專利名稱：激光傳輸探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光傳輸探頭，它可將激光傳輸?shù)街T如人體之類的動物活組織，以實現(xiàn)對活組織的切開、汽化或者熱療。
諸如用激光照射來切開動物有機體活組織之類的醫(yī)療方法由于能夠止血近來很引人注目。
在傳統(tǒng)的方法中，激光從一個不與活組織相接觸的光纖系統(tǒng)的前端射出。但這種方法會造成光纖前端部分嚴重損壞。因此，以后一直采用下述的一種方法首先，激光在傳輸?shù)揭粋€光纖系統(tǒng)之后被送入一個可與或者不與活組織相接觸的傳輸探頭(以后“活組織”有時只用“組織”表示)。而后從探頭表面發(fā)射的激光照射在組織上。
發(fā)明者研制了多種用于各種目的的接觸探頭。一個實施例如

圖15中所示。這種探頭50是用藍寶石、石英及類似材料制成的，并且通常其前端部分被削尖成為均勻的錐形。
然而，參看圖15，激光L通過一根光纖(51)送入帶有圓尖的細長錐形的并且外表面平滑的探頭50。通過探頭50的激光L由內(nèi)表面反射和折射到尖端，最終從尖端射出。
在這種情況下，激光L的功率密度和功率分布分別如圖15中輪廓線H和曲線Pd所示。因此，顯然激光L是從探頭50的尖端集中發(fā)射的。從而，激光照射的有效區(qū)域很小，并且僅存在于與探頭插入部分鄰近的活組織。
另一方面，當進行醫(yī)療手術(shù)時，需要諸如組織的剖切、汽化、剝離以及有時對潰瘍組織進行止血之類的外科處置。
在這些原有方法中，剝離無法用激光照射來完成，因而，一向只能用機械切開。而且，當剝離帶有潰瘍組織的較大目標區(qū)域時，手術(shù)刀必須一點點地移動許多次。
因此，此項發(fā)明的一個目標就是提供一種激光傳輸探頭，它可有效地實現(xiàn)諸如剝離和止血以及剖切和汽化之類的對活組織的處置。
此項發(fā)明的特點是激光傳輸探頭有一個激光從中穿過的基體部分，其前端部分有激光從中射出并且至少有一平坦表面。
在一個優(yōu)選實施例中，基體部分有一錐形部，并且在前端錐形部至少一側(cè)加工出平坦表面。
在另一個優(yōu)選實施例中，探頭相對于其軸線對稱。
在又一個優(yōu)選實施例中，至少在平坦表面上加有一層含有激光吸收顆粒、具有其折射率大于探頭材料折射率的激光散射顆粒和由激光透射材料制成的粘合劑的表面層。并且，該表面層最好加在至少覆蓋平坦表面的粗糙表面上。
以后，探頭前端部分有至少一個平坦表面的部分用平坦部來表示。
根據(jù)此項發(fā)明，出自探頭尖端的激光功率通常最高，出自平坦部兩側(cè)邊緣的為次，而出自平坦表面的為最低，盡管功率會因探頭結(jié)構(gòu)而略有變化。因此，在激光送入探頭之后，通過從尖端射出激光，可以有效地切開組織，而通過從平坦表面射出，可以進行諸如對潰瘍組織進行硬化之類的需要較低激光能量的處置。而后，用平坦部的側(cè)緣，可以輕易地完成剝離或者所謂的側(cè)切。而且，通過將尖端或平坦部的兩側(cè)邊緣插入組織中，可以對小目標區(qū)域進行處置。因而，僅用這種探頭就可進行各種外科處置，不需要任何其它專用的探頭。也就是說，這種探頭可以適用于多種目的。
有了表面層，由于在該表面層中含有上述三種顆粒，增大了激光照射的有效面積，并加速了組織的汽化。因而，組織可以用較低的激光能量切開。從而，當組織被切開時，探頭可以迅速地移動。結(jié)果，外科手術(shù)可以在短時間內(nèi)完成，并且只用一臺廉價的小型激光發(fā)生器。
