CN111494005A - 光纤鞘管 - Google Patents

Abstract

具有指向性与可调节光纤激光窗口位置的激光手术设备或者手术机器人之输出的光纤鞘管，该鞘管通过套在激光传输光纤上的鞘管获得激光窗口的指向性，通过光纤位置调节器进退光纤激光窗口与鞘管端口的相对位置或者与手术病灶如软组织、结石的相对位置获得最佳激光与组织作用效果，两方面共同提升激光手术效率。

Description

光纤鞘管

技术领域

激光微创手术用的光纤鞘管，用来传送激光手术设备包括手术机器人之激光能量并具有很好的激光窗口指向性，同时通过光纤位置调节器改变激光窗口位置从而获得最佳的激光能量对组织的作用效果，共同提高激光微创手术的效率，临床用于激光碎石，软组织切割、汽化等。

背景技术

激光手术设备由于可以通过传输光纤进入人体到达病灶完成结石碎石，软组织和肿瘤切除、汽化等治疗作用，在微创手术领域应用越来越广泛。手术机器人通过软件对机器臂进行控制，避免人为不利因素而提高手术精确度和成功率，手术机器人需要使用能量源包括激光源。

以钬激光和铥激光为代表的中红外激光能够被水分子高效地吸收，而人体组织富含水分，具有很好的临床手术治疗应用市场。通过激光能量的脉冲输出获得较好的激光能量对结石和组织的爆破效果，实现结石粉碎，软组织切割与汽化治疗作用。美国专利5387211公开了一种多钬激光腔体合成高频率大功率输出钬激光的专利技术为高效碎石，软组织切割打好了基础，但高频率的激光脉冲产生的爆破效果也使得柔软的光纤激光窗口随激光脉冲频率而颤抖，这样光纤不仅不能保持对准手术病灶的同一位置进行切割、爆破，而且这种抖动也会消耗激光能量，激光能量偏离目标点导致病灶与激光窗口的间距增加，因而病灶周围冲洗生理盐水对激光能量的消耗也增加，从而影响了激光能量对组织的作用效果。

美国专利5963575公布了德国人发明的双频激光碎石机，脉冲的绿激光产生等离子而吸收1064nm脉冲激光能量，从而产生冲击波击碎技术。同样柔软的光纤在高频激光脉冲输出时引发光纤激光窗口剧烈地抖动，导致高频碎石效果反而不如低频碎石效果。

为了获得更好的手术效果，通常光纤激光窗口必须贴近或者抵上病灶如结石，前列腺腺体等病灶，以减少因间距导致的钬激光脉冲能量被生理盐水吸收或者方便绿激光在结石表面产生等离子体，这种操作方式使得光纤激光窗口容易被爆破力或者冲击力损坏，因此光纤激光窗口需要术中剪切并调节重新抵近病灶。

为了减少术中光纤激光窗口的损耗和生理盐水对红外激光能量的吸收，美国专利9678275公开了光纤激光发射窗口端通过引入套圈的相关技术，这种技术以套圈与光纤激光窗口进行永久性固定的方式为技术特点，通过套圈内的内住气泡等减少生理盐水对激光能量的吸收，提高手术效率，但这种采用光纤激光端头套圈的方式依旧会产生抖动，同时对于大功率长时间的手术如前列腺切割是这种光纤的寿命会是严重问题。

发明内容

本发明光纤鞘管是在激光手术设备的输出光纤套装上具有一定硬度的鞘管，鞘管内部的管道用于通过并引导上述输出光纤，光纤激光窗口在发射激光时无论是脉冲还是连续波方式，光纤激光窗口被限制而减少抖动，提升光纤鞘管激光窗口的指向性。为了更好地固定光纤激光窗口，可以在激光窗口位置，也是光纤鞘管的头端位置内壁嵌入高激光能量反射材料制成的原件如金管、银管或者激光能量高透过率的光学原件如石英管以进一步加强对光纤激光窗口的限制作用。由于手术机器人或者机器臂的特点，光纤也通过一个光纤支撑部件限制光纤激光发射时的抖动，支撑部件的设计既可以限制光纤的位置而不抖动，又方便在手术室安装，如沿轴线打开与闭合的鞘管，带有沟槽的棒等。

