CN101015474B - 用半导体泵浦高功率固体激光器切除人体软组织的方法和仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高功率半导体泵浦激光用于激光软组织汽化切除的方法和仪器。本发明中的激光是高功率半导体泵浦的Q-开关的固体激光高阶横模的工作方式输出激光。本发明也指出用减小照射在软组织上的光束发散度获得小的光斑直径以达到增加软组织表面上的激光功率密度，改进组织汽化切除的速度。本发明进一步指出提高激光输出效率，减低电功耗，避免使用外接水或二次循环水散热激光系统。本发明进又一步指出一系列的设计可以保护激光器免遭高功率激光的破坏。

Description

用半导体泵浦高功率固体激光器切除人体软组织的方法和仪器

技术领域

本发明涉及用激光切除治疗人体软组织的领域，特别是关于高功率激光前列腺切除术这一领域。

背景技术

良性前列腺增生症(BPH)会导致尿频，尿痛和尿潴留。经尿道外科电切除阻塞的前列腺(TURP)组织一直是泌尿外科治疗BPH的“黄金标准”。自从发明TURP后的五十多年来，经尿道外科电切除阻塞的前列腺已经非常广泛地用于BPH的手术治疗。但遗憾的是，TURP治疗结果总是伴有一些副作用和并发症。

在过去的十来年里，激光手术已经发展成为可代替TURP的另外一种治疗BPH的方法。用光纤传输的高功率激光光束通过内窥镜或膀胱镜照射到要剥离的前列腺组织。激光手术的治疗结果由激光波长、功率和工作模式(连续模式或脉冲模式)等因素所决定。

高功率1064nm的近红外Nd:YAG激光(60-80W)早在20世纪90年代初期就开始用于前列腺增生症的治疗。良好的止血功效是Nd:YAG激光手术的一大特点。1064nm的近红外光主要被细胞蛋白质所吸收。由于吸收率不高，近红外激光渗入组织大约7mm左右。当软组织被将加热到一定的温度，其组织会出现凝固和收缩现象。一般来说，Nd:YAG激光手术治疗阻塞性BPH不如TURP有效。

高功率2140nm波长的Ho:YAG钬激光能有效地被水吸收，因而能有效地蒸发软组织。Ho:YAG激光前列腺切除手术也是一种经尿道切除的过程，其效果和TURP的效果类似。然而，Ho:YAG激光前列腺手术的手术时间比TURP的长。并且操作技术难以掌握，需要更长的时间学习手术技巧。

高功率二倍频的Nd:YAG绿激光(60-80W)上世纪90年代末开始用于前列腺增生症的治疗。这种波长为532nm的激光不会被细胞中的水份所吸收，但会有选择地被软组织有效地吸收。把高功率绿激光应用于前列腺手术能有效的蒸发和剥离软组织，同时还能达到少出血甚至不出血的功效。其效果和TURP的效果类似，但手术后的并发症的发病率却大大地降低了。

Malek等人在1988年报道了用灯连续泵浦功率为60W的绿Nd:YAG激光(532nm/KTP激光)，通过光纤蒸发前列腺组织。Malek等人得到的结论是：“高功率KTP/532激光前列腺手术是可行的，看起来也是安全的。它能快速有效地蒸发掉因BPH引起的膀胱口堵塞。”报告指出，60W 532nm KTP激光的手术效果要比以前相应的38WKTP激光的手术效果改进了很多。报告还指出，这台KTP/532激光是Laserscope 800系列VHP(超高功率)的原型机，它可连续输出60W的532nm绿激光。该报告进一步指出，在离光纤输出端2mm的距离上，激光光斑的大小为1.2mm。这意味着光纤输出的发散角很大，相对于其光学数值孔径为0.3。(参阅Malek et al.，High-Power Potassium-Titanyl-Phosphate(KTP/532)Laser VaporizationPorstatectomy：24 Hours Later，Urology 51：254-256，1998，Elsevier Science Inc.)。

