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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用于耳鼻咽喉科學、眼科學、婦科學、皮膚醫(yī)學以及整形外科和普通外科學之類的眾多醫(yī)療程序當中。 二氧化碳激光最著名的應用可能就是在美容與皮膚治療領域，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，可以減少結痂。在激光換膚術和其他真皮手術中，與機械性磨損或化學藥劑相比，激光療法已經(jīng)久經(jīng)考驗，廣泛被認為具有極高的效率。激光設備還可用于其他多種臨床狀況。激光視力矯正手術的流行度、安全性與有效性穩(wěn)步提高。在全科醫(yī)學領域，外科醫(yī)生可以在傳統(tǒng)的開放手術和腹腔鏡手術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，有關手術包括切除腫瘤或息肉、shen結石手術或前列腺手術等。 二氧化碳激光通常稱為“無血手術”，可供外科醫(yī)生集中關注某一較小的區(qū)域，通過減少術中出血以及術后疼痛與不適感，可以提高患者的舒適程度，促進外科手術后創(chuàng)口的愈合。激光可以封閉住淋巴管和血管，減少術中出血和術后腫脹的發(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，使術后康復過程更加舒適，減少感染。由于激光手術在切割方面比傳統(tǒng)的外科手術方法更加精準，這一技術可以減少手術并發(fā)癥以及病變細胞或癌細胞的傳播或復發(fā)。激光手術通常需要的時間更少，比傳統(tǒng)手術具有更高的性價比。 
圖1：采用中空二氧化硅波導的二氧化碳激光 為了達到最佳的臨床效果，激光手術需要由經(jīng)過專業(yè)培訓、技術優(yōu)秀的醫(yī)療專業(yè)人員來進行。對于臨床醫(yī)師來說，二氧化碳激光手術的優(yōu)勢則在于可以改善對術野的可見性、精度與控制性，并且縮短手術時間。激光束的直徑與功率可以調節(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。 激光治療技術根據(jù)所實施的具體手術而有所不同。從設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)療和外科手術中達到最佳的效果。這樣可以使與激光束所產(chǎn)生傳導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系統(tǒng)時還必須具有正確的設備、技巧和實踐經(jīng)驗。 當今在世界各地的手術室中已經(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。關節(jié)桿激光這種技術已經(jīng)較老。光纖則是最新技術，可以取代成本高昂、笨重而又靈活性較低的關節(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和中空波導。 中空波導不會像嵌入了反射鏡或鏡頭的關節(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)學激光應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。紅外傳輸中空二氧化硅波導 (HSW) 對于高功率激光傳輸應用來說，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中空二氧化硅波導中含有熔融二氧化硅毛細管，該毛細管具有內部光學反射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，可以改善波導的強度與柔性。內部的介電層則經(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功率損耗。 由于采用了中空結構，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，導致發(fā)生內部燒灼。此外，在波導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側，從而大幅提高易碎性。 如何將功率結合到中空二氧化硅波導中，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。在將激光功率結合到中空二氧化硅波導時，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的入口處，保持約占波導孔徑的 70% 大小。在合理的對中后，這樣可以避免激光束照射到波導的前緣，并且可以產(chǎn)生最佳的傳輸特性。 出色的激光制導效果以及精準的目標光束可見對中操作，已成為手術室用手持探頭和其他激光治療設備的關鍵性要求。MediSpec中空二氧化硅波導可以簡化患者的治療過程、提高安全性，并且加快治療速度。這種專用的波導專為醫(yī)療激光應用而設計，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 中空二氧化硅波導是一種改變游戲規(guī)則的技術，其獨一無二的結構可以為外科醫(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中空二氧化硅波導設計用于包括二氧化碳輸送系統(tǒng)以及鉺雅克激光在內的中紅外到遠紅外范圍內的應用，提供 500、750 和 1000 微米內徑，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中空芯波導在 Molex 經(jīng) FDA 注冊的工廠中制造，滿足FDA 21 CFR 820 質量體系規(guī)定以及 cGMP 對標簽、包裝和消毒的全部要求。
圖2：新型中空波導設計 |