通过光纤鞘管的光纤位置调节器，可以使得光纤激光窗口可以在鞘管内或者支撑部件内前后移动位置，达到控制与改变光纤激光窗口与手术病灶的间距，以及光纤激光窗口有破损后可以被剪切并重新回到原来的激光窗口位置。光纤位置调节器的设计可以实现在术中前后移动光纤激光窗口的位置，位置改变可以是连续的，也可以是以固定步长的方式进行。光纤位置调节器的设计也可以是采取间断手术过程，松开光纤紧固件后改变光纤激光窗口的位置，上紧紧固件后手术中光纤激光窗口的位置是固定的。

光纤激光窗口位置一种情况是在鞘管内鞘管端口以内缩进到管道适当的位置，这样有可能在鞘管端口内壁通道与光纤激光窗口之间的空间锁定空气泡，在这种状态下将光纤鞘管端口直接接触病灶，激光能量通过锁定的空气通道作用在病灶上，以避免或者减少水对激光能量脉冲的吸收，获得较高的激光能量组织作用效果。当然光纤激光窗口也可以突出鞘管端口，这时在手术中光纤鞘管的激光发射窗口将保持抵近病灶。对于光纤鞘管采用激光能量透明的光学材料端头，直接接触病灶组织，这种端头比光纤端面更耐手术破坏而具有更长的使用寿命。

光纤鞘管具有操作手柄，该手柄是手术医生手握光纤鞘管的把手或者手术机器与光纤鞘管的连接部分，方便手术医生或者机器手操作本光纤鞘管。根据手术场景及其人体工程要求，光纤位置调节器的操作按钮通常安装在操作手柄上，使得手术医生术中即可以一只手完成进退光纤激光窗口位置，同时又可整体操控光纤鞘管的运动。当光纤鞘管是手术机器臂或者机器臂组成部分时，光纤位置的调节可以通过手术医生通过手术机器人的控制台或者操作界面进行控制，也可通过手术机器的软件进行控制。

通过本发明光纤鞘管因较好的激光发射窗口指向性和激光窗口与病灶间距的控制或者具有更长寿命的激光窗口（鞘管）端头，获得更好的激光能量与组织的作用效果，大幅提升手术效率。

附图说明

图1光纤鞘管实施例示意图

图2实施例横截面图

图3光纤鞘管端口2-2视向横截面图

图4光纤位置调节器3-3视向横截面图

图5激光窗口在光纤鞘管端口内

图6激光窗口突出光纤鞘管端口外

图7光纤鞘管端口安装光学原件

图8激光窗口在术中位置不可调整实施例横截面图

图9光纤鞘管整体是手术机器人臂的组成部件结构原理图

图10光纤支撑件和位置调节器是手术机器人臂的手术耗材时手术机器人原理图

图11光纤支撑件是手术机器人之手术耗材时的手术机器人原理图

具体实施方式

图1所示的光纤鞘管结构示意图为本发明的一种实施例，图2为光纤鞘管实施例的横截面结构示意图。光纤10是激光手术设备的激光传输原件，接激光手术设备端的是光纤活接头16，光纤10 通常由光纤外衣，缓冲层，包层和纤芯4层构成。图2中光纤14的部分是完整的光纤，光纤13是剥除光纤外衣，缓冲层后的包层与纤芯部分。光纤12为光纤的激光窗口也就是光纤输出激光束的端面。

