一种用混合光束激光焊接生物组织的方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光医学领域，具体涉及一种用混合光束激光焊接生物组织的方法及
目.0
【背景技术】
[0002]最近几十年，科研人员在研发高效缝合材料及缝合器械方面取得了显著成果，相继开发了可降解及含抗菌剂的缝合线、可简化拆线和缩短缝合时间的机械式吻合器、组织粘合剂等。同时缝合器械已开始向微创化、自动化方向发展，但是这类器械存在一定的缺点，如价格昂贵，容易在体内残留金属钉等；组织粘合剂则在粘结强度、生物相容性、可降解性等方面还有待进一步提尚。
[0003]随着激光技术的发展，其在医疗领域的应用也不断拓展。激光生物组织焊接作为一种微创手术具有手术时间短、伤口愈合快、炎症反应小、疤痕不明显等优点，是一种很具潜力的组织缝合替代技术，其一些临床应用已经得到人们的认可。利用激光作用于生物组织产生光热效应原理的生物组织吻合焊接技术具有大量临床需求，但目前激光生物组织焊接技术主要集中于单一波长的试验研究和临床应用。在单一波长激光生物组织焊接装置中，输出的大多是固定尺寸的光斑，难以满足不同大小切口或创面的照射与治愈要求。同时，生物组织的光学特性因类别和部位不同，而差异较大，如980nm激光主要被皮肤表层吸收，较少部分被深层组织吸收，而1064nm激光可深入皮肤深层组织，故单一波长激光束在实现生物组织的吻合焊接具有明显的局限性，易导致切口在深度方向上的不连续性吻合。目前也有双光束激光生物组织焊接技术，但其两束激光是分离的，具有聚焦复杂的缺点，且难以协同控制两束激光在切口或创面上的照射剂量和移动路径。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用混合光束激光焊接生物组织的方法及装置，可以根据生物体不同组织或同一组织不同部位的光学特性差异，匹配两种或者多种波长的激光并使之合成一束焊接激光照射生物组织，实现生物组织切口或创面全层深度的吻合焊接目的；本发明还可选择不同输出模式的混合激光照射切口或创面组织，可有效减小不可逆的热损伤组织面积。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种用混合光束激光焊接生物组织的方法，将两个或者两个以上具有不同波长的激光耦合为一束焊接光束后照射至待焊接组织表面，不同波长的激光在组织厚度方向上被选择性吸收并产生光热效应。
[0006]进一步，使用调焦系统调整所述焊接光束照射在待焊接组织表面的光斑直径。
[0007]进一步，使用扫描系统控制焊接光束在待焊接组织表面的移动路径和速度。
[0008]进一步，使用光电探测器采集焊接区域的温度，根据所述温度控制焊接光束的移动速度，使焊接区域温度始终保持在合理区间内。
[0009]进一步，将指示光与所述不同波长的激光耦合为一束焊接光束，所述指示光用于指示所述焊接光束的照射位置。
[0010]进一步，根据待焊接生物组织的物理特性和光学特性，确定各激光的波长以及激光输出模式；根据待焊接组织切口或创面的大小和深度，设定各激光的功率、重复频率、脉宽以及焊接光束的移动速度等。本发明根据待焊接生物组织的光学特性，匹配可输出特定波长光束的激光器；根据待焊接生物组织的切口或创面的大小和深度，在已知生物组织比热容、密度等物理特性下，粗略估算生物组织达到60?70°C所需的总热输入量，然后调节激光器的峰值功率、脉宽和重复频率和焊接光束的移动速度，以获得所需热输入量，使待焊接组织变性和凝结以达到吻合目的。脉宽长短主要影响脉冲光束对生物组织的热作用效果，峰值功率和光斑直径一定时，不同脉宽使生物组织升温至最高温度所需时间不同。