精密！科学家打造“弯曲”的激光手术刀，厚度仅500微米可减少伤口和出血

2021-09-18 18:40

来自托木斯克理工大学和萨拉托夫州立大学的科学家与他们在台湾的同事合作，提出用光子“钩”制造一种具有特定弯曲形状的医用手术刀激光“刀片”。

目前主流市场只有轴对称聚焦区域的激光刀，即圆柱形刀片。根据科学家的说法，改变刀片的形状将扩大激光在医学上的应用可能性，而它大约是圆柱形刀片的两倍薄。这一概念及其原理发表在《生物光子学杂志》（Journal of Biophotonics）上。

激光手术刀，是一种利用激光能量切割或移除生物组织的外科器械。在组织的有限区域内，光束将温度急剧提高到400°C，从而使受照射区域立即烧坏。这样，激光可以立即“密封”切口边缘的小血管。激光手术刀的切口很薄，可以减少出血，而且辐射本身是绝对无菌的。

“传统的外科手术刀有各种各样的刀片形状，以适应特定的应用。激光手术刀没有这么多种类，或者说只有一种辐射定位形式——轴对称。因此，我们提出了一种简单的方法，利用光子“挂钩”使尖端形状弯曲。这是一种新型的弯曲自加速光束，形状像一个钩子。早些时候，我们从理论上预测并通过实验证实了这样一个‘钩子’的存在，”TPU电子工程系项目经理Igor Minin教授说。

激光手术刀的一个不可缺少的部件，是传输激光能量的光纤。在它的末端，形成了一束有几个波长的聚焦激光束。在它的帮助下，外科医生完成了所有必要的操作。

“为了弯曲激光束，我们提出了一种最简单的解决方案：在光纤的末端放置一个振幅或相位掩模。它是一种由金属或玻璃等介质材料制成的薄板。掩模重新分配光纤内部的能量流，并在光纤末端形成辐射局部化的弯曲区域，即光子“钩”。

通过仿真，研究团队证明“弯曲刀片”的长度可达3毫米，厚度约为500微米(100微米相当于人的头发厚度)，波长为1550纳米。换句话说，可以在不影响设备总体设计和性能的情况下，添加一个小元件，只在光纤端(尖端)的面积上发生变化。刀片的形状和厚度是不断变化的——它大约是轴对称刀片厚度的两倍。

在这篇文章中，科学家们为这一概念提供了理论基础，现在他们正准备在国立阳明大学(台湾)进行实验验证。