CN1024251C - 腔内外科激光手术器械 - Google Patents

Abstract

一种腔内激光手术器械，包括：一导管2，装有激光照射光纤；一脉冲激光振荡器1；一声波检测器4，用以检测病变部分产生的声波；一声波分析器5，用以分析来自声波检测器4的声波并获取声波的振幅变化数据和频谱数据；和一控制器7，用以根据来自声波分析器5的数据计算激光的最佳投射条件，并由此控制脉冲激光振荡器1。由于按最佳投射条件投射激光，因而可避免正常血管壁损伤、碳化、血管穿孔或重新变窄。

Description

本发明涉及腔内外科用的一种激光手术器械，特别涉及一种用激光去除腔内病变部分用的腔内外科激光手术器械。

在现有技术中，目前已设计出各种治疗和诊断用的装置和方法，用以去除例如血管的狭窄或闭塞，以及由例如动脉硬化而引起的动脉粥样化或肾或尿道中的结石。

旁路手术是最保险的治疗方法，这种方法是将病变部分完全切除，用例如病人自己的一段血管或人造血管代替含有病变部分的血管。但是这种方法要进行外科手术，切开机体组织，因而机体要承受一定的负担，而且需要大量的医疗费。此外，虽然也可采用药物治疗，但这只对消溶血栓有效，而难以消除动脉粥样化的病灶。

因此最近采用了这样一种疗法：从体外将一根导管插入管腔中使其抵达病变部位，以便直接除去造成障碍的原因。

有一种疗法是这样进行的：采用一种在其末端部分附有一个气囊的气囊导管，使气囊在到达病变部位时膨胀，以便机械地扩大管腔的狭窄部分。但由于仅仅是将狭窄部分加以扩大，因而并不能消除造成狭窄原因的例如动脉硬化或血栓，从而使疾病在短期内复发的可能性很大。此外在血管完全阻塞和动脉硬化发展到钙化程序时，对这种血管进行治疗就很困难了。

另一种方法是采用诸如YAG（钇铝石榴石）激光或氩激光之类的激光，其中从光纤端部发射出的激光加热附在导管端部的金属或陶瓷芯片，将加热过的芯片压向病变部分，将病变部分烧掉。按照这种方法，虽然也能除去病变部分，但很难控制激光加热功率，倘若芯片过热，会损害正常的血管壁或使血管壁碳化，从而造成血管穿孔或再次变窄等新的风险。此外在血管弯曲或完全闭塞的情况下，芯片塞不进去，就不能用这种疗法。

因此也有采用这样的方法的，即来自诸如YAG激光器、氩激光器或准分子激光器之类激光器的激光从光纤端部投射到病变部分，直接使病变部分汽化。由于激光将受投射的部分直接汽化，因此激光可用于完全堵塞了的病变部分。此外，通过控制脉冲激光的振幅、脉冲宽度和脉冲间隔时间可以控制激光器的输出，因而有可能高度精确地控制其功率。

另外，在上述直接照射式的腔内激光手术器械中，操作人员是根据病变部分的类别（例如动脉粥样化、血栓和碳化等）和病情的发展程度来控制激光源的输出，或在激光是脉冲激光的情况下控制其振幅、脉冲宽度和脉冲间隔时间，从而控制其功率，但在照射激光的过程中不可能一面确定患病部分的病情一面控制激光的功率。

更详细地说，为避免在采用上述导管将大功率激光突然照射到病变部分时伤及腔体，因此有必要将激光的功率分为几个等级，以便逐步提高激光的功率。在这种情况下，每次提高激光的功率时，就需要用例如内窥光纤来确定病变部分病情的变化，这样做既费时又费力。

本发明是在考虑到上述问题的基础上提出的，其目的是提供一种在激光照射的同时确定病变部分的病情，同时能对激光功率进行控制的腔内激光手术器械。

为达到上述目的，本发明的腔内激光手术器械 是一种通过把装有激光照射光纤的导管插入腔体中将激光经激光照射光纤投射到病变部分的手术器械，它包括：

一脉冲激光振荡器，用以产生预定周期的激光，并将激光加到光纤上;一声波接收器，用以检测病变部分根据脉冲激光的照射所产生的声波;一声波分析器，用以分析来自声波接收器的声波并获取声波振幅变化的数据和频谱数据;以及一控制器，用以根据来自声波分析器的数据计算待投射到病变部分的激光的最佳投射条件，从而根据所述最佳投射条件控制所述脉冲激光振荡器。

根据上述的本发明，当装有激光照射光纤的导管插入腔体从而使激光经激光照射光纤投射到病变部分时，就有声波按脉冲激光器的投射输出量从病变部分产生，这是由于病变部分开始汽化部分的毗邻部分突然吸热而引起的热膨胀所致，而声波的产生则可由声波检测装置检测出来。然后由声波分析器对声波加以分析以获取声波的振幅变化数据和频谱数据。接着在控制器中根据来自声波分析器的数据计算有待投射到病变部分的激光的最佳投射条件（振幅、脉冲宽度和脉冲间隔时间），同时按所述最佳投射条件控制脉冲激光振荡器，这样就能在最佳投射条件下将激光投射到病变部分上。这样就可以不用担心正常的血管壁受损或碳化从而要承担血管穿孔或重新变窄的风险。

