專利名稱：激光手術(shù)刀裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械結(jié)構(gòu)技木，特別是一種激光手木刀裝置。
背景技術(shù)：
外科手術(shù)的進(jìn)步是與手木刀的發(fā)明和發(fā)展密切相關(guān)的，傳統(tǒng)手木刀的刀鋒能夠切割軟組織，同時(shí)也會(huì)切斷組織中的血管，造成創(chuàng)面出血，術(shù)中需要不斷進(jìn)行止血操作，延長了手術(shù)時(shí)間，術(shù)后容易引起一系列并發(fā)癥。如何在切割組織的同時(shí)有效對創(chuàng)面止血，是手術(shù)刀技術(shù)領(lǐng)域一直研究解決的難題之一，各種物理手段都被用來嘗試解決這ー問題?，F(xiàn)有技術(shù)中的激光手木刀，利用機(jī)械導(dǎo)光臂或光導(dǎo)纖維傳輸激光，用激光照射組織，組織或組織中的水分吸收激光能量轉(zhuǎn)化成熱量，從而汽化組織用于切割，同時(shí)還能夠凝 固血液止血，但不同的組織對激光的吸收系數(shù)不一樣，同一組織對不同波長的激光吸收系數(shù)也不一樣，因此，在手術(shù)過程中，波長單ー的激光手木刀照射到不同組織時(shí)，不同組織對激光的吸收系數(shù)不一樣，從而汽化程度不同，造成創(chuàng)面不平整問題，切割性能不穩(wěn)定，不能滿足手術(shù)過程中的多種需要，而多波長激光手木刀波長轉(zhuǎn)換技術(shù)復(fù)雜，對傳輸光纖損耗均衡要求高，設(shè)備成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于激光手木刀裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中激光手木刀切割組織時(shí)創(chuàng)面不平整問題，消除激光波長對組織吸收光譜的匹配依賴。本發(fā)明提供一種激光手木刀裝置，包括激光光源、光導(dǎo)纖維、耦合鏡和刀頭，所述激光光源用于輸出激光束，所述耦合鏡位于所述激光束的傳輸光路上，用于折射并匯聚所述激光束，所述光導(dǎo)纖維的一端位于所述耦合鏡的焦點(diǎn)處，用于傳輸激光，其特征在干，所述刀頭為中空結(jié)構(gòu)，且所述刀頭的一端開ロ，另一端封閉；所述光導(dǎo)纖維的另一端穿過所述刀頭的開ロ端ロ位于所述刀頭的中空腔內(nèi)；所述光導(dǎo)纖維的所述另一端與所述刀頭的封閉端之間填充有激光吸收介質(zhì)，用于將吸收的激光能量轉(zhuǎn)換成熱量，并將所述熱量傳遞給所述刀頭。本發(fā)明提供的激光手木刀裝置通過將光纖內(nèi)置于刀頭的中空腔內(nèi)，利用激光吸收介質(zhì)吸收光纖輸出的激光并轉(zhuǎn)換成熱量，將所述熱量傳遞給刀頭來汽化組織達(dá)到切割組織的目的，克服了現(xiàn)有技術(shù)中利用激光直接照射切割組織造成的創(chuàng)面不平整問題，消除了激光波長對組織吸收光譜的匹配依賴。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例一中激光手木刀裝置的組成示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例ニ中控制裝置的組成示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例ニ中激光占空比調(diào)制示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例一圖I所示為本發(fā)明實(shí)施例一中激光手術(shù)刀裝置的組成示意圖。如圖I所示，本實(shí)施例所提供的激光手木刀裝置包括激光光源10、光導(dǎo)纖維(簡稱“光纖”)6、耦合鏡4和刀頭61，激光光源10用于輸出激光束14，耦合鏡4位于激光束14的傳輸光路上，用于折射并匯聚激光束14，光導(dǎo)纖維6的一端位于耦合鏡4的焦點(diǎn)處，用于傳輸激光。激光手木刀的應(yīng)用需要激光發(fā)生裝置，即激光光源10，來輸出激光光束，從而能夠利用激光能量切割組織并凝固創(chuàng)面組織封閉血管未端來止血。
