二氧化碳 (CO2) 激光所產(chǎn)生的紅外 (IR) 光束波長為10.6微米。二氧化碳激光于1964年由Kumar Patel在貝爾實驗室發(fā)明而成，當今作為一種切割工具廣泛應(yīng)用于耳鼻咽喉科學(xué)、眼科學(xué)、婦科學(xué)、皮膚醫(yī)學(xué)以及整形外科和普通外科學(xué)之類的眾多醫(yī)療程序當中。
二氧化碳激光最著名的應(yīng)用可能就是在美容與皮膚治療領(lǐng)域，所發(fā)射的紅外光束可被患者皮膚或者組織中的水分吸收。這樣可以產(chǎn)生極薄一層足以封閉住真皮血管的熱壞死組織，但是這層組織又足夠薄，可以減少結(jié)痂。在激光換膚術(shù)和其他真皮手術(shù)中，與機械性磨損或化學(xué)藥劑相比，激光療法已經(jīng)久經(jīng)考驗，廣泛被認為具有極高的效率。激光設(shè)備還可用于其他多種臨床狀況。激光視力矯正手術(shù)的流行度、安全性與有效性穩(wěn)步提高。在全科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，外科醫(yī)生可以在傳統(tǒng)的開放手術(shù)和腹腔鏡手術(shù)中使用多種不同波長的激光和傳輸系統(tǒng)來切割、蒸發(fā)和移除組織，有關(guān)手術(shù)包括切除腫瘤或息肉、shen結(jié)石手術(shù)或前列腺手術(shù)等。
二氧化碳激光通常稱為“無血手術(shù)”，可供外科醫(yī)生集中關(guān)注某一較小的區(qū)域，通過減少術(shù)中出血以及術(shù)后疼痛與不適感，可以提高患者的舒適程度，促進外科手術(shù)后創(chuàng)口的愈合。激光可以封閉住淋巴管和血管，減少術(shù)中出血和術(shù)后腫脹的發(fā)生。穿透深度僅為 0.03 毫米，切割后可以封閉住神經(jīng)末梢，可以減輕水腫和疼痛，使術(shù)后康復(fù)過程更加舒適，減少感染。由于激光手術(shù)在切割方面比傳統(tǒng)的外科手術(shù)方法更加精準，這一技術(shù)可以減少手術(shù)并發(fā)癥以及病變細胞或癌細胞的傳播或復(fù)發(fā)。激光手術(shù)通常需要的時間更少，比傳統(tǒng)手術(shù)具有更高的性價比。
圖1：采用中空二氧化硅波導(dǎo)的二氧化碳激光
為了達到最佳的臨床效果，激光手術(shù)需要由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)、技術(shù)優(yōu)秀的醫(yī)療專業(yè)人員來進行。對于臨床醫(yī)師來說，二氧化碳激光手術(shù)的優(yōu)勢則在于可以改善對術(shù)野的可見性、精度與控制性，并且縮短手術(shù)時間。激光束的直徑與功率可以調(diào)節(jié)，以便快速去除較大的組織或者僅僅切除少數(shù)幾層組織。激光束在切除組織的同時可以封閉住毛細血管和小血管。這樣可以大幅度的減少出血，使手術(shù)部位保持干燥、潔凈。消融的組織和周圍完整組織之間的界限可以清晰的界定。二氧化碳激光無需物理力量即可蒸發(fā)四周的組織，從而封閉住血管，使出血降至最低程度。因此，在手術(shù)過程中需要無血狀態(tài)時，這一特點便極其有效。此外，由于組織焦斑發(fā)生高溫蒸發(fā)，創(chuàng)口可以通過無菌的方式進行處理。
激光治療技術(shù)根據(jù)所實施的具體手術(shù)而有所不同。從設(shè)計與臨床的角度來說，激光功率密度可對激光和人體組織之間的相互作用產(chǎn)生影響。總之，外科醫(yī)師可以方便控制的最高功率密度在治療性醫(yī)療和外科手術(shù)中達到最佳的效果。這樣可以使與激光束所產(chǎn)生傳導(dǎo)加熱的接觸減至最短時間，從而降低周圍組織受傷或損傷的可能性。此外，每種激光波長都具有自己的特性，對人體組織可產(chǎn)生特定的效果。外科醫(yī)生不僅需要對所實施的醫(yī)療程序具有充分的了解，在操作和使用所選激光技術(shù)系統(tǒng)時還必須具有正確的設(shè)備、技巧和實踐經(jīng)驗。
