CN1049612A - 激光辐射仪 - Google Patents

Abstract

用于在一项医疗治疗中处理细胞组织的激光辐 射仪。根据一个最佳实施例，仪器的组成是，一个探 头，一个将激光送入探头的光导纤维和一个插入探头 并从中伸出的用于探测温度的导线。其次，探头包含 用于对细胞组织进行均匀激光辐射的激光散射粒 子。而且探头是一激光穿透合成材料，为容易地模制 这个仪器，光导纤维的一个芯心的前端及导线的插入 部分埋在探针的合成材料之中。

Description

本发明涉及一激光辐射仪，该仪器将激光辐射到一种动物如人体的活体细胞组织上，使得对活体细胞组织的切割、汽化疗法或是热疗成为可能，本发明特别涉及一激光辐射仪，用该仪器可对癌组织及类似物进行有效的热疗，而该激光辐射仪的穿透元件直接或通过穿透元件上表面层的媒介物与活体组织的表面相接触。

用激光通过辐射所进行的医学治疗如对动物有机体的活体细胞组织的切割由于在对其应用期间所表现出的止血能力而引人注意。

通过一个与活体细胞组织脱离接触的光导纤维的前端来辐射激光的方法是一直所用的普通方法。但是这种方法引起该光导纤维的前端部分的严重损坏。因而，最近一直使用的方法如下：

首先，将激光传输到一个光导纤维之中，光导纤维的前端与被处置的活体细胞组织相邻接，第二步，从光纤中输出的激光被送入发射探头中，探头与活体细胞组织可相接触或相脱离。然后，从探头的表面发射激光用以对活体细胞组织进行辐射。在这种场合，探头应该与活体细胞组织相接触（以后有时只用“组织”来表示“活体细胞组织”）。

本发明者设计出许多种用于各种目的的接触探头。

进一步来说，最近，局部热疗法作为一种抑制癌症的疗法引起特别关注。根据这种方法，通过用激光辐射将癌组织保持在大约42°-44℃下10-25分钟，癌组织被破坏。这个方法的效果已由本发明者在日本激光医学协会的会刊上所报告，第6卷，第3号（1986年1月），第71-76页及347-350页。

另一方面，激光化学已引起广泛的注意，包括1987年由美国的Dougherty等人所报告的方法。根据这个方法，在进行血卟啉衍生物（Hematoporphyrin  Derivative）（HPD）的静脉注射后的48小时内对治疗的目标区域进行弱激光辐射如氩激光或氩着色激光（Argon  Pigment  laser）。在其上面通过HPD形成第一能态氧（oxygen  of  the  primary  term），它有强的抑制癌的作用。从那以后，在这方面已有各种报告发表，包括一份在日本激光医学协会会刊第6卷第3号（1986年1月）第113-116上发表的报告。关于这一点，在使用“脱镁叶绿酸（Pheophorbide）作为一种光化试剂的工艺中，也是已知的。

在以上提到的医疗措施中，均匀的癌细胞组织辐射激光是很重要的，在热疗的场合，均匀对癌细胞组织加热是特别重要的。

然而，均匀辐射激光是很困难的，对宽阔的目标区辐射就更为困难。因此，实施下列一种方法：

分别向目标区的每一个小部分反复辐射激光，以便使整个目标区都被辐射到。因此，进行这个医疗操作将花费很长时间。

在这些情况下，研究带有多个激光发射体或探头的激光辐射仪。用这种辐射仪，从多个探头发射的激光被同时辐射在细胞组织上。这样的激光辐射仪也由本发明者在其日本专利申请第62-50723中示出。

可以确信用这些仪器可以在某种程度上将激光均匀地辐射在细胞组织上。然而，均匀性并不充分。在另一方面，在这些仪器中多个激光传导通道及探头，还有用于这些通道和探头的控制器是必要的。因而增加了成本。

因而，本发明的主要目的是提供一种成本低的激光辐射仪，用这种仪器可以对活体细胞组织均匀辐射激光。

为了解决上述问题，本发明的一个激光辐射仪的组成是，一个含有激光散射粒子，且由一激光穿透合成材料构成的激光穿透元件，和至少一个激光传输元件，通过该元件激光穿行以便被送入穿透元件。

为了有效的加热活体细胞组织，应将一探测温度的导线与所处置的活体细胞组织相接触，以便控制温度。因而，为了加热活体细胞组织，一个激光辐射仪较好的组成是，一个具有激光散射粒子且由激光穿透合成材料构成的激光穿透元件，至少一个激光传导元件，通过该元件激光穿行以便被送入穿透元件，及探测温度的导线，该导线通过穿透元件被插入以便从穿透元件的前端的外表面伸出，且其插入部分被埋在穿透元件的合成材料中。

