關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
雷射技術已被證明是一種非常寶貴的手術工具，無論是用於改善視力、修復視網膜撕裂、擊碎腎結石，還是精細地切除脊髓腫瘤。然而，儘管在手術室中使用超過四十年，雷射手術仍然受到能量以直線傳播這一事實的限制。這意味著雷射最適用於可以用直線射擊到達的區域。引導光束使其能夠到達偏遠區域——而不會損害健康組織——有時會透過使用一系列鏡子來引導雷射束來完成，但這通常會稀釋雷射的強度。
然而，一種在市場上僅一年多的雷射手術方法，旨在透過將高強度二氧化碳 (CO2) 雷射的紅外能量引導透過襯有反射材料的柔性光纖管，為光學手術刀增加新的靈活性。這使外科醫生能夠安全地將雷射穿過身體到達任何需要的地方，而不會損失光束的任何強度。
OmniGuide 公司（一家位於馬薩諸塞州劍橋市的光學公司）生產的 BeamPath CO2 雷射能量系統標誌著對過去三十年來用於進行精密顯微外科手術的光學手術刀的重大改進，OmniGuide 臨床事務和業務發展副總裁 Yair Schindel 說。
“使用舊雷射器，透過大型鉸接臂傳輸，深入身體，到達你看不見的地方是不可能的，”他說。“如果你看不見它，你就無法到達它。”
OmniGuide 選擇二氧化碳雷射器——透過激發密封管內的二氧化碳氣體產生——因為它已經在手術室中普遍使用，因為它能夠有效地消融、切割和燒灼組織。Schindel 說，它是目前最精確的光學手術刀，他還補充說，其他雷射波長，例如使用氬雷射或氪雷射產生的波長，不會被人體某些組織快速吸收，“所以它們更多的是烹飪而不是切割。”
儘管如此，傳統的二氧化碳雷射器在必須以awkward角度進行的切口方面仍然存在困難。“如果你想到喉嚨裡的一個大腫瘤，你必須從 [16 英寸（40 釐米）] 遠的地方射擊雷射，同時操縱光線和患者以到達腫瘤，”Schindel 說。另一種選擇是喉切除術，這是一種不太精確的手術，其中全部或部分聲帶被切除。OmniGuide 的雷射器也可以與柔性光纖尖端內窺鏡一起使用。“外科醫生可以穿過鼻子、嘴巴、耳朵或其他小開口，”Schindel 說，“並且可以同時 [雷射] 和觀察。”
在每根 BeamPath 光纖內部，不到 20 層交替的、定製設計的紅外玻璃和聚合物形成了一個稱為“光子帶隙結構”。 (pdf) 該設計源於 OmniGuide 聯合創始人兼執行長 Yoel Fink 在 1998 年在麻省理工學院 (M.I.T.) 等離子體科學與融合中心擔任研究生時進行的研究。Fink 和他的同事研究了為國防高階研究計劃局 (DARPA)（美國國防部的研究部門）設計“完美反射鏡”的方法，這是一種可以反射所有波長和所有角度光線的表面。自 2000 年成立以來，OmniGuide 已投資 7000 萬美元用於研究和開發生產這種超薄矽纖維所需的材料和技術。
水占人體組織的 60% 以上，可以很好地吸收二氧化碳雷射能量，這使得這些裝置能夠比普通手術刀進行更精確的切割，並且對周圍健康組織的熱損傷最小，科羅拉多州博爾德神經外科協會的神經外科醫生 Lee Nelson 說。BeamPath 技術允許二氧化碳雷射能量透過空心光纖傳輸，並用作手持式雷射手術刀，Nelson 說他自 10 月份以來進行的 30 例腦和脊髓手術中使用了該技術。“我們知道二氧化碳雷射器的優點，”他說，“但使用它從來都不實用。”
BeamPath 允許外科醫生進行一些普通手術刀無法完成的手術。例如，當外科醫生將普通金屬手術刀壓入器官時，它會壓下週圍的組織，可能會對目標腫瘤周圍的健康細胞造成損害。Nelson 說，與普通手術刀不同，BeamPath 光纖不需要組織操作，他還補充說，它透過燒灼或灼燒和密封附近的血管，比金屬手術刀更好地控制出血。
柔性二氧化碳雷射手術刀對腰背部手術特別有吸引力，該區域的病變組織通常難以去除。“當您使用標準工具去除這種組織時，有時脊髓管中會留下關節炎組織，導致患者即使在手術後仍會感到疼痛，”Nelson 說。“使用二氧化碳雷射器，您可以溶解 [受損的] 組織。我們現在只是消融它，而不是拉扯或撕裂組織。”Nelson 說，到目前為止，他用這種方法治療的患者比接受傳統手術的患者疼痛更輕，但他補充說，他還需要幾年時間來擴大他的樣本量，以證明雷射是減輕疼痛的原因。
這項技術的成本——每根光纖 500 美元到 1,800 美元不等——一直是其尚未得到更廣泛使用的主要原因。Nelson 說，他需要證明 BeamPath 可以改善患者的治療效果，才能證明為更多這些裝置開啟錢包是合理的。光纖存在兩個潛在的侷限性：通電時的穩定性和無法消毒，這意味著它們必須在每次使用後丟棄，Nelson 指出。
用於引導雷射的光纖通常最多持續四個小時，之後雷射會燒穿它，需要更換，聖路易斯巴恩斯猶太醫院頭頸外科耳鼻喉科主任 Bruce Haughey 說。他指出，手術刀的光纖可以在幾分鐘內更換，但是，使用 BeamPath 進行切口也比使用直線、視線二氧化碳雷射器花費更長的時間，因為新技術僅提供約 20 瓦的功率，只有外科醫生使用舊品種的一半切割力。
Haughey 自 2007 年以來使用 BeamPath 進行了大約 100 例手術，他說他使用該裝置去除腫瘤——對患者進行微創顯微外科手術，否則患者將不得不接受手術刀切開，以去除難以觸及部位的惡性腫瘤，例如舌根、口腔底部或咽側壁（頸部和喉嚨中直接位於口腔和鼻腔後面的部分）。Haughey 說，柔性 BeamPath 光纖擴充套件了雷射手術刀在狹小空間內的觸及範圍，輕鬆安全地穿過健康組織以到達目標生長物。為了在過去做到這一點，“我們可以相當粗糙地將雷射從鏡子上反射出去，但是（光束）會損失很多功率，”他說，他還補充說，在他進行過的數千例手術中，他只這樣做過一兩次。
BeamPath 現在主要由骨科醫生以及耳鼻喉科醫生使用，但 Schindel 說，婦科醫生、肺科醫生和泌尿科醫生也對了解這項技術是否能成功切開感興趣。