《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：355?nm UV nanosecond laser-induced spinal cord nerve ablation: Spatiotemporal optimization towards high-precision DREZotomy
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•355纳米紫外激光可实现脊髓神经组织的精确消融。•拉曼光谱证实以冷光化学消融为主的机制。•峰比分析显示蛋白质和髓鞘脂质特征得到保留。•高重复频率会引发热堆积并扩大热损伤。•优化参数可将侧向热损伤控制在20 μm以内。引言神经病理性疼痛和严重痉挛，常继发于创伤性损伤、臂丛神经
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355纳米紫外激光可实现脊髓神经组织的精确消融。
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拉曼光谱证实以冷光化学消融为主的机制。
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峰比分析显示蛋白质和髓鞘脂质特征得到保留。
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高重复频率会引发热堆积并扩大热损伤。
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优化参数可将侧向热损伤控制在20 μm以内。
引言
神经病理性疼痛和严重痉挛，常继发于创伤性损伤、臂丛神经撕脱或其他神经系统病变，给现代神经外科手术带来了严峻挑战[1]、[2]。DREZ切除术作为一种高度有效的干预手段，旨在选择性破坏脊髓神经组织中过度活跃的伤害感受通路[3]、[4]。然而，脊髓神经的复杂微观解剖结构对手术精确度提出了极高的要求。目标神经根内的伤害感受纤维距离中枢脊髓的关键非靶神经网络——尤其是皮质脊髓束和后索——仅数毫米之遥。因此，在充分消融脊髓神经组织的同时严格保护邻近功能结构，是DREZ切除术操作中的最终瓶颈[5]、[6]。
目前，DREZ切除术常用的传统手术方式，包括双极电凝、射频（RF）热凝和连续波（CW）红外激光，本质上均依赖电热或光热能量转换来消融组织[7]、[8]、[9]。尽管这些技术在宏观组织切除方面效果显著，但其固有的空间局限性严重受制于侵袭性热传导和较差的空间约束性。在富含脂质且热敏感性极高的脊髓神经组织环境中，这种不可控的能量耗散不可避免地会产生广泛且不可预测的凝固性坏死区（超出预期消融边界数百微米）[10]。此类广泛的热损伤并发症是导致术后严重神经功能障碍的主要原因，包括非预期的运动无力、感觉共济失调以及漫长的恢复期。
例如，中红外激光如掺钇铝石榴石激光器（Er:YAG，2.94 μm）已被广泛应用于外周神经、骨骼、牙科和软组织消融，因其波长被水强烈吸收。在冷却不足的情况下，Er:YAG消融主要受快速光热汽化主导，仍可能产生附带热损伤、组织脱水、碎屑再沉积或声压瞬变[11]、[12]、[13]。然而重要的是，以往研究表明，水喷淋或冲洗可显著减少热积聚、防止碳化、去除消融碎屑，并维持Er:YAG激光加工过程中的消融效率[14]。因此，Er:YAG消融的热效应结果高度依赖于局部冲洗条件、组织含水量和手术微环境。与此同时，短波紫外（UV）激光，特别是准分子激光器，已在眼科和血管成形术领域取得了重要进展[15]、[16]、[17]。其消融能力通常归因于高光子能量与靶组织内源性生物分子发色团强烈吸收的共同作用，而非单纯的光子能量。在生物组织中，蛋白质、核酸、脂质、血红蛋白及其他发色团均可对紫外能量沉积产生贡献，因此在特定紫外波长下的消融效率高度依赖于组织类型。最近，固态355纳米紫外激光作为准分子激光器和飞秒激光器的具有吸引力且经济高效的替代方案脱颖而出，在皮层组织及外周神经应用中展现出令人鼓舞的初步结果[18]、[19]、[20]、[21]。
在本研究调查的富含脂质的脊髓神经组织中，355纳米处的光学响应预计来源于多种内源性成分，包括髓鞘相关脂质、结构蛋白、含核酸的细胞成分以及残余血液衍生发色团。因此，采用355纳米辐照的合理性不仅在于其光子能量，还在于其能够在神经组织中紫外吸收的生物分子成分中产生局域能量沉积。在此背景下，355纳米紫外纳秒消融应被视为一种组织吸收辅助的光化学过程，伴有有限但不可忽视的光热贡献，尤其在较高能量密度或较高重复频率下更为明显。
尽管355纳米紫外激光已在角膜手术、眼部安全性评估、导管取出和血管粥样斑块清除等方面展现出可行性前景，但这些研究主要侧重于组织切割可行性、形态学结果、组织选择性或安全性评估。与此同时，以往脉冲激光组织消融的研究已表明，脉冲重复频率和多脉冲热积聚可显著影响附带热损伤。然而，激光能量密度、脉冲重复频率和扫描速度对富含脂质脊髓神经组织消融效率和热积聚的耦合影响仍缺乏充分认识[18]、[22]、[23]、[24]。因此，需要进行系统的时空评估以确定精确神经组织消融的安全高效辐照窗口。具体而言，必须定量定义从纯光化学消融向等离子体介导屏蔽和热堆积区域过渡的关键阈值，以确保手术安全。
本研究中，我们系统阐述了355纳米紫外纳秒激光在富含脂质脊髓神经组织中的时空消融动力学和分子相互作用机制。我们不仅评估形态学结果，还考察不同激光能量密度和脉冲重复频率下的热响应和结构响应。此外，为从分子层面确证光化学冷消融假说，我们将宏观形态学评估与微化学拉曼光谱无缝整合。最终，我们证明了实现近细胞级热约束的可行性，从而确立了355纳米纳秒激光作为极具前景、组织保留性强的治疗模式，为精确DREZ切除术及其他精细神经外科干预提供了至关重要的安全余量。
章节片段
脊髓神经组织制备
新鲜离体猪脊髓神经标本取自一家经当地批准的机构，并在死后立即获取。本研究共使用五份猪脊髓神经标本，每份标本取自一头独立的猪，以确保生物学独立性。提取后，标本在4°C等渗盐水（0.9% NaCl）中连续冲洗并储存，以保持其原始的光学、热学和力学特性。所有激光消融实验
宏观与微观形态学
为建立消融质量基准并确认紫外纳秒激光适用于精确神经组织切除，对图3所示的消融沟槽进行了全面的形态学评估。这些沟槽采用实验设计中的代表性参数组生成。该参数组包括激光能量密度1.5 J/cm2、重复频率100 kHz、扫描速度500 mm/s以及连续10次扫描。
在宏观层面上，
结论
总之，我们阐明了355纳米紫外纳秒激光在富含脂质脊髓神经组织中的时空消融动力学和分子相互作用。形态学分析揭示消融效率呈对数饱和趋势，即最佳能量密度可驱动高效光化学材料去除，而过高的能量则引发等离子体介导的光学屏蔽。在时空维度上，将脉冲间隔压缩至低于组织热弛豫时间会触发
资金支持
北京市自然科学基金（1244050）；北京健康联合慈善基金会（S251和S305）。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能对本文报告的研究产生不当影响。
致谢
本研究得到北京市自然科学基金资助（项目编号1244050）和北京健康联合慈善基金会资助（项目编号S251、S305）。
陈文竹|夏同|陈祖军|赵贺|陈立建
