CN1048318A - 激光传输探头 - Google Patents

Abstract

一种激光传输探头，有至少一平坦表面，可将激 光传输到活组织以实现剖切、汽化、剥离和止血。按 一个优选实施例，探头基体部分有一圆柱形部、一锥 形部和两个加工在锥形部两侧的平坦表面。一含有 激光吸收颗粒、具有大于探头材料的折射率的激光散 射颗粒和用某种激光透射材料制成的粘合剂的表面 层加在平坦表面上实现有效的激光照射。由于带有 平坦表面的平坦部的结构，仅用这种探头即可对组织 上各种处置目标区域进行各种外科处置。

Description

本发明涉及一种激光传输探头，它可将激光传输到诸如人体之类的动物活组织，以实现对活组织的切开、汽化或者热疗。

诸如用激光照射来切开动物有机体活组织之类的医疗方法由于能够止血近来很引人注目。

在传统的方法中，激光从一个不与活组织相接触的光纤系统的前端射出。但这种方法会造成光纤前端部分严重损坏。因此，以后一直采用下述的一种方法：首先，激光在传输到一个光纤系统之后被送入一个可与或者不与活组织相接触的传输探头（以后“活组织”有时只用“组织”表示）。而后从探头表面发射的激光照射在组织上。

发明者研制了多种用于各种目的的接触探头。一个实施例如图15中所示。这种探头50是用蓝宝石、石英及类似材料制成的，并且通常其前端部分被削尖成为均匀的锥形。

然而，参看图15，激光L通过一根光纤（51）送入带有圆尖的细长锥形的并且外表面平滑的探头50。通过探头50的激光L由内表面反射和折射到尖端，最终从尖端射出。

在这种情况下，激光L的功率密度和功率分布分别如图15中轮廓线H和曲线Pd所示。因此，显然激光L是从探头50的尖端集中发射的。从而，激光照射的有效区域很小，并且仅存在于与探头插入部分邻近的活组织。

另一方面，当进行医疗手术时，需要诸如组织的剖切、汽化、剥离以及有时对溃疡组织进行止血之类的外科处置。

在这些原有方法中，剥离无法用激光照射来完成，因而，一向只能用机械切开。而且，当剥离带有溃疡组织的较大目标区域时，手术刀必须一点点地移动许多次。

因此，此项发明的一个目标就是提供一种激光传输探头，它可有效地实现诸如剥离和止血以及剖切和汽化之类的对活组织的处置。

此项发明的特点是激光传输探头有一个激光从中穿过的基体部分，其前端部分有激光从中射出并且至少有一平坦表面。

在一个优选实施例中，基体部分有一锥形部，并且在前端锥形部至少一侧加工出平坦表面。

在另一个优选实施例中，探头相对于其轴线对称。

在又一个优选实施例中，至少在平坦表面上加有一层含有激光吸收颗粒、具有其折射率大于探头材料折射率的激光散射颗粒和由激光透射材料制成的粘合剂的表面层。并且，该表面层最好加在至少覆盖平坦表面的粗糙表面上。

以后，探头前端部分有至少一个平坦表面的部分用平坦部来表示。

根据此项发明，出自探头尖端的激光功率通常最高，出自平坦部两侧边缘的为次，而出自平坦表面的为最低，尽管功率会因探头结构而略有变化。因此，在激光送入探头之后，通过从尖端射出激光，可以有效地切开组织，而通过从平坦表面射出，可以进行诸如对溃疡组织进行硬化之类的需要较低激光能量的处置。而后，用平坦部的侧缘，可以轻易地完成剥离或者所谓的侧切。而且，通过将尖端或平坦部的两侧边缘插入组织中，可以对小目标区域进行处置。因而，仅用这种探头就可进行各种外科处置，不需要任何其它专用的探头。也就是说，这种探头可以适用于多种目的。

有了表面层，由于在该表面层中含有上述三种颗粒，增大了激光照射的有效面积，并加速了组织的汽化。因而，组织可以用较低的激光能量切开。从而，当组织被切开时，探头可以迅速地移动。结果，外科手术可以在短时间内完成，并且只用一台廉价的小型激光发生器。

此项发明的更多的目的和优点，参照清楚表示此项发明优选实施例的附图，从以下说明中明显可见。

图1为本发明涉及的探头及其固定部件的纵剖面;

图2为探头的正视图;

