CN117717410B - 一种工作温度可控的环激光冷却切除装置、喷雾套管及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工作温度可控的环激光冷却切除装置、喷雾套管及控制方法，装置至少包括相互连接的第一壳体和第二壳体，在第一壳体内设置控制单元，在第二壳体内设置冷却雾化单元，冷却雾化单元与控制单元电连接，在冷却雾化单元相对的一侧设置喷雾套管，沿第二壳体的轴向设置芯杆，芯杆与所述激光发射器连接，冷却雾化单元用于将局部麻醉剂冷却并转化为气雾剂，通过所述喷雾套管喷出，对发射器发射的激光辐照区周围的皮层组织进行麻醉和降温；本发明的环激光冷却切除装置解决了激光切除过程中肿瘤/癌变组织周围皮层温度过高，容易被灼烧损伤的问题，将激光切除与麻醉剂麻醉、降温相结合，大大提高了手术效率，且保证了手术的安全性。

Description

一种工作温度可控的环激光冷却切除装置、喷雾套管及控制 方法

技术领域

本发明涉及激光工作温度控制技术领域，具体涉及一种工作温度可控的环激光冷却切除装置、喷雾套管及控制方法。

背景技术

当今，人们对微创手术越来越关注，而作为微创手术中的代表——激光切除手术，在临床实践中应用越来越广泛。激光切除手术是指利用激光束切割皮肤或粘膜肿瘤等组织浅表病变的手术，在手术过程中，强烈的激光辐照和产生的高温，能够杀死浅表组织的癌变细胞，抑制肿瘤细胞的生长，封闭神经末梢以减轻术后疼痛。在激光切除手术过程中，为了高效、安全地进行手术，常采用功率较高、辐照半径较小（即焦斑）的激光，但是，激光工作温度较高，会向周围组织释放大量的热量，容易灼伤周围正常组织。在实际应用中，焦斑越小，皮肤组织温度升高越明显，由于激光辐照中心的温度升高，外围的皮肤组织温度也随之升高，导致周围正常组织产生灼热感甚至灼伤组织和粘膜，给人体带来不可逆的损伤。

另一方面，激光切除会造成皮肤痛感，尤其是切除大块肿瘤时，这种疼痛感更明显，为了解决该问题，通常在激光切除手术之前，实施表面麻醉，传统的表面麻醉是指将穿透力强的局部麻醉药（local anaesthetics）施用于粘膜表面，使其透过粘膜并对粘膜下的神经末梢进行阻滞，产生局部麻醉现象，进而为激光切除手术提供必要的先决条件。虽然局部麻醉有利于激光切除手术进行，患者也无法感到神经末梢传来的疼痛，但是，灼伤皮肤组织和粘膜的问题仍然没有得到根治，常见的表面麻醉方式有喷雾式和局部浸润麻醉，喷雾式结构麻醉范围不可控，雾化粒径较大很难深入皮层以下，而局部浸润麻醉虽然范围可控，采用注射的方式进行，但其效率较低。由此可见，现有的激光切除手术并未将局部麻醉与激光切除本身进行很好地结合，存在手术效率低、皮肤组织容易被灼伤等悬而未决的技术难题。

发明内容

为了解决上述背景技术中提及的技术难题，本发明提出了一种工作温度可控的环激光冷却切除装置、喷雾套管及控制方法，具体技术方案如下：

一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，至少包括第一壳体和第二壳体，其中，所述第一壳体与第二壳体为可拆卸连接，所述第一壳体外侧设置按钮，所述按钮具有多个，所述按钮与第一壳体内设置的控制单元电连接；所述第二壳体外侧设置注液塞，所述注液塞用于第二壳体开设的封闭注液孔，所述注液孔与第二壳体内设置的冷却雾化单元连接，所述冷却雾化单元与所述控制单元电连接，在所述冷却雾化单元相对的一侧设置喷雾套管，沿第二壳体的轴向设置芯杆，所述芯杆与激光发射器连接，所述冷却雾化单元用于将局部麻醉剂冷却并转化为气雾剂，通过所述喷雾套管喷出，对所述激光发射器的激光辐照区周围的皮层组织进行麻醉和降温。