Davenport等人在其后的美国专利(专利号6,554,824)指出，“现有532nm绿激光的问题是，激光的体积太大，价格太贵，效率太低。而且高阶模式的激光输出光束不能有效地剥离前列腺组织。Davenport等人在该专利中宣称，“和在连续方式工作的相等功率的固体激光器相比，激光在‘巨脉冲’方式工作能更有效地产生组织的快速剥离，并且激光光束质量也被提高，光束质量参数M²可以降至144”。Davenport等人进一步宣称要产生功率超过60W的准连续(QCW)激光或获得高光束质量的激光“必须使激光腔的腔内光束横模数量保持尽量的低”。

可以理解，当激光工作在巨脉冲模式时，其巨脉冲的峰值功率会得到提高，因而可以提高手术效率。但有一个不利因素是，巨脉冲的产生要求有非常高的脉冲电流泵浦，这会导致包括电子元件在内的很多激光元件的寿命减短。另外一个不利因素是，当固体激光器在巨脉冲方式工作时会在激光腔内产生极高的激光高峰值功率，这种极高峰值功率的激光脉冲会很容易破坏激光腔内的光学元器件，影响光学元器件的寿命和可靠性。当高功率固体激光器是由半导体激光泵浦时，巨脉冲泵浦电流会大大地缩短CW半导体激光的寿命，改变半导体激光的中心波长，甚至会毁坏半导体激光器。

可以理解，改善光束质量参数M²值可以获得更高的激光功率密度，提高组织蒸发效率，加快手术速度。可是对高功率固体激光器而言，光束质量的提高是以降低激光泵浦效率，减少激光输出功率为代价的。这种低效率、高功耗的工作方式对固体激光在医院环境中的应用不但带来了一系列的不便，还增加了使用者的使用成本。通常医院手术室中的电源供电已不能满足这种高功耗激光对电源的要求，需要特别安装更高功率的供电电路。高功耗还要求大流量的高压外接水冷却激光系统，造成水资源的浪费和运行成本的提高。高功率激光通常是一台非常昂贵的光电设备。对于同样的激光输出功率，低效率激光比高效率激光意味着更高的运行费用。对于高功率激光来说，用低M²取代高M²就意味着，激光腔内光腰处的激光功率密度极高，腔内光学元件的破坏是一件非常棘手的问题。

进一步可以理解，提高固体激光的平均功率继而达到在前列腺组织上的高功率密度对快速、高效地蒸发前列腺组织是有帮助的。但有一个不利因素是，功率在60W以上量级固体激光器在医院环境中的应用不但带来了一系列的不便，还增加了使用者的使用成本。另一个不利因素是，60W以上量级固体激光腔内在光腰的激光功率密度极高，会导致激光腔内光学元件的破坏。

发明内容

发明充分意识到上述高功率二倍频绿激光(KTP/532)用于前列腺激光蒸发手术的局限性和不利因素，期待半导体激光泵浦的高功率绿激光能克服上述的局限性和不利因素。本发明期待用连续半导体激光泵浦Q-开关的固体激光在高阶横模的模式下运行。本发明期待以降低光束发散度和光束直径的方式提高在软组织表面的激光功率密度，达到改进激光汽化剥离的速度。本发明进一步期待最大限度地减小电功率的消耗，完全避免使用外接水或二次循环水。本发明更进一步期待用优化的光学机械设计保护激光腔内的光学元件不受激光功率破坏。

本发明的一个设计是，软组织激光手术仪用一个半导体激光泵浦的Nd:YAG绿激光构成。半导体激光泵浦的激光工作在连续Q-开关模式，用一个LBO倍频晶体产生532nm绿激光。该激光设计成在高阶横模的模式下运行以达到高效地产生超过60W的输出功率。激光的供电功率应在两千瓦以下。精确的温度控制机制和首脉冲抑制机制能防止激光晶体和二倍频晶体被高功率腔内激光破坏。低发散度、细直径的激光光束通过优化过的光学偶合元件，偶合到一个直径为0.6mm数值孔径NA为0.22的传输光纤中，最后照射到在水中的软组织表面。在临床实验中观测到并证实了这种激光快速有效的软组织汽化剥离现象。

