醫學的研究，解決了醫學中的許多難題。激光具有發光效應、發熱效應、光壓效應、電磁場效應和生物刺激效應。醫務工作者正是利用激光作用于皮膚時所產生的這些特性進行診斷與治療。目前，激光技術已經滲透到了皮膚科、泌尿外科、眼科、婦科、普外科、腫瘤科、神經外科等多個學科，CO2激光器、He-Ne激光器、Nd-YAG激光器、半導體激光器及氬離子激光器在臨床上已經廣泛應用[1]。激光具有獨特的性能，可以利用它既可以切割汽化，又可以凝血的特點來做各種手術，還可以利用其不同波長和偏振狀態可以被生物組織選擇性吸收的特性，對病變組織實現不影響健康組織的治療。隨著激光技術的廣泛應用，激光儀的質量控制與療效控制也越來越引起人們的重視。我科JZ-1C型CO2激光治療儀（成都國雄光電技術有限公司生產）已投入使用1年多，筆者按照我國對激光源使用的要求，對該激光儀進行了檢測。

1 CO2激光儀的結構及工作原理

CO2激光治療儀主要由激光管、光學震蕩腔、激光電源、安全防護系統、傳輸系統、水冷卻系統及機械構件等組成。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波長的激光。本儀器使用的內循環水冷卻系統，由水泵、水箱及連接水管等組成，工作時帶走CO2激光管所產生的熱量。儀器設有急停開關，儀器發生故障時按下急停按鈕，激光器停止工作。水循環系統出現故障時，按下水保護開關，能切斷主電源。220 V的交流電經過高壓變壓器升壓及整流濾波后輸出約12 kV的高壓，加到CO2激光管的陽極，激光管內的CO2氣體在高壓電的激勵作用下，產生激光效應。CO2激光治療儀輸出的激光經導光關節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，輸出不可見紅外激光，其特點是光束細、能量密度高。激光有4個基本特性：方向好、單性好、強度高和相干性好。

2 激光的生物學特性

激光具有5個生物學效應：熱效應、光化效應、壓強效應、電磁場效應和生物刺激效應。光熱效應：當連續激光用光學鏡頭聚焦時，在0.1 s內溫度可達到1000℃以上，使肌肉組織瞬間汽化；當激光束縮小到μm量級，激光束便等效于光刀，可以進行各種切割手術。光化學反應：機體細胞吸收激光能量受激，在回到基態的過程中釋放能量，其能量導致自身的化學鍵斷裂，會使細胞內某些大分子物質分解。人體表皮細胞含有大量色素，會選擇性吸收激光并發生各種化學反應，如黑色素顆粒可以吸收特定波長的激光，從而破壞整個細胞。光化學反應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，但強激光的壓力卻相當大，當激光密度達到1080 W/cm2時，激光產生的壓力相當于3.4×103Pa，作用于人體組織，會使機體組織發生膨脹、變形。電磁場效應：機體組織細胞內的分子和原子按照一定的規律和結構排列，電磁場可使這些分子和原子產生極化，從而引發細胞結構畸變及細胞功能障礙[2]。CO2激光束經聚焦鏡輸出時，光斑極小，光束聚焦點產生的高溫能使靶組織迅速膨脹和汽化，產生機械壓力效應，從而可對機體病變組織進行切割、燒灼、汽化等多種臨床手術。

3 CO2激光儀的質量控制要求

CO2激光治療儀的質量控制對激光治療的安全性與有效性有確定性的影響。如果激光儀的設計不合理，就有可能對醫務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，如儀器存在漏氣問題，則長時間工作會導致氣體的過度消耗，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量。

我國對醫療激光源的質量控制非常重視。1999年國家技術監督局發布了JJG581-1999《醫療激光源檢定規程》，2000年國家技術監督局發布了JB9706.20-2000《醫用電氣設備 第二部分：診斷和治療激光設備安全專用要求》對醫用激光設備的安全作了具體要求與規定[4]。對CO2激光治療，我國也制定了專門的國家和行業標準，特別是對CO2激光治療儀的質量控制制定了詳細而具體的要求。