鞘管20为满足生物兼容性要求的不锈钢中空套管，不锈钢管外径直径最大值受到内窥镜工作通道内径大小的限制，不锈钢套管的内径略大于所接纳的光纤的外径。为了配合内镜操作，不锈钢套管外表面做光滑工艺处理。另外也可采用医用高分子材料，医用高分子材料加工采用挤压或者模压注塑工艺，材料本身具有一定的硬度，外表光滑，便于批量加工的优点。同样便于通过内镜操作和避免锋利边角接触人体的要求，鞘管20的端口22可采用倒边或者收口的结构。套管20通过螺口方式或者胶剂粘接的方式同光纤鞘管的手柄实现连接与固定。光纤通过鞘管的内部管道到达光纤鞘管的端口22的位置。

光学原件21起着进一步限制光纤激光窗口的位置作用，减小激光发射时光纤窗口12的抖动量，尽量实现光纤10的轴线、鞘管20轴线重合。原件21安装靠近鞘管端口22的内壁内，通过满足生物兼容的胶剂与鞘管20内壁粘接固定。元件21的外形为圆柱体，其材料可为对激光束透明的石英玻璃，也可选择对激光束高反射的金属材料如金属体等。该光学元件的外径小于鞘管内径，大于光纤13部分的外径。图3为在鞘管端口内壁安装光学原件21后从方向2-2看过去鞘管端口的结构示意图。

以芯径550um的光纤为例，光纤14即光纤外衣的标称外径为750um，光纤部位13是剥除光纤外衣与缓冲层后的包层光纤，其标称直径为600um，因此光学元件21的内径可选择620um，外径选择为960um,鞘管内径选择1000um。

光纤位置调节器33横截面结果示意图如图4所示，33-1为调节器按钮，33-2为按钮与调节器光纤抱紧件33-3之间的连接件，33-4为光纤位置调节器与手柄30的内壁连接件。一种光纤位置调节器33的结构方式是光纤抱紧件在弹簧的作用下始终抱紧光纤10，按下按钮33-1，连接件33-4解除与手柄30内壁的锁定状态，前后推动按钮33-1时，带动连接件33-2、光纤抱紧件33-3和光纤10做前后移动，从而改变光纤激光窗口12的位置。手柄部件32的开口部件31可以采用一种限位齿设计，使得激光窗口12的前后进退是非连续的，按照设定的步长改变。这样有一个好处，通过设计合理的步长，方便医生不用眼睛观察，通过手感就能大概判断激光窗口12的调节位置。当松开按压按钮33-1后，连接件33-4锁定与手柄30内壁的位置，这样光纤激光窗口12的位置就固定不变。采用这种结构方式光纤激光窗口前后移动的距离主要是被手柄30开口部件31的开口长度所限制。还有一种光纤位置调节器33的结构方式，这种结构与上述实施例的操作功能和结果除了上面的相同之外，不同之处时，在按下按钮33-1后，进一步按下按钮33-1后，光纤抱紧件33-3可以松开光纤10，这样按钮33-1在外力的作用下，可以相对手柄30运动，这样可以获得更大距离光纤激光窗口的移动量。在手术过程中，可以实现光纤激光窗口12位置的前后移动。由于光纤位置调节器所采用的结构设计是结构设计人员的常规设计，故在本专利说明书中不做详细的描述。

为了实现光纤激光窗口12的位置改变，光纤10激光窗口12段的光纤需要进行处理即剥除光纤外衣和缓冲层后，保留光纤纤芯和光纤包层部分，激光窗口12到光纤14的长度满足光纤位置改变的需求，通常窗口12到光纤14的距离大于手柄开口部件31的开口长度。

对于目前手术常用的钬激光或者铥激光，为了避免冲洗水对激光能量的吸收，如图5所示光纤激光窗口12可以调节在鞘管端口22内，距离22-12最大以发散的激光束切到鞘管端口22的管边为限制，以在套管端口22的管壁内形成气泡。这样光纤鞘管端口22接触结石或者软组织时，由于气泡取代水占据激光窗口12后的传输路径，水对激光能量的衰减作用减到最小。这对钬激光、铥激光碎石术尤其有意义。术中如遇到光纤激光窗口12的损耗，手术效果变差，可以通过光纤位置调节器33改变光纤激光窗口12的位置。