现在，与以前的工艺相比较，描述本发明的优点。

几乎所有已由本发明者发明的接触探头，都是由一陶瓷材料如青玉等等制成的。为了用这些探头散射激光，只发现了下述方法：探头的表面应被弄糙或应在探头表面提供一激光散射表面层。

在另一方面，由于由陶瓷材料构成的探头在耐热性上良好，所以当要求耐热时，可有效地使用该探头。然而，当如上述加热活体细胞组织时，并不要求高的能量水平，也就是说，探头可以在低能量水平的激光的下充分地工作。

作为本发明者的研究成果，发现一个合成材料可用于探头作为本发明的穿透元件。因此通过使含有激光散射粒子的合成材料预先成形，被送入探头的激光随探头中的散射粒子而散射。因而，激光从探头表面的各个方向射出。这产生了大区域激光辐射。而且，由于探头是由合成材料构成的，探头也具有一个优点即它可根据探头的用途形成许多种适当的形状。

在细胞组织中检测温度的导线对于在一个适当的医疗措施中控制温度是必要的。因此，可用合成材料形成探头以便探测温度的导线如在其前端带有一热电偶的导线可通过探头被插入。在这种场合，要求在一位置上探测温度，这个位置在活体细胞组织内并与和活体细胞组织表面相接触的探头的前端相邻接。因此，根据本发明，温度的探测可根据导线的适当位置而正确执行。然而，在以前的工艺，上述位置上的温度由于下述原因而不能探测：

以前的工艺中，已知导线分别由一个探头或一球型容器提供。因而，连到导线前端的热电偶被插入探头侧部的活体细胞组织。也就是说，由于导线的不适当位置，热电偶不能放在活体细胞组织中的上述位置。因此，在上述确定位置上测探温度是不可能的。另一方面，已知导线是环绕探头并从探头的侧表面连到尖端上的，导线的前端连到探头的尖端。通过这种方法，在与相接触的探头相邻接的活体细胞组织的表面的一点上的温度可以探测。然而，所探测的温度是活体细胞组织的表面温度或者说不是活细胞的内部温度。结果，用这种普通方法，在确定的位置上探测温度是不可能的。

然而，在本发明里，由于穿透元件或探头是由合成材料制成的，可以形成探头以便导线可以通过探头的合成材料插入并埋在其中。在导线的前端带有热电偶。而且由于导线的前端从探头的前端部的外表面伸出，所以当探头与活体细胞组织接触时，导线的前端可以与探针的前端一同插入细胞组织。因此，使用本发明的仪器，在确定位置的温度可以被探测，该位置与所接触的探头的前端相邻接并存在于细胞组织的内部。也就是说，探头在加热细胞组织过程中的温度控制方面是良好的。

因此，通过使用本发明的上述激光辐射仪器，可以轻易地制造所需形状的穿透元件，制造仪器的成本也可降低，且探测温度的导线也可安置以便适合于每一种医疗措施。而且，可以均匀地向活体细胞组织辐射激光。

通过下列描述本发明的进一步的目标及优点将显而易见，参照附图，在这里清楚地示出本发明的最佳实施例。

图1是在涉及本发明的第一个实施例中的一个辐射仪器的一个重要部分的纵剖面图。

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖开的一个侧视图。

图3是一个透视图，示出了使用第一个实施例的辐射仪器对癌细胞组织进行局部热疗的一个实施例以及在该仪器中的温度分布图。

图4是第二个实施例中一个辐射仪器的一个重要部分的纵剖面图。

图5是图4中仪器的左侧视图。

图6是第三个实施例中辐射仪器的纵剖面图。

图7是第四个实施例中辐射仪器的一个重要部分的纵剖面图。

图8是第五个实施例中的辐射仪器的一个重要部分的纵剖面图。

图9是一个纵剖面图，示出了在图8的仪器插入以前在细胞组织中形成一个导管的实施例。

现在1特别用几种实施例来描述本发明。

图1示出了第一实施例。一个光导纤维1作为一个激光传输元件来使用，它由一个护套管2围绕，管2是由四氟乙烯等的树脂构成的，光导纤维1的前端插入一个螺纹接套3，接套3由一合成材料如聚乙烯等构成。探测温度并在其前端带有热电偶4a的导线4沿光导纤维提供而且也插入螺纹套管3。

