專利名稱：激光手術刀裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械結構技木，特別是一種激光手木刀裝置。
背景技術：
外科手術的進步是與手木刀的發明和發展密切相關的，傳統手木刀的刀鋒能夠切割軟組織，同時也會切斷組織中的血管，造成創面出血，術中需要不斷進行止血操作，延長了手術時間，術后容易引起一系列并發癥。如何在切割組織的同時有效對創面止血，是手術刀技術領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。現有技術中的激光手木刀，利用機械導光臂或光導纖維傳輸激光，用激光照射組織，組織或組織中的水分吸收激光能量轉化成熱量，從而汽化組織用于切割，同時還能夠凝 固血液止血，但不同的組織對激光的吸收系數不一樣，同一組織對不同波長的激光吸收系數也不一樣，因此，在手術過程中，波長單ー的激光手木刀照射到不同組織時，不同組織對激光的吸收系數不一樣，從而汽化程度不同，造成創面不平整問題，切割性能不穩定，不能滿足手術過程中的多種需要，而多波長激光手木刀波長轉換技術復雜，對傳輸光纖損耗均衡要求高，設備成本高。
發明內容
本發明提供一種用于激光手木刀裝置，用以解決現有技術中激光手木刀切割組織時創面不平整問題，消除激光波長對組織吸收光譜的匹配依賴。本發明提供一種激光手木刀裝置，包括激光光源、光導纖維、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，所述光導纖維的一端位于所述耦合鏡的焦點處，用于傳輸激光，其特征在干，所述刀頭為中空結構，且所述刀頭的一端開ロ，另一端封閉；所述光導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；所述光導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，用于將吸收的激光能量轉換成熱量，并將所述熱量傳遞給所述刀頭。本發明提供的激光手木刀裝置通過將光纖內置于刀頭的中空腔內，利用激光吸收介質吸收光纖輸出的激光并轉換成熱量，將所述熱量傳遞給刀頭來汽化組織達到切割組織的目的，克服了現有技術中利用激光直接照射切割組織造成的創面不平整問題，消除了激光波長對組織吸收光譜的匹配依賴。
圖I為本發明實施例一中激光手木刀裝置的組成示意圖；圖2為本發明實施例一中刀頭的結構示意圖；圖3為本發明實施例ニ中控制裝置的組成示意圖；圖4為本發明實施例ニ中激光占空比調制示意圖。
具體實施例方式為使本發明的技術方案更加清楚，下面將結合實施例及附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例一圖I所示為本發明實施例一中激光手術刀裝置的組成示意圖。如圖I所示，本實施例所提供的激光手木刀裝置包括激光光源10、光導纖維(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，光導纖維6的一端位于耦合鏡4的焦點處，用于傳輸激光。激光手木刀的應用需要激光發生裝置，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，其中，激光器包括工作物質、泵浦系統和激光諧振腔，工作物質有合適的能級結構，能實現粒子數反轉；泵浦系統使工作物質中的原子激發，維持粒子數反轉；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用于驅動泵浦系統產生能量使工作物質中的原子激發，實現粒子數反轉；因為激光產生過程中會散發很多的熱量，溫度的升高會影響激光光源的性能，所以必須設置冷卻系統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開關裝置20，用戶可以通過開關裝置20來打開或斷開激光電源13，從而控制刀頭61的溫度升高或為常溫，保證在手術過程中激光手木刀裝置只對需要治療的組織進行切割，防止額外損傷其它組織，如穿刺治療過程中，只有當刀頭61到達需要治療的組織時才打開開關裝置20，使刀頭61的溫度升高。圖2所示為本實施例所提供的刀頭的結構示意圖，如圖2所示,刀頭61為中空結構，且刀頭61的一端開ロ，另一端封閉；光導纖維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；光導纖維6的另一端與刀頭61的封閉端之間填充有激光吸收介質68,用于將吸收的激光能量轉換成熱量，并將熱量傳遞給刀頭61。本實施例所提供的激光光源可以采用多種形式實現，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、半導體激光器，用于產生激光，提供激光手木刀裝置的激光能量來源。其中,光纖6優選單芯光導纖維,其直徑可以為50微米-1000微米。本實施例中，單芯光導纖維的直徑選用為600微米，該尺寸的單芯光導纖維可以滿足傳輸需要，具有一定的強度，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中空腔的內徑大于光纖6的芯徑，以便將光纖6內置于刀頭61的中空腔內，本實施中刀頭61的封閉端優選為球面，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構的石英帽；激光吸收介質68優選為對激光的吸收系數大于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進入較深的組織，引起額外損失，本實施例中激光吸收介質68可以選擇石墨粉；本實施例中激光光源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68充分有效地吸收，將激光能量轉換成熱量傳遞給刀頭。
