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光纤为医疗器械打开无限空间

与非网?? 2009年10月29日 ?? 收藏0

  被誉为“光导纤维(下简称光纤)之父”的华人科学家高锟,无疑成为目前最抢眼的人物之一。10月6日,作为率先提出利用玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方法设想的高锟获得诺贝尔物理学奖。

  毫不夸张地说,作为一种传输媒质,光纤改变了我们的生活。它连通了信息时代,使人们得以在互联网中畅游、欣赏高清电视节目等。而在医疗领域,无论是大型医疗诊断成像设备还是植入式医疗器械产品,都可以见到光纤的“身影”。科学家认为,在21世纪,光纤必将发挥更大的作用。

  光纤内镜  扩大医生的视野

  基于光纤技术的形形色色的医用内镜为医疗技术带来了变革。利用小如绿豆的内镜,医生无需打开患者腹腔,就能清楚地看到患者腹腔脏器的病变情况,而这在以前是难以想像的事情。并且,由于光纤非常柔软,可任意弯曲到一定弧度而不会影响使用,因此,利用光纤制成的医用内镜可用于各种手术。

  近年来,内镜手术由于创伤度小而深受临床和患者欢迎。医生采用胃内镜,可观察到患者胃部溃疡情况,采用结肠内镜可清楚地观察到结肠病变情况。据统计,约有85%的食道癌发生于食道上皮细胞,而如果待到患者自己发现无法喝水或吃饭等症状时,食道癌往往已发展到晚期,此时采取手术或化疗等手段已为时过晚。美国马萨诸塞州总医院2006年开发出一种光纤立体图像内镜“WaveStat”。通过它,医生可清楚地观察到患者食道上皮细胞是否有早期癌变情况,以便及时采取对症治疗措施。

  据了解,这种内镜应用了一种被称为光谱编码内镜(SEE)的新技术。它能用一根光纤发出多种不同色彩的光,将其照射在体内器官上再将反射光经由光纤传输至电脑显示屏上,可使医生观察到脏器的三维立体彩色图像。这种新型光纤内镜使用了与头发丝那样细的光纤,不仅非常柔软,还可深入到很小的孔隙中或血管内部,其用途非常广泛。

  此外,2006年,美国宾夕法尼亚大学的科研人员发明了兼具半导体-光线传输两种功能的填充有无定形半导体硅材料的中空光纤新材料。这种新型光纤材料可用于精密医疗器械、高性能内镜、手持式医疗器械、家用医疗器械等,其可无线传输数据(如患者心率、血压和血糖等)信号,从而使远在医疗中心的医生及时掌握患者生命体征变化。

  脑外伤光纤检测仪  有效降低医疗成本

  因车祸或高山滑雪等运动而遭受头部受伤的人每年不在少数,仅美国每年就有140万人发生脑外伤。但是,有些人即使当时受了脑外伤,在初期却无感觉,日后才出现脑外伤后遗症(如头痛和记忆力衰减等)。因此,尽快确定脑外伤严重程度和是否要进行开颅手术等能帮助患者尽量降低脑外伤后遗症风险。

  传统检测脑外伤的方法是使用MRI或CT等常规诊断成像设备。但是,众所周知,这类仪器的诊断费用较贵,且并非所有医院都配备有这类仪器。美国科学家Zouridakis及其领导的研究小组发明了一种光纤耦合激光二极管便携式脑外伤检测仪。其外形就像一只耳机,只要将其套在患者头上,通过仪器上密布的电极,即可测得患者的脑电波,并帮助医生确定其颅脑损伤情况,以便进行对症治疗。该脑外伤检测仪的问世为低收入患者及时发现颅脑损伤提供了新的选择,相关仪器的使用费用仅为MRI或CT的1/10或1/20。

  支架光纤检查仪  及时侦察血管隐患

  心血管支架是目前世界上应用最广的、可使严重堵塞的冠状动脉或其他血管重新恢复血流畅通的一种植入式医疗器械产品。但是,目前心血管支架存在的最大隐患是,患者在植入支架后会因各种原因重新发生血管堵塞现象,这将危及患者生命。因此,定期检查植入血管支架的患者是否出现再狭窄非常重要。