图1是腔内激光手术器械一个实施例的原理图;

图2是一导管的横向剖视图;

图3是腔内激光手术器械的方框图，示出了例如该器械的脉冲激光振荡器、控制器和影象装置等;

图4示出了所述腔内激光手术器械应用于人体上的示意图;

图5是腔内激光手术器械操作过程的流程图。

下面参照附图说明本发明的一个实施例。

如图1所示，本实施例的腔内激光手术器械包括：脉冲激光振荡器1、手术导管2、影象装置3、声波检测器4、声波分析器5和控制器7。手术导管2装有用于对病变部位进行内窥观察的内窥光纤、照明光导、冲洗液通孔、气囊充胀液通孔、激光照射光纤和端部控制线。成象装置3用以显示内窥影象的形状和荧光光谱分析的结果，并记录影象数据。声波检测器4用以接收病变部分按激光投射情况所产生的声波。声波分析器5用以分析来自声波接收器的声波，从而获取声波的振幅变化数据和频谱数据。控制器7用以控制经接口6加到所述导管2上的激光和充液过程，并用以根据来自声波分析器5的数据计算待投射到病变部分的激光的最佳投射条件（振幅、脉冲宽度和脉冲间隔时间）、以及根据所述最佳投射条件控制所述脉冲激光振荡器。此外，标号8表示气囊，装在导管2的末端，用以使需加以固定的血流停止流动。

上述装有微音器的声波检测器4检测由于汽化开始部分的毗邻部分因接受投射到病变组织的激光而突然吸热从而引起的热膨胀导致病变部分所产生的声波。

上述声波分析器5从声波检测器4所检测的声波中除去象心跳之类的噪音，然后对没有噪音的信号进行分析，从而获得振幅的变化数据和频谱数据。

图2是导管2的横向剖视图，其中内窥光纤21、冲洗液通孔22、气囊充胀液通孔23、激光照射光纤24和端部控制线25捆在一起固定在透明介质26中，其表面涂有一层薄膜。此外上述透明介质26还用作照明光导。

内窥光纤21由低散射材料制成，使之成为高精度的双边光学系统，达到高度的精确性，特别是为了达到优质的成象质量。由于本实施例采用了可发出能极其有效和安全地去除病灶的紫外线范围的脉冲激光的准分子激光器，因而激光照射纤维24是用象石英这类透射率好的材料制成，使其能以高能量密度和低损耗透过紫外线，同时光纤的端部表面需精密加工，以抑制端部表面产生热量。作为照明光导的透明介质26由可透过可见光的、柔韧性良好的材料制成，如多成分的组合玻璃、塑性树脂和橡胶等，照明光则从导管2的端部照射出去。导管端部由下文将谈到的导管控制器63控制的端部控制线导引到病变部位，使导管2的边缘部分面向病变部分。

包含上述各部件21至26的导管2的外径很小，只有几个毫米，最好小于1.5毫米。因此借助于导管控制器63的引导，导管2就有可能轻易地到达血管的任何部位。

图3是上述脉冲激光振荡器1、接口部件6、 控制器7和影象装置3的详图。脉冲激光振荡器1包括一激光输出控制单元11和激光振荡单元12，其中激光输出控制单元11控制着从激光振荡单元12投射的激光的功率。鉴于激光振荡单元12是由大部分可为身体组织吸收且峰值功率很高的紫外线范围的脉冲激光器构成，因而能高效而安全地除去病变部分。因此，该激光振荡单元系由诸如XeCl、KrF和ArF之类稀有气体卤化物的脉冲振荡准分子激光器构成。此外，标号13表示将所投射的激光连到光导纤维24的连接部件，它由损耗小的小型光学系统构成。

接口部件6由氙灯61、血液排除机构62和导管控制器63构成。氙灯61用于将可见光加到所述照明光导26上。血液排除机构62用于将气囊充胀液621（例如等渗透压的氯化钠溶液）和冲洗液622（在所用激光波长范围内损耗小的液体）充入气囊充胀液通孔23和冲洗液通孔22中。导管控制器63具有一个操纵控制线25的操纵机构。接口6的上述各部件分别由控制器7控制。这就是说，控制器7驱动导管控制器63，使导管2到达某一要求的位置，然后对氙灯61进行通/断控制，并控制血液排除机构62。

控制器7还根据来自声波分析器5的振幅变化数据和频谱数据判断病变组织的类别和病情的发展程度，并根据该病情发展程度计算最佳照射条件（振幅、脉冲宽度和脉冲间隔时间），然后根据最佳输出数据向激光输出控制单元11发送控制信号，以便控制激光器输出的输出电平（10毫焦尔/每个脉冲至500毫焦尔/每个脉冲）、脉冲宽度（2毫微秒至1微秒程度）和脉冲重复频率（10至200赫芝程序）。

