采用目标光束技术的中空二氧化硅波导

二氧化碳 (CO2) 激光所产生的红外 (IR) 光束波长为10.6微米。二氧化碳激光于1964年由Kumar Patel在贝尔实验室发明而成，当今作为一种切割工具广泛应用于耳鼻咽喉科学、眼科学、妇科学、皮肤医学以及整形外科和普通外科学之类的众多医疗程序当中。

二氧化碳激光最著名的应用可能就是在美容与皮肤治疗领域，所发射的红外光束可被患者皮肤或者组织中的水分吸收。这样可以产生极薄一层足以封闭住真皮血管的热坏死组织，但是这层组织又足够薄，可以减少结痂。在激光换肤术和其他真皮手术中，与机械性磨损或化学药剂相比，激光疗法已经久经考验，广泛被认为具有极高的效率。激光设备还可用于其他多种临床状况。激光视力矫正手术的流行度、安全性与有效性稳步提高。在全科医学领域，外科医生可以在传统的开放手术和腹腔镜手术中使用多种不同波长的激光和传输系统来切割、蒸发和移除组织，有关手术包括切除肿瘤或息肉、shen结石手术或前列腺手术等。

二氧化碳激光通常称为“无血手术”，可供外科医生集中关注某一较小的区域，通过减少术中出血以及术后疼痛与不适感，可以提高患者的舒适程度，促进外科手术后创口的愈合。激光可以封闭住淋巴管和血管，减少术中出血和术后肿胀的发生。穿透深度仅为 0.03 毫米，切割后可以封闭住神经末梢，可以减轻水肿和疼痛，使术后康复过程更加舒适，减少感染。由于激光手术在切割方面比传统的外科手术方法更加精准，这一技术可以减少手术并发症以及病变细胞或癌细胞的传播或复发。激光手术通常需要的时间更少，比传统手术具有更高的性价比。


图1：采用中空二氧化硅波导的二氧化碳激光

为了达到最佳的临床效果，激光手术需要由经过专业培训、技术优秀的医疗专业人员来进行。对于临床医师来说，二氧化碳激光手术的优势则在于可以改善对术野的可见性、精度与控制性，并且缩短手术时间。激光束的直径与功率可以调节，以便快速去除较大的组织或者仅仅切除少数几层组织。激光束在切除组织的同时可以封闭住毛细血管和小血管。这样可以大幅度的减少出血，使手术部位保持干燥、洁净。消融的组织和周围完整组织之间的界限可以清晰的界定。二氧化碳激光无需物理力量即可蒸发四周的组织，从而封闭住血管，使出血降至最低程度。因此，在手术过程中需要无血状态时，这一特点便极其有效。此外，由于组织焦斑发生高温蒸发，创口可以通过无菌的方式进行处理。

激光治疗技术根据所实施的具体手术而有所不同。从设计与临床的角度来说，激光功率密度可对激光和人体组织之间的相互作用产生影响。总之，外科医师可以方便控制的最高功率密度在治疗性医疗和外科手术中达到最佳的效果。这样可以使与激光束所产生传导加热的接触减至最短时间，从而降低周围组织受伤或损伤的可能性。此外，每种激光波长都具有自己的特性，对人体组织可产生特定的效果。外科医生不仅需要对所实施的医疗程序具有充分的了解，在操作和使用所选激光技术系统时还必须具有正确的设备、技巧和实践经验。

当今在世界各地的手术室中已经采用了很多种二氧化碳激光。对于临床医师和医疗器械的设计人员来说，重要的一点在于需要充分了解特定激光传输系统所允许实现的性能。关节杆激光这种技术已经较老。光纤则是最新技术，可以取代成本高昂、笨重而又灵活性较低的关节杆。直接光纤系统中可以包含裸光纤，用于二氧化碳激光的钬波导和中空波导。

中空波导不会像嵌入了反射镜或镜头的关节杆激光那样传输二氧化碳激光束，取而代之的是提供可行而又通用的选项来为医学激光应用传输二氧化碳激光。中空光纤强度较高、柔性极高，能够方便的更换切削参数来适应定制的需求。由于基于二氧化硅的典型光纤会大量吸收波长大于2.1微米的光束，需要的是一种不同的技术。红外传输中空二氧化硅波导 (HSW) 对于高功率激光传输应用来说，是实心光纤的一种极佳的替代方案。

在众多的主要优势当中，HSW 解决方案可以提供较高的激光功率阈值、插入损耗较低、不存在末端反射，并且精准度极高。Polymicro Technologies的 MediSpec中空二氧化硅波导中含有熔融二氧化硅毛细管，该毛细管具有内部光学反射Ag/AgI涂层。出于保护目的，毛细管上涂有外部防护聚合物缓冲层，可以改善波导的强度与柔性。内部的介电层则经过优化，在10.6微米的激光波长下运行时具有较低的光学功率损耗。

由于采用了中空结构，在端接和操作时需要采取合理的措施来避免污染物进入到波导的孔中。对于发射的激光功率来说，污染物会成为一种散乱点，导致发生内部烧灼。此外，在波导孔中运动的颗粒物还有可能在物理上擦伤毛细管的二氧化硅表面内侧，从而大幅提高易碎性。

如何将功率结合到中空二氧化硅波导中，在极大程度上取决于输入光束的特性。需要采取措施以避免触碰到玻璃部位。在将激光功率结合到中空二氧化硅波导时，目标就是使输入数值孔径减至最小，同时保持光斑尺寸小于波导孔径。一个良好的经验法则则是将聚焦的光束直径对准到波导的入口处，保持约占波导孔径的 70% 大小。在合理的对中后，这样可以避免激光束照射到波导的前缘，并且可以产生最佳的传输特性。

出色的激光制导效果以及精准的目标光束可见对中操作，已成为手术室用手持探头和其他激光治疗设备的关键性要求。MediSpec中空二氧化硅波导可以简化患者的治疗过程、提高安全性，并且加快治疗速度。这种专用的波导专为医疗激光应用而设计，集成了中红外激光功率输送以及目标光束可见对中 功能。MediSpec 中空二氧化硅波导是一种改变游戏规则的技术，其独一无二的结构可以为外科医师提供一种轻量级的高精度替代方案，可取代笨重庞大的关节杆和手持探头，后者一般携带两条光纤，一条用于照明，而另一条则用于输送激光功率。

MediSpec中空二氧化硅波导设计用于包括二氧化碳输送系统以及铒雅克激光在内的中红外到远红外范围内的应用，提供 500、750 和 1000 微米内径，波长范围为 2.9 至 10.6 微米。Tefzel 护套材料具有生物相容性，可以耐受微创手术中的消毒过程。根据客户要求可以提供各种使用 SMA、ST 和 FC 连接器的端接方案。

Polymicro Technologies的MediSpec中空芯波导在 Molex 经 FDA 注册的工厂中制造，满足FDA 21 CFR 820 质量体系规定以及 cGMP 对标签、包装和消毒的全部要求。


图2：新型中空波导设计