一个由四氟乙烯的树脂等构成的柔韧防护管5接到螺纹接套3的后端。光导纤维1的后端与一激光发生器（未示出）光连接。探测温度的导线4连到一温度测量装置上（未示出）。然后，根据探测温度的结果，控制由激光发生器中被送入光导纤维1中的激光的能量水平。这个控制可以用比如调整在光导纤维1的后端与激光发生器间的一个记时器开关来执行。

另一方面，螺纹接套3的前端通过一个螺旋体与一个支架6相连。这个支架6在其前端支承着作为激光穿透装置的一探头7。

支架6的组成是一个向其后端渐尖的架体6A，一个筒状连接器6B，这个连接器具有空心的形状并从架体6A中伸出。使螺纹接套3的螺旋体适应于与支架6的连接螺旋孔6C相配合以便来连接。光导纤维1与用于探测温度的导线4插过架体6A。探头7的组成是一个圆柱实体，它的前端圆周被导角，另一个在圆柱实体后端的圆柱体，它具有除去筒状连接器6B厚度的较小半径。探头7的较小园柱部分与筒状连接器6B相吻合，而且可以通过在配合表面之间，即探头7的较大园柱部分的一个环形底面与筒状连接器6B的顶端环形面之间使用胶合剂来整体固定以便高强度固定。

一个激光反射层8在探头7与支架6的配合面上形成，在这个实施例中是架体6A的园形前面与筒状连结器6B的内侧面。考虑到层的材料虽然反射层8较好是镀敷上的金，它具有高的耐热性，但也可以是镀的铝。为了形成这个层，可以用气相沉积也可以是镀敷方法。

而且，光导纤维1的前端被插入并埋在探头7的合成材料中，光导纤维1的芯心的前端与探头7的合成材料直接接触没有间隙。探测温度的导线4的前端被插过探头7以便它可以从探头7的前端的外表面伸出它具有尖锐的顶端以便可轻易插入细胞组织。

本发明的探头包含激光散射粒子并且该探头是由激光穿透合成材料构成的。这个材料是合成树脂如硅铜树脂、丙烯酸树脂（最好是甲基丙烯酸甲脂树脂）、碳酸树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯树脂、尿烷树脂、聚脂树脂等等，最好是热塑性合成树脂。对于散射粒子，所使用的材料对激光的折射指数大于上述探头的合成材料，举例来说是一种自然或人造材料如金刚石、青玉、石英材料、单晶氧化锆，具有耐热性的激光穿入合成树脂（不用说它与上述探头的合成树脂材料是不同的）、激光反射金属（如金、铝等等）、以及在其表面涂复有上述激光反射金属而成为一种混合物质的那些粒子。

另一方面，如果需要的话，当探头含有与散射粒子在一起的激光吸收粒子如碳、石墨、氧化铁、二氧化锰等等时，碰撞在吸收粒子上的激光产生热能而探头中散射的激光从探头中射出。

本发明的探头通过用合成材料模制成所需形状来制造，探头处在熔融状态而散射粒子分散在其中。本发明中，光导纤维1的前端如图1中示出的埋在探头的合成材料中，而探测温度的导线4的中间部分埋在探头7的合成材料里以便整体固定到探头7上。因此，为了制造这个仪器，比如，将材料注入一个模子，通过这个模子来模制可轻易制得支架6，而光导纤维1及导线4从支架6的架体6A中伸出。

比如用如下列一种方式使用上述类型的本发明的激光辐射仪器。激光从激光发生器中产生，同时将与一内窥镜相连的仪器插入人体中被处置的目标区域。从激光发生器中来的激光被送进光导纤维1的后端且从那里面传输并从光纤1的前端射出。然后，射出的激光被直接送进探头7并从那里穿过并从其外表面射出，而且激光反复在探头7里的散射粒子上被折射。因而，就象图1中示出的，激光在反复被折射后，从探头7的外表面对着细胞组织均匀射出。当这么做的时候，如图1所示，到达支架6的内表面的激光在反射层8上被反射。因而，防止金属支架6被加热及被损坏，而且使被反射的激光向前行驶。

