CN209911596U - 一种可控自变形光纤的多功能激光手术刀和激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可控自变形光纤的多功能激光手术刀和激光加工设备，还提供了一种可控自变形光纤。其中，该可控自变形光纤中采用设置在光纤的护层外表面的形变部的可控形变来驱动护层及光纤的形变，该光纤还可以采用多功能复合光纤技术，可被应用在医疗以及其他相关行业的复杂官腔内，具有视觉检测、消融疏通、清理消毒、定点定量输送或排出气体或液体的功能。

Description

一种可控自变形光纤的多功能激光手术刀和激光加工设备

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，具体而言，涉及一种可控自变形光纤、可控自变形光纤的多功能激光手术刀和激光加工设备。

背景技术

激光是20世纪人类最伟大的科学发明之一。激光技术给人类的生活带来了各种不可思议的便利，在当今世界科研，生产和生活已被广泛应用。激光在医学领域也有大量的研究、应用。

九十年代初，美国FDA开始准分子激光角膜表面切削术的临床实验,开始了激光治疗近视。目前激光普通应用于国内的眼科领域，进行近视眼手术及角膜置换术等等，在外科领域，主要用激光进行软组织病灶的切除以及美容、整容操作等。在现阶段的口腔治疗中，所用到的激光器主要分为以下三种：1、以Nd:YAG、CO2和GaAlAs激光器为代表，用于口腔软组织及部分硬组织的治疗；2、以Er:YAG和TEA CO2激光器为代表，用于牙体硬组织相关治疗；3、以Er,Cr:YSGG水动激光系统为代表，用于口腔软硬组织的相关治疗，尤其是牙体硬组织的快速切削治疗。这些激光器大部分都是连续性激光，容易造成温升，对正常组织造成损伤。

随着近几年固体激光器锁模技术的提高，获得超短脉冲激光器已经不是困难的事情，超短脉冲激光器以其高光束质量和高峰值功率，被认为是理想的超精密外科手术刀，并因其加工无热影响区、切削速度较快、切削边缘非常光滑、效果理想等优点正迅速应用到诸多领域，包括牙科手术领域。研究表明采用超短脉冲激光不仅可以增加牙齿表面的结构强度，而且不会在牙齿上产生细微裂痕和其他损伤。但目前高峰值的超短脉冲激光只能用导光臂来传输，体积较大，限制了超短脉冲激光在各个领域中的应用。例如，在口腔医学领域的牙齿根管治疗中，体积过大的导光臂使得超短脉冲激光难以到达狭窄且弯曲的腔隙完成组织的精确切割。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可控自变形光纤、可控自变形光纤的多功能激光手术刀和激光加工设备，以替代目前所用的导光臂，至少解决体积过大的导光臂无法到达狭窄且弯曲的腔隙的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种可控自变形光纤，包括：中心层、外保护层和可控自变形体，其中，

所述中心层包括光纤纤芯；所述中心层设置在所述外保护层内；在所述外保护层的外表面贴附有可控自变形体。

可选地，所述光纤纤芯为高功率激光传送光纤纤芯，优选为空心光纤。

可选地，所述可控自变形光纤还包括中间层，所述中间层设置在所述中心层和所述外保护层之间，其中，在所述中间层内设置有与所述中心层的长轴方向相互平行的多个管道。

可选地，所述多个管道包括照明光纤管道，在所述照明光纤管道内设置有照明光纤纤芯。

可选地，所述多个管道包括成像光纤管道，在所述成像光纤管道内设置有成像光纤纤芯。

可选地，所述多个管道包括一个或多个给排液气管道。

可选地，所述多个管道包括电气管道，在所述电气管道的末端安装有传感器，所述传感器的电气连接线敷设在所述电气管道内。

可选地，所述光纤纤芯与其外设置的外保护层或者中间层滑动配合。

可选地，所述可控自变形体的数量为一个或者多个，多个所述可控自变形体均匀或者非均匀地贴附在所述外保护层的外表面上，且多个所述可控自变形体中的每个可控自变形体均可单独或者共同受控产生变形。

可选地，所述可控自变形体由在声、光、电、热、磁和/或化学物质的影响下能够产生伸缩、弯曲、束紧、膨胀和/或旋转的变形的金属、高分子聚合物或生物材料制成。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种激光手术刀，所述激光手术刀包括第一方面所述的可控自变形光纤。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种激光加工设备，所述激光加工设备包括第一方面所述的可控自变形光纤。

通过本实用新型实施例提供的可控自变形光纤、可控自变形光纤的多功能激光手术刀和激光加工设备，在光纤纤芯外设置外保护层，并在外保护层的外表面贴附可控自变形体，通过可控自变形体的可控形变带动可控自变形光纤产生弯曲或旋转的变形，以替代现有技术的导光臂，由于上述可控自变形光纤结构精巧，体积相对于导光臂要小得多，因此上述可控自变形光纤，尤其是其光纤纤芯，能够到达狭窄且弯曲的腔隙内，完成组织的精确切割。