如图6所示，光纤激光窗口12可以突出鞘管端口22外，突出长度12-22需要现在一定的范围内，减小光纤激光窗口12的抖动。术中激光窗口12如消融，可以通过光纤位置调节器33前移激光窗口12的位置。当然光纤激光窗口12也可以与鞘管端口22平齐。

光纤激光窗口12的直径越小越容易在手术中损害，为此可采用光学原件11作为光纤鞘管的端头如图7所示，将激光窗口12与手术病灶隔开。光学元件11为对激光波段高透过率的光学材料如玻璃，石英玻璃，宝石等。光学原件11加工成易于与鞘管20端口22安装的形状如圆柱体，通过满足生物兼容性的胶剂进行固定且密封。光学原件11的端面可以是平面、曲面和斜面。

光纤位置调节器33是安装在操作手柄30上。如图2所示，操作手柄为中空的圆柱形，其与鞘管20的连接端可采用螺纹连接结构，另外的一端采用目前惯用的锥形元件管件35，即提供光纤10的前进与后退的通道，又对光纤的弯度进行限制。操作手柄32可采用工程塑料，也可采用金属件，通过加工而成。这种光纤位置调节器33安装在操作手柄30上，方便手术医生一只手操作光纤鞘管，即可调节激光窗口12的前后位置，也可改变鞘管的指向位置。

图8为另外一种实施例的横截面示意图，它与图2所示的实施例的最大不同在于光纤激光窗口12的位置在手术中是不能调节的，如果光纤激光窗口12在术中损害或者消融，需要中断手术，将端帽34从操作手柄30上松开，再手动调节光纤激光窗口12的位置，然后重新紧固端帽34，端帽34将光纤抱紧并与操作手柄固定住。端帽34与操作手柄30之间的联系采用螺纹连接的方式。

手术机器人在当今临床应用中越来愈受到重视，手术医生通过操作控制台或者界面给出指令，手术机器人的控制软件或者控制部件转化成机器臂的操作，取代手术医生手臂的操作，从而提升手术准确度和精度，降低医生的手术工作强度。光纤鞘管成为手术机器人的输出部件，其结构方式即可以作为手术机器人的耗材部件，也可是手臂组成部件，也可是两者的结合。

如图9所示，光纤支撑件20，光纤位置调节器33作为手术机器人输出部件或者机器臂的组成部分，为了方便手术室安装光纤10，支撑件20可以采用可轴线开与合的管形结构，或者采用槽道结构，方便手术现场安装光纤10，光纤支撑件的对光纤指向性的获得与传统光纤鞘管的结构相同或者相似。调节器33也许采用可现场安装光纤的结构设计如开盖，驱动电机或者传动结构安装在部件33里，通过连接电缆或者机械传动件与手术机器人主机01进行连接。这种结构方式，光纤鞘管的操作手柄既是手术机器臂本身。

如图10所示光纤10，光纤支撑件20，光纤位置调节器33整体作为手术机器人01的耗材，安装在手术机器人的机器臂上，通过连接电缆或者机械传动机构与手术机器人01相连，代替手术医生的手指操作。光纤位置调节器内可安装微型电机来驱动光纤激光窗口12的移动，这时与手术机器人01的连接是通过电缆方式。如果光纤位置调节器内设计结构件来驱动光纤10的移动，则光纤位置调节器33与手术机器人的连接通过机械结构件的方式。光纤鞘管整体与手术机器人臂的安装部位类似传统光纤鞘管的手柄部位。光纤支撑件的对光纤指向性的获得与传统光纤鞘管的结构相同或者相似。

如图11所示，光纤10，支撑件20是手术机器人01的耗材，光纤位置调节器33是手术机器人01的组成部分如选择安装在手术机器人臂上，光纤通过现场安装的方式安装到光纤位置调节器33内。