图3示出了一个实施例，在这里用第一实施例的探头7通过一局部热疗法对癌细胞组织M进行处理。在这种疗法中，当探头7的前端的外表面与癌细胞组织M相接触时，探测温度的导线4的前端被插入癌细胞组织，该导线的前端从探头7的前端外表面伸出。然后，为了控制送入光纤1的激光的能量水平，用热电偶4a探测癌细胞组织的温度，换句话说，是为了控制如前所述的从探头外表面射出的激光的能量水平。然后，通过将癌细胞组织M保持在大约42-44℃的温度下来破坏癌细胞组织M。

另一方面，激光也对着探头7中的探测温度的导线4辐射。因而，为了防止导线4被加热及被损坏导线4最好涂上一激光反射层如镀金层和一钛涂层。

图4和图5示出了第二个实施例。探头10的侧面向探头10的后端渐尖基本上为一截锥体形状。在探头10里提供多个光导纤维1，而且光导纤维1的前端埋在探头10的合成材料里。在这个实施例中提供了光导纤维1以便使纤维1向探头10的前端的园周偏转从探头10的后端互相分开，从侧面看，纤维1的三个前端以同样的120°角度空间环绕排列如图5所示。由一医疗操作者直接抓握的支架11具有向探头10的后端渐尖的前端部分以便探头10可以被装进支架11。一个激光反射层12如一镀金层提供在支架11的变尖前端的内侧面上。提供一导线13用以探测温度。第二种激光辐射主要适用于对人体皮层辐射。

在本发明中，由于探头是由合成树脂材料制成的，与陶瓷材料比较，将这种合成材料模制成所需形状更容易。因而，如图6中第三实施例中所示出的，这种材料可模制成一个具有用精巧形状的探头10A适于治疗比如与子宫U的颈部相接形成的子宫癌（uterin  cancers  formed  adjacent  to  the  cerival  os  of  an  nterin  U）。

在示出了第三个实施例的图6及示出了第四个实施例的图7中，探测温度的每一个导线4并不从探头10A或探头7的前端外表面伸出。也就是说，每一个导线的每一个前端都保持埋在探头10A或探头7的合成材料中。在这种场合，如果知道所处理的细胞组织里的温度与探头10A或探头7里的温度之间的关系，就可以通过探测探头10A或探头7里的温度而控制细胞的温度，虽然控制的精确性被降至某一程度。

图8示出了第五个实施例。在这个实施例中，有效地使用一种仪器并不是为了在细胞组织表面而是在细胞组织内部进行治疗。在一个光导纤维20的前端，去掉包层20B以便芯心20B暴露出来。芯心20A的顶端被弄尖。一个激光散射层在芯心的几乎所有外表面形成。在这个图中，激光散射层由标记点来指示。为了形成散射层，首先喷射陶瓷粉末如二氧化硅等等加热其到一稍低于其熔点的温度。因而，最初喷射的粉末由于不完全加热并不均匀。然后将这些不完全加热的陶瓷来冷却。因此，激光散射层在芯心20A上形成，在那里粉末部分熔化部分保留。由于这个散射层，当激光从芯心20A的外表面射出时，激光碰撞在带有折射作用的每一个所生成的陶瓷粉末上并被散射。

另一方面，提供一探头21以便围绕由这个散射层所覆盖的芯心20A。这个探头21是由与第一实施例同样的方式用含散射粒子的合成材料制成。

探测温度的导线22的外表面是镀金层。然后固定在光导纤维20上的导线22的前端与探头21的后端相邻接。与光导纤维20在一起的导线22由一柔韧护套23所围绕，护套由合成树脂制成如聚乙烯、尿烷等等，硅橡胶等等。用模制方法，护套23与导线22、光导纤维20与探头21整体固定。

在使用第五个实施例的场合，如图9所示，首先，一个被称作的针31刺孔针与一导管30一起插入细胞组织M如肝细胞组织。下一步，只将刺孔针31去掉。然后，取代针31的是，将这个激光辐射仪的前端插入细胞组织M结果它从导管30中通过。然后将激光送入光纤20并从在光纤20前端的芯心20A中射出。依照这样做时，在覆盖芯心20A的激光散射层里激光被散射。然后被散射和射出的激光被送入探头21并通过它穿行，而且激光被探头21里的散射粒子反复散射。最后，激光从探头21的外表面中均匀射出。这个仪器应用在对肝中的癌细胞组织恶性脑瘤及乳腺中的癌细胞组织进行的局部热疗中。