激光光源一般包括激光器、激光電源和冷卻系統(tǒng)，其中，激光器包括工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)和激光諧振腔，工作物質(zhì)有合適的能級結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；泵浦系統(tǒng)使工作物質(zhì)中的原子激發(fā)，維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；激光諧振腔保證光放大，使激光有良好的方向性和単色性；激光電源13用于驅(qū)動(dòng)泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生能量使工作物質(zhì)中的原子激發(fā)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；因?yàn)榧す猱a(chǎn)生過程中會(huì)散發(fā)很多的熱量，溫度的升高會(huì)影響激光光源的性能，所以必須設(shè)置冷卻系統(tǒng)16來帶走熱量，保證激光光源的性能。如圖I所示，激光手木刀裝置還包括一個(gè)開關(guān)裝置20，用戶可以通過開關(guān)裝置20來打開或斷開激光電源13，從而控制刀頭61的溫度升高或?yàn)槌兀ＷC在手術(shù)過程中激光手木刀裝置只對需要治療的組織進(jìn)行切割，防止額外損傷其它組織，如穿刺治療過程中，只有當(dāng)?shù)额^61到達(dá)需要治療的組織時(shí)才打開開關(guān)裝置20，使刀頭61的溫度升高。圖2所示為本實(shí)施例所提供的刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示,刀頭61為中空結(jié)構(gòu)，且刀頭61的一端開ロ，另一端封閉；光導(dǎo)纖維6的另一端穿過刀頭61的開ロ端ロ位于刀頭61的中空腔內(nèi)；光導(dǎo)纖維6的另一端與刀頭61的封閉端之間填充有激光吸收介質(zhì)68,用于將吸收的激光能量轉(zhuǎn)換成熱量，并將熱量傳遞給刀頭61。本實(shí)施例所提供的激光光源可以采用多種形式實(shí)現(xiàn)，并不限于圖I所示，能提供激光束即可。各種激光器都可以用在激光光源10中，如固體激光器、半導(dǎo)體激光器，用于產(chǎn)生激光，提供激光手木刀裝置的激光能量來源。其中,光纖6優(yōu)選單芯光導(dǎo)纖維,其直徑可以為50微米-1000微米。本實(shí)施例中，單芯光導(dǎo)纖維的直徑選用為600微米，該尺寸的單芯光導(dǎo)纖維可以滿足傳輸需要，具有一定的強(qiáng)度，可以有較好的手感；刀頭61用于連接和固定光纖6、裝載吸收介質(zhì)68，并提供生物相容、傳熱良好的作用表面，刀頭61中空腔的內(nèi)徑大于光纖6的芯徑，以便將光纖6內(nèi)置于刀頭61的中空腔內(nèi)，本實(shí)施中刀頭61的封閉端優(yōu)選為球面，刀頭61的材料可以有很多種選擇，只要滿足生物相容且傳熱良好即可，本實(shí)施例中選擇石英，則刀頭61的形狀為ー端開ロ另一端封閉且為中空結(jié)構(gòu)的石英帽；激光吸收介質(zhì)68優(yōu)選為對激光的吸收系數(shù)大于95%的微顆粒狀材料，能有效吸收激光能量，防止激光透過刀頭61進(jìn)入較深的組織，引起額外損失，本實(shí)施例中激光吸收介質(zhì)68可以選擇石墨粉；本實(shí)施例中激光光源10輸出的激光束14波長是810-1550nm，保證輸出的激光能夠被激光吸收介質(zhì)68充分有效地吸收，將激光能量轉(zhuǎn)換成熱量傳遞給刀頭。
本實(shí)施例所提供的激光手木刀裝置的工作原理為打開激光電源驅(qū)動(dòng)激光光源10產(chǎn)生激光束14，設(shè)置在激光束14傳輸光路上的耦合鏡4折射并匯聚激光束14，匯聚后的激光束14進(jìn)入設(shè)置在耦合鏡4焦點(diǎn)處的光纖6，光纖6傳輸激光，在刀頭61的中空腔內(nèi)，激光吸收介質(zhì)68有效吸收光纖6傳輸?shù)募す?，將激光能量轉(zhuǎn)換成熱量傳遞給刀頭61，刀頭61的溫度升高，從而可以汽化組織進(jìn)行切割，井能夠凝固創(chuàng)面組織封閉血管未端止血。本發(fā)明通過將光纖6內(nèi)置于刀頭61的中空 腔內(nèi)，并在光纖6與刀頭61的封閉端之間填充激光吸收介質(zhì)68，有效吸收光纖6傳輸?shù)募す饽芰哭D(zhuǎn)換成熱量，并將熱量傳遞給刀頭61，從而汽化組織切割組織，克服了用激光直接照射組織進(jìn)行切割造成的創(chuàng)面不平整問題，切割性能穩(wěn)定，消除了激光波長對軟組織的吸收光譜匹配依賴，進(jìn)一歩防止了因激光進(jìn)入較深組織弓I起的額外損傷。