对于上述光纤鞘管作为手术机器人的输出部件，激光源可以是单独的激光手术设备，也可是手术机器人自带的单元。图9-11显示的是一种可以弯折的光缆与手术机器人01或者激光手术设备的连续方式，但不限于其它连接方式如导光臂，光缆与光缆的对接方式。

传统通过手术大夫手动操作光纤位置调节器按钮33-1的方式将被手术机器人所取代，手术大夫通过操作控制台或者界面下达光纤位置指令，或者手术机器人系统自动选择光纤激光窗口的位置，然后驱动电控移动部件或者机械传动部件来改变或者选取光纤激光窗口的位置，实现光纤激光窗口12的移动。

本发明的光纤鞘管，通过限制光纤10的位置，提高了光纤激光窗口12的指向性。对于双频激光碎石机临床应用，大大减少激光脉冲所产生冲击波时对激光窗口12的抖动量，使得高频输出时激光冲击力皆能对准结石的相同部位，大大提升手术效率。对于钬激光手术设备，由于是脉冲的输出方式，而且碎石、前列腺腺体的分离等都依赖这种脉冲激光产生的冲击波，光纤鞘管大大提高激光窗口12的指向性，特别是在高频脉冲输出时，高的激光脉冲指向性大大提升手术效率。另外通过缩回窗口12到鞘管端口22内，空气泡占位激光发射路径，还大大提升激光能量对组织的作用效率。

Claims (13)

1.光纤鞘管是由激光手术设备的输出光纤，套在光纤上的鞘管，光纤位置调节器以及操作手柄所构成，其技术特征是鞘管限制光纤使其激光窗口具有较好的指向性，光纤位置调节器进退光纤激光窗口的位置获得最佳的激光能量与组织的作用效果。

2.根据权利要求1，鞘管即可是硬性的材料构成如不锈钢金属管，高分子树脂，尼龙，陶瓷，玻璃，也可是柔性的材料构成如高分子树脂，材料本身或者包裹该材料的接触人体的保护膜层满足生物兼容要求。

3.根据权利要求2，鞘管端口为开口，形状可以是平口，也可收口。

4.根据权利要求2，鞘管端口内侧管安装有中空的圆柱形原件，圆柱形原件即可是高反射激光能量的管如金、银等金属材料，也可是对激光能量高透的材料如石英，玻璃等。

5.根据权利要求1，光纤位置调节器可在手术中进退光纤激光窗口的位置，这种位置的改变即可连续又可非连续地进退，光纤位置调节器也可以中途停止手术过程来进退光纤激光窗口。

6.根据权利要求5，光纤激光窗口位置可以在鞘管端口内，也可突出鞘管端口外，也可与鞘管端口平齐。

7.光纤鞘管是激光手术机器人的输出部件，由激光器输出光纤，光纤支撑件，光纤位置调节器以及连接部件所构成，其技术特征是光纤支撑件限制光纤使其激光窗口具有较好的指向性，同时通过光纤位置调节器进退光纤激光窗口的位置获得最佳的激光能量与组织的作用效果。

8.根据权利要求7，光纤支撑件即可是手术机器人的耗材部件，也可是手术机器人臂的组成部分。

9.根据权利要求7，光纤位置调节器即可是手术机器人的构成部件，也可是手术机器人的耗材部件，通过控制软件驱动电动传动机构或者机械传动机构进退光纤激光窗口的位置。

10.根据权利要求8，光纤支撑件可采用手术现场安装光纤的结构方式。

11.根据权利要求9，光纤位置调节器可采用手术现场安装光纤的结构方式。

12.根据权利要求1和7，光纤鞘管端口安装光学原件端头输出激光能量，通过保护光纤激光窗口从而延长光纤鞘管的使用寿命。

13.根据权利要求12，鞘管端头为激光透明材料，其端面形状即可是平面，也可是斜面，也可是曲面。

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