一种基于激光诱导的微射流装置、微射流形成方法

本发明属于激光诱导液体微射流，更具体地，涉及一种基于激光诱导的微射流装置、微射流形成方法。

背景技术：

1、传统的激光消融组织方式容易附带热损伤，伤害健康组织；传统的水刀体积较大，且驱动力为机械压力，所需液体量较多，如果液体回吸不及时容易导致患者组织积液。无针注射是指通过某种动力系统将药物高速射出直接投送到组织中的技术，无需针管穿刺组织。现有的无针注射动力源主要是弹簧动力，高压气体动力，压电驱动等，但受限于以上动力源，无针注射装置相对复杂且体积大，目前只能应用于体表给药。而体内器官无针注射给药的需求日益增大，能与内窥镜有效结合的小型无针注射系统有待开发利用。

2、激光诱导液体微射流技术是利用激光在液体中诱导空化效应在特定的窄腔端口输出高速微射流的技术手段，其原理为在激光脉冲持续过程中，水等液体介质吸收激光能量形成空泡，空泡会在极短时间内溃灭，产生强烈的冲击波和高速微射流，当微射流流速超过13m/s时便可以穿透真皮层，实现无针注射，当流速达到百米量级时可以精确有效切除或消解靶组织，且保留血管等高弹性组织。

3、然而，现有的微射流装置得到的微射流的流速较低或喷射形态较差，导致应用场景有限，例如，部分现有装置形成的水流效果不足以形成切割的能力，只能应用于无针注射。此外，部分现有装置还存在可靠性较差、结构复杂、体积较大的问题，无法满足现有的应用需求。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种基于激光诱导的微射流装置、微射流形成方法，解决现有的微射流装置无法满足现有的应用需求的问题。

2、本发明提供一种基于激光诱导的微射流装置，包括：激光器、光纤、供液装置、第一管体、耦合装置、第二管体和腔体；所述激光器发出的激光耦合入所述光纤进行传输；所述供液装置内装有水基溶液，所述供液装置与所述第一管体的输入端连通；所述光纤经所述耦合装置后插入至所述第二管体内，所述第一管体的输出端经所述耦合装置后与所述第二管体的输入端连通，所述第二管体的输出端与所述腔体的输入端口连通；所述供液装置中的所述水基溶液经所述第一管体、所述第二管体后流入至所述腔体内，所述光纤经所述第二管体后延伸至所述腔体内；在所述腔体内，所述激光在所述水基溶液中诱导空化效应产生空化气泡，所述腔体的输出端口射出微射流。

3、优选的，所述腔体包括依次相接的输入段、发生腔室、连接段、收缩段和喷嘴；所述发生腔室设计为与所述空化气泡的形状相契合的椭圆形结构，所述收缩段的横截面逐渐减小。

4、优选的，所述连接段与所述收缩段两者的截面夹角在165°～167°的范围内，所述连接段的外径与所述喷嘴的外径的比值在2～4的范围内。

5、优选的，所述喷嘴的外径为2～5mm。

6、优选的，所述激光器的波长对应所述水基溶液的最大吸收峰。

7、优选的，所述激光器采用铥激光器。

8、优选的，所述微射流的流速在10～300m/s的范围内可控。

9、优选的，所述基于激光诱导的微射流装置应用于无针注射、组织切割或组织消融。

10、另一方面，本发明提供一种基于激光诱导的微射流形成方法，包括以下步骤：

11、组装得到上述的基于激光诱导的微射流装置；

12、对激光器的参数进行调控，得到所需流速的微射流。

13、优选的，所述激光器的参数包括激光的平均功率、脉宽和重复频率。

14、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

15、本发明利用光纤传输激光到微细液腔(即腔体)内，通过激光空化效应输出高压微射流，通过对激光参数进行调控，可以提供较大流速范围的微射流，能够应用于无针注射、组织切割、组织消融等多个应用场景，功能强大。本发明提供的装置主要通过光纤与导管连接，灵活可控，且在径向上进行了尺寸细化设计，较之现有的装置，结构上更加简洁，还能够实现液体加压与稳态输出之间的最优平衡，保证了装置的可靠性；体积上更加微细，实现了体内操作的可能；空间自由度上更加灵活，有利于操作的多样性；本装置的输出端不受光路的限制，光纤整体连接比外置光路更稳定，结合其他的特殊结构设计使得装置能够比较方便的自由移动，方便作为手持设备。本发明采用铥激光器可以实现最高的空化效率，且使得能量能够更多地被用在传输方向上，侧向的冲击波较小，更容易形成高速微射流且降低管壁压力。综上，本发明功能强大、便于实现高效率、小体积与易控制的激光诱导微射流输出，能够满足现有的应用需求。

技术特征：

1.一种基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，包括：激光器、光纤、供液装置、第一管体、耦合装置、第二管体和腔体；所述激光器发出的激光耦合入所述光纤进行传输；所述供液装置内装有水基溶液，所述供液装置与所述第一管体的输入端连通；所述光纤经所述耦合装置后插入至所述第二管体内，所述第一管体的输出端经所述耦合装置后与所述第二管体的输入端连通，所述第二管体的输出端与所述腔体的输入端口连通；所述供液装置中的所述水基溶液经所述第一管体、所述第二管体后流入至所述腔体内，所述光纤经所述第二管体后延伸至所述腔体内；在所述腔体内，所述激光在所述水基溶液中诱导空化效应产生空化气泡，所述腔体的输出端口射出微射流。

2.根据权利要求1所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述腔体包括依次相接的输入段、发生腔室、连接段、收缩段和喷嘴；所述发生腔室设计为与所述空化气泡的形状相契合的椭圆形结构，所述收缩段的横截面逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述连接段与所述收缩段两者的截面夹角在165°～167°的范围内，所述连接段的外径与所述喷嘴的外径的比值在2～4的范围内。

4.根据权利要求2所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述喷嘴的外径为2～5mm。

5.根据权利要求1所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述激光器的波长对应所述水基溶液的最大吸收峰。

6.根据权利要求1所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述激光器采用铥激光器。

7.根据权利要求1所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述微射流的流速在10～300m/s的范围内可控。

8.根据权利要求1所述的基于激光诱导的微射流装置，其特征在于，所述基于激光诱导的微射流装置应用于无针注射、组织切割或组织消融。

9.一种基于激光诱导的微射流形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的基于激光诱导的微射流形成方法，其特征在于，所述激光器的参数包括激光的平均功率、脉宽和重复频率。

技术总结
本发明属于激光诱导液体微射流技术领域，公开了一种基于激光诱导的微射流装置、微射流形成方法。装置包括激光器、光纤、供液装置、第一管体、耦合装置、第二管体和腔体；激光器发出的激光耦合入光纤进行传输；供液装置内装有水基溶液，供液装置与第一管体的输入端连通；光纤经耦合装置后插入至第二管体内，第一管体的输出端经耦合装置后与第二管体的输入端连通，第二管体的输出端与腔体的输入端口连通；供液装置中的水基溶液经第一管体、第二管体后流入至腔体内，光纤经第二管体后延伸至腔体内；在腔体内，激光在水基溶液中诱导空化效应产生空化气泡，腔体的输出端口射出微射流。本发明能够满足现有的应用需求。

技术研发人员：王度,王晨阳,王行环,李胜,雷诚
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10