连续泵浦Q-开关固体激光器的半导体激光是在连续(CW)状态下工作的。对连续高功率半导体激光器而言，CW连续工作方式比脉冲工作方式要安全的多，寿命也要长的多。另外，对同样功率的输出光，连续高功率半导体激光器要比脉冲高功率半导体激光器便宜许多。

高阶横模固体激光的光束直径在激光晶体和二倍频晶体上都会很大。大直径光束极大地降低了腔内激光破坏激光晶体和二倍频晶体的可能性，提高了激光的可靠性。由于高阶横模使腔内的功率提高，二倍频晶体能够产生更高的绿激光功率。

高阶横模固体激光提高激光输出功率，改进了输入电功率到输出激光功率的效率。这种可输出高于60W的高效激光可以直接取用一般手术室墙上的供电电源。更重要的是，该激光可以完全避免使用外接水或二次循环水。低功耗也降低了激光手术的运行成本。

高阶横模、粗光束、加之精确的温度控制机制和首脉冲抑制机制，能有效地保护高功率半导体泵浦激光破坏腔内光学元件表面的多介质层镀膜。温度控制是用精确的温度控制方式优化二倍频晶体的相位匹配条件，从而避免了通常的机械调节相位匹配条件的方式而导致的对晶体寿命非常有害的温度突变。更重要的是，在优化或维修激光治疗仪时，精确的温度控制机制常常可以在不打开激光护罩的条件先优化输出功率，从而避免了常见的因人的因素造成的激光调节失误。首脉冲抑制是用快速调制激光腔内Q-开关的Q值达到抑制每一串Q-开关脉冲中有害的第一个强峰值功率脉冲的。本发明的所有这些设计都有助于激光器可靠性的改进。

减小光束发散度可以减小照射在组织上的光斑直径，从而提高激光功率密度和激光汽化剥离速度。对于激光蒸发前列腺手术，光纤用于把激光能量传输到要蒸发的前列腺组织表面。优化设计的光学偶合器件和光纤输出端口降低了激光从光纤输出后的发散角，提高了在前列腺组织上的激光功率密度，而不是象先前的技术那样具有大发散角和较大的光斑。减小的光束发散度有助于减小因光纤输出端口到组织的不同距离情况下造成的功率密度的不同，这对做激光蒸发前列腺手术的医生来说，无疑要感到方便和容易很多。

因此，本发明的一个目的是提供一个新颖的和改进后的高功率半导体泵浦固体激光器用于人体软组织的蒸发和剥离。

本发明的下一个目的是提供一个新颖的和改进后的高功率半导体泵浦固体激光手术仪可以直接取用一般手术室墙上的供电电源，也不需要使用外接水或二次循环水。

本发明的再一个目的是提供一个新颖的和改进后的高功率半导体泵浦固体激光手术仪应用优化设计的光学、机械及电子控制的组合防止高功率激光对激光腔内光学元件的破坏。

本发明的最后一个目的是提供一个新颖的和改进后的高功率半导体泵浦固体激光器应用于激光蒸发前列腺手术。

本发明的已上目的以及其他一些目的和优点将会在以下的图例、细节的叙述和专利权要求中更详细地说明。

附图说明

图1是用于软组织汽化剥离的高功率半导体泵浦固体激光设计的原理图；

图2是现有技术中的光纤端口和输出光的发散示意图；

图3是本发明改进后的光纤端口和输出光的发散示意图；

图4是另一个现有技术中的光纤端口和输出光的发散示意图；

图5是本发明改进后的另一个光纤端口和输出光的发散示意图。

具体实施方式

图1是用于软组织汽化剥离的高功率半导体泵浦固体激光100设计的原理图。该系统100是一个半导体激光泵浦的Q-开关的和腔内倍频的Nd:YAG激光，输出90有532nm的高功率绿激光。该激光系统包括一个激光头20，一个激光控制器10，和一根光纤80。

