本發(fā)明涉及生物硬組織激光消融，具體方法是采用水冷卻輔助消融，利用一系列反射鏡片將激光耦合進(jìn)空心光纖內(nèi)，同時(shí)空心光纖中心通入氣體來減薄和均勻化消融區(qū)域的水層，降低水對(duì)er：yag激光的吸收。通過上述方法形成一種高效消融和低熱損傷的激光消融生物硬組織系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)牙科手術(shù)和骨硬組織治療方法局限性大，創(chuàng)傷大、恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)且易引發(fā)術(shù)后并發(fā)癥，復(fù)雜部位骨病變手術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，人們迫切需要更高效和更安全的治療方法。激光具高能量、高方向性、高單色性等特點(diǎn)，可精確聚焦特定組織區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確消融。

2、前期因激光波長(zhǎng)不適用于生物硬組織，使得激光消融牙齒和骨硬組織具有較大的熱損傷。采用er:yag激光和er,cr:ysgg激光能降低熱損傷，然而在臨床應(yīng)用中產(chǎn)生的熱損傷還是不能接受，研究發(fā)現(xiàn)搭配水輔助有效降低熱損傷，使未消融組織溫度低于47℃，避免神經(jīng)、血管和細(xì)胞產(chǎn)生不可逆的損傷。但er:yag激光、er,cr:ysgg激光等對(duì)水吸收率高，在水中穿透效果差，且水吸收激光蒸發(fā)帶走部分能量，導(dǎo)致激光能量利用率不高、消融深度不足等問題。

3、為此，針對(duì)上述存在的問題，研制一種既能有效降低熱損傷又能確保具有高效消融的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利提出了一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，特點(diǎn)在于將水輔助冷卻技術(shù)、氣體輔助技術(shù)和激光消融技術(shù)結(jié)合起來，本發(fā)明采用空心光纖中心通氣光纖外壁引水流的方式，該結(jié)構(gòu)通過反射鏡將激光反射進(jìn)入空心光纖進(jìn)行耦合，經(jīng)光纖傳導(dǎo)后作用于生物硬組織。供水系統(tǒng)傳輸水通過水腔沿著光纖外壁流至生物組織表面，同時(shí)供氣系統(tǒng)通過空心光纖中心通一定壓強(qiáng)氣體來降低生物硬組織表面激光作用區(qū)域的水層厚度，減少了水層對(duì)激光的吸收，保證了高的消融效率。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高消融效率下水層對(duì)生物硬組織的高效冷卻。

2、為達(dá)到以上效果，因此本專利采用以下技術(shù)方法:

3、一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)包括激光傳輸系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、光纖固定系統(tǒng)以及廢液回收系統(tǒng)。

4、激光傳輸系統(tǒng)依次包括激光器、聚焦透鏡、反射鏡、空心光纖、光耦合系統(tǒng)；所述激光器為功率密度為波長(zhǎng)2940nm的er：yag激光發(fā)生器，利用er：yag激光對(duì)水吸收率高的特點(diǎn)，可以獲得對(duì)生物硬組織較高的消融效率；所述聚焦透鏡，用于將激光器生成的平行激光束聚焦到反射鏡；所述反射鏡是將激光耦合進(jìn)固定光纖中，所述空心光纖是通過光纖中心通孔精準(zhǔn)耦合傳輸激光，所述光耦合系統(tǒng)是單個(gè)聚焦透鏡或凹透鏡與聚焦透鏡所組成的耦合透鏡組來進(jìn)行激光的發(fā)散和收斂從而達(dá)到精準(zhǔn)傳輸激光的效果。

5、供水系統(tǒng)包括水箱、流量傳感器、流量調(diào)節(jié)閥、過濾裝置、醫(yī)用泵。采用醫(yī)用泵作為供液系統(tǒng)的核心，水從水箱中吸出，經(jīng)過濾裝置獲得純凈的水，通過流量調(diào)節(jié)閥對(duì)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6、供氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、調(diào)壓閥、氣壓傳感器。根據(jù)氣壓傳感器提供的參數(shù)來調(diào)節(jié)調(diào)壓閥控制空氣壓縮機(jī)供氣至光纖固定裝置氣腔。

7、廢液回收系統(tǒng)包括吸水泵、過濾裝置、水箱。通過吸水泵將通過過濾裝置凈化后的廢水回收至水箱，方便處理。

8、一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：

9、1、啟動(dòng)供水系統(tǒng)，供水系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥獲得所需要的進(jìn)水流量并產(chǎn)生的穩(wěn)定水流，經(jīng)過管道傳輸后進(jìn)入水腔，順著空心光纖外壁抵達(dá)待消融區(qū)域。

10、2、啟動(dòng)廢液回收系統(tǒng)，對(duì)消融區(qū)域積水與殘?jiān)鼘?shí)時(shí)吸收、過濾并及時(shí)排出。

11、3、啟動(dòng)供氣系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)將壓縮空氣傳輸至氣腔內(nèi)通過空心光纖中心通孔作用于消融區(qū)域，減少水在消融區(qū)域的集中與停滯時(shí)間，降低水對(duì)er：yag激光的吸收作用。還可以及時(shí)吹開消融所剩殘?jiān)瑴p少熱累積損傷和清潔消融區(qū)。