實(shí)施例ニ激光手木刀裝置中利用激光能量的關(guān)鍵技術(shù)之ー是控制激光光源10輸出激光的平均功率，控制激光光源10輸出激光的平均功率的方法有兩種一種是控制激光光源10輸出激光的占空比；一種是控制連續(xù)輸出激光時(shí)激光光源10輸出激光的功率，S卩對于可以安裝聲光調(diào)制器的激光器，則可以通過控制聲光調(diào)制器調(diào)節(jié)輸出激光的占空比來調(diào)節(jié)激光光源10輸出激光的平均功率；對于可以調(diào)節(jié)連續(xù)輸出激光時(shí)激光光源10輸出激光的功率的激光器，如調(diào)節(jié)激光器的工作電流、泵浦燈的電流、泵浦激光的功率等，則可以調(diào)節(jié)連續(xù)輸出激光時(shí)激光光源10輸出激光的功率。當(dāng)然也可以綜合使用這兩種方式來控制輸出激光的平均功率。在選擇通過哪種方式控制激光光源10輸出激光的平均功率吋，需要保證激光光源10性能的穩(wěn)定性，無論選擇哪種方式，其都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。實(shí)際應(yīng)用中，為了保證激光光源10性能的穩(wěn)定性，對于通過不同激光器提供激光能量的激光手木刀裝置，控制激光光源輸出激光的平均功率選擇的方式也不同。圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制裝置組成示意圖，當(dāng)通過開關(guān)裝置20控制刀頭61的溫度升高至治療所需要的設(shè)定溫度時(shí)，控制裝置3進(jìn)ー步穩(wěn)定刀頭61的溫度為治療所需要的設(shè)定溫度。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例ニ所提供的激光手木刀裝置中的控制裝置3包括交互裝置31、采集裝置32、比較裝置33和調(diào)節(jié)裝置34。其中，交互裝置31，用于接收用戶的控制指令來設(shè)定激光光源10輸出激光的平均功率，以使刀頭61達(dá)到設(shè)定工作溫度；交互裝置31可以包括輸入裝置和顯示裝置，其中輸入裝置，如觸摸屏，用于接收用戶輸入的控制指令，并將控制指令傳輸?shù)较鄳?yīng)裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制操作；顯示裝置，如IXD顯示屏，用于顯示測控?cái)?shù)據(jù)，包括設(shè)定的刀頭61的工作溫度、刀頭61的當(dāng)前工作溫度、激光光源10輸出激光的平均功率等。為設(shè)定刀頭61的工作溫度，交互裝置31接收的用戶的控制指令，該控制指令可以為設(shè)定的刀頭61的工作溫度值，也可以為激光光源10輸出激光的占空比值，還可以為激光光源10輸出激光的平均功率值，控制裝置3根據(jù)此控制指令控制激光光源10輸出激光的平均功率，并最終控制刀頭61的當(dāng)前工作溫度為設(shè)定的工作溫度，此處設(shè)定的工作溫度即為治療所需要的設(shè)定溫度。本實(shí)施例中，交互裝置31接收控制指令設(shè)定的刀頭61的工作溫度范圍為38°C -600°C，可以產(chǎn)生軟組織汽化切割、干燥、炭化和凝固作用，滿足各種外科手術(shù)的切割、止血的治療需要和組織熱消融治療的需要，特別適合血運(yùn)豐富的實(shí)質(zhì)器官手術(shù)使用，具有軟組織切割表面光滑平整和止血能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。采集裝置32，用于采集刀頭61的當(dāng)前工作溫度；如圖2所示，本實(shí)施例中采集裝置32優(yōu)選K型熱電偶69，設(shè)置在刀頭61的激光吸收介質(zhì)68中，用于采集刀頭61的當(dāng)前工作溫度，因?yàn)闊犭娕?9的測量范圍大且熱響應(yīng)時(shí)間快，能夠滿足本實(shí)施例中激光手術(shù)刀裝置控制溫度范圍寬和實(shí)時(shí)監(jiān)測刀頭61當(dāng)前エ作溫度的需求。其中，熱電偶69通過兩條弓丨出線64和65引出，并通過連接器62將采集到的刀頭61的當(dāng)前工作溫度電壓信號通過電纜3b傳輸?shù)奖容^裝置33 ;兩條引出線64和65之間填充有絕緣填充介質(zhì)67，用于所述兩條引出線之間的絕緣，絕緣填充介質(zhì)67優(yōu)選為為500目粒度的石英顆粒；刀頭61的開ロ端ロ設(shè)置有密封裝置66，用于密封刀頭61、光纖6和引出線64和65之間的空隙。