4 CO2激光儀的質量檢測

4.1 檢測環境

醫療激光源檢定規程中規定，在室溫5～40℃均可對激光儀進行測量[5]，但實際溫度＞30℃時，會導致激光電源散熱相對較差，使激光源過熱，激光器不能正常輸出激光，而影響輸出功率。因而在測量時，應先測量高壓檔的激光輸出功率，逐步從高檔功率向低檔功率過渡。

4.2 檢測儀器

我們采用美國模擬器件AD公司生產的AD7888模數轉換器，并按照該檢測儀的說明書進行設備間的連接。

4.3 一般檢查

首先檢查機器的外觀，無明顯磨損和腐蝕，零備件齊全，儀表顯示正常；再打開機器，檢查電路系統和循環水冷卻系統。CO2激光儀在點燃激光時會產生很高的熱量，如果不對激光管進行冷卻，會導致激光管不工作甚至炸裂，使激光管報廢。所以在電路系統及循環水冷卻系統沒有問題的情況下，要進行指示光功率測量、時間穩定度的測量、復現性的測量及示值相對偏差（δp）的測量。

4.4 激光束的可控性檢測

激光束的可控性是衡量激光源可否使用的重要指標，激光束的可控性包括激光輸出的平均功率大小、光束的方向和時間。其中激光源相對示值偏差和復現性是衡量平均功率大小的可控性技術指標；穩定度是衡量激光在工作時間內的可控性指標。

4.4.1 指示光功率測量

測量時應使指示光垂直射入接收面中央。用擋板遮住光束，待功率計指示歸零后，拿開擋板，進行測量；選擇不同的空間位置，測量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。該指標檢測的是激光源的實際輸出功率，便于了解激光管的衰減情況，對使用時間較長的激光儀意義很大。

4.4.2 輸出功率時間穩定度的測量

用上述方法測量出指示光功率，用以下公式計算輸出光功率的時間穩定度。

公式中Pmax、Pmin及P分別是多次（≥5次）測量中的最大值、最小值和平均值，CO2激光要求的時間穩定度偏差＜10%。該指標是指激光源在工作狀態下，一定時間內激光輸出功率變化的特性。在理想的工作狀態下，激光儀的輸出功率被調整至所需強度后，其輸出功率應穩定不變。但事實是，激光源工作時輸出功率會隨著時間的延長產生一定的變化（變小或者上下浮動）。變化幅度越大說明激光的時間穩定度越差，激光的性能越差，難以保證醫療質量。

4.4.3 輸出功率復現性的測量

在CO2激光工作狀態下，按下腳踏開關，關閉激光，待測量儀歸零后，開啟激光。待測量儀讀數穩定后，記錄功率值，反復測量5次，測量前隨機改變光導系統的位置。用下面的公式計算激光儀輸出端的復現性。

Pmax、Pmin及P分別代表5次測量中的最大值、最小值及平均值。CO2激光的復現性偏差要求＜10%。該指標是指激光儀在某一設置狀態工作時，改變其原設置狀態，然后再回復到原設置狀態的情況下，輸出功率的恢復能力。在進行激光治療時，需將激光儀輸出功率調至所需強度，激光輸出由腳踏板開關控制，每一次開通后，輸出功率應恢復到原來的強度，如果每一次斷通激光輸出功率變化較大，則會影響醫療質量甚至會造成醫療事故。

4.4.4 示值相對偏差δp的測量

在CO2激光儀工作狀態下，分別測試每一檔位的顯示值與測量儀的測量值（修正后），并將其帶入下面公式計算該檔位的示值偏差

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

CO2激光儀示值偏差一般要求＜20%。該指標既是儀器計量性能指標，又是醫療安全的儀器性能指標。在醫療行為中，醫生可根據需要調大或調低激光功率，激光儀的實際輸出功率與激光儀的顯示功率應保持一致，如果該指標不符合，會使激光輸出功率難以控制，影響醫療質量。

4.5 CO2激光檢測時的注意事項

CO2激光儀射出的激光是會聚光，在焦點的激光功率密度很大。所以在測量時應該避免在聚焦光斑的焦點上進行測量，以避免激光損壞檢測儀光接收面，應在探頭接收面前方安置一個擴束鏡[6]。CO2激光使用的是循環水冷卻的激光管，在檢測前，一定要把激光管水平放置，這樣可以減少操作誤差，也是激光管能夠穩定發光的必要條件。