12、4、啟動(dòng)激光器發(fā)出激光；通過聚焦透鏡將激光束傳輸?shù)椒瓷溏R，反射鏡將激光通過凹凸透鏡組將光耦合進(jìn)入空心光纖中心通孔，空心光纖的末端則貼近消融區(qū)域；在激光消融生物硬組織的同時(shí)，水及時(shí)前往消融區(qū)域進(jìn)行及時(shí)有效的冷卻，同時(shí)壓縮空氣通過光纖內(nèi)孔作用于消融表面，起到減薄和均勻化水層，并能吹走消融殘?jiān)岣呦谛实耐瑫r(shí)也能清潔消融表面。

13、5、消融完成后，先關(guān)閉激光器，再關(guān)閉供氣系統(tǒng)，后再關(guān)閉供水系統(tǒng)中的出水端，在保證消融區(qū)域無多余積水后，關(guān)閉吸水裝置，保證消融區(qū)域的清潔。

14、本發(fā)明具備以下有益效果：

15、1、本發(fā)明的一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，光纖固定裝置可拆卸，方便光纖的更換，此外可加工性能好，有利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)以及部分零部件的更換。

16、2、本發(fā)明的一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，其特征在于激光器為er：yag激光，其能夠產(chǎn)生水吸收良好的2940nm波長(zhǎng)紅外線，該波長(zhǎng)與水吸收的主峰值相吻合，其水吸收系數(shù)為二氧化碳激光的10倍，對(duì)生物硬組織的消融效果好且滯留熱損害程度低。

17、3、本發(fā)明的一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，采用從空心光纖中心通孔通氣的方法，能夠更好地降低生物硬組織表面激光作用區(qū)域的水層厚度，因?yàn)樗畬?duì)er：yag激光的吸收大，該方法能夠有效降低消融表面的水層厚度，并能使消融區(qū)的水層均勻化，減少水對(duì)er：yag激光的吸收和干擾，提高消融效率。

18、4、本發(fā)明的一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，采用從空心光纖中心通孔通氣的方法，能夠及時(shí)清理消融區(qū)域的消融殘?jiān)兄谇鍧嵪诒砻妗?/p>

技術(shù)特征：

1.本發(fā)明一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，本發(fā)明是一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，主要包括供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、激光傳輸系統(tǒng)、光纖固定系統(tǒng)以及廢液回收系統(tǒng)。本發(fā)明采用空心光纖中心通氣光纖外壁引水流的方式，該結(jié)構(gòu)通過反射鏡將激光反射進(jìn)入空心光纖進(jìn)行耦合，經(jīng)光纖傳導(dǎo)后作用于生物硬組織。供水系統(tǒng)傳輸水通過水腔沿著光纖外壁流至生物硬組織表面，同時(shí)供氣系統(tǒng)通過空心光纖中心通入一定壓強(qiáng)氣體使生物組織表面激光作用區(qū)域的水層厚度降低和均勻化。最后消融產(chǎn)生的廢液由廢液回收系統(tǒng)回收并處理。

2.根據(jù)權(quán)利1中所述一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，其特征在于激光器為er：yag激光器，其能夠產(chǎn)生水吸收良好的2940nm波長(zhǎng)紅外線，該波長(zhǎng)與水吸收的主峰值相吻合，其水吸收系數(shù)為二氧化碳激光的10倍，對(duì)生物硬組織的消融效果好且滯留熱損害程度低。

3.根據(jù)權(quán)利1中所述一種基于空心光纖引水流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，其特征在于本專利中的光纖固定裝置可拆卸，方便光纖的更換，此外可加工性能好，有利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利1中所述一種基于空心光纖引流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，其特征在于采用從空心光纖中心通氣的方法，能夠更好地將作用于生物硬組織表面消融區(qū)域的水層減薄及均勻化，由于水對(duì)er：yag激光的吸收大，該方法能夠很好的減少水對(duì)er：yag激光的吸收作用，提高消融效率。

5.根據(jù)權(quán)利1中所述一種基于空心光纖引流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，其特征在于采用從空心光纖中心通氣的方法，能夠及時(shí)吹走消融區(qū)域的消融殘?jiān)?，有助于清潔消融表面?/p>

6.根據(jù)權(quán)利1中所述一種基于空心光纖引流的激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，其特征在于使用步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明是一種基于空心光纖引水流激光消融生物硬組織的方法及系統(tǒng)，主要包括供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、激光傳輸系統(tǒng)、光纖固定系統(tǒng)以及廢液回收系統(tǒng)。本發(fā)明采用空心光纖中心通氣光纖外壁引水流的方式，該結(jié)構(gòu)通過反射鏡將激光反射進(jìn)入空心光纖進(jìn)行耦合，然后作用于生物硬組織。供水系統(tǒng)傳輸水通過水腔沿著光纖外壁流至激光消融區(qū)，同時(shí)供氣系統(tǒng)通過空心光纖中心通一定壓強(qiáng)氣體來降低骨組織表面激光作用區(qū)域的水層厚度，減少了水層對(duì)激光的吸收，保證了高的消融效率。本發(fā)明可在激光消融生物硬組織中同時(shí)實(shí)現(xiàn)高消融效率和高冷卻效率。

技術(shù)研發(fā)人員：周嘉,康志偉,龍芋宏,歐陽勵(lì),張勝軍,尹杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9