其中，光纖6不在刀頭6中空腔內(nèi)的部分還包裹有光纖保護(hù)層63，用于保護(hù)光纖6和熱電偶引出線64和65。在采集裝置31的連接器62和比較裝置33之間還可以設(shè)置電壓放大裝置35，用于放大采集裝置32采集的刀頭61的當(dāng)前工作溫度電壓信號。比較裝置33，用于比較刀頭61的當(dāng)前工作溫度和用戶通過交互裝置31設(shè)定的刀頭61的工作溫度，當(dāng)?shù)额^61的當(dāng)前工作溫度與用戶通過交互裝置31設(shè)定的刀頭61的エ作溫度之差A(yù) T不為零時(shí)，輸出A T到調(diào)節(jié)裝置34。調(diào)節(jié)裝置34，用于根據(jù)AT調(diào)節(jié)激光光源10輸出激光的平均功率。調(diào)節(jié)裝置34可具體包括功率減小單元341，用于當(dāng)AT大于零吋，減小激光光源10輸出激光的平均功率；功率增大單元342，用于當(dāng)AT小于零時(shí)，増加激光光源10輸出激光的平均功率。下面僅以調(diào)節(jié)固體激光器和半導(dǎo)體激光器輸出激光的平均功率為例，來說明調(diào)節(jié)裝置34的具體工作過程。調(diào)節(jié)固體激光器輸出激光的平均功率時(shí)，調(diào)節(jié)裝置34的具體工作過程為結(jié)合圖I所示，為實(shí)現(xiàn)對輸出激光平均功率的調(diào)節(jié)，本實(shí)施例中通過固體激光器提供激光能量的激光手木刀裝置還包括聲光開關(guān)2，設(shè)置在激光諧振腔中靠近全反射鏡12 —側(cè)，可以通過聲光開關(guān)2調(diào)制輸出激光束14的占空比，從而來調(diào)節(jié)輸出激光束14的平均功率；聲光開關(guān)驅(qū)動(dòng)電源21，通過電纜22與聲光開關(guān)2連接，用于驅(qū)動(dòng)聲光開關(guān)2，使固體激光器I產(chǎn)生激光振蕩或停止激光振蕩。其中，本實(shí)施例中固體激光器I的泵浦系統(tǒng)8優(yōu)選半導(dǎo)體激光泵浦，半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器I中用激光二極管代替閃光燈泵浦工作物質(zhì)，具有效率高、體積小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)；激光電源13，通過電纜15與半導(dǎo)體激光泵浦系統(tǒng)8連接，用于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光泵浦使固體工作物質(zhì)產(chǎn)生激光；輸出鏡11和全反射鏡12構(gòu)成半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器I的激光諧振腔；耦合鏡4，用于折射并匯聚激光束14 ;光纖連接器5，用于固定光纖連接器5插頭端面中心在激光匯聚焦點(diǎn)；光纖6,用于傳輸激光能量,光纖6的一端通過光纖連接器5固定在激光匯聚焦點(diǎn)，使激光進(jìn)入光纖6 ;冷卻系統(tǒng)16，通過出水管18和回水管17與半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器I泵浦系統(tǒng)8連接，用于冷卻半導(dǎo)體激光泵浦系統(tǒng)8。
本實(shí)施例中激光手木刀裝置的控制裝置3，通過電纜3a與聲光開關(guān)驅(qū)動(dòng)電源21連接、通過電纜3c與激光電源13連接、通過電纜3d與冷卻系統(tǒng)16連接，用于控制所述刀頭的工作溫度穩(wěn)定在設(shè)定的所述刀頭的工作溫度。結(jié)合圖I和圖3所示，對于通過固體激光器提供激光能量的激光手木刀裝置，調(diào)節(jié)裝置34控制聲光開關(guān)2調(diào)制固體激光器I輸出激光脈沖的占空比，提供了快速響應(yīng)、反饋補(bǔ)償光纖刀頭的溫度變化。圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例中激光占空比調(diào)制示意圖，其中セ 是調(diào)制輸出激光的脈沖寬度，T是激光調(diào)制脈沖的重復(fù)周期，P是連續(xù)激光的輸出功率。調(diào)制輸出的激光平均功率可以由下式計(jì)算得出
權(quán)利要求