此項發(fā)明的更多的目的和優(yōu)點，參照清楚表示此項發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖，從以下說明中明顯可見。
圖1為本發(fā)明涉及的探頭及其固定部件的縱剖面;
圖2為探頭的正視圖;
圖3為其側(cè)視圖;
圖4為其沿縱向依次表示出的橫剖面;
圖5為另一探頭的側(cè)視圖;
圖6為又一探頭的正視圖;
圖7和8為覆蓋在透射部件的表面層的放大剖面;
圖9為一示意圖，表示用探頭進行剖切或剝離的手術(shù);
圖10為一示意圖，表示用平坦部的側(cè)邊進行剖切或剝離的手術(shù);
圖11為一示意圖，表示用平坦表面進行止血的手術(shù);
圖12為另一探頭的透視圖;
圖13為一示意圖，表示探頭的尖端和實驗中功率密度分布圖;
圖14為表示圖13中實驗結(jié)果的圖形;
圖15為一傳統(tǒng)探頭的正視圖。
現(xiàn)對此項發(fā)明作更詳細的說明。
如圖1、2、3和4所示，探頭10是相對于探頭10軸線對稱的，并且具有一個基體部分，它包括沿激光透射方向在其上部的圓柱形部10A、在其下部大致的錐形部10B和在錐形部10B兩側(cè)的兩個平坦表面10C。平坦表面是通過部分地縱向切除錐形部10B兩側(cè)形成的。盡管可以對平坦表面10C的尖端形狀作適當選擇，從圖2中可見，在此實施例中錐形部10B并不是準確的錐形，其形狀大致為一半圓形。如圖4所示，由于錐形部10B被削至尖端，所以顯然兩個平坦表面10C之間的距離逐漸縮小直至平坦表面10C的尖端。
在一個改進的實施例中，盡管未予表示，基體部分在其下部有一準確的錐形部，而后在該準確的錐形部的兩側(cè)加工出平坦表面。
圖5表示具有另一種結(jié)構(gòu)的探頭的側(cè)視圖。這種探頭10是相對于探頭10軸線對稱的。而后，在探頭10的基體部分，一個在其兩側(cè)有兩個平坦表面10C的細長錐形平坦部從一圓柱形部10A中伸出。圖6表示具有另一種結(jié)構(gòu)的探頭的正視圖。在這種探頭10的基體部分，一個至少有一平坦表面10C并且其上部削下一段而下部至端頭基本保持同一直徑的平坦部從一圓柱形部中伸出。因而，平坦表面10C的上部基本上是一橢圓形的一部分，而平坦表面10C的下部基本上為一矩形。
上述帶有平坦表面10C的各種探頭10分別用固定部件來固定，例如如圖1所示。
探頭10的圓柱形部10A插入圓筒形插座33，并通過插入接合部分33a、在接合面施用某種陶瓷粘合劑或者將兩種方法結(jié)合起來而牢固地固定在那里。插座33在其內(nèi)表面有一陰螺紋34，用來以可拆卸的方式與插頭35的陽螺紋相配合。插座33帶有通孔38，可作為冷卻水W進出的通道。通孔38設(shè)置得鄰近探頭10光接收底面的頂端，例如設(shè)置在插座33圓周上相對處。圖1中僅表示了其中一個。
另一方面，插頭35被按壓插入用比如特福隆(聚四氟乙烯的商標)制成的彈性套筒插座39的端部。為實現(xiàn)這種扣合，插頭35在其端部有階形部40，以求用套筒插座39將其牢固地固定以致無法被取下。
用于激光傳輸?shù)墓饫w11插入套筒插座39和插頭35。在光纖11和套筒插座39之間有一通道作為冷卻水W的通道。傳輸光纖11在階形部40緊密插入套筒插座39。而后，階形部40有比如說兩個在階形部40圓周上相對處加工出的槽縫40a，使冷卻水W能從中通過。而且還在插頭35端部的內(nèi)表面和傳輸光纖11的外表面之間設(shè)有供冷卻水W通過的間隙。