包含在散射层里的散射粒子与上述探头中的散射粒子基本相同。然而，那些在其熔化时不能做成薄膜的粒子不适于用做散射粒子因而陶瓷粒子一般用作散射粒子。

此外，如果需要，可以在上述几种探头的每一表面或上述复盖在芯心20A上的散射表面上形成一表面层以给出高的散射效果。这个表面包含有光散光粒子，该粒子具有的折射指数大于探头材料或上述合成材料如青玉、二氧化硅、氧化铝等等，上文描述的可包含在探头中的激光吸收粒子如碳等及在后文描述的将粒子粘合到每一表面并在这个表面上形成一薄膜的粘合剂。

通过光散射粒子激光被散射，而当激光碰在激光吸收粒子上时，大部分激光能量被转为热能。

通过这样做，由于细胞组织的汽化被加速，可以用穿透探头的低能量激光切开细胞组织。因而，当细胞组织被切开时，探头可快速移动。而且由于所需穿透探头的激光能量很低，可以用便宜、小型的激光发生器在短时间内进行医疗操作。

另一方面，涉及表面层，如果一个包含激光吸收粒子和光反射粒子的分散体涂覆在探头的表面，在一分散介质汽化后，具有表面层的探头与细胞组织或其它物质的接触引起对表面的损坏，因为，仅通过物理吸收能所有的粒子附到探针的表面。

因而，通过将激光吸收粒子与光散射粒子粘合到探头表面的粘合剂，表面层与探头的粘合得到加强。在这种场合，粘合剂最好是由光穿透粒子构成如合成粒子或陶瓷粒子例如石英粒子等。为了形成薄膜，当用合成粒子作粘合剂材料时，这个粒子应被熔化，或者当使用具有比探头更高熔点的陶瓷粒子时，探头的表面应被熔化。

此外，通过在探头表面形成一粗糙表面或通过在粗糙表面上形成上述表面层，可以更有效地辐射激光，因为，当激光射出时，激光在粗糙表面上散射。如果需要，在芯心20A上形成粗糙表面，而且可在粗糙表面上形成上述散射层。

虽然，在上文所描述的每一个实施例中，光导纤维的前端埋在探头的合成材料中，光导纤维的前端可以定位以便与探头的后端分开。然而，一个例外是图8的实施例，因为在这个实施例中散射层在芯心表面形成并且探头要围绕的芯心。然而，在本发明的光导纤维的前端与探头的后端向有间隙的场合而不是图8的实施例中的探头时，杂质如灰尘等在间隙中产生，而且杂质附在探头后端与光导纤维或纤维的前端表面上。因此，激光碰撞到杂质上，探头的后端表面被加热。也就是说，送入探头的激光能量水平被降低。因而，光导纤维的前端最好埋在探头的合成材料中。

由于已描述了最佳实施例，很显然，本发明不限于它的这些特殊实施例。

Claims (10)

1、一个激光辐射仪器，其特征为包括：一个包有激光散射粒子并由一激光穿透合成材料制成的穿透元件，至少一个传输元件，通过这个元件激光行驶以便被送入所说的穿透元件。

2、根据权利要求1的一种仪器，其特征为所说激光传输元件是一光导纤维而且所说光导纤维的一个芯心的前端埋在所说穿透元件的所说合成材料中。

3、根据权利要求2的一种仪器，其特征为一个激光散射层在所说芯心的被埋部分的表面上形成。

4、根据权利要求3的一种仪器，所说激光散射层由耐热陶瓷粒子制成，该粒子部分熔化部分保留粒子状态。

5、根据权利要求1的一种仪器，其特征为所说穿透元件被一支架的前端包含并围绕，一个激光反射层至少覆盖所说支架的内表面，所说的内表面是与所说穿透元件相接触的。

6、根据权利要求5的一种仪器，其特征为所说反射层是一镀金层。

7、一个激光辐射仪器，其特征为包括：一个穿透元件，该元件含有激光散射粒子并由一激光穿透合成材料，至少一个传输元件，通过该元件激光行进以便被送入所说穿透元件，还有一个探测温度的导线，该导线通过所说穿透元件插入以便从所说穿透元件的前端外表面伸出，导线的插入部分埋在所说穿透元件的所说合成材料中。

8、根据权利要求7的一个仪器，其特征为至少所说导线的插入部分和伸出部分由一激光反射材料所涂覆。

9、根据权利要求1或7的一种仪器，其特征为一个表面层在所说激光穿透元件的表面上形成，所说表面层含有激光吸收粒子，具有大于所说穿透元件的折射指数的光散射粒子，以及作为一种粘合剂的一种激光穿透材料。

10、根据权利要求1、7或9的一种仪器，其特征为一个粗糙表面在所说激光穿透元件的表面上形成。

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