1.一種激光手木刀裝置，包括激光光源、光導(dǎo)纖維、耦合鏡和刀頭，所述激光光源用于輸出激光束，所述耦合鏡位于所述激光束的傳輸光路上，用于折射并匯聚所述激光束，所述光導(dǎo)纖維的一端位于所述耦合鏡的焦點(diǎn)處，用于傳輸激光，其特征在干， 所述刀頭為中空結(jié)構(gòu)，且所述刀頭的一端開ロ，另一端封閉； 所述光導(dǎo)纖維的另一端穿過所述刀頭的開ロ端ロ位于所述刀頭的中空腔內(nèi)； 所述光導(dǎo)纖維的所述另一端與所述刀頭的封閉端之間填充有激光吸收介質(zhì)，用于將吸收的激光能量轉(zhuǎn)換成熱量，并將所述熱量傳遞給所述刀頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光手木刀裝置，其特征在于，還包括 控制裝置，用于控制所述刀頭的工作溫度穩(wěn)定在設(shè)定的所述刀頭的工作溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述控制裝置包括 交互裝置，用于接收用戶的控制指令來設(shè)定所述激光光源輸出激光的平均功率，以使所述刀頭達(dá)到設(shè)定工作溫度； 采集裝置，用于采集所述刀頭的當(dāng)前工作溫度； 比較裝置，用于比較所述刀頭的當(dāng)前工作溫度和所述設(shè)定工作溫度，當(dāng)所述刀頭的當(dāng)前工作溫度與所述設(shè)定工作溫度之差A(yù)T不為零時(shí)，輸出AT到調(diào)節(jié)裝置； 調(diào)節(jié)裝置，用于根據(jù)所述△ T調(diào)節(jié)所述激光光源輸出激光的平均功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置包括 功率減小單元，用于當(dāng)AT大于零時(shí)，減小所述激光光源輸出激光的平均功率； 功率增大單元，用于當(dāng)AT小于零時(shí)，増加所述激光光源輸出激光的平均功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括電壓放大裝置，連接在所述采集裝置和比較裝置之間，用于放大所述采集裝置采集的所述刀頭的工作溫度電壓信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述交互裝置接收控制指令設(shè)定的所述刀頭的工作溫度范圍為38°C -600°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述采集裝置為熱電偶，所述熱電偶設(shè)置在所述激光吸收介質(zhì)中； 所述熱電偶通過兩條弓丨出線引出，并通過連接器將采集到的所述刀頭的工作溫度電壓信號傳輸?shù)剿霰容^裝置； 所述兩條引出線之間填充有絕緣填充介質(zhì)，用于所述兩條引出線之間的絕緣； 所述刀頭的開ロ端ロ設(shè)置有密封裝置，用于密封所述刀頭、光導(dǎo)纖維和引出線之間的空隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述刀頭的材料為石英。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述激光吸收介質(zhì)為對激光的吸收系數(shù)大于95%的顆粒狀材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光手木刀裝置，其特征在干，所述激光吸收介質(zhì)為石墨粉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光手術(shù)刀裝置，包括激光光源、光導(dǎo)纖維、耦合鏡和刀頭，激光光源用于輸出激光，耦合鏡位于激光的傳輸光路上，用于折射并匯聚所述激光，光導(dǎo)纖維的一端位于所述耦合鏡的焦點(diǎn)處，用于傳輸激光。其中，刀頭為中空結(jié)構(gòu)，且刀頭的一端開口，另一端封閉；光導(dǎo)纖維的另一端穿過刀頭的開口端口位于刀頭的中空腔內(nèi)；該光導(dǎo)纖維的另一端與刀頭的封閉端之間填充有激光吸收介質(zhì)，用于將吸收的激光能量轉(zhuǎn)換成熱量，并將熱量傳遞給刀頭。本發(fā)明提供的激光手術(shù)刀裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中利用激光直接照射切割組織造成的創(chuàng)面不平整問題，消除了激光波長對組織吸收光譜的匹配依賴。
文檔編號A61B18/28GK102860872SQ20121018012
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者梁志遠(yuǎn), 劉加峰, 張祿鵬 申請人:首都醫(yī)科大學(xué)