此外，在本实用新型实施例中提供的复合有照明光纤纤芯、成像光纤纤芯、给排液气管等的多功能复合光纤不仅具备可精确控制变形的能力，还具有实时视觉监测、消融疏通、清理消毒、定点定量输送或排出、气体或液体的有益效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的可控自变形光纤的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的可控自变形光纤的优选结构示意图一；

图3是根据本实用新型实施例的可控自变形体均匀分布的可控自变形光纤的横截面示意图；

图4是根据本实用新型实施例的可控自变形体不均匀分布的可控自变形光纤的结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的可控自变形体不均匀分布的可控自变形光纤的横截面示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实施例中提供了一种可控自变形光纤，图1是根据本实用新型实施例的可控自变形光纤的结构示意图，如图1所示，该可控自变形光纤包括：中心层1、外保护层4和可控自变形体3，其中，

中心层1包括光纤纤芯，该光纤纤芯的外表面还可以涂覆有包层。中心层1设置在外保护层4内，外保护层4具有一定的强度和弹性，优选为聚乙烯材料制成；在外保护层4的外表面贴附有可控自变形体3。

超短脉冲激光(即飞秒激光)由激光器产生，并通过中心层1的光纤纤芯传导到光纤纤芯的末端。为了降低超短脉冲激光在光纤纤芯中传播的损耗，上述的可控自变形光纤中采用的光纤纤芯为高功率激光传送光纤纤芯，优选为空心光纤，其光纤纤芯的直径为100-300μm。空心光纤通过空气而不是玻璃导光，所以空心光纤的能量传输的能力要远远优越于传统的实心光纤，且空心光纤外表面可以无需涂覆包层。

本实施例还提供了一种多功能复合可控自变形光纤，如图2所示的多功能复合可控自变形光纤相对于图1所示的可控自变形光纤而言，其区别在于，多功能复合可控自变形光纤还包括中间层2，中间层2设置在中心层1和外保护层4之间，其中，在中间层2内设置有与中心层1的长轴方向相互平行的多个管道。

这些管道包括但不限于以下至少之一：照明光纤管道21、成像光纤管道22、给排液气管道23、电气管道24。

照明光纤管道21内还可以设置照明光纤纤芯，照明光纤纤芯将光源产生的光纤传导到照明光纤管道21的末端，以实现多功能复合可控自变形光纤的工作面的照明。

成像光纤管道22内还可以设置成像光纤纤芯，成像光纤纤芯将多功能复合可控自变形光纤的工作面的反射光传导到光学成像设备，以实现工作面的实时视觉监测。

给排液气管道23则用于供给、排出气体或者液体。给排液气管道23可以为一个，也可以为多个，例如，可以将给液气管道和排液气管道分别设置，也可以将给排液管道和给排气管道分别设置，甚至设置四个管道分别单独用于供给、排出气体或液体。视上述可控自变形光纤的具体应用场景的需求，供给或者排出的气体包括但不限于冷风、热风、保护气体等，供给或者排出的液体包括但不限于药液、冷却液、胶剂等。通过上述的给排液气管道23可以定量供给、排出气体或液体，并借助该功能实现清理、消毒、工作面的正负压控制、工作面的工作环境参数调节等功能。

电气管道24用于敷设用于供电或者传输数据的电气连接线，以供在电气管道24靠近工作面的末端安装传感器。这些传感器包括但不限于：图像传感器、温度传感器、压力传感器、磁传感器等，以实现相应的智能反馈和控制功能。

可选地，光纤纤芯与其外设置的外保护层4或者中间层2滑动配合，即光纤纤芯可以在可控自变形光纤中心层1内伸缩滑动，从而实现激光聚焦或者狭窄腔隙的进一步探入。

本实施例的可控自变形体3体积小，结构相对简单，在声、光、电、热、磁和/或化学物质的影响下能够产生伸缩、弯曲、束紧、膨胀和/或旋转的变形。可控自变形体3由在声、光、电、热、磁和/或化学物质的影响下能够产生伸缩、弯曲、束紧、膨胀和/或旋转的变形的金属、高分子聚合物或生物材料制成，已知的上述材料包括但不限于以下之一：机械变形材料、气动变形材料、电致变形材料、液压变形材料、气液压混合变形材料，人工肌肉以及其他的介电、介磁、介声、介光、介热或介风等高分子、金属、生物弹性变形材料。其中，电致变形材料包括但不限于电致伸缩陶瓷和聚氨酯等材料。

可控自变形体3的形状可以为任意形状，优选为图1所示的长条形或图2所示的长杆形，且长边沿外保护层4的长轴方向设置。在一个可控自变形光纤中，可控自变形体3的数量可以为一个或者多个，优选为多个。

参考图3，多个可控自变形体3可以均匀地围绕可控自变形光纤的长轴分布，同时还可以均匀地顺着可控自变形光纤的长轴分布；此外，这些多个可控自变形体3中的每个可控自变形体3均可以单独或者共同受控产生形变。在这种情况下，通过选择控制分布在哪些位置的可控自变形体3产生形变以及产生形变的程度，由此产生的力可迫使与其固连在一起的可控自变形光纤被动发生相应的伸缩或弯曲等变形。

