组织消融激光装置和消融组织的方法制造方法及图纸

一种组织消融激光装置(100)，包括：激光源(110)，其被配置为产生基础激光束(140)；以及光束成形光学器件(120)，其被配置为接收基础激光束(140)并将基础激光束(140)转换为发射激光束(143)。光束成形光学器件(120)还被配置为聚焦基础激光束(140)，以使得发射激光束(143)具有约10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组织消融激光装置和消融组织的方法


[0001]本专利技术涉及一种根据独立权利要求1的前序的组织消融(ablate)激光装置，并且更具体地涉及一种例如借助于这样的组织消融激光装置来消融组织的方法。
[0002]具有被配置为生成基础激光束的激光源和被配置为接收基础激光束并将基础激光束转换为发射激光束的光束成形光学器件的那种组织消融激光装置可用于消融组织以便切割、铣削(mill)或钻孔(drill)组织。该组织可以特别是人类或动物硬组织。

技术介绍

[0003]对于在许多
中切割和钻孔各种类型的材料，越来越流行使用施加激光束以消融地移除材料的设备，而不是使用机械工具。事实上，现今，在工业应用中，基于激光的切割、铣削或钻孔是普遍的，因为它允许以例如在钟表制造、医学装置生产等中进行制造所需要的高精度来高效且灵活地加工和复制微型零件。此外，类似地，为了切割、铣削和钻孔人类或动物硬组织，诸如骨骼、软骨等，激光消融的使用正因其各种优点而出现。例如，在机器人手术中，已知使用激光束作为切割工具来代替机械工具产生许多优点。更特别地，例如，在EP 2 480 153 B1中，示出了一种计算机辅助和机器人引导的激光截骨医疗装置，其基于“冷”消融作用机制，从而允许精确和温和地钻孔、铣削和切割骨骼和其他人或动物的硬组织和软组织。
[0004]更具体地，用于医学目的的生物组织的激光组织消融正在皮肤病学、泌尿学、肿瘤学、神经外科、眼科手术和其他领域中使用，其中组织的精确切割是重要的。取决于特定目的，普遍使用不同的激光系统。例如，使用嵌入在以棒的形式机加工的在光谱的红外部分发出激光的各种固态玻璃或晶体中的铥(Tm)、钬(Ho)、钕(Nd)或铒(Er)，这些固态玻璃或晶体由闪光灯或激光二极管泵浦(pump)。此外，CO2气体激光器过去也被用于消融组织。选择所有这些用于组织消融目的的激光器主要是因为它们的激光发射波长被存在于生物细胞中并由此也存在于组织中的水强烈地吸收。像这样，可以高效地消融组织。
[0005]此外，为了消融人类或动物硬组织，已经发现当用被水强烈吸收的激光波长(诸如具有2.96μm的发射线的Er:YAG激光)消融某些组织时，同时例如用水溶液喷雾润湿目标硬组织可能是有益的。例如，已经观察到水或另一液体在消融期间使组织保持湿润和冷却，以使得除其他外，可以防止剩余硬组织中的坏死。
[0006]另外，已经发现目标组织处的湿度可能促进间接消融过程，从而有助于总体消融过程。在该间接消融过程中，在目标组织附近飞行的水滴或液滴和/或在组织表面凝结的含水膜或液膜可被激光脉冲的电磁能量破碎，并利用由吸收的激光束脉冲提供的动能来传播。当这些例如以可能达到每秒数千米的速度的小而快速行进的碎片与目标组织碰撞，组织被进一步消融。在一些情况下，这样的间接消融过程可能是总体消融的主要贡献者，甚至是唯一贡献者。特别地，当消融诸如牙齿或脂肪组织的疏水和/或低含水量组织时，间接消融过程常常是主要的或占主导地位的组织消融机制。
[0007]此外，水或类似液体的使用也可以具有另一相关联的益处，特别是在外科手术或
类似医学应用中。也就是说，它可以凝结包含一些潜在有毒成分的消融碎屑，其否则可能污染手术室。
[0008]为了实现对人类或动物硬组织的高效消融，通常使用聚焦激光束。特别地，当使用已知的有益激光源时，为了在激光束撞击组织的点处具有适当的能量密度，通常提供具有2厘米(cm)或更小的焦距的激光束。在这方面，在发射激光束的焦点处出现的束腰(W0)处的能量密度(ED)或通量与单个脉冲中的能量(E)除以W0处的光束直径有关。(D＝2ω0)；即，ED＝F＝E/D＝E/2ω0。
[0009]因此，在激光源的这样的应用中，重要的是确保到组织的距离是适合的，因为在距离太高的情况下，强度对于高效消融组织或完全(at all)消融组织来说太低。为了在进行组织的消融期间保持距离恒定适当以在组织处实现预期的激光束能量密度，例如从EP 2 480 153 B1已知使用自动对焦技术。
[0010]然而，由于要求的到组织的相对小距离，因此用于切割、铣削或钻孔人类或动物硬组织的已知激光装置通常不适合于令人满意地将组织消融到相对高的深度，诸如，例如，超过1厘米的深度。即使对于许多应用和治疗而言，1cm的深度是足够的，但是存在可能要求更深的消融的应用，诸如切割股骨或胸骨。
[0011]此外，通过使用具有如所提及的焦距的激光束，产生的孔或切口的入口通常随着深度的进展而变得越来越宽。在模拟聚焦激光束轮廓的切口的情况下，这可能导致具有锥形而不是圆柱形或不平行壁的孔。在切口的情况下，这样的不平行或发散的相对壁可能使骨骼的后续愈合慢化(degrade)，因为重新组装的表面之间的接触并不理想。
[0012]另外，由于在已知的激光装置中，到组织的距离通常保持相当短，因此激光装置可能阻碍或阻止介入(intervention)区域的直接可视化。这可能导致外科医师频繁移动激光装置以便能够直接视觉检查消融过程。此外，这样的短距离没有为用于软组织的牵开器或吸引器管等其他仪器留下空间，并且限制了用于激光装置定位的空间或可安装在机器人的末级平台(last stage)中的激光装置的可操作性。
[0013]因此，需要一种装置、系统或方法，其允许将人类或动物硬组织切割、铣削和/或钻孔至相当高的深度，以在产生的切口或孔中产生相当平行的壁，并且在消融期间改善直接视觉检查。