激光头20包括一个半导体激光泵浦头60，一个Q-开关50，一个二倍频产生器40，和一个由腔镜24，腔镜25，红外反射镜26，以及激光输出镜27组成的折叠激光腔。腔镜24和红外反射镜26镀有对1064nm的高反射膜。腔镜25镀有对1064nm和532nm双波长的高反射膜。激光输出镜27的一面镀有对1064nm的反射膜和对532nm的高透膜，另一面镀有对532nm或532nm/1064nm的增透膜。

半导体激光泵浦头60包括一个固体激光介质Nd:YAG激光棒。泵浦头60中的多个半导体激光发生器泵浦Nd:YAG激光介质棒。激光泵浦头60产生波长在1064nm的光增益。其它象Nd:YLF和Nd:YVO4的固体激光介质材料也可应用于软组织的激光治疗。

最好用连续电流泵浦半导体泵浦头60。对一台高功率半导体泵浦激光器，泵浦头是最精密的，也是最昂贵的光电元件。对连续高功率半导体激光器而言，CW连续工作方式比脉冲工作方式要安全的多，寿命也要长的多。这也意味着CW连续工作方式比脉冲工作方式要经济的多。

对于输出功率在40W到140W的532nm绿激光，Nd:YAG激光棒的直径应在2mm或更粗，最好直径在3mm到6mm之间。半导体泵浦激光器由三面或更多的方向侧面照射泵浦激光棒。对高功率激光器，侧面泵浦比端面泵浦在结构上更合理更经济。由三面或更多的方向侧面泵浦可在激光棒上得到良好的角方向均匀性，因此可以得到更好的光束质量和更高的转化效率。其它形状的泵浦结构和其它象板条形状、片形状的固体激光介质也可以产生这样高的激光输出功率。对于板条形状和片形状激光介质，泵浦结构最好是从两个方向泵浦。

Q-开关50是一个声光调制器，调制的频率范围一般是在5到40kHz。如果用其它的固体激光介质材料，Q-开关50的调制频率范围可以在1到100kHz。Q-开关50调制激光腔的Q值，产生纳秒脉宽、高峰值功率的激光脉冲。高峰值功率对高效地转换基波到二倍频绿光是必要的。Q-开关50放置在靠近腔镜24的地方，这里的腔内光束30几乎是准直的。这样的光束可以使Q-开关50最有效地开关激光腔，得到对于软组织汽化有帮助的高功率短脉冲绿激光。

二倍频产生器40转换1064nm的基波到532nm的二次谐波。二倍频产生器40由一个LBO或KTP二倍频晶体和一个机械及温度控制装置组成。鉴于LBO晶体的激光破坏阈值至少是KTP晶体的破坏阈值的5倍，LBO晶体是高功率半导体泵浦绿激光的最可靠的选择。晶体的切割角可以是1型切割，也可以是2型切割。晶体的通光口的两个表面都镀有对1064nm近红外和532nm可见光增透的多层介质膜。二倍频产生器40放置在靠近腔镜25附近的腔内光束最细的地方，也就是在光腰处。光腰处的高功率密度保证了二次谐波有效地产生。

如图1所示，腔内近红外光束30被约束在腔镜24和腔镜25之间，腔内绿光束32被约束在腔镜25和输出偶合镜27之间。532nm输出光束33从输出偶合镜27后输出。输出光束33直接射入光束发散度控制器70，然后偶合进入固定在光纤支架71上的光纤80的一端。光束发散度控制器70和光纤支架71构成光纤偶合器。激光输出90通过光纤80传输的另外一端照射在软组织表面。在包括激光前列腺手术在内的激光手术中，光纤80都是和内窥镜或膀胱镜一起使用的。