参考图4和图5，多个可控自变形体3也可以非均匀地围绕可控自变形光纤的长轴分布，同时还可以非均匀地顺着可控自变形光纤的长轴分布；此外，这些多个可控自变形体3中的每个可控自变形体3均可以单独或者共同受控产生形变。在这种情况下，共同控制全部的可控自变形体3产生形变，可控自变形光纤将产生与可控自变形体3的分布状况相对应的预设形变。

可选地，根据不同的应用需求，可控自变形体3的形状、大小、数量及贴附位置可各不相同，按需设置。

由于可控自变形体3由在声、光、电、热、磁和/或化学物质的影响下能够产生伸缩、弯曲、束紧、膨胀和/或旋转的变形的金属、高分子聚合物或生物材料制成，而在这些材料上施加的物理或化学因素是量化可控的，因此，可控自变形光纤的变形过程和程度也是可控的。

在本实施例中还提供了一种激光手术刀，该激光手术刀包括上述的可控自变形光纤。

在本实施例中还提供了一种激光加工设备，该激光加工设备包括上述的可控自变形光纤。

采用上述可控自变形光纤的激光加工设备既能够应用在口腔中的根管治疗、咽喉部、血管、胃肠道等领域，精确去除狭小腔隙的病灶组织，还可用于工业等领域。在医学领域的应用中，该激光加工设备基于上述可控自变形光纤，能以高度稳定无抖动伸入狭窄腔隙完成病变组织任意形状的精确切割以及精准制备；该设备可以搭载高功率高重频飞秒激光器等超短脉冲激光器，通过光纤传输激光束，然后通过照明及成像系统实时监控，并且该设备能受控随着狭小腔隙的形态自由可控形变，以到达最深的手术或工作区域。

上述的激光加工设备还可以包括至少一个控制系统，该控制系统用于通过声、光、电、磁和/或化学物质控制可控自变形光纤末端沿着腔隙弯曲的方向变形弯曲，逐渐深入，自动控制整个管状设备到达工作面。在可控自变形光纤的光纤纤芯与外保护层或中间层滑动配合的情况下，还可以通过控制系统，采用电机、钢丝绳等方式自动控制光纤纤芯实现伸缩，以到达更狭窄的腔隙。

综上所述，采用本实用新型实施例的可控自变形光纤的激光加工设备适用于口腔、咽喉部、血管、气管、胃肠等医学多个领域的手术操作(特别是狭小深腔)以及精准制备等工业领域；并且，由于可控自变形光纤相对于导光臂而言尺寸小、高度灵巧，具有柔性可控，且还能够集成切削或消融、内窥、自由形变等多种功能，实现狭小深腔内任意方向任意病变部位的切削。此外，上述的激光加工设备能通过控制飞秒激光实现精细切削，从而实现该设备控制激光精准切削病变组织；同时配备监控装置等，以实现安全控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种可控自变形光纤，其特征在于，包括：中心层、外保护层和可控自变形体，其中，

所述中心层包括光纤纤芯；所述中心层设置在所述外保护层内；在所述外保护层的外表面贴附有可控自变形体，其中，所述可控自变形体由电致变形材料制成，所述电致变形材料包括：电致伸缩陶瓷或聚氨酯。

2.根据权利要求1所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述光纤纤芯为高功率激光传送光纤纤芯。

3.根据权利要求1所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述光纤纤芯为空心光纤。

4.根据权利要求1所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述可控自变形光纤还包括中间层，所述中间层设置在所述中心层和所述外保护层之间，其中，在所述中间层内设置有与所述中心层的长轴方向相互平行的多个管道。

5.根据权利要求4所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述多个管道包括照明光纤管道，在所述照明光纤管道内设置有照明光纤纤芯。

6.根据权利要求4所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述多个管道包括成像光纤管道，在所述成像光纤管道内设置有成像光纤纤芯。

7.根据权利要求4所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述多个管道包括一个或多个给排液气管道。

8.根据权利要求4所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述多个管道包括电气管道，在所述电气管道的末端安装有传感器，所述传感器的电气连接线敷设在所述电气管道内。

9.根据权利要求1所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述光纤纤芯与其外设置的外保护层或者中间层滑动配合。

10.根据权利要求4所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述光纤纤芯与其外设置的外保护层或者中间层滑动配合。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述可控自变形体的数量为一个或者多个，多个所述可控自变形体均匀或者非均匀地贴附在所述外保护层的外表面上，且多个所述可控自变形体中的每个可控自变形体均可单独或者共同受控产生变形。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的可控自变形光纤，其特征在于，所述可控自变形体由在声、光、电、热、磁和/或化学物质的影响下能够产生伸缩、弯曲、束紧、膨胀和/或旋转的变形的金属、高分子聚合物或生物材料制成。

13.一种激光手术刀，其特征在于，所述激光手术刀包括权利要求1至12中任一项所述的可控自变形光纤。

14.一种激光加工设备，其特征在于，所述激光加工设备包括权利要求1至12中任一项所述的可控自变形光纤。

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