本實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動激光光源10產生激光束14，設置在激光束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進入設置在耦合鏡4焦點處的光纖6，光纖6傳輸激光，在刀頭61的中空腔內，激光吸收介質68有效吸收光纖6傳輸的激光，將激光能量轉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行切割，井能夠凝固創面組織封閉血管未端止血。本發明通過將光纖6內置于刀頭61的中空 腔內，并在光纖6與刀頭61的封閉端之間填充激光吸收介質68，有效吸收光纖6傳輸的激光能量轉換成熱量，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行切割造成的創面不平整問題，切割性能穩定，消除了激光波長對軟組織的吸收光譜匹配依賴，進一歩防止了因激光進入較深組織弓I起的額外損傷。實施例ニ激光手木刀裝置中利用激光能量的關鍵技術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；一種是控制連續輸出激光時激光光源10輸出激光的功率，S卩對于可以安裝聲光調制器的激光器，則可以通過控制聲光調制器調節輸出激光的占空比來調節激光光源10輸出激光的平均功率；對于可以調節連續輸出激光時激光光源10輸出激光的功率的激光器，如調節激光器的工作電流、泵浦燈的電流、泵浦激光的功率等，則可以調節連續輸出激光時激光光源10輸出激光的功率。當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性能的穩定性，無論選擇哪種方式，其都在本發明的保護范圍內。實際應用中，為了保證激光光源10性能的穩定性，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所示為本發明實施例所提供的控制裝置組成示意圖，當通過開關裝置20控制刀頭61的溫度升高至治療所需要的設定溫度時，控制裝置3進ー步穩定刀頭61的溫度為治療所需要的設定溫度。如圖3所示，本發明實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和調節裝置34。其中，交互裝置31，用于接收用戶的控制指令來設定激光光源10輸出激光的平均功率，以使刀頭61達到設定工作溫度；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，并將控制指令傳輸到相應裝置進行相應的控制操作；顯示裝置，如IXD顯示屏，用于顯示測控數據，包括設定的刀頭61的工作溫度、刀頭61的當前工作溫度、激光光源10輸出激光的平均功率等。為設定刀頭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的當前工作溫度為設定的工作溫度，此處設定的工作溫度即為治療所需要的設定溫度。本實施例中，交互裝置31接收控制指令設定的刀頭61的工作溫度范圍為38°C -600°C，可以產生軟組織汽化切割、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，特別適合血運豐富的實質器官手術使用，具有軟組織切割表面光滑平整和止血能力強的優點。采集裝置32，用于采集刀頭61的當前工作溫度；如圖2所示，本實施例中采集裝置32優選K型熱電偶69，設置在刀頭61的激光吸收介質68中，用于采集刀頭61的當前工作溫度，因為熱電偶69的測量范圍大且熱響應時間快，能夠滿足本實施例中激光手術刀裝置控制溫度范圍寬和實時監測刀頭61當前エ作溫度的需求。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的當前工作溫度電壓信號通過電纜3b傳輸到比較裝置33 ;兩條引出線64和65之間填充有絕緣填充介質67，用于所述兩條引出線之間的絕緣，絕緣填充介質67優選為為500目粒度的石英顆粒；刀頭61的開ロ端ロ設置有密封裝置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中空腔內的部分還包裹有光纖保護層63，用于保護光纖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的當前工作溫度電壓信號。比較裝置33，用于比較刀頭61的當前工作溫度和用戶通過交互裝置31設定的刀頭61的工作溫度，當刀頭61的當前工作溫度與用戶通過交互裝置31設定的刀頭61的エ作溫度之差A T不為零時，輸出A T到調節裝置34。調節裝置34，用于根據AT調節激光光源10輸出激光的平均功率。調節裝置34可具體包括功率減小單元341，用于當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AT小于零時，増加激光光源10輸出激光的平均功率。下面僅以調節固體激光器和半導體激光器輸出激光的平均功率為例，來說明調節裝置34的具體工作過程。調節固體激光器輸出激光的平均功率時，調節裝置34的具體工作過程為結合圖I所示，為實現對輸出激光平均功率的調節，本實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2，設置在激光諧振腔中靠近全反射鏡12 —側，可以通過聲光開關2調制輸出激光束14的占空比，從而來調節輸出激光束14的平均功率；聲光開關驅動電源21，通過電纜22與聲光開關2連接，用于驅動聲光開關2，使固體激光器I產生激光振蕩或停止激光振蕩。