CN1043438A - 能透射激光的物质及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种能透射激光的物质具有一表面最好不光滑并盖有一表面层的透射部件，层中包括激光吸收粒子，折射率大于透射部件的光散射粒子，最好还有粘合剂。激光在表面层中不规则地反射和折射。其制造方法包括将透射部件与含有上述两种粒子的弥散液接触来形成透射部件上的表面层，另一种方法是将透射部件与至少含有上述两种粒子和熔点低于透射部件的透射粒子的弥散液接触，在高于透射粒子熔点的温度下并在透射部件不变形的限度内进行烧结。

Description

本发明涉及可对动物机体活组织进行切割蒸发或热疗的激光发射头及其制造方法。

近年来，利用激光照射对动物机体的活组织切割等的医疗效果是很显著的，这是因为激光具有止血功能。传统的利用激光治疗的方法是将激光从一与活组织不接触光纤系统的前端照射到活组织上，但这种方法使光纤的前端严重损坏。因此，近年来采用的一种方法是：首先将传入一光纤系统的激光送入一发射头的发射部件，该发射头与活组织（以后简称“组织”）接触或不接触;然后，将从发射头表面发出的光照射到组织上。

本发明人曾开发出许多种用于不同目的接触性发射头。其中一种示于图8，这种发射头是由兰宝石、石英及类似材料制成的，并且其表面一般是光滑的。

参看图8，激光L经光纤51馈入发射头50，发射头为细长的园锥形，其前端为园形，外表面光滑。在发射头50中传播的激光L在内表面上反射并折射到达端部，最后仅从端部发射出。

在此例中，激光L的功率密度及其分布分别由图8中的等值线H和曲线Pd表示。因而，可以明显看出，由于激光L集中从发射头的端部发射出，其有效照射区域是非常窄的。

在这种情况下，本发明人发现了对图10所示发射头的表面进行处理方法，在发射头50A的外表面上形成一不光滑表面50a，就能增加激光照射的有效区域，这是因为激光在将要发射的不光滑表面上沿许多方向折射缘固。图中5A代表由可透射光的材料制成的表面层，以供激光的折射。

虽然通过上述处理能增加激光照射的有效区域，但效率不够高，原因是有下列缺点。首先，在对出血较少的组织进行切割时，例如对皮肤或脂肪层切割时，可能会引起对组织的严重损伤，而且仍需要很大的激光功率。这要求一个昂贵的大功率激光器，在这种情况下，必须慢慢移动发射头，因而使用这样一种发射头的手术就不可能进行得很快。其次，很难采用适于某一治疗目的的特殊措施，因为治疗的目标区取决于发射头的材料和形式（特别是发射头的形式），而且还要确定所需激光的功率大小。

本发明的目的是提供一种可透射激光的物质，它具有大的激光照射有效区并能高效地利用组织蒸发进行切割。

本发明的另一目的是提供一种能透射激光的物质，它只需较低的激光功率，并且能做为发射头在对出血较少的组织进行切割时快速移动。

本发明的另一目的是提供一种能透射激光的物质，它能作为合适的发射头对某一区域进行某种目的手术，这种物质能在制备同样形状的，具有不意含量的光吸收粒子和光散射粒子的发射头时很容易地选择出来。

本发明的另一个目的是提供一种生产能透射激光的物质的方法。

本发明的其它目的、特点和优点将在下面的描述中更楚清地呈现出来。

本发明的特点是：一种能透射激光的物质具有一可透射激光的部件，其上覆盖一层包括光吸收粒子和光散射粒子的表面层，光散射粒子的折射大于透射部件的折射率。

在本发明的优选实施例中，表面层包括粘合剂以形成一个很坚固（Strong）表面层。在最佳实施例中，能透射激光的部件具有不光滑的表面以使激光的有效照射区域更宽。本发明的特点还在于一种通过在能透射激光的部件上形成一表面层来制作可透激光材料的制造方法，该方法包括：将透射部件与一弥散液接触，该弥散液包括光吸收粒子和光散射粒子，光散射粒子的折射率比透射部件的大。

其次，本发明的能透射激光的物质的制造方法包括下列步骤：

（a）将能透射激光的部件与一弥散液接触该弥散液至少包括光吸收粒子，和折射率大于透射部件的光散射粒子，及熔点等于或低于透射部件的光透射粒子。

（b）将透射部件与弥散液一起在高于透射粒子熔点的温度下并在能保持透射部件形状的限制下烘烤。

图1是在本发明的能透射激光的物质上的表面层的放大截面图;

图2是本发明的能透射激光的物质作为激光刀的发射头的一个实施例的示意图及其功率密度分布图;

图3是另一表面层的放大截面图;

图4是一光纤系统上的表面层的截面图;

图5是解释有关本发明的一个实验的示意图;

图6是图5的实验结果曲线。

图7是一发射头结构的实例及其支撑件的纵截面图;

图8是一传统的激光发射头的实例及其功率密度分布图;

图9是有关本发明的具有另一形状的发射头的纵剖面图;