所述冷却雾化单元、喷雾套管均套设在所述芯杆上，所述芯杆外壁绝缘，所述芯杆上设置第二滑槽，所述芯杆与控制单元电连接，通过所述控制单元控制激光发射器的工作并调节激光的功率。

所述冷却雾化单元包括冷却液箱、雾化片和冷却盘管，所述冷却液箱内容纳有局部麻醉剂液体，所述冷却液箱一侧与注液孔连通，所述冷却液箱朝向喷雾套管的一端连接雾化片，所述雾化片通过线路与控制单元电连接。

所述冷却盘管盘绕在所述冷却液箱的内壁面处，对局部麻醉剂液体进行降温，所述冷却盘管内具有流动的冷却介质，所述冷却盘管的两端经由第二壳体的接头伸出，并与外部的制冷装置连接。

所述喷雾套管上连接有滑动调节单元，所述滑动调节单元包括密封盖板和指推块，其中，所述指推块通过指推连接件与喷雾套管连接，所述指推连接件背离喷雾套管的一侧设置密封盖板。

所述第二壳体朝向喷雾套管的一侧开设第一滑槽，所述指推块的根部能够在该第一滑槽内滑动，所述第一滑槽与第二壳体之间存在条缝，在所述指推块滑动过程中，所述密封盖板能够对条缝进行密封，防止气雾剂逸散到第二壳体外侧造成不利影响。

优选地，通过所述指推块沿芯杆上设置的第二滑槽滑动。

所述喷雾套管包括相互连接的内管和外管，所述喷雾套管截面整体呈锥形，具有气雾入口和气雾出口，所述喷雾套管内的流动截面呈渐缩型，从气雾入口到气雾出口，所述喷雾套管依次划分为进雾段、减缩段和喷雾段，所述进雾段所在的内外管壁宽度D1较喷雾段所在的内外管壁宽度D2大。

所述第一壳体内还设置有供电单元，所述供电单元与控制单元电连接，所述第一壳体背离供电单元的一侧通过后盖进行密封。

基于一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，进一步提出了一种工作温度可控的环激光冷却切除装置的控制方法，所述控制方法包含以下步骤：

步骤1：通过注液塞向冷却雾化单元内注入局部麻醉剂，按下控制雾化片启停的按钮，通过控制单元启动雾化片工作，将局部麻醉剂液体转化为麻醉剂气雾，对皮层组织预麻醉时间T1；

步骤2：在时间达到T1时刻时，按下控制雾化片工作频率的按钮，降低雾化片工作频率，麻醉剂气雾的出雾量减小；

步骤3：在步骤2完成的基础上，按下控制激光发射器工作的按钮，对准待切除的组织进行激光切除操作，在激光发射器工作的过程中，保持雾化片工作状态不变；

步骤4：在步骤3过程中，对待切除组织周围皮层温度进行非接触式检测，当判断检测温度Temp高于预设阈值范围的最大值时，将指推块向远离激光发射器的一侧移动；当判断检测温度Temp低于预设阈值范围的最小值时，将指推块向靠近激光发射器的一侧移动。

综上所述，本发明的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置、喷雾套管及控制方法，与现有技术相比，其优点在于：

1）本发明的环激光冷却切除装置，解决了激光切除过程中肿瘤/癌变组织周围皮层温度过高，容易被灼烧损伤的问题，将激光切除与麻醉剂麻醉、降温相结合，大大提高了手术效率，且保证了手术的安全性；

2）由于喷雾套管喷雾段比进雾段流动截面小，进而使气雾剂在喷雾段处静压逐渐减小，流动速度增大，微纳米级别的麻醉剂气雾能够快速流动到皮层组织处，对其进行降温，同时，麻醉剂气雾能够渗入皮层组织深处进行降温，有利于节约麻醉时间；

3）本发明指推块与喷雾套管连接，通过手控指推块在第二壳体上滑动，进而调节喷雾套管与皮层组织的距离，能够在皮层组织温度较低时，使得麻醉剂气雾喷射的范围增大，有助于皮层降温；而在皮层组织温度较低时，使得麻醉剂气雾喷射的范围减小，在降温的同时不会削弱激光的灼烧温度；