图3为其侧视图;

图4为其沿纵向依次表示出的横剖面;

图5为另一探头的侧视图;

图6为又一探头的正视图;

图7和8为覆盖在透射部件的表面层的放大剖面;

图9为一示意图，表示用探头进行剖切或剥离的手术;

图10为一示意图，表示用平坦部的侧边进行剖切或剥离的手术;

图11为一示意图，表示用平坦表面进行止血的手术;

图12为另一探头的透视图;

图13为一示意图，表示探头的尖端和实验中功率密度分布图;

图14为表示图13中实验结果的图形;

图15为一传统探头的正视图。

现对此项发明作更详细的说明。

如图1、2、3和4所示，探头10是相对于探头10轴线对称的，并且具有一个基体部分，它包括沿激光透射方向在其上部的圆柱形部10A、在其下部大致的锥形部10B和在锥形部10B两侧的两个平坦表面10C。平坦表面是通过部分地纵向切除锥形部10B两侧形成的。尽管可以对平坦表面10C的尖端形状作适当选择，从图2中可见，在此实施例中锥形部10B并不是准确的锥形，其形状大致为一半圆形。如图4所示，由于锥形部10B被削至尖端，所以显然两个平坦表面10C之间的距离逐渐缩小直至平坦表面10C的尖端。

在一个改进的实施例中，尽管未予表示，基体部分在其下部有一准确的锥形部，而后在该准确的锥形部的两侧加工出平坦表面。

图5表示具有另一种结构的探头的侧视图。这种探头10是相对于探头10轴线对称的。而后，在探头10的基体部分，一个在其两侧有两个平坦表面10C的细长锥形平坦部从一圆柱形部10A中伸出。图6表示具有另一种结构的探头的正视图。在这种探头10的基体部分，一个至少有一平坦表面10C并且其上部削下一段而下部至端头基本保持同一直径的平坦部从一圆柱形部中伸出。因而，平坦表面10C的上部基本上是一椭圆形的一部分，而平坦表面10C的下部基本上为一矩形。

上述带有平坦表面10C的各种探头10分别用固定部件来固定，例如如图1所示。

探头10的圆柱形部10A插入圆筒形插座33，并通过插入接合部分33a、在接合面施用某种陶瓷粘合剂或者将两种方法结合起来而牢固地固定在那里。插座33在其内表面有一阴螺纹34，用来以可拆卸的方式与插头35的阳螺纹相配合。插座33带有通孔38，可作为冷却水W进出的通道。通孔38设置得邻近探头10光接收底面的顶端，例如设置在插座33圆周上相对处。图1中仅表示了其中一个。

另一方面，插头35被按压插入用比如特福隆（聚四氟乙烯的商标）制成的弹性套筒插座39的端部。为实现这种扣合，插头35在其端部有阶形部40，以求用套筒插座39将其牢固地固定以致无法被取下。

用于激光传输的光纤11插入套筒插座39和插头35。在光纤11和套筒插座39之间有一通道作为冷却水W的通道。传输光纤11在阶形部40紧密插入套筒插座39。而后，阶形部40有比如说两个在阶形部40圆周上相对处加工出的槽缝40a，使冷却水W能从中通过。而且还在插头35端部的内表面和传输光纤11的外表面之间设有供冷却水W通过的间隙。

当插座33与插头35配合连接时，用上述固定部件固定的探头可作为激光发射器。在这种情况下，该发射器可装入一只内窥镜和某些其它载体中。这样做时，通过传输光纤11引入的脉冲激光可从光接收底面37透入探头10，从而，从探头10的插入部分30的整个外表面射出。同时，冷却水W通过通道42、槽缝40a和间隙41送入，以冷却探头10，进而从开口38排出，流到活组织表面以将其冷却。

以下将说明加在透射部件1上用以实现有效的激光照射的表面层5。

图7表示覆盖在上述图1、2、3和4所述探头上的表面层5的放大剖面。

如图7所示，由探头构成的透射部件1覆盖有表面层5，其中含有用折射率大于透射部件1的蓝宝石和类似材料制成的光散射颗粒2。当从透射部件1射出的激光L通过表面层5时，照在光散射颗粒2上的激光L部分地在光散射颗粒2表面被反射，或部分地穿入其中并经折射而从颗粒2中射出。因而，激光L是沿各个方向从整个表面层5中射出的。这就产生了大面积的激光照射。