重复频率为单位时间内输出光束的脉冲次数，影响脉冲的间隔时间，若脉冲间隔较短，相邻光束脉冲对组织的热效应具有叠加贡献和相关性；若脉冲的间隔足够长，在脉冲间隔期间，考察点的温度将下降至初始温度，那么下一个光束脉冲引起的温度变化与上一个光束脉冲的作用几乎相同。在其他参数一定情况下，移动速度愈快，生物组织的吸收的热能量愈少。激光器的输出模式有连续激光和脉冲激光输出之分，比如选择脉冲激光和连续激光的混合模式，连续激光器保证光束在生物组织内提供连续热输入量，使生物组织温度提高10?20°C，减弱生物组织酶活性，固定细胞组织；脉冲激光器通过调节脉宽和重复频率可进一步精确控制光束在生物组织内的热作用，使生物组织温度升高至60?70°C，蛋白质和胶原蛋白发生变性和凝结，在脉冲间隔合理控制下，生物组织可得到短时间冷却，而不是持续升温导致组织膜穿透或汽化分解，因此脉冲激光和连续激光的混合焊接模式具有减少不可逆热损伤生物组织面积的治疗效果。
[0011]进一步，根据待焊接组织的切口或创面延展方向形成所述焊接光束的移动路径，由扫描系统按照移动路径将焊接光束作用于生物组织待焊接部位。
[0012]本发明还提供一种用混合光束激光焊接生物组织的装置，包括激光发生器系统、激光合束器、激光准直器、调焦系统和扫描系统；所述激光发生器系统包含两个或者两个以上的激光器，用于发射不同波长的激光；所述激光合束器用于将所述不同波长的激光耦合为一束焊接光束；所述调焦系统用于调整所述焊接光束照射在待焊接组织表面的光斑直径；所述扫描系统用于控制焊接光束在待焊接组织表面的移动路径和速度。
[0013]进一步，在所述激光发生器系统中，其中一个激光器为微型激光器，用于输出指示光，指示焊接光束的照射位置。
[0014]进一步，所述装置还包括光电探测器和控制系统，所述光电探测器用于采集焊接区域的温度信号，所述控制系统根据所述温度信号控制焊接光束的移动速度。
[0015]激光发生器系统输出若干特定波长激光束，激光合束器可使多束激光親合于一束，然后通过调焦系统与扫描系统将一定尺寸光斑照射到生物组织的切口或创面，光电探测器采集切口或创面组织焊接区域的温度信号反馈于控制系统，在线调节移动速度，最终达到热损伤小、吻合连续性高和恢复性快的优质焊接效果。此外，多束激光耦合于一束后，相比在空间上分别控制两束激光，更易调焦，更易操作光束在切口或创面组织上的移动路径和速度，缩短了焊接时间。
[0016]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:
[0017](I)本发明将不同波长的光束耦合成一束激光，照射切口或创面组织时，满足生物组织不同光学特性的差异要求，可使不同波长的激光与组织的不同深度部位相互作用产生光热效应，以实现深度方向的连续吻合；
[0018](2)本发明可选择不同激光输出模式的混合模式，脉冲激光相比连续激光具有减少不可逆热损伤生物组织面积的治疗效果；
[0019](3)在本发明中，混合多束激光耦合于一束后，相比用多束分离的激光照射生物组织，易于保持不同波长的光束同时集中在切口或创面组织表面的同一位置上，使得混合光束移动路径的控制简单易行；
[0020](4)本发明引入微型激光发生器发射指示光，指示光与主要激光束合成，便于寻找照射于生物组织的切口或创面的光斑起始位置，缩短焊接时间，指示红光波长λ为650nm，输出功率小于6mW，对试验或术后结果的影响可忽略不计，且焊接过程可关闭该激光器电源；
[0021](5)聚焦系统可调整混合光束的光斑直径，实现0.5?5_内连续可调，满足不同大小切口的焊接目的，相比两束分离的激光照射组织，减少了一个聚焦系统且调节便捷；
[0022](6)扫描系统在控制系统控制下可实现直线、圆、多边形等基础图形，基本满足不同形状与空间的切口或创面组织的焊接目的，并可集成到控制系统中，在线快速调节光束移动速度；