4）本发明的环激光冷却切除装置是可拆卸式的，主要体现在第一壳体与第二壳体的可拆卸，第一壳体与后盖的可拆卸，第二壳体与喷雾套管的可拆卸，通过将上述结构设计为可拆卸的形式，有利于组装、部件清洗和更换。

附图说明

图1为本发明的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置纵向剖视图；

图2为本发明的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置三维图；

图3为喷雾套管及其连接部件结构剖视图；

图4为环激光冷却切除装置冷却前与冷却后不同工况下切除手术皮肤径向温度分布图；

1-第一壳体；2-按钮；3-控制单元；4-注液塞；5-注液孔；6-第二壳体；7-冷却雾化单元；8-雾化片；9-冷却盘管；10-第一滑槽；11-密封盖板；12-指推块；12-1-指推连接件；13-喷雾套管；13-1-气雾入口；13-2-麻醉剂气雾；13-3-气雾出口；14-第二滑槽；15-激光发射器；15-1-激光；16-芯杆；17-供电单元；18-后盖。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对发明的技术方案做进一步详细的说明，以使本领域技术人员能够准确、深入地理解本发明。

实施例1

请考察图1-图3，一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，至少包括第一壳体1和第二壳体6，其中，第一壳体1与第二壳体6为可拆卸连接，第一壳体1外侧设置按钮2，按钮2具有多个，按钮2与第一壳体1内设置的控制单元3电连接；第二壳体6外侧设置注液塞4，注液塞4用于第二壳体6开设的封闭注液孔5，注液孔5与第二壳体6内设置的冷却雾化单元7连接，在冷却雾化单元7相对的一侧设置喷雾套管13，沿第二壳体6的轴向设置芯杆16，芯杆16与激光发射器15连接，冷却雾化单元7用于将局部麻醉剂冷却并转化为气雾剂，通过喷雾套管13喷出，对激光发射器15的激光15-1辐照区周围的皮层组织进行麻醉和降温。

冷却雾化单元7、喷雾套管13均套设在芯杆16上，芯杆16上设置有激光发生器、光学谐振腔、脉冲灯等用于生成和调节激光的元器件，芯杆16外壁绝缘，芯杆16与控制单元3电连接，通过控制单元3控制激光发射器15的工作并调节激光的功率。

冷却雾化单元7包括冷却液箱、雾化片8和冷却盘管9，在本实施例中，冷却液箱呈环状，并套设在芯杆16上，冷却液箱内容纳有局部麻醉剂液体，冷却液箱一侧与注液孔5连通，冷却液箱朝向喷雾套管13的一端连接雾化片8，雾化片8通过线路与控制单元3电连接。雾化片8在通电后，由于压电效应，冷却液箱中的局部麻醉剂液体，会在高频震荡下会形成微纳米的麻醉剂气雾，并朝着喷雾套管13的方向喷出。

冷却盘管9盘绕在冷却液箱的内壁面处，对局部麻醉剂液体进行降温，冷却盘管9内具有流动的冷却介质，冷却盘管9的两端经由第二壳体6的接头伸出，并与外部的冷却装置/制冷装置连接。

为了调节喷雾套管13与皮层组织之间的距离，以调整其喷雾范围，喷雾套管13上还连接了滑动调节单元，滑动调节单元包括密封盖板11和指推块12，其中，指推块12通过指推连接件12-1与喷雾套管13连接，指推连接件12-1背离喷雾套管13的一侧设置密封盖板11，密封盖板11呈条状。第二壳体6朝向喷雾套管13的一侧开设第一滑槽10，指推块12的根部能够在该第一滑槽10内滑动，第一滑槽10与第二壳体6之间存在条缝，在指推块12滑动过程中，密封盖板11能够对该条缝进行密封，防止气雾剂逸散到第二壳体6外侧造成不利影响。

在本实施例中，雾化片8采用压电陶瓷材料，雾化片8孔径为2μm~5μm（包含2μm和5μm这两个数值）；局部麻醉剂将常用的局部麻醉剂与神经阻滞剂进行混合，常用的局部麻醉剂为安氟醚、异氟醚、乙醚、利多卡因中的一种，神经阻滞剂采用吩噻嗪等其中的一种。