而且，表面层5还含有用碳和类似材料制成的激光吸收颗粒3。因而，当激光L照在激光吸收颗粒3上时，激光L能量大部分被激光吸收颗粒3转换成热能，组织被来自表面层5的热能加热。

这样做，由于加速了组织的汽化，组织可以用通过透射部件1的较低激光能量来切开。因而，当组织被切开时，透射部件1可以迅速移动。换句话说，探头10可以迅速移动。而且，当激光穿过透射部件1时不需要高功率的激光。结果，医疗手术可在短时间内完成，而且只用一台廉价的小型激光发生器。

另一方面，作为表面层的制作方法，比如说，如果含有激光吸收颗粒3和激光散射颗粒2的混合物覆盖在透射部件1的表面上，混合介质蒸发之后，探头10与组织或其它物体的接触会对表面层5造成损坏。因为两种颗粒2、3都是靠物理吸附力附着在透射部件1的表面的。

因此，用某种可将激光吸收颗粒3和激光散射颗粒2粘附在透射部件1表面的粘合剂，表面层5对透射部件1的附着得以加强。

在这种情况下，粘合剂最好用诸如石英和类似的光透射材料4制成，以确保激光从表面层5发射出来。最好用具有与透射部件1相同或更低熔点的激光透射颗粒作为透射材料4，并将其与吸收颗粒3和光散射颗粒2在诸如水之类的适当液体中混合。而后涂有这种混合物的透射部件1在高于透射颗粒熔点且以透射部件1可保持其形状为限的温度下焙烘。因而，作为粘合剂的透射颗粒熔化，与激光吸收颗粒3和光散射颗粒2一起形成高机械强度的表面层5。从而，表面层5的损坏可因其高强度而减少。

而且，如图8所示，在透射部件1上面表面层5下面加工出一粗糙表面，可提高激光散射效果。

构成此项发明探头的透射部件1最好用某种具有耐热性能的诸如金刚石、蓝宝石、石英之类的天然或人造陶瓷材料制成。

对激光具有大于透射部件1的折射率的光散射颗粒2是天然或人造材料制成的，诸如金钢石、蓝宝石、石英（熔点最好比较高）、氧化锆单晶、高熔点玻璃、透射且耐热合成树脂、激光反射金属、以及某种激光反射或非反射而用镀覆之类的表面处理方法敷有诸如金、铝之类激光反射金属的金属颗粒。

透射材料4最好用熔化后可形成薄膜的透射颗粒制成，而且最好具有耐热性能，诸如天然或人造的蓝宝石、石英、玻璃、透射且耐热的合成树脂之类。考虑到与透射材料4的关系，合适的透射材料可从这些材料中选出。

激光吸收颗粒3用碳、石墨、氧化铁、二氧化锰及任何其它能吸收激光产生热能的材料制成。

表面层内每种颗粒的含量（重量百分比）和每种颗粒的大小最好分别在下表所示的范围之内。更可取的每种含量和颗粒大小列在括号中。

含量（重量百分比）  平均颗粒大小（微米）

光散射颗粒（A）  90-1  0.2-300

（70-20）  （1-50）

透射颗粒（B）  10-90  0.2-500

（20-50）

吸收颗粒（C）  90-1  0.2-500

（70-10）  （1-100）

表面层的厚度最好为10微米至5毫米，更可取的为30微米至1毫米。表面层是用以下方法形成的。如果用一次下述方法形成表面层达不到所需的厚度，应重复几次直到获得所需的厚度;

第一种方法：将三种颗粒在一种混合介质中混合。而后，将介质加热到高于透射颗粒熔点的温度。最后，将透射部件浸入加热的混合物中。

第二种方法：将三种颗粒熔化后喷涂在透射部件上。

而且，还可以采用其它形成表面层的适当方法。

用上述第一种方法，混有三种颗粒的混合物可以涂在透射部件上。而且，这种涂覆方法简单易行，因为所要做的只是将透射部件需要覆上表面层的部分浸入混合物中而后从中取出。因而，这种方法是实用而又可取的。

