光纖，為醫(yī)療器械打開無限空間

   被譽為“光導(dǎo)纖維（下簡稱光纖）之父”的華人科學(xué)家高錕，無疑成為目前最搶眼的人物之一。10月6日，作為率先提出利用玻璃纖維傳送激光脈沖以代替用金屬電纜輸出電脈沖的通訊方法設(shè)想的高錕獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
    毫不夸張地說，作為一種傳輸媒質(zhì)，光纖改變了我們的生活。它連通了信息時代，使人們得以在互聯(lián)網(wǎng)中暢游、欣賞高清電視節(jié)目等。而在醫(yī)療領(lǐng)域，無論是大型醫(yī)療診斷成像設(shè)備還是植入式醫(yī)療器械產(chǎn)品，都可以見到光纖的“身影”。科學(xué)家認(rèn)為，在21世紀(jì)，光纖必將發(fā)揮更大的作用。
    
    光纖內(nèi)鏡　　擴大醫(yī)生的視野
    
    基于光纖技術(shù)的形形色色的醫(yī)用內(nèi)鏡為醫(yī)療技術(shù)帶來了變革。利用小如綠豆的內(nèi)鏡，醫(yī)生無需打開患者腹腔，就能清楚地看到患者腹腔臟器的病變情況，而這在以前是難以想像的事情。并且，由于光纖非常柔軟，可任意彎曲到一定弧度而不會影響使用，因此，利用光纖制成的醫(yī)用內(nèi)鏡可用于各種手術(shù)。
    近年來，內(nèi)鏡手術(shù)由于創(chuàng)傷度小而深受臨床和患者歡迎。醫(yī)生采用胃內(nèi)鏡，可觀察到患者胃部潰瘍情況，采用結(jié)腸內(nèi)鏡可清楚地觀察到結(jié)腸病變情況。據(jù)統(tǒng)計，約有85％的食道癌發(fā)生于食道上皮細(xì)胞，而如果待到患者自己發(fā)現(xiàn)無法喝水或吃飯等癥狀時，食道癌往往已發(fā)展到晚期，此時采取手術(shù)或化療等手段已為時過晚。美國馬薩諸塞州總醫(yī)院2006年開發(fā)出一種光纖立體圖像內(nèi)鏡“WaveStat”。通過它，醫(yī)生可清楚地觀察到患者食道上皮細(xì)胞是否有早期癌變情況，以便及時采取對癥治療措施。
    據(jù)了解，這種內(nèi)鏡應(yīng)用了一種被稱為光譜編碼內(nèi)鏡（SEE）的新技術(shù)。它能用一根光纖發(fā)出多種不同色彩的光，將其照射在體內(nèi)器官上再將反射光經(jīng)由光纖傳輸至電腦顯示屏上，可使醫(yī)生觀察到臟器的三維立體彩色圖像。這種新型光纖內(nèi)鏡使用了與頭發(fā)絲那樣細(xì)的光纖，不僅非常柔軟，還可深入到很小的孔隙中或血管內(nèi)部，其用途非常廣泛。
    此外，2006年，美國賓夕法尼亞大學(xué)的科研人員發(fā)明了兼具半導(dǎo)體－光線傳輸兩種功能的填充有無定形半導(dǎo)體硅材料的中空光纖新材料。這種新型光纖材料可用于精密醫(yī)療器械、高性能內(nèi)鏡、手持式醫(yī)療器械、家用醫(yī)療器械等，其可無線傳輸數(shù)據(jù)（如患者心率、血壓和血糖等）信號，從而使遠(yuǎn)在醫(yī)療中心的醫(yī)生及時掌握患者生命體征變化。
    
    腦外傷光纖檢測儀　　有效降低醫(yī)療成本
    
    因車禍或高山滑雪等運動而遭受頭部受傷的人每年不在少數(shù)，僅美國每年就有140萬人發(fā)生腦外傷。但是，有些人即使當(dāng)時受了腦外傷，在初期卻無感覺，日后才出現(xiàn)腦外傷后遺癥（如頭痛和記憶力衰減等）。因此，盡快確定腦外傷嚴(yán)重程度和是否要進(jìn)行開顱手術(shù)等能幫助患者盡量降低腦外傷后遺癥風(fēng)險。
    傳統(tǒng)檢測腦外傷的方法是使用MRI或CT等常規(guī)診斷成像設(shè)備。但是，眾所周知，這類儀器的診斷費用較貴，且并非所有醫(yī)院都配備有這類儀器。美國科學(xué)家Zouridakis及其領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)明了一種光纖耦合激光二極管便攜式腦外傷檢測儀。其外形就像一只耳機，只要將其套在患者頭上，通過儀器上密布的電極，即可測得患者的腦電波，并幫助醫(yī)生確定其顱腦損傷情況，以便進(jìn)行對癥治療。該腦外傷檢測儀的問世為低收入患者及時發(fā)現(xiàn)顱腦損傷提供了新的選擇，相關(guān)儀器的使用費用僅為MRI或CT的1/10或1/20。
    