當插座33與插頭35配合連接時，用上述固定部件固定的探頭可作為激光發(fā)射器。在這種情況下，該發(fā)射器可裝入一只內(nèi)窺鏡和某些其它載體中。這樣做時，通過傳輸光纖11引入的脈沖激光可從光接收底面37透入探頭10，從而，從探頭10的插入部分30的整個外表面射出。同時，冷卻水W通過通道42、槽縫40a和間隙41送入，以冷卻探頭10，進而從開口38排出，流到活組織表面以將其冷卻。
以下將說明加在透射部件1上用以實現(xiàn)有效的激光照射的表面層5。
圖7表示覆蓋在上述圖1、2、3和4所述探頭上的表面層5的放大剖面。
如圖7所示，由探頭構(gòu)成的透射部件1覆蓋有表面層5，其中含有用折射率大于透射部件1的藍寶石和類似材料制成的光散射顆粒2。當從透射部件1射出的激光L通過表面層5時，照在光散射顆粒2上的激光L部分地在光散射顆粒2表面被反射，或部分地穿入其中并經(jīng)折射而從顆粒2中射出。因而，激光L是沿各個方向從整個表面層5中射出的。這就產(chǎn)生了大面積的激光照射。
而且，表面層5還含有用碳和類似材料制成的激光吸收顆粒3。因而，當激光L照在激光吸收顆粒3上時，激光L能量大部分被激光吸收顆粒3轉(zhuǎn)換成熱能，組織被來自表面層5的熱能加熱。
這樣做，由于加速了組織的汽化，組織可以用通過透射部件1的較低激光能量來切開。因而，當組織被切開時，透射部件1可以迅速移動。換句話說，探頭10可以迅速移動。而且，當激光穿過透射部件1時不需要高功率的激光。結(jié)果，醫(yī)療手術(shù)可在短時間內(nèi)完成，而且只用一臺廉價的小型激光發(fā)生器。
另一方面，作為表面層的制作方法，比如說，如果含有激光吸收顆粒3和激光散射顆粒2的混合物覆蓋在透射部件1的表面上，混合介質(zhì)蒸發(fā)之后，探頭10與組織或其它物體的接觸會對表面層5造成損壞。因為兩種顆粒2、3都是靠物理吸附力附著在透射部件1的表面的。
因此，用某種可將激光吸收顆粒3和激光散射顆粒2粘附在透射部件1表面的粘合劑，表面層5對透射部件1的附著得以加強。
在這種情況下，粘合劑最好用諸如石英和類似的光透射材料4制成，以確保激光從表面層5發(fā)射出來。最好用具有與透射部件1相同或更低熔點的激光透射顆粒作為透射材料4，并將其與吸收顆粒3和光散射顆粒2在諸如水之類的適當液體中混合。而后涂有這種混合物的透射部件1在高于透射顆粒熔點且以透射部件1可保持其形狀為限的溫度下焙烘。因而，作為粘合劑的透射顆粒熔化，與激光吸收顆粒3和光散射顆粒2一起形成高機械強度的表面層5。從而，表面層5的損壞可因其高強度而減少。
而且，如圖8所示，在透射部件1上面表面層5下面加工出一粗糙表面，可提高激光散射效果。
構(gòu)成此項發(fā)明探頭的透射部件1最好用某種具有耐熱性能的諸如金剛石、藍寶石、石英之類的天然或人造陶瓷材料制成。
對激光具有大于透射部件1的折射率的光散射顆粒2是天然或人造材料制成的，諸如金鋼石、藍寶石、石英(熔點最好比較高)、氧化鋯單晶、高熔點玻璃、透射且耐熱合成樹脂、激光反射金屬、以及某種激光反射或非反射而用鍍覆之類的表面處理方法敷有諸如金、鋁之類激光反射金屬的金屬顆粒。
透射材料4最好用熔化后可形成薄膜的透射顆粒制成，而且最好具有耐熱性能，諸如天然或人造的藍寶石、石英、玻璃、透射且耐熱的合成樹脂之類?？紤]到與透射材料4的關(guān)系，合適的透射材料可從這些材料中選出。
