[发明专利]一种基于稳定环形水束的激光消融生物硬组织的装置及方法

说明书

本发明是一种基于稳定环形水束的激光消融生物硬组织的装置及方法，本发明包含两种不同的喷嘴结构，且都能生成稳定空心环形水束。第一种结构激光通过反射镜反射到聚焦透镜上，然后通过聚焦耦合到空芯石英波导光纤中，最后通过空心环形水束作用于生物硬组织表面。第二种结构，激光束经聚焦透镜聚焦后在气腔中向下传输，穿过空心环形水束后作用于生物硬组织表面。本发明相比现有激光消融生物组织方法，光束在环形水束内部的气体中传输，减少了水射流冲击使液体溅射等外部干扰因素对激光能量的吸收，提高了激光束的能量利用率；此外，借助同轴环形水束的冲击冷却作用将生物硬组织中残渣的进一步去除，能够更有效控制消融过程中的温度。

技术领域

本发明涉及激光医疗技术领域，具体涉及一种基于稳定环形水束的激光消融生物硬组织的装置及方法。

背景技术

牙齿和骨头是人体的重要组成部分，在日常的牙科和外科治疗中，通常需要对这些坚硬的组织进行处理。如在牙科中的龋齿治疗、牙周炎治疗和去除牙石等，在一些外科手术中需对一些骨组织进行切割。而在这些处理过程中，电钻、电锯等是一种常用的手术器具，但电钻、电锯等传统手术器械都存在一些严重缺陷，如操作过程中切削组织时引起的噪声、振动和疼痛；以及磨削时产生较大的压力和热量；操作不灵活，费时较多，操作者体力消耗较大等。这些缺陷都让患者望而止步，但这也促进了各种新型器械的发展及应用，特别是激光消融在牙科和骨外科中的应用。

因为激光光束可以通过光学器件、电子技术和计算机进行精确定位和控制，因此可以实现高精度的消融。一方面，激光光束可以耦合到光导纤维导入体内各器官病变处，将创伤治疗变为无创或微创治疗。另一方面，在激光手术过程中，手术视野不会出现震动、骨屑飞溅和手术金属器械的磨损等现象。此外，某些波长激光还可以实现无菌、少血甚至无血手术，保证手术视野干净、清晰，缩短手术时间，减少病人痛苦等。激光消融技术的上述优点能很好的弥补传统手术器械的不足，并表现出许多独特性能。

激光器的种类繁多，其中能应用于牙科和骨外科治疗的激光器包含了：波长1.064μm的Nd:YAG激光、波长2.78μm的Er,Cr:YSGG激光器、波长2.94μm的Er:YAG激光器以及9.3um、9.6μm、10.3um、10.6μm的CO₂激光器。其中Er:YAG、Er,Cr:YSGG和CO₂等激光消融时，生物硬组织中羟基磷灰石和水对激光具有较高的吸收系数，这意味着采用水介导进行冷却过程中，水对激光的吸收大大削弱了激光的消融作用。因此如何实现高效消融的同时有效冷却是激光消融硬组织的需解决的关键性问题。因此对于喷水冷却辅助激光在牙科与外科骨切割方面的应用需解决的关键性问题是：如何降低激光被水吸收保证高的消融效率，同时保证有效的冷却。

因为水介导激光消融过程中，虽然水流冲击消融部位能加快对流散热使消融区域在短时间内迅速冷却，使其具有低热损伤、微裂纹少及表面碎屑少等特点。但是现有的水介导激光消融过程中也存在一些显著缺陷，如在消融过程中，激光光束从激光器出光口到组织表面暴露在自由空间的光程过长，容易造成光束聚焦过程中的非稳定性；而且水射流冲击组织表面会造成反弹、飞溅形成水雾或小水珠，形成的液滴不仅吸收大量的激光能量，还会使激光束产生偏折、散射，降低激光能量的利用率；此外，随着消融深度增加，现有的水喷雾和水膜层不能很好的作用于切口的内部，这就导致后续的消融因缺乏水而发生严重热损伤和因碎屑屏蔽引起消融效率降低。

发明内容