激光控制器10由激光驱动器61，RF射频驱动器51，首脉冲抑制器52，温度控制器41，温度调节电路42，和主冷却系统21所组成。激光控制器10由电源线13供电，主电缆线11连接到激光头20。

激光驱动器61给安装在泵浦头60中的半导体激光器提供直流(DC)电流。RF射频驱动器51给Q-开关提供调制过的射频信号。温度控制器41用于精确控制二倍频发生器40的温度。主冷却系统21直接为激光头20提供恒温冷却内循环水。

众所周知高功率激光器对水冷系统有严格的要求。水的流速、压力、温度和种类(蒸溜水或去离子水)都会影响激光的性能。激光器水冷系统一般是一个蒸溜水或去离子水的循环系统。当系统功耗为几千瓦或更小时，激光系统产生的热量可以由水冷系统经空气交换装置最终释放到空气中。当系统功耗超过几千瓦时，激光系统一般需要外接水或二次循环水来散热。

在本发明的设计中，激光腔能够支持高阶横模。高阶横模使激光介质的增益体积达到最大，激光器的光电转换效率能达到最高。当输入到泵浦头的电功率超过1.5kW时，532nm绿光输出功率在高阶横模下能超过70W。当输入到泵浦头的电功率超过2kW时，高阶横模绿光输出功率能超过100W。主冷却系统21就可为激光头20提供冷却，无需外接水或二次循环水来散热。一般手术室用的20A/220V的交流电源便可为整个系统供电。

红外镜26和激光输出镜27球面镜，球面镜的曲率由激光腔长、模式以及热透镜效应的程度来定。根据设计，横模的数量与激光棒的粗细，红外镜26和输出镜27的曲率，和腔镜24和腔镜25的曲率等因素决定。优化后激光的高阶横模的模式数量一般大大超过10。输出光束33的光束质量参数M²值可超过100。当光学镜的曲率增大，或激光棒的直径减细，横模的模式数量都会减小。也就是说，通过优化腔长、腔内光学元件的曲率和激光棒的直径可以在高阶横模下达到最高1064nm红外CW功率输出。

绿激光的输出功率则与Q-开关50的重复频率及二倍频发生器40的相位匹配条件有关。RF射频驱动器51的重复频率决定激光Q-开关脉冲的重复频率。设置适当的激光重复频率，可以优化激光的脉冲宽度、脉冲峰值功率和平均输出功率。适当的调节二倍频发生器40的位置和工作温度，可以优化二倍频晶体的相位匹配条件达到最大的绿激光平均输出功率。由于本设计的激光腔在高阶横模的模式下工作，红外激光的总平均功率最高，优化后的绿激光的平均输出功率也相应地达到最高。绿激光的功率可以达到半导体泵浦光功率的6％以上。如果激光在低阶横模或单横模(TEMoo)方式下工作，虽然二倍频晶体的红外光到绿光的转化效率很高，但红外激光的总平均功率并不高，绿激光功率便不高。相同激光若在TEMoo模式下，绿激光的功率只有达到半导体泵浦光功率的2％不到。由于上述原因，半导体泵浦高阶横模绿激光的电功率到绿激光功率的效率可以达到3％以上，而先前技术中的灯泵浦或低阶横模半导体泵浦的电功率到绿激光功率的效率一般不到1％。

设计可靠的高功率绿激光的一项指标是防止腔内高功率激光对激光晶体和二倍频晶体的破坏。高功率半导体泵浦固体激光系统100在高阶横模下工作是对激光晶体和二倍频晶体一个有效保护。高阶横模特有的粗光束使得晶体中的激光功率密度降低。激光系统100中光腰直径是相应TEMoo激光腔内光腰直径3-5倍。