  目前,临床监测心血管堵塞的主要方法有荧光法和超声法两种,但它们均有缺点:利用荧光法只能得到模糊的图像,而超声法则需要复杂的检查仪器和花费不少时间。针对这一问题,美国马萨诸塞州立大学与CorNova医疗器械公司共同合作,研制出一种专门用于检查植入式心血管支架是否存在再狭窄现象的新型光纤检测仪“FiberHalo”。其所用光纤如头发丝那样细,将其用气囊导管经由臂动脉输送至冠状动脉内,可使大夫清晰地观察到患者血管内支架的再狭窄情况,以及血管堵塞部位和堵塞面积大小等。

  FiberHalo光纤血管支架检查仪的问世,使医生能及时了解植入血管支架的冠心病患者血管是否发生再堵塞,并据此进行药物或器械清脂治疗、消除血管内隐患,从而最大限度地预防患者发生急性心肌梗死。

  柔性光纤激光刀  精细手术轻松完成

  “激光刀”并非新产品,它是上世纪60年代开发上市的一种外科手术器械。激光刀的原理是由光纤将激光传递至手术部位。激光刀手术的优点是伤口较小、出血少以及术后康复快等。但是,迄今为止,已上市的激光刀均为固定式激光刀,医生很难用其为患者深部脏器或黏膜部位实施手术。近年来,国外医疗器械研究人员为此做了大量探索性试验。他们将二氧化碳二极管激光发生器与柔性光纤相结合,从而开发出一种“柔性激光刀”。它可任意弯曲并进入器官深处或普通激光刀难以到达的地方实施手术。

  柔性激光手术刀的发明使从前难以完成的手术现在得以轻松完成。据国外报道,德国临床医生利用新开发的柔性二极管激光刀进行了多种精细手术,其中包括软组织外科手术,如将柔性激光刀插入口腔内为打鼾者做部分上颚和悬雍垂切除手术;插入尿道内为患者进行前列腺肥大组织切除手术或膀胱取石手术等。而这类手术依靠普通手术器械或激光刀都有较大难度。

  光纤生物传感器  纤小价低成为趋势

  近年来,传感器技术已在医疗器械产品中得到广泛应用,如利用传感器测患者血压、心率和血糖等生命体征信息,再通过光纤等进行无线传输,使医生能远程对患者情况进行监测,并及时作出是否需要住院治疗等决定。生物传感器是目前国外上市品种较多的产品,也是国际公认的21世纪最具有开发前景的新型医疗器械产品之一。近年来,美国等发达国家厂商已开发上市多种光纤生物传感器新产品,有些传感器体积非常纤小,如美国生产的最小的传感器甚至可穿过缝衣针的针眼。该产品适用于微波或无线电频谱仪的探头,以及作为内镜可更换的附件产品。美国一家公司不久前宣布,该公司已开发出价格低廉的一次性光纤传感器新产品,其可用于各种内镜,每用过一次后即可取下丢弃,从而省去消毒灭菌的麻烦。

  此外,光纤CT是目前国外最先进的一种医学诊断成像仪器。利用光纤CT可得到分辨率极高的图像,故非常适合检查早期癌症。

  关于光纤

  1870年,英国科学家丁达尔发现全反射作用,即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多次全反射向前传播。后来,人们造出一种透明度极高、极细的玻璃丝──玻璃纤维。当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。这种纤维能够用来传输光线,即光纤。而率先提出光纤可以用于通讯传输设想的,是华人科学家高锟。

  微细的光纤被封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。通常,光纤一端的发射装置使用发光二极管(LED)或一束激光将光脉冲传送至光纤;光纤另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。随着科学技术的发展,光纤产品不断丰富,其中包括:梯度级光纤、跃阶级光纤、双光折射-极性保持光纤和刚上市不久的光子光纤等。这些光纤可用于不同场合。现代光纤电缆系由数十股乃至几百上千股的光纤所组成。在每根光纤外面覆盖着一层具有适当折射率的透明材料保护层,以此防止光线逃逸。现在洲际间通讯和文字图像资料、电视信号传输均通过海底光缆得以完成。


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