通过冷却盘管9对局部麻醉剂液体进行冷却降温，在雾化片8工作时，冷却后的局部麻醉剂液体，将雾化为微纳米级的麻醉剂气雾，微纳米级的麻醉剂气雾经过喷雾套管13后，向待降温冷却的皮层组织处喷射，由于气雾为微纳米级，能够透过皮肤组织、癌变/病变组织，进而能够快速渗透到皮下组织和癌变/病变组织内，对神经末梢神经进行药物阻滞，同时，对激光切除部位的皮层组织进行降温，防止正常组织被高温灼烧而坏死。

喷雾套管13包括相互连接的内管和外管，喷雾套管截面整体呈锥形，具有气雾入口13-1和气雾出口13-3，气雾入口13-1处内管和外管通过间隔设置的隔片进行连接，喷雾套管13内的流动截面呈渐缩型，从气雾入口13-1到气雾出口13-3，喷雾套管13依次划分为进雾段、减缩段和喷雾段，进雾段所在的内外管壁宽度D1较大，而喷雾段所在的内外管壁宽度D2较窄，且D2/D1比值不大于0.2。

麻醉剂气雾13-2在喷雾套管13流动过程中，由于减缩段流动截面逐渐减小，静压逐渐减小，而气雾流动速度逐渐增大，进而使麻醉剂气雾13-2快速流动到皮层组织处，对其进行降温；同时，由于速度较高，且麻醉剂气雾粒径处于微纳米级别，能够提高皮层组织处的渗透压，使低温的麻醉剂气雾能够更好地向皮层组织深处渗透，进而不仅有利于节约麻醉时间，也有利于对皮层组织深处部位进行降温（温度不仅沿激光焦斑的径向传播，也会向皮层组织深处传播）。

第一壳体1内还设置有供电单元17，供电单元17与控制单元电连接，第一壳体1背离供电单元17的一侧通过后盖18进行密封。本发明的环激光冷却切除装置是可拆卸式的，可拆卸主要体现在第一壳体1与第二壳体6的可拆卸，第一壳体1与后盖18的可拆卸，第二壳体6与喷雾套管13的可拆卸，通过将上述结构设计为可拆卸的形式，有利于组装、部件清洗和更换。

为了验证环激光冷却切除装置的降温性能，对数名自愿受试的患者进行了临床试验，并比较该装置冷却前与冷却后不同工况下沿皮层径向温度分布。如图4所示，给出了输出功率为20W、焦斑半径为2.5mm时，某患者采用环激光冷却切除装置冷却前与冷却后不同工况下切除手术皮肤径向温度分布图，由图可知：在皮层冷却前，仅利用激光进行切除，皮层温度T_skin径向距离L_radius的增加呈现出正态分布的态势，距离越远，皮肤温度越接近36.5°，即人体正常状态下的体温，当距离越近时，皮层温度骤增，在L_radius=5.1mm时，皮层温度超过60°，而在L_radius=3.2mm时，皮层温度超过80°；在冷却后，即在激光进行切除的过程中环绕激光进行降温时，在L_radius=5.1mm时，皮层温度降为37°，而在L_radius=3.2mm时，皮层温度降为78°。由此可见，本发明的环激光冷却切除装置，大大降低了激光切除部位周围皮层组织的温度，很大程度上能够降低激光高温对皮肤组织和粘膜造成的灼伤，避免给人体带来不可逆的损伤。

基于上述一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，本发明提出了一种工作温度可控的环激光冷却切除装置的控制方法，该方法包含以下主要步骤：

步骤1：通过注液塞4向冷却雾化单元内注入局部麻醉剂，按下控制雾化片启停的按钮2，通过控制单元3启动雾化片8工作，将局部麻醉剂液体转化为麻醉剂气雾，对皮层组织预麻醉时间T1；

