激光针灸是一种现代治疗方法，它结合了传统针灸原理和低强度激光疗法，无需使用针头即可刺激身体上的特定穴位[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。这种方法通过皮肤表面的激光刺激来实现针灸的效果，从而减少了不适感和感染风险。虽然激光针灸通常是非侵入性的，但最近的发展催生了侵入式激光针灸（ILA），即在穴位中插入细针或引导针，深度与传统针灸相当（通常为几毫米到约20毫米），使低强度激光能够直接照射到皮下或肌肉组织，实现精确和局部的刺激[8]、[9]、[10]。针灸针的机械刺激与激光能量的光生物调节相结合，能够更深地渗透到组织中，可能提高治疗效果[11]、[12]。这种协同方法特别适用于治疗慢性疼痛、炎症、肌肉和神经损伤以及韧带问题[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。然而，尽管具有这些潜在优势，ILA的实际应用、有效性和安全性尚未得到充分研究。
ILA通常使用低功率激光以确保安全性，因为激光是通过插入的针头直接照射到皮下或更深的组织中，而不是在皮肤表面进行透皮照射。这种直接的体内暴露要求严格控制激光功率，以尽量减少潜在的生物或热效应。与非侵入性激光针灸相比，可能存在更高的风险[18]、[19]、[20]。根据医生的治疗计划，针灸可以应用于身体的不同部位，如肌肉组织和皮下组织。这些目标组织的物理特性和性质可能存在显著差异，即使使用相同的激光和治疗方案，治疗效果和潜在副作用也可能有所不同[21]、[22]、[23]。例如，肌肉组织对某些激光波长的吸收系数高于皮下组织，可能导致治疗区域内的温度分布和热剂量不同[24]、[25]。为了优化治疗效果并确保患者安全，医生在选择激光参数时需要考虑这些组织特异性因素。如果没有可靠的方法来估计引入治疗区域的能量分布，就有可能对周围组织造成热损伤、神经损伤或局部烧伤等不良影响[26]、[27]。因此，利用预测方法来量化和优化治疗效果是一种有前景的方法。
计算预测模型在激光治疗领域已被广泛用于模拟和预测激光与组织的相互作用及治疗效果。这些模型为确定最佳激光参数（如波长、功率和照射时间）提供了宝贵见解，从而在实现预期治疗效果的同时将潜在风险降到最低[28]。在皮肤激光治疗中，计算模型已被用于优化各种皮肤状况的激光参数，包括消融性 fractional 激光治疗[29]、[30]、皮肤癌治疗[31]、纹身去除[32]、血管病变去除[33]和光动力疗法[34]。同样，计算模型也对激光消融技术产生了巨大帮助，例如在癌症治疗[35]、[36]、[37]、角膜屈光手术[38]、[39]和牙科[40]、[41]中的应用。
已经开发了许多针对各种基于激光的医疗治疗的计算模型；然而，ILA的独特特性需要一种不同的方法。现有模型主要关注皮肤表面的治疗[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]，这与ILA的机制有显著差异。在这种疗法中，针头被插入特定穴位，激光能量通过集成在针头中的光纤直接传递到周围组织。通过结合传统针灸技术和精确的局部激光刺激，这种方法旨在提高治疗效果，并实现比非侵入性方法更深、更集中的能量传递。尽管一些计算研究探索了经皮激光治疗，但这些研究通常涉及高温应用，旨在造成不可逆的损伤[35]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]，而这并非针灸的目标。我们的工作通过提供一个针对ILA特定条件的定制计算模型来填补这一空白。
在本研究中，我们提出了一个用于预测ILA疗法中光热效应的计算框架，主要包括以下内容：（1）开发了一个考虑针头集成光纤输送几何特性和激光参数的计算模型；（2）使用体外鸡胸组织样本和650纳米激光源进行实验验证；（3）系统研究不同激光参数（包括波长、光束直径和功率）对ILA效果的影响。通过模拟激光与组织的相互作用，并利用能够捕捉激光在组织中热分布的深度指标，本研究旨在为基于证据的治疗参数选择提供定量见解，并制定安全协议，最终提高ILA疗法的安全性和有效性。