    支架光纖檢查儀　　及時偵察血管隱患
    
    心血管支架是目前世界上應(yīng)用最廣的、可使嚴(yán)重堵塞的冠狀動脈或其他血管重新恢復(fù)血流暢通的一種植入式醫(yī)療器械產(chǎn)品。但是，目前心血管支架存在的最大隱患是，患者在植入支架后會因各種原因重新發(fā)生血管堵塞現(xiàn)象，這將危及患者生命。因此，定期檢查植入血管支架的患者是否出現(xiàn)再狹窄非常重要。
    目前，臨床監(jiān)測心血管堵塞的主要方法有熒光法和超聲法兩種，但它們均有缺點：利用熒光法只能得到模糊的圖像，而超聲法則需要復(fù)雜的檢查儀器和花費不少時間。針對這一問題，美國馬薩諸塞州立大學(xué)與CorNova醫(yī)療器械公司共同合作，研制出一種專門用于檢查植入式心血管支架是否存在再狹窄現(xiàn)象的新型光纖檢測儀“FiberHalo”。其所用光纖如頭發(fā)絲那樣細(xì)，將其用氣囊導(dǎo)管經(jīng)由臂動脈輸送至冠狀動脈內(nèi)，可使大夫清晰地觀察到患者血管內(nèi)支架的再狹窄情況，以及血管堵塞部位和堵塞面積大小等。
    FiberHalo光纖血管支架檢查儀的問世，使醫(yī)生能及時了解植入血管支架的冠心病患者血管是否發(fā)生再堵塞，并據(jù)此進(jìn)行藥物或器械清脂治療、消除血管內(nèi)隱患，從而最大限度地預(yù)防患者發(fā)生急性心肌梗死。
    
    柔性光纖激光刀　　精細(xì)手術(shù)輕松完成
    
    “激光刀”并非新產(chǎn)品，它是上世紀(jì)60年代開發(fā)上市的一種外科手術(shù)器械。激光刀的原理是由光纖將激光傳遞至手術(shù)部位。激光刀手術(shù)的優(yōu)點是傷口較小、出血少以及術(shù)后康復(fù)快等。但是，迄今為止，已上市的激光刀均為固定式激光刀，醫(yī)生很難用其為患者深部臟器或黏膜部位實施手術(shù)。近年來，國外醫(yī)療器械研究人員為此做了大量探索性試驗。他們將二氧化碳二極管激光發(fā)生器與柔性光纖相結(jié)合，從而開發(fā)出一種“柔性激光刀”。它可任意彎曲并進(jìn)入器官深處或普通激光刀難以到達(dá)的地方實施手術(shù)。
    柔性激光手術(shù)刀的發(fā)明使從前難以完成的手術(shù)現(xiàn)在得以輕松完成。據(jù)國外報道，德國臨床醫(yī)生利用新開發(fā)的柔性二極管激光刀進(jìn)行了多種精細(xì)手術(shù)，其中包括軟組織外科手術(shù)，如將柔性激光刀插入口腔內(nèi)為打鼾者做部分上顎和懸雍垂切除手術(shù)；插入尿道內(nèi)為患者進(jìn)行前列腺肥大組織切除手術(shù)或膀胱取石手術(shù)等。而這類手術(shù)依靠普通手術(shù)器械或激光刀都有較大難度。
    
    光纖生物傳感器　　纖小價低成為趨勢
    
    近年來，傳感器技術(shù)已在醫(yī)療器械產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，如利用傳感器測患者血壓、心率和血糖等生命體征信息，再通過光纖等進(jìn)行無線傳輸，使醫(yī)生能遠(yuǎn)程對患者情況進(jìn)行監(jiān)測，并及時作出是否需要住院治療等決定。生物傳感器是目前國外上市品種較多的產(chǎn)品，也是國際公認(rèn)的21世紀(jì)最具有開發(fā)前景的新型醫(yī)療器械產(chǎn)品之一。近年來，美國等發(fā)達(dá)國家廠商已開發(fā)上市多種光纖生物傳感器新產(chǎn)品，有些傳感器體積非常纖小，如美國生產(chǎn)的最小的傳感器甚至可穿過縫衣針的針眼。該產(chǎn)品適用于微波或無線電頻譜儀的探頭，以及作為內(nèi)鏡可更換的附件產(chǎn)品。美國一家公司不久前宣布，該公司已開發(fā)出價格低廉的一次性光纖傳感器新產(chǎn)品，其可用于各種內(nèi)鏡，每用過一次后即可取下丟棄，從而省去消毒滅菌的麻煩。
    此外，光纖CT是目前國外最先進(jìn)的一種醫(yī)學(xué)診斷成像儀器。利用光纖CT可得到分辨率極高的圖像，故非常適合檢查早期癌癥。
    
    關(guān)于光纖
    
    1870年，英國科學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)全反射作用，即光從水中射向空氣，當(dāng)入射角大于某一角度時，折射光線消失，全部光線都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進(jìn)。實際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線傳播，只不過在內(nèi)表面上發(fā)生了多次全反射，光線經(jīng)過多次全反射向前傳播。后來，人們造出一種透明度極高、極細(xì)的玻璃絲──玻璃纖維。當(dāng)光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進(jìn)。這種纖維能夠用來傳輸光線，即光纖。而率先提出光纖可以用于通訊傳輸設(shè)想的，是華人科學(xué)家高錕。
    微細(xì)的光纖被封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（LED）或一束激光將光脈沖傳送至光纖；光纖另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖產(chǎn)品不斷豐富，其中包括：梯度級光纖、躍階級光纖、雙光折射－極性保持光纖和剛上市不久的光子光纖等。這些光纖可用于不同場合。現(xiàn)代光纖電纜系由數(shù)十股乃至幾百上千股的光纖所組成。在每根光纖外面覆蓋著一層具有適當(dāng)折射率的透明材料保護(hù)層，以此防止光線逃逸。現(xiàn)在洲際間通訊和文字圖像資料、電視信號傳輸均通過海底光纜得以完成。