需要说明地是，上述T1与麻醉剂种类相关，属于物性参数，因此，本实施例不对具体的时间范围进行限定。

步骤2：在时间达到T1时刻时，按下控制雾化片工作频率的按钮2，降低雾化片工作频率，麻醉剂气雾的出雾量减小；

步骤3：在步骤2完成的基础上，按下控制激光发射器15工作的按钮2，对准待切除的组织（即产生肿瘤或发生癌变的组织）进行激光切除操作，在激光发射器15工作的过程中，保持雾化片工作状态不变；

步骤4：在步骤3过程中，对待切除组织周围皮层温度进行非接触式检测，当判断检测温度Temp高于预设阈值范围的最大值时，将指推块12向远离激光发射器15的一侧移动，使得麻醉剂气雾喷射的范围增大，有助于皮层降温；当判断检测温度Temp低于预设阈值范围的最小值时，将指推块12向靠近激光发射器15的一侧移动，使得麻醉剂气雾喷射的范围减小，不会削弱激光的灼烧温度。

以上实施例仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种变形和优化方式。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，其特征在于：至少包括第一壳体和第二壳体，其中，所述第一壳体与第二壳体为可拆卸连接，所述第一壳体内设置控制单元，所述第二壳体内设置冷却雾化单元，所述冷却雾化单元与所述控制单元电连接，在所述冷却雾化单元相对的一侧设置喷雾套管，沿第二壳体的轴向设置芯杆，所述芯杆与激光发射器连接，所述冷却雾化单元用于将局部麻醉剂冷却并转化为气雾剂，并通过所述喷雾套管喷出，对所述激光发射器的激光辐照区周围的皮层组织进行麻醉和降温；

所述喷雾套管上连接有滑动调节单元，所述滑动调节单元包括密封盖板和指推块，其中，所述指推块通过指推连接件与喷雾套管连接，所述指推连接件背离喷雾套管的一侧设置密封盖板；

所述第二壳体朝向喷雾套管的一侧开设第一滑槽，所述指推块的根部能够在该第一滑槽内滑动，所述第一滑槽与第二壳体之间存在条缝，在所述指推块滑动过程中，所述密封盖板能够对条缝进行密封。

2.根据权利要求1所述的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，其特征在于：所述冷却雾化单元、喷雾套管均套设在所述芯杆上，所述芯杆外壁绝缘，所述芯杆与控制单元电连接，通过所述控制单元控制激光发射器的工作并调节激光的功率。

3.根据权利要求1所述的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，其特征在于：所述冷却雾化单元包括冷却液箱、雾化片和冷却盘管，所述冷却液箱内容纳有局部麻醉剂液体，所述冷却液箱一侧与注液孔连通，所述冷却液箱朝向喷雾套管的一端连接雾化片，所述雾化片通过线路与控制单元电连接。

4.根据权利要求3所述的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，其特征在于：所述冷却盘管盘绕在所述冷却液箱的内壁面处，对局部麻醉剂液体进行降温，所述冷却盘管内具有流动的冷却介质，所述冷却盘管的两端经由第二壳体的接头伸出，并与外部的制冷装置连接。

5.一种喷雾套管，用于如权利要求1所述的一种工作温度可控的环激光冷却切除装置，其特征在于：所述喷雾套管包括相互连接的内管和外管，所述喷雾套管截面整体呈锥形，具有气雾入口和气雾出口，所述喷雾套管内的流动截面呈渐缩型，从气雾入口到气雾出口，所述喷雾套管依次划分为进雾段、减缩段和喷雾段，所述进雾段所在的内外管壁宽度D1较喷雾段所在的内外管壁宽度D2大。

6.根据权利要求5所述的一种喷雾套管，其特征在于：所述喷雾套管上连接有滑动调节单元，所述滑动调节单元至少包括指推块，所述芯杆上设置第二滑槽，其中，所述指推块通过指推连接件与喷雾套管连接，通过所述指推块沿着第二滑槽滑动。

7.根据权利要求5所述的一种喷雾套管，其特征在于：所述喷雾套管的气雾入口与冷却雾化单元连接，所述冷却雾化单元包括冷却液箱、雾化片和冷却盘管，所述冷却液箱内容纳有局部麻醉剂液体，所述冷却盘管用于对局部麻醉剂液体进行降温，所述冷却液箱朝向喷雾套管的一端连接雾化片，用于将局部麻醉剂液体转化为气雾。