激光吸收顆粒3用碳、石墨、氧化鐵、二氧化錳及任何其它能吸收激光產(chǎn)生熱能的材料制成。
表面層內(nèi)每種顆粒的含量(重量百分比)和每種顆粒的大小最好分別在下表所示的范圍之內(nèi)。更可取的每種含量和顆粒大小列在括號中。
含量(重量百分比) 平均顆粒大小(微米)光散射顆粒(A) 90-1 0.2-300(70-20) (1-50)透射顆粒(B) 10-90 0.2-500(20-50)吸收顆粒(C) 90-1 0.2-500(70-10) (1-100)表面層的厚度最好為10微米至5毫米，更可取的為30微米至1毫米。表面層是用以下方法形成的。如果用一次下述方法形成表面層達不到所需的厚度，應(yīng)重復(fù)幾次直到獲得所需的厚度;
第一種方法將三種顆粒在一種混合介質(zhì)中混合。而后，將介質(zhì)加熱到高于透射顆粒熔點的溫度。最后，將透射部件浸入加熱的混合物中。
第二種方法將三種顆粒熔化后噴涂在透射部件上。
而且，還可以采用其它形成表面層的適當方法。
用上述第一種方法，混有三種顆粒的混合物可以涂在透射部件上。而且，這種涂覆方法簡單易行，因為所要做的只是將透射部件需要覆上表面層的部分浸入混合物中而后從中取出。因而，這種方法是實用而又可取的。
作為混合介質(zhì)，可以用諸如水、乙醇或兩者混合體之類的適當液體。還可以加入食糖或淀粉以增加混合介質(zhì)的粘度。
如前所述，根據(jù)此項發(fā)明，在透射部件1表面形成表面層5可擴大激光照射的有效面積，這是因為激光是從表面層5沿許多方向廣泛射出的。
另一方面，發(fā)明者完成了如下實驗，用的是一種錐形探頭，盡管它沒有平坦表面。
在下面幾段中，光散射顆粒、透射顆粒和激光吸收顆粒的含量分別稱作(A)、(B)和(C)。發(fā)明者觀察了在確定條件(A)∶(B)＝2∶1下下面兩個參數(shù)相對于C的各自的變化。一個觀察參數(shù)是剛足以切開豬肝的激光功率。另一個參數(shù)是在受治組織碳化層X之下的凝結(jié)層Y的深度T(T，Y和X如圖13所示)。而后，從圖14所示結(jié)果可了解下列事項。
根據(jù)功率和(C)百分比的關(guān)系，當(C)百分比較高時，可用較低的激光功率來切開，因而探頭有可能迅速移動。而后，根據(jù)深度T與(C)百分比的關(guān)系，當(C)百分比上升時，深度T下降。由于根據(jù)深度T可以了解止血效果，當(C)百分比上升時對受治組織的止血作用會變小。
因此，表面層內(nèi)有較高(C)百分比的探頭可以用來有效地切開諸如皮膚、脂肪層之類的在一定程度可經(jīng)受損壞的組織。
另一方面，具有較低(C)百分比的探頭可以用來切開止血被認為對其很重要的組織。這種類型的組織是比如說肝臟、心臟等。在這種情況下，顯然從激光發(fā)生器輸出的激光功率必須提高，并且探頭必須緩慢移動。
參照這項實驗及類似內(nèi)容，發(fā)明者引入了兩個方程(1)和(2)
((C))/((A)+(B)+(C)) ∞ (加熱用激光量)/(入射激光能量) (1)((A)+(B))/((A)+(B)+(C)) ∞ (傳輸激光量)/(入射激光能量) (2)方程(1)意味著當(C)增加時產(chǎn)熱增多。因而，在較高的(C)百分比條件下，切開主要靠汽化來進行。因此，由于大部分入射激光能量用于加熱，激光無法進入組織很深。結(jié)果，凝結(jié)層深度減小。