设计可靠的高功率绿激光的第二项指标是防止每一串Q-开关脉冲的第一个极高峰值功率脉冲对腔内光学元件的破坏。在Q-开关关闭一段时间后突然打开，激光增益介质中存储的能量会立即释放，产生一个极高峰值功率的光脉冲。一个不加控制的首脉冲会破坏腔内光学元件的任何一个。首脉冲抑制器52调制RF射频驱动器51使激光增益介质中存储的能量逐渐释放，将首脉冲峰值功率压缩到不会对任何光学元件产生破坏。首脉冲抑制方式有两种，一种是由首脉冲抑制器52直接逐渐降低RF射频驱动器51的射频功率，使激光增益介质中存储的能量逐渐释放。另一种是首脉冲抑制器52用减小Q-开关瞬时门的宽度的方式使激光增益介质中存储的能量逐渐释放。

设计可靠的高功率绿激光的第三项指标是用调节二倍频晶体的温度的方式优化绿光产生效率，防止快速温度梯度变化破坏二倍频晶体。二倍频发生器40的温度是由温度设置电路42设定的，使二倍频晶体相位匹配条件达到最佳。温度控制器41可保证二倍频晶体的恒温，使相位匹配条件在整个激光运行其间保持不变。相位匹配条件是由二倍频晶体的机械位置和温度所决定的。机械位置的变化或温度的变化都改变相位匹配条件。温度设置电路42可根据二倍频晶体的具体机械位置变化和环境温度的漂移设定最佳的补偿温度值，使绿光产生的相位匹配条件最优。由于机械调节二倍频发生器40常常会使二倍频晶体中的激光加热温度梯度产生突变，晶体因此而被破坏。在优化或维修激光治疗仪时，精确的温度控制机制常常可以在不打开激光护罩的条件先优化输出功率，从而避免了常见的因人的因素造成的激光调节失误，提高了系统的可靠性。

激光系统100的设计功率是输出532nm绿激光60W以上。为获得更高功率的绿激光输出，可采用两个或两个以上的泵浦头。也可以采用两个或两个以上的激光头，合并所有激光头的输出光束来获得更高功率的绿激光输出。一般情况下，30W至100W的绿激光便可有效地蒸发软组织。

有效激光汽化剥离要求在组织表面有很高的功率密度。为获得组织表面的高功率密度，一种方式是提高激光平均功率或采用巨脉冲模式。另一种方式是以缩小组织表面的激光光斑的直径来获得高功率密度的。对于以光纤输送激光的情况下，本发明采用后一种方式将激光在光纤输出端口的发散角减小，获得组织表面的高功率密度。

光束发散度控制器70的功能是，改变光束直径和在光功率损失最小和以尽量小的光束数值孔径把激光输出光束33偶合到光纤80中。本发明的一个设计是，光束发散度控制器70由一个扩束系统和一聚焦镜组成。对于高阶横模光束33，光束发散度控制器70可以使光纤输出端口的数值孔径小于0.1，只有Malek等人的报道中的光束发散度的1/3。(参阅Malek et al.，High-Power Potassium-Titanyl-Phosphate(KTP/532)Laser Vaporization Porstatectomy：24Hours Later，Urology 51：254-256，1998，Elsevier Science Inc.该报告指出，在离光纤输出端2mm的距离上，激光光斑的大小为1.2mm。这意味着光纤输出的光学数值孔径为0.3)。

需要指出的是，Malek等人的报道中的0.3光束数值孔径并非只是因为光束质量不好。Davenport等人在美国专利6,554,824号中的60WKTP激光的光束质量参数M²为144。也就是说，该激光的发散度是标准高斯光束发散度的12倍。即使将M²为144的光束入射到本发明的光纤偶合器中，理论计算其光学数值孔径约为0.1左右。这表明Malek等人所用的光束发散度还远没有减低到最小。