5 結果

JZ-1C型CO2激光治療儀外觀正常，冷卻水系統正常，電路系統正常，最大激光輸出功率43 W，標準最大輸出功率是45 W，起輝電壓20 kV，工作電壓12 kV，焦點光斑直徑0.6 mm，內置吹煙系統檢測正常。其各質控指標的檢測結果，見表1。

表1 JZ-1C型CO2激光治療儀的各質控指標檢測結果

由表1可見，檢測數據均在允許誤差范圍內，檢測合格，粘帖合格證及國標激光安全標志。

6 討論

1992年首次對全國CO2激光治療儀進行監督檢查，抽查合格率僅為57%，1996年全國CO2激光治療儀抽查合格率為58.3%，CO2激光治療儀的整體質量水平比較差[7]。CO2激光儀是一種能量輻射設備，輻射不僅會對患者造成危害，還會對操作者和周圍的人造成危害，輻射的安全防護及安全標記尤為重要[8]。CO2激光治療儀屬于Ⅳ級激光設備，發出的激光束對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、激光相對眼睛的角度、白天黑夜及背景光相關。激光的能量密度越大對眼睛的損傷越大，視網膜的損傷閾值與照射時間相關，照射時間越長對眼睛的損害越大[9]。CO2激光屬于高功率范疇，能產生對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生物學損傷，因此必須受到嚴格控制。

為使激光儀在安全、有效的環境下運行， 在保證激光治療儀質量安全的前提下，提高激光治療的療效，必須有正確的防護措施及有效的醫療質量控制制度。激光治療室要在醒目的地方張貼國際統一的“激光危險”警告標志。激光室應有良好的通風、透氣及抽煙霧設備，曹育春等[10]研究顯示，CO2激光治療尖銳濕疣時煙塵中含有完整的人乳頭瘤病毒DNA。因此，在治療時要及時地抽排激光儀所產生的煙塵，以免對醫護人員及患者造成潛在的危險。激光室應有充足的照明設施，室內盡量減少能形成鏡面反射的物品，以減少激光對眼睛和皮膚的損害。CO2激光屬于Ⅳ級激光，使用者需要得到授權，每次使用都要進行登記并記錄使用情況。使用者需經過嚴格的職業培訓，熟練掌握激光的相關知識和操作步驟，能夠識別和排除激光治療儀的常見故障。激光使用時操作者及患者均應佩戴防護眼鏡。

隨著激光技術的不斷發展，激光在臨床治療方面的應用將更加廣泛[11-12]，安全有效的質量控制不但可給醫護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備使用率，使其更好地造福人類。

[1]閆新玉.激光器及其醫學用途[J].中國計量,2009,(5):106.

[2]吳翠峰,李昌玉.我國激光醫療設備的發展與應用[J].企業技術開發,2011,30(23):85-86.

[3]李海濤,楊繼慶.激光生物效應及醫學應用研究[J].第四軍醫大學學報,2007,(28):1341-1342.

[4]楊在富,楊景庚,王嘉睿,等.激光計量與醫用激光源的質量控制[J].中國激光醫學雜志,2005,12(14):398-401.

[5]朱菁,施虹敏,張慧國.激光醫學質量控制要點[J].應用激光,2002,22(6):581-588.

[6]范開州,謝文,張強.醫學激光設備的安全質量控制流程探討[J].醫療衛生裝備,2008,29(3):101-102.

[7]齊偉明,韓堅城,黃丹.醫用激光器的發展和質量控制J].光學技術,2000,26(2):176-180.

[8]田軍英.醫用激光基礎知識與防護[J].中國社區醫師(醫學專業,2011,13(17):302.

[9]程崗.淺談激光儀器對眼的影響和防護[J].醫療設備信息,2007,22(6):106-107.

[10]曹育春,陳映玲,周禮義.常用功率CO2激光治療尖銳濕疣時煙塵中HPV DNA 的檢測[J].激光生物學報,2000,9(1):51-53.

[11]吳麗雙.激光技術在醫學中的應用[J].泉州師范學報(自然科學版,2003,21(4):30-33.

[12]陳維波.淺談激光技術在臨床上的應用和展望[J].北京醫藥工程,2007,(26):559-561.