方程(2)意味著當(C)減小時進入組織的激光增加。因而，在較低的(C)百分比條件下，吸收激光的組織被加熱，從而在組織內(nèi)造成凝結(jié)。
無需言明，這些結(jié)論符合上述圖14所示實驗結(jié)果。
因此，如果事先制備幾種僅在表面層內(nèi)(C)百分比有所不同的探頭，就可以根據(jù)醫(yī)療目的選用合適的探頭，以此就可以輕易地完成適當?shù)奶幹?。而且，根?jù)此項發(fā)明，由于探頭10有至少一個平坦表面，可以完成更多種處置。
現(xiàn)參照圖9、10和11對此項發(fā)明探頭10的操作予以說明。
首先，用此項發(fā)明的探頭10，可以切開或剝離組織。在這種情況下，如圖9所示，探頭向左或沿該圖中箭頭所示的方向移動并且/或者沿與移動方向垂直的方向擺動。作為另一種方法，探頭10可以垂直放置在組織表面從而豎直切開組織。
其次，如圖10所示，可以用沿該圖中箭頭所示方向移動的平坦部兩側(cè)邊緣切除或剝離生長在組織上的腫瘤等。
再次，如圖11所示，對潰瘍部位的止血可以用來自對準潰瘍部位的平坦表面10C的小能量激光照射來完成。
圖12表示探頭10的另一個實施例，基體部分的前端部分在縱剖面內(nèi)以一定角度彎曲。在這種探頭10上，彎曲的前端部分至少有一平坦表面10C。用這種探頭10，可以獲得另一種激光照射的有效區(qū)域。
盡管優(yōu)選實施例已得以說明，顯然此項發(fā)明并不限于這些特定的實施例。
權(quán)利要求
1.一種激光傳輸探頭，它包括激光從中穿過并且所述激光從其前端部分射出而又有至少一平坦表面的基體部分。
2.權(quán)利要求1所述的激光傳輸探頭，其中所述基體部分有一錐形部且所述平坦表面做在所述錐形部至少一側(cè)。
3.權(quán)利要求1所述的激光傳輸探頭，其中所述探頭相對于所述探頭軸線對稱。
4.權(quán)利要求1所述的激光傳輸探頭，其中所述前端部分在縱剖面內(nèi)至少部分地以一定角度彎曲。
5.權(quán)利要求1所述的激光傳輸探頭，其中在至少所述平坦表面上加有一含有激光吸收顆粒和具有其折射率大于所述探頭材料的折射率的激光散射顆粒的表面層。
6.權(quán)利要求1所述激光傳輸探頭，其中在至少所述平坦表面上加有一含有激光吸收顆粒、具有其折射率大于所述探頭材料的折射率的激光散射顆粒和用某種激光透射材料制成的粘合劑的表面層。
7.權(quán)利要求5或6所述的激光傳輸探頭，其中所述表面層做在一在至少所述平坦表面上形成的粗糙表面上。
全文摘要
一種激光傳輸探頭，有至少一平坦表面，可將激光傳輸?shù)交罱M織以實現(xiàn)剖切、汽化、剝離和止血。按一個優(yōu)選實施例，探頭基體部分有一圓柱形部、一錐形部和兩個加工在錐形部兩側(cè)的平坦表面。一含有激光吸收顆粒、具有大于探頭材料的折射率的激光散射顆粒和用某種激光透射材料制成的粘合劑的表面層加在平坦表面上實現(xiàn)有效的激光照射。由于帶有平坦表面的平坦部的結(jié)構(gòu)，僅用這種探頭即可對組織上各種處置目標區(qū)域進行各種外科處置。
文檔編號A61B18/20GK1048318SQ9010330
公開日1991年1月9日 申請日期1990年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月30日
發(fā)明者大工園則雄 申請人:外科雷射科技日本公司