光纤80的光学数值孔径定义了光纤输出光的最大发散角。用于激光前列腺手术的多模光纤(光纤芯直径0.6mm)的光学数值孔径为0.22。若用60W功率的激光更有效地蒸发前列腺组织，最好选用光学数值孔径小于或等于0.15的光纤。光束发散度控制器70能够在光功率损失最小和以尽量小的光束数值孔径把激光输出光束33偶合到光纤80中。

半导体泵浦激光系统100工作在高阶横模时，选用的光纤直径应该在0.4到1mm之间。光纤80的光学数值孔径应在0.12到0.22之间。一个简单的光束发散度控制器70可以仅仅是一个聚焦透镜，其焦距是光束33在透镜上直径的35到50倍。若以TEMoo模的光束入射光束发散度控制器70，可以得到数值孔径应在0.015到0.01的衍射极限光束，在光纤上的光斑直径仅为20到30微米。若以发散度为衍射极限光束10倍的高阶横模入射光束发散度控制器70，聚焦光束的数值孔径应在0.15到0.1左右，在光纤上的光斑直径也应在200到300微米之间。采用光纤芯直径0.6mm和数值孔径为0.22的光纤可获得低偶合损耗。实验表明，半导体泵浦激光系统100在高阶横模工作方式下所检测到的光纤80的输出数值孔径小于0.1。

除了上述光束发散度控制器70可以减低光束发散角之外，光纤80输出端口处的光准直元件也能进一步减低输出光束的发散度。图2至图5绘出先前技术和本发明改进后的光纤端口和输出光的发散。

图2是先前技术中所用的光纤280的光纤端口291。由于光纤端口291的出光面是被磨平的，输出光束290相应的便是发散的。发散度由入射光束质量和光纤280的数值孔径决定。对于象激光前列腺手术中用的0.6mm光纤芯直径的多模光纤，光束质量因此没被控制的发散度而受影响。

图3是本发明改进后的光纤380的光纤端口391。减小数值孔径的光学元件固定在光纤端口391处，输出光束390发散度被减小。发散度被减小后的输出光束390在组织上形成的光斑直径也减小，相应地激光功率密度和输出光束290相比被增加。减小发散度的光束390有助于减小因光纤输出端口391到组织的不同距离情况下造成的功率密度的不同，这对做激光蒸发前列腺手术的医生来说，无疑要感到方便和容易很多。

图4是先前技术中所用的侧出光光纤480的光纤端口491。由于侧出光端口491的出光面是被磨平的，输出光束490相应的便是发散的。

图5是本发明改进后的侧出光光纤580的光纤端口591。减小数值孔径的光学元件固定在光纤端口591处，输出光束590发散度被减小。发散度被减小后的输出光束590在组织上形成的光斑直径也减小，相应地激光功率密度和输出光束490相比被增加。减小发散度的光束590有助于减小因光纤输出端口591到组织的不同距离情况下造成的功率密度的不同，这对做激光蒸发前列腺手术的医生来说，无疑要感到方便和容易很多。

图3和图5减小数值孔径的光学元件可以是仅对光纤断面磨成凸面，也可以是用微聚焦镜、光纤数值孔径减小器或其它的方式固定在光纤端口。固定方式可以是集成的，也可以是分立的。

虽然对本发明的叙述是基于这几种提出的设计，本发明的设计也可以是这几种设计的更改，只要更改在所附的权利要求的范围内。

Claims (15)