图10是本发明人开发的一种传统发射头的另一种表面层的放大截面图。

如图1所示，根据本发明，透射部件1上盖有一层表面层5，其中含有由折射率高于部件1的兰宝石或类似材料构成的光散射粒子2，当由透射部件1发射的激光L通过表面层5时，激光L射到光散射粒子2上，部分被粒子2反射，部分透过粒子2並因折射使该部分从粒子2发射出去。因此，激光L从表面层5上的各个方向射出。这就产生了大面积的激光照射。

此外，表面层5还含有由碳或类似物质构成的激光吸收粒子3。因而，当激光L射到激光吸收粒子3上时，激光能量的绝大部分借助于激光吸收粒子3转变成热能，组织由从表面层5发出的热能加热。

这样，因为组织蒸发被加速了，所以组织可以被进入透射部件1的较低的激光能量切开，因此，当对组织进行切割时，可以快速移动部件1。此外，穿入可透光的部件1所需的激光能量很低。因而，手术可以在短时间内完成，并且可以利用廉价的小型激光器。

另一方面，如参看表面层，如果将含有上述激光吸收粒子和激光散射粒子的弥散液涂敷在透射部件表面上，弥散介质蒸发后，具有表面层的发射头与组织或其它物质接触会引起表面层损坏，因为上述两种粒子只是利用物质的吸附力附着在透射部件表面的。因此，利用粘合剂将激光吸收粒子和散射粒子粘在透射部件表面，就能增强表面层附着在透射部件上的程度。

在这种情况下，粘合剂最好由透光材料，如石英或类似材料制成，以保证激光能从表面础5中发射出。另一方面，利用熔点等于或低于透射部件1的可透射激光的粒子作为透射材料4，将这些粒子与上述激光吸收粒子和激光散射粒子一道弥散于适当的液体，例如水中。而后，将涂有此弥散液的透射部件1在高于透射粒子熔点的温度下并在透射部件不变形的限度内进行烘烤。结果，透光粒子熔化与激光吸收粒子和散射粒子一道形成机械强度很高的表面层。因此，由于表面层强度很高，对其损坏的程度也就减小了。

现在更详细地说明本发明。

图1是发射头10的表面层5的放大截面图，发射头10的例子示于图2中。在透射部件1上，利用被熔化成为前述粘合剂的激光透射材料4形成包含激光散射粒子2和吸收粒子3的表面层。

在此例中，在透射部件1上形成一不光滑表面1a，如图3所示，将增加激光的散射效应。

所述的发射头10及其支撑件的结构示于图7。

发射头10包括一园锥形插入部分30，主支撑部分31和在30和31间形成的法兰盘32。发射头10被装入一筒状内孔连接器33，通过压紧接合部分33a或在接合面间利用陶瓷类粘接剂，或利用二者的结合将发射头10与连接器33固定在一起。内孔连接器33的内表面上有一内螺纹34，用于与外连接器35的互补螺纹36可拆卸地接合。内孔连接器33上有小孔38，使得冷却水W能流进流出。小孔38位于靠近发射头10的光接收本体37的顶部，並且它们相对地排列在内孔连接器33的园周上，但图中只示出了一个孔。

另一方面，将外连接器35压入由聚四氟乙烯制成的柔性管状护套39的端部使之相接。为了进行这种压入接合，外连接器35在其根部有阶梯部分40，並将其牢固地定位以防止它从管状护套39中脱出。

将一传输激光的光纤11插入护套39和外连接器35。光纤11与护套39间有一空隙，作为冷却水的通路。传输光纤11的端部紧密接合在外连接器35的阶梯部分40中。然而，阶梯部分40有，例如，两个沿其园周相对形成的斜槽40a供冷却水W通过。在外连接器端部的内表面和传输光纤11的外表面之间也提供了一条冷却水W的通路41。

具有上述结构的用于发射激光的端部装在一内窥镜（endoscope）及其它适当的支撑物中，而内孔连接器33通过外连接器35连到外连接器上。

这样，导入传输光纤11的脉冲激光从光接收基底37穿入发射头10，然后从插入部分30的整个外表面发射出。与此同时，冷却水W经空隙42，斜槽40a，空隙41送入使发射头10冷却，而后，经开口38流出，流到组织M的表面上並冷却组织M。

本发明的透射部件最好由天然或人造陶瓷材料，例如，金刚石、兰宝石、石英等耐热材料制成。

对激光的折射率大于透射部件的光散射粒子由天然或人造材制构成，如金刚石、兰宝石、石英（最好是熔点高的），单晶氧化锆，高熔点玻璃，可透光并耐热的合成树脂，反射激光的金属，以及一种镀有一层反射激光的金属如金、铝的反射或不反射激光的金属粒子，以及用如镀金等表面处理法处理的类似的粒子。

考虑到粘合剂的制造方法，透射材料最好由可透射的粒子构成，这些粒子熔化时可形成一层膜，同时透射粒子最好是耐热的天然或人造材料，如兰宝石、石英、玻璃，透光並耐热的合成树脂等。可以从这些材料中选出一种合适的透射材料，但要考虑其与透射部件的关系。