技术实现思路

[0014]根据本专利技术，该需求通过由独立权利要求1的特征限定的组织消融激光装置和如由独立权利要求15的特征限定的消融组织的方法来解决。优选实施例是从属权利要求的主题。
[0015]在一个方面中，本专利技术是一种组织消融激光装置，包括激光源和光束成形光学器件。激光源被配置为产生基础激光束。光束成形光学器件被配置为接收基础激光束并将基础激光束转换为发射激光束。光束成形光学器件还被配置为聚焦基础激光束，以使得发射激光束具有约10
°
或更小、优选地约5
°
或更小、更优选地约3
°
或更小的聚焦角度。
[0016]术语“激光装置”通常可以指被布置为产生激光束或通过基于电磁辐射的受激发射的光学放大过程来发射光的装置。通常，激光是“辐射的受激发射的光放大”的缩写。激光与其他光源的不同之处在于它以相干方式发射光。这种空间相干性可以允许激光聚焦到狭
窄的点，该狭窄的点使得诸如切割或光刻之类的应用成为可能。组织消融激光消融装置可以特别是激光骨刀或被配置为用作骨刀。
[0017]待被激光装置消融的组织可以是人类或动物组织，并且更特别地，人类或动物天然或人造硬组织。由此，术语“硬组织”可以涉及指甲组织、软骨，特别是骨骼组织。因此，组织消融激光装置可以特别地设计用于切割、铣削和/或钻孔骨骼。在这方面中，术语“人造”可以涉及用于替代或代替天然硬组织的合成材料。因此，术语“人造硬组织”可以是指合成产生的组织或用作骨骼替代物的材料。如上文所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种组织消融激光装置(100)，包括：激光源(110)，其被配置为产生基础激光束(140)；以及光束成形光学器件(120)，其被配置为接收所述基础激光束(140)并将所述基础激光束(140)转换为发射激光束(143)，其特征在于，所述光束成形光学器件(120)被配置为聚焦所述基础激光束(140)，以使得所述发射激光束(143)具有约10
°
或更小、约5
°
或更小、或者约3
°
或更小的聚焦角度(142)。2.根据权利要求1所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述聚焦角度(142)由所述发射激光束(143)的最外光线(145)的方向和所述发射激光束(143)的传播路径(z)的方向来限定。3.根据权利要求2所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述发射激光束(143)的所述传播路径(z)的所述方向对应于所述发射激光束(143)的中心光线(147)的方向。4.根据前述权利要求中的任一项所述的组织消融激光装置(100)，包括：润湿设备(151)，其被配置为润湿待被所述发射激光束(143)消融的所述组织(131)。5.根据权利要求4所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述润湿设备(151)被配置为润湿由所述发射激光束(143)在所述组织(131)中产生的切口(130)。6.根据权利要求4或5所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述湿润设备(151)具有喷嘴(151)，其被配置为向待被所述发射激光束(143)消融的所述组织(131)产生液体喷雾(152)。7.根据前述权利要求中的任一项所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述激光源(110)被配置为产生波长在约2.5微米至约3.5微米的范围内、或约2
’
940纳米的所述基础激光束(140)。8.根据前述权利要求中的任一项所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述激光源(110)被配置为将所述基础激光束(140)产生为脉冲激光束。9.根据权利要求8所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述激光源(110)被配置为以约1至约100赫兹的范围内或约10至约30赫兹的范围内的频率产生所述脉冲基础激光束(140)。10.根据权利要求8或9所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述激光源(110)被配置为产生时间宽度在约5微秒至约300微秒的范围内、约10微秒至约150微秒的范围内、或约50微秒至约120微秒的范围内的所述脉冲基础激光束(140)的脉冲。11.根据前述权利要求中的任一项所述的组织消融激光装置(100)，其中，所述光束成形光学器件(120)被配置为产生焦距超过约4cm的所述发射激光束(143)...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：先进截骨工具AOT股份公司，
类型：发明
国别省市：