1.激光汽化软组织手术仪，包括：

在高阶横模方式下工作的半导体泵浦的固体激光器，输出40W或更高激光功率，这个半导体泵浦固体激光器包括：

激光腔由三个或更多的光学反射元件构成；

该激光腔内固体激光增益介质的截面直径为2mm或更粗；

多个半导体激光器列阵从两个或更多的方向照射该固体激光增益介质；

该激光腔安装有Q-开关，Q-开关工作的重复频率范围是1kHz至100kHz；

该激光腔安装有二倍频晶体，二倍频晶体放置在激光腔的光腰附近；和

该激光腔内有横模控制装置，保证激光在高阶横模方式下工作，使腔内光束在固体激光增益介质处的直径至少是激光工作在TEMoo模时光束直径的5倍；

所述高阶横模的模式数量超过10；该激光器的输出光束由安置于该光束光路上的激光传输光学装置传输到要汽化的软组织；和

光束发散度控制器和激光传输光学装置一起使该激光照射在要汽化的软组织上的光束发散度小；

因此该半导体泵浦固体激光器在该高阶横模方式下工作时能有效地激光汽化该软组织。

2.激光汽化软组织手术仪，包括：

在高阶横模方式下工作的半导体泵浦的固体激光器，输出40W或更高激光功率，这个半导体泵浦固体激光器包括：

激光腔由三个或更多的光学反射元件构成；

该激光腔内固体激光增益介质的截面直径为2mm或更粗；

多个半导体激光器列阵从两个或更多的方向照射该固体激光增益介质；

该激光腔安装有Q-开关，Q-开关工作的重复频率范围是1kHz至100kHz；

该激光腔安装有二倍频晶体，二倍频晶体放置在激光腔的光腰附近；和

该激光腔内有横模控制装置，保证激光在高阶横模方式下工作，使腔内光束在固体激光增益介质处的直径至少是激光工作在TEMoo模时光束直径的5倍；

所述高阶横模的模式数量超过10；

该激光器的输出光束由安置于该光束光路上的激光传输光学装置传输到要汽化的软组织；和

意味着优化该激光器输出功率，使输入到该激光器的电功率到输出激光功率的转换效率是3％或更高；

因此该半导体泵浦固体激光器的电功耗低到该激光器可以直接从标准室内电源得到供电。

3.激光汽化软组织手术仪，由下列组成：

在高阶横模方式下工作的半导体泵浦的固体激光器，输出40W或更高激光功率，该半导体泵浦的激光器内安装有二倍频晶体产生二倍频激光；

所述高阶横模的模式数量超过10；该激光器的输出光束由安置于该光束光路上的激光传输光学装置传输到要汽化的软组织；和

温度调节装置用于调节该二倍频晶体的温度，以温度方式优化相位匹配条件；

因此防止了因机械方式调节相位匹配时的快速温度梯度变化破坏二倍频晶体。

4.如权利要求1至3任意一项所述的手术仪，其中，该软组织是前列腺组织。

5.如权利要求1至3任意一项所述的手术仪，其中，该激光器是连续半导体泵浦的Q-开关的固体激光器。

6.如权利要求1至3任意一项所述的手术仪，其中，该半导体泵浦的激光照射在该软组织的激光功率在30W至100W。

7.如权利要求1或者2所述的手术仪，其中，该固体激光增益介质是Nd:YAG、Nd:YLF或Nd:YVO₄。

8.如权利权要求1或者2所述的手术仪，其中，该固体激光增益介质的截面直径为3mm至7mm。

9.如权利要求1或者2所述的手术仪，其中，该固体激光增益介质是Nd:YAG，该Q-开关的重复频率在5kHz至40kHz之间。

10.如权利要求1或者2所述的手术仪，其中，该半导体激光由连续电流泵浦。

11.如权利要求1或者2所述的手术仪，其中，该二倍频晶体包括LBO或KTP在内的二倍频晶体。

12.如权利要求1或者2所述的手术仪，其中，该半导体泵浦的激光器的激光腔中有一个或更多的半导体激光泵浦头。

13.如权利要求1所述的手术仪，进一步包括：

该光束发散度控制器和该传输光学装置控制该激光输出在该软组织上的光斑直径以获得汽化速度的改进。

14.如权利要求2所述的手术仪，其中，该优化的该激光器输出功率是由温度调节装置调节该二倍频晶体的温度，以优化相位匹配条件的方式优化该激光输出功率。

15.如权利要求2所述的手术仪，其中，该半导体泵浦的激光器电功耗如此之少以至不需要外接水或二次循环水来散热。

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