當今在世界各地的手術(shù)室中已經(jīng)采用了很多種二氧化碳激光。對于臨床醫(yī)師和醫(yī)療器械的設(shè)計人員來說，重要的一點在于需要充分了解特定激光傳輸系統(tǒng)所允許實現(xiàn)的性能。關(guān)節(jié)桿激光這種技術(shù)已經(jīng)較老。光纖則是最新技術(shù)，可以取代成本高昂、笨重而又靈活性較低的關(guān)節(jié)桿。直接光纖系統(tǒng)中可以包含裸光纖，用于二氧化碳激光的鈥波導(dǎo)和中空波導(dǎo)。
中空波導(dǎo)不會像嵌入了反射鏡或鏡頭的關(guān)節(jié)桿激光那樣傳輸二氧化碳激光束，取而代之的是提供可行而又通用的選項來為醫(yī)學(xué)激光應(yīng)用傳輸二氧化碳激光。中空光纖強度較高、柔性極高，能夠方便的更換切削參數(shù)來適應(yīng)定制的需求。由于基于二氧化硅的典型光纖會大量吸收波長大于2.1微米的光束，需要的是一種不同的技術(shù)。紅外傳輸中空二氧化硅波導(dǎo) (HSW) 對于高功率激光傳輸應(yīng)用來說，是實心光纖的一種極佳的替代方案。
在眾多的主要優(yōu)勢當中，HSW 解決方案可以提供較高的激光功率閾值、插入損耗較低、不存在末端反射，并且精準度極高。Polymicro Technologies的 MediSpec中空二氧化硅波導(dǎo)中含有熔融二氧化硅毛細管，該毛細管具有內(nèi)部光學(xué)反射Ag/AgI涂層。出于保護目的，毛細管上涂有外部防護聚合物緩沖層，可以改善波導(dǎo)的強度與柔性。內(nèi)部的介電層則經(jīng)過優(yōu)化，在10.6微米的激光波長下運行時具有較低的光學(xué)功率損耗。
由于采用了中空結(jié)構(gòu)，在端接和操作時需要采取合理的措施來避免污染物進入到波導(dǎo)的孔中。對于發(fā)射的激光功率來說，污染物會成為一種散亂點，導(dǎo)致發(fā)生內(nèi)部燒灼。此外，在波導(dǎo)孔中運動的顆粒物還有可能在物理上擦傷毛細管的二氧化硅表面內(nèi)側(cè)，從而大幅提高易碎性。
如何將功率結(jié)合到中空二氧化硅波導(dǎo)中，在極大程度上取決于輸入光束的特性。需要采取措施以避免觸碰到玻璃部位。在將激光功率結(jié)合到中空二氧化硅波導(dǎo)時，目標就是使輸入數(shù)值孔徑減至最小，同時保持光斑尺寸小于波導(dǎo)孔徑。一個良好的經(jīng)驗法則則是將聚焦的光束直徑對準到波導(dǎo)的入口處，保持約占波導(dǎo)孔徑的 70% 大小。在合理的對中后，這樣可以避免激光束照射到波導(dǎo)的前緣，并且可以產(chǎn)生最佳的傳輸特性。
出色的激光制導(dǎo)效果以及精準的目標光束可見對中操作，已成為手術(shù)室用手持探頭和其他激光治療設(shè)備的關(guān)鍵性要求。MediSpec中空二氧化硅波導(dǎo)可以簡化患者的治療過程、提高安全性，并且加快治療速度。這種專用的波導(dǎo)專為醫(yī)療激光應(yīng)用而設(shè)計，集成了中紅外激光功率輸送以及目標光束可見對中 功能。MediSpec 中空二氧化硅波導(dǎo)是一種改變游戲規(guī)則的技術(shù)，其獨一無二的結(jié)構(gòu)可以為外科醫(yī)師提供一種輕量級的高精度替代方案，可取代笨重龐大的關(guān)節(jié)桿和手持探頭，后者一般攜帶兩條光纖，一條用于照明，而另一條則用于輸送激光功率。
MediSpec中空二氧化硅波導(dǎo)設(shè)計用于包括二氧化碳輸送系統(tǒng)以及鉺雅克激光在內(nèi)的中紅外到遠紅外范圍內(nèi)的應(yīng)用，提供 500、750 和 1000 微米內(nèi)徑，波長范圍為 2.9 至 10.6 微米。Tefzel 護套材料具有生物相容性，可以耐受微創(chuàng)手術(shù)中的消毒過程。根據(jù)客戶要求可以提供各種使用 SMA、ST 和 FC 連接器的端接方案。
Polymicro Technologies的MediSpec中空芯波導(dǎo)在 Molex 經(jīng) FDA 注冊的工廠中制造，滿足FDA 21 CFR 820 質(zhì)量體系規(guī)定以及 cGMP 對標簽、包裝和消毒的全部要求。
圖2：新型中空波導(dǎo)設(shè)計
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