其中，本實施例中固體激光器I的泵浦系統8優選半導體激光泵浦，半導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，具有效率高、體積小、壽命長等優點；激光電源13，通過電纜15與半導體激光泵浦系統8連接，用于驅動半導體激光泵浦使固體工作物質產生激光；輸出鏡11和全反射鏡12構成半導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；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，使激光進入光纖6 ;冷卻系統16，通過出水管18和回水管17與半導體激光泵浦固體激光器I泵浦系統8連接，用于冷卻半導體激光泵浦系統8。
本實施例中激光手木刀裝置的控制裝置3，通過電纜3a與聲光開關驅動電源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16連接，用于控制所述刀頭的工作溫度穩定在設定的所述刀頭的工作溫度。結合圖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，調節裝置34控制聲光開關2調制固體激光器I輸出激光脈沖的占空比，提供了快速響應、反饋補償光纖刀頭的溫度變化。圖4所示為本發明實施例中激光占空比調制示意圖，其中セ 是調制輸出激光的脈沖寬度，T是激光調制脈沖的重復周期，P是連續激光的輸出功率。調制輸出的激光平均功率可以由下式計算得出
權利要求
1.一種激光手木刀裝置，包括激光光源、光導纖維、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，所述光導纖維的一端位于所述耦合鏡的焦點處，用于傳輸激光，其特征在干， 所述刀頭為中空結構，且所述刀頭的一端開ロ，另一端封閉； 所述光導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； 所述光導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，用于將吸收的激光能量轉換成熱量，并將所述熱量傳遞給所述刀頭。
2.根據權利要求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定在設定的所述刀頭的工作溫度。
3.根據權利要求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定所述激光光源輸出激光的平均功率，以使所述刀頭達到設定工作溫度； 采集裝置，用于采集所述刀頭的當前工作溫度； 比較裝置，用于比較所述刀頭的當前工作溫度和所述設定工作溫度，當所述刀頭的當前工作溫度與所述設定工作溫度之差AT不為零時，輸出AT到調節裝置； 調節裝置，用于根據所述△ T調節所述激光光源輸出激光的平均功率。
4.根據權利要求3所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述調節裝置包括 功率減小單元，用于當AT大于零時，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AT小于零時，増加所述激光光源輸出激光的平均功率。
5.根據權利要求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.根據權利要求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定的所述刀頭的工作溫度范圍為38°C -600°C。
7.根據權利要求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，所述熱電偶設置在所述激光吸收介質中； 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到所述比較裝置； 所述兩條引出線之間填充有絕緣填充介質，用于所述兩條引出線之間的絕緣； 所述刀頭的開ロ端ロ設置有密封裝置，用于密封所述刀頭、光導纖維和引出線之間的空隙。
8.根據權利要求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.根據權利要求1-7任一所述的激光手木刀裝置，其特征在于，所述激光吸收介質為對激光的吸收系數大于95%的顆粒狀材料。
10.根據權利要求9所述的激光手木刀裝置，其特征在干，所述激光吸收介質為石墨粉。
全文摘要
本發明提供一種激光手術刀裝置，包括激光光源、光導纖維、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，光導纖維的一端位于所述耦合鏡的焦點處，用于傳輸激光。其中，刀頭為中空結構，且刀頭的一端開口，另一端封閉；光導纖維的另一端穿過刀頭的開口端口位于刀頭的中空腔內；該光導纖維的另一端與刀頭的封閉端之間填充有激光吸收介質，用于將吸收的激光能量轉換成熱量，并將熱量傳遞給刀頭。本發明提供的激光手術刀裝置克服了現有技術中利用激光直接照射切割組織造成的創面不平整問題，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 優先權日2012年6月1日
發明者梁志遠, 劉加峰, 張祿鵬 申請人:首都醫科大學