激光吸收粒子由碳、石墨、氧化铁、二氧化锰及其它任何能吸收激光而产生热的材料制成。

各种粒子在表面层中的含量（重量百分比）及各粒子的平均尺寸最好在下表中的范围内，最佳含量和尺寸在括号中：

含量（重量百分比）    粒子平均尺寸（μm）

光散射粒子（A）    90～1    0.2～300

（70°～20）    （0.2～500）

透射粒子（B）    10～90    0.2～500

（20～50）

吸收粒子（C）    90～1    0.2～500

（70～10）    （1～100）

表面层的厚度较好为10μm～5mm，最好是30μm～1mm。表面层用下列方法形成。如果不能用该方法一步形成表面层的理想厚度，应重复此步骤直至获得满意的厚度为止。

将上述三种粒子在一弥散介质中弥散，而后把它加热到高于透射粒子熔点的温度，然后，将透射部件浸入被加热的弥散介质中。

另外，也可将上述三种粒子熔化后喷在透射部件上。

也可用其它方式形成表面层。

于是，通过上述第一种方法，能将弥散上述三种粒子的弥散液涂在透射部件上。此外，这种喷涂方法能简化操作，因为只是要作透射部件表面层的部分需要浸入弥散液中并从中取出。因此，这种方法是实际可行的。

可以利用适当的液体，如水、酒精及其混合物作为弥散介质。此外还要加糖或淀粉以增加弥散介质的粘度。

如上所述，根据本发明，在透射部件1的表面上形成表面层5增加了被激光照射的组织的面积，这是由于激光从表面层的许多方向射出，如图2所示。

另一方面，发明人利用图5所示的发射头进行了下述实验。

下文中，光散射粒子，光吸收粒子及透射粒子的含量分别称为（A）、（B）和（C）。本发明人在（A）∶（B）＝2∶1的固定条件下，试验了下列两个参数随（C）的变化。一个参数是，能开始对猪肝进行切割的激光功率，另一个是碳化层X下面的凝聚层Y的深度。从而获得了图6的结果。

根据这一结果，当（C）的百分比高时，可以用较低的激光功率开始切割，而且可以使发射头快速移动。然而，被处理的组织的止血效果随凝聚层深度的减小而减少，这是因为可以通过凝聚层的深度了解止血的效果。因此，表面层（C）含量高的发射头可有效地用于对能够承受损伤的组织，如皮肤，脂肪等进行切割。

另一方面，（C）含量低的发射头可用于对特别需要止血的组织如肝脏、心脏等进行切口。在这种情况下，当然需要提高激光发生器的输出功率并缓慢移动发射头。

就上述实验，本发明人导出下面两个方程式（1）和（2）：

(（C）)/(（A）+（B）+（C）) ∝ (加热用的激光能量)/(入射激光能量) （1）

(（A）+（B）)/(（A）+（B）+（C）) ∝ (加热用的激光能量)/(入射激光能量) （2）

方程（1）说明热量的产生随（C）的增加而增加，这样，切割主要靠蒸发进行。因此，激光不能在组织中穿入得很深，这是因为大部分入射激光的能量用于产生热能。结果，由于激光没有然入组织中，凝聚层的深度就减小了。

方程式（2）说明，随着（C）的增加，大量的入射激光能量深入组织中，组织因吸收激光而被加热，因此在组织中产生凝聚。

如果预先制备若干种表面层（C）含量不同的发射头，就可根据医疗目的选择一种合适的进行治疗。

本发明的发射头不仅限于图2所示形式，也可以是图9所示的具有半球形端头和一表面层5的柱形发射头10A。虽然没有示出，但也可采用一内表面上有表面层的柱形发射头。此外，也可利用光纤11作为复盖有一层表面层5的透射部件的发射头，如图4所示。

另一方面，本发明的可透射激光的物质也可作为一个发射头进行热疗，或用作测量光热转换的光功率计，也可作激光手术刀。

Claims (5)

1、一种能透射激光的物质，具有一可透射激光的部件，其上覆盖有一层表面层，它包含激光吸收粒子和折射率大于所述透射部件的光散射粒子。

2、一种能透射激光的物质，具有一可透射激光的部件，其上覆盖有一表面层，它包含激光吸收粒子，折射率大于所述透射部件的散射粒子，以及作为粘合剂的可透射激光的材料。

3、权利要求1或2的能透射激光的物质，其中，透射部件具有一不光滑的表面，其上覆盖上述表面层。

4、一种通过在可透射激光部件上形成一表面层未制造可透射激光物质的方法包括：将上述透射部件与一弥散液接触，弥散液中包含激光吸收粒子和折射率大于该透射部件的光散射粒子。

5、一种通过在可透射激光部件形成一表面层来制造可透射激光物质的方法，该方法包括下列步骤：

（a）将上述透射部件与一弥散液接触，该弥散液中至少含有激光吸收粒子，折射率大于上述透射部件的光散射粒子，以及熔点等于或低于上述透射部件的光透射粒子;

（b）将上述透射部件与弥散液在高于透射粒子熔点的温度下并在透射部件能保持其形状的限度内进行烘烤。

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