影象装置3包括分光系统31、影象接收单元32、光谱分析单元33、影象处理单元34、监测电视35和VTR（磁带录象机）36。分光系统31将内窥光纤21所产生的影象光进行分光。影象接收单元32接收由CCD（电荷耦合器件）元件所分出的一束光。光谱分析单元33获取分出的另一束光的荧光光谱分量。影象处理单元34用于补偿影象接收单元32和光谱分析单元33的输出信号。监测电视35在电视屏幕上显示处理过的影象信号。VTR36则供录象之用。

图4示出了上述腔内激光手术器械应用于人体上的示意图。图中，导管2插入冠状动脉内的血栓形成部位，声波检测器4放在人体最靠近血栓部分的表面，激光则从脉冲激光振荡器1经导管2中的激光照射光纤24投射到血栓上。声波检测器4检测病变部分由于汽化开始部分的毗邻部分因病变组织接受激光的照射而突然吸热所引起的热膨胀而产生的声波。接着声波分析器5从声波检测器4所检测出来的声波中除去象心跳之类的噪音，并分析消除噪音后的信号，从而获得振幅变化数据和频谱数据。然后控制器根据来自声波分析器5的数据计算待照射到病变部分的激光的最佳照射条件，以控制上述脉冲激光振荡器。

下面参看图5说明上述腔内激光手术器械的操作过程。首先，作为手述前的作业，先对导管的插入部分进行消毒，然后进行麻醉和插入导管，即由驱动控制器7驱动导管控制器63，从而将导管2引入预定的血管（例如冠状动脉）中。接着，将气囊充胀液621通入气囊充胀液通孔23中，使气囊8膨胀，以便使血液停止流动，并将导管2的端部用气囊8固定在血管中。然后将冲洗液622即刻灌入冲洗液通孔22中，以便替换止血部分以下较下游的血液，使其变得透明。用监测电视35进行观察，以考察是否存在病变部分。若不存在病变部分，就使气囊8收缩，使血液恢复流动，并将导管2移到其它部位。若存在病变部分，就启动脉冲激光振荡器1，将激光投射列病变部分。当病变部分接受投射的脉冲激光时，由于汽化开始部分的毗邻部分突然吸热引起的热膨胀就产生了声波。所产生的声波由声波检测器4探测出来，再由声波分析器5加以分析，从而得出声波的振幅变化数据和频谱数据。接着控制器7根据振幅变化数据和频谱数据判断病变组织的类别和病情的发展程度，并根据病变组织的类别和病情的发展程度计算最佳照射条件，以便根据计算出来的数据控制激光的振幅、脉冲宽度和脉冲间隔时间，在这种情况下将激光投射到病变部分上。

重复上述过程，直到病变部分完全被摧毁为止。如果病变部分被完全摧毁，则使气囊8收缩，以恢复血流，然后抽出导管。接着进行手术后必须的各项操作，手术过程就此完结。

此外，在本实施例中，虽然声波检测器设在体外，但它也可以安放在导管的端部，在这种情况 下，声波检测器也可作为测量血压的传感器之用，于是由于它可以检测出因病变部分的去除过程而引起的血压变化，因而不仅使激光的投射可安全进行，而且还可以确定治疗的效果，从而使效率进一步提高。声波检测器可采用半导体压力传感器、压电元件或光纤端部有一个隔膜的光纤压力传感器。此外，尽管上述说明是对本实施例中的血管内治疗进行的，但也可以将本发明的器械应用到其它治疗中，例如用类似的器械以激光摧毁尿道中的结石等。

如上所述，根据本发明，由于插入腔内的导管装有内窥光纤和激光照射光纤，腔内的病变部分是由内窥光纤进行探查而使激光通过激光照射光纤投射到病变部分的，因而有可能根据来自病变部分的声波变化来计算待投射到病变部分的激光的最佳照射条件，以便根据所述最佳照射条件将激光投射到病变部分，因此就取得了这样一种特殊效果，即可以不用担心正常血管壁受到损伤或碳化，或不用担心出现血管穿孔或引起血管再次变窄的风险。

Claims (1)

1. 一种腔内激光手术器械，通过将装有激光照射光纤的导管插入腔内，使激光经所述激光照射光纤投射到病变部分上，该手术器械包括：

   脉冲激光振荡器，用以产生具有预定周期的激光；

   光纤，用以接受所述激光，并将该激光施加到病变部分上；

   声波接收器，用以检测病变部分所产生的声波；

   声波分析器，与所述声波接收器协同工作，用以分析由所述声波接收器检测的声波并获取该声波的振幅变化数据和频谱数据；以及

   控制器，与所述声波分析器及脉冲激光振荡器协同工作，用以根据来自所述声波分析器的振幅变化数据和频谱数据计算激光的最佳条件，并根据该激光最佳条件控制所述脉冲激光振荡器，

   其中，所述导管具有一个端部，该端部有一侧面，所述声波接收器即设置在所述端部的该侧面上；此外所述声波接收器还包括一个用来测量血压的测量装置。

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