作为混合介质，可以用诸如水、乙醇或两者混合体之类的适当液体。还可以加入食糖或淀粉以增加混合介质的粘度。

如前所述，根据此项发明，在透射部件1表面形成表面层5可扩大激光照射的有效面积，这是因为激光是从表面层5沿许多方向广泛射出的。

另一方面，发明者完成了如下实验，用的是一种锥形探头，尽管它没有平坦表面。

在下面几段中，光散射颗粒、透射颗粒和激光吸收颗粒的含量分别称作（A）、（B）和（C）。发明者观察了在确定条件（A）∶（B）＝2∶1下下面两个参数相对于C的各自的变化。一个观察参数是刚足以切开猪肝的激光功率。另一个参数是在受治组织碳化层X之下的凝结层Y的深度T（T，Y和X如图13所示）。而后，从图14所示结果可了解下列事项。

根据功率和（C）百分比的关系，当（C）百分比较高时，可用较低的激光功率来切开，因而探头有可能迅速移动。而后，根据深度T与（C）百分比的关系，当（C）百分比上升时，深度T下降。由于根据深度T可以了解止血效果，当（C）百分比上升时对受治组织的止血作用会变小。

因此，表面层内有较高（C）百分比的探头可以用来有效地切开诸如皮肤、脂肪层之类的在一定程度可经受损坏的组织。

另一方面，具有较低（C）百分比的探头可以用来切开止血被认为对其很重要的组织。这种类型的组织是比如说肝脏、心脏等。在这种情况下，显然从激光发生器输出的激光功率必须提高，并且探头必须缓慢移动。

参照这项实验及类似内容，发明者引入了两个方程（1）和（2）

(（C）)/(（A）+（B）+（C）) ∞ (加热用激光量)/(入射激光能量) （1）

(（A）+（B）)/(（A）+（B）+（C）) ∞ (传输激光量)/(入射激光能量) （2）

方程（1）意味着当（C）增加时产热增多。因而，在较高的（C）百分比条件下，切开主要靠汽化来进行。因此，由于大部分入射激光能量用于加热，激光无法进入组织很深。结果，凝结层深度减小。

方程（2）意味着当（C）减小时进入组织的激光增加。因而，在较低的（C）百分比条件下，吸收激光的组织被加热，从而在组织内造成凝结。

无需言明，这些结论符合上述图14所示实验结果。

因此，如果事先制备几种仅在表面层内（C）百分比有所不同的探头，就可以根据医疗目的选用合适的探头，以此就可以轻易地完成适当的处置。而且，根据此项发明，由于探头10有至少一个平坦表面，可以完成更多种处置。

现参照图9、10和11对此项发明探头10的操作予以说明。

首先，用此项发明的探头10，可以切开或剥离组织。在这种情况下，如图9所示，探头向左或沿该图中箭头所示的方向移动并且/或者沿与移动方向垂直的方向摆动。作为另一种方法，探头10可以垂直放置在组织表面从而竖直切开组织。

其次，如图10所示，可以用沿该图中箭头所示方向移动的平坦部两侧边缘切除或剥离生长在组织上的肿瘤等。

再次，如图11所示，对溃疡部位的止血可以用来自对准溃疡部位的平坦表面10C的小能量激光照射来完成。

图12表示探头10的另一个实施例，基体部分的前端部分在纵剖面内以一定角度弯曲。在这种探头10上，弯曲的前端部分至少有一平坦表面10C。用这种探头10，可以获得另一种激光照射的有效区域。

尽管优选实施例已得以说明，显然此项发明并不限于这些特定的实施例。

Claims (7)

1、一种激光传输探头，它包括：

激光从中穿过并且所述激光从其前端部分射出而又有至少一平坦表面的基体部分。

2、权利要求1所述的激光传输探头，其中所述基体部分有一锥形部且所述平坦表面做在所述锥形部至少一侧。

3、权利要求1所述的激光传输探头，其中所述探头相对于所述探头轴线对称。

4、权利要求1所述的激光传输探头，其中所述前端部分在纵剖面内至少部分地以一定角度弯曲。

5、权利要求1所述的激光传输探头，其中在至少所述平坦表面上加有一含有激光吸收颗粒和具有其折射率大于所述探头材料的折射率的激光散射颗粒的表面层。

6、权利要求1所述激光传输探头，其中在至少所述平坦表面上加有一含有激光吸收颗粒、具有其折射率大于所述探头材料的折射率的激光散射颗粒和用某种激光透射材料制成的粘合剂的表面层。

7、权利要求5或6所述的激光传输探头，其中所述表面层做在一在至少所述平坦表面上形成的粗糙表面上。

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