一种医用多功能激光治疗装置
技术领域
本发明涉及激光治疗技术,特别涉及一种医用多功能激光治疗装置。
背景技术
激光的能量在时间、空间、光谱上高度集中,使它在众多领域中得到了广泛应用。其中,医学是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的一门学科。世界各国已开发出许多种不同治疗用途的激光医疗设备,并用于临床治疗。
当前,以最小的创伤达到治愈疾病的目的已经成为国际外科领域发展的趋势,传统的手术模式不断被新型的微创介入手术所淘汰,微创介入治疗已成为现代医院临床治疗的主要手段之一。现代微创外科手术需要先进物理治疗核心技术作为支撑,并且已经成为具有可持续发展特征的医疗器械新兴战略产业的核心竞争力。各种物理治疗手段对治疗对象实施切除、消融等手术处理,实现微创治疗的目的。
随着技术的不断更新和发展,适应症治疗范围的不断扩大,临床手术对医疗器械的要求越来越多样化,目前单一功能的激光手术设备已经不能满足外科手术各个过程的特殊需要,不能得到最优的治疗效果。
为了进一步满足临床手术的需要人们开始对各种功能的激光手术设备进行进一步研究,目前应用在医疗上的不同功能的激光治疗装置有:
1、用于泌尿外科、神经外科等手术的532nm波长绿激光组织汽化装置,绿激光组织汽化装置在治疗前列腺增生,具有无阳痿、无须插导尿管、术后不需要长期服药、综合治疗费用低等优点,在美国已经成为门诊手术。其激光发生装置具体原理是:532nm波长激光是通过半导体激光器(LD)L1;泵浦掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体a,通过激光后腔镜M1和输出镜M2形成1.06μm激光谐振腔,在谐振腔中加入KTP倍频晶体A、谐波镜M3以及声光调制器D通过1.06μm激光倍频产生,如图1所示。
2、用于对人体肝脏、肾脏等组织进行切割手术的1.06μm波长的Nd:YAG激光装置,1.06μm波长Nd:YAG激光进行人体肾部分切除并与常规冷切除进行相比出血明显减少,手术时间缩短。高功率1.06μm波长Nd:YAG激光装置可以切割硬化的肝组织,对伴有较重肝硬化的肝癌可将癌肿局部切除。其激发生装置具体原理是:1.06μm波长激光是通过半导体激光器(LD)L2,;泵浦掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体b,通过激光后腔镜M4和输出镜M5形成1.06μm波长如图2所示。
3、对与对组织进行止血的1.32μm波长的Nd:YAG激光装置,1.32μm波长可以对血管内血液凝固形成血栓,达到很好的止血效果,可以解决常规手术中患者因出血过对引起的并发症,对患者的身体健康和身体恢复提供了保证。其激发生装置具体原理是:1.32μm波长激光是通过半导体激光器(LD)L3,;泵浦掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体c,通过激光后腔镜M6和输出镜M7形成1.32μm波长激光输出如图3所示。
尽管对组织的汽化、切割、止血等不同作用的激光波长的激光装置都已经出现,但是由于这些不同波长的激光装置是各自独立的,很难同时集中到同一个设备中,主要存在的技术难点为:1、激光冷却系统技术不足,三种波长的激光输出需要三套制冷设备同时工作,制冷功率非常高,若同时安装在一个设备中体积庞大、移动困难,且噪音过高,无法满足手术室的要求。2、光路合成困难,将三个激光模块发出的三种波长的激光同时耦合到一根手术光纤手术刀具中,其结构是非常复杂的,对光学镜片的镀膜要求非常高,目前的镀膜技术无法满足其要求。
如果将汽化、切割、止血等不同作用的激光波长的激光装置各自独立的用到一同个手术中,在实际的手术操作中也不能满足外科手术各个过程的特殊需要,不能得到最优的治疗效果,比如:当利用汽化设备对组织汽化后如果还想同时对组织进行止血,就需要将进入人体组织内部的传输汽化激光的手术刀具取出,将汽化设备移开,而后将止血设备移到患者身边,重新将传输止血激光手术刀具插入人体手术部位;这样不仅仅是操作麻烦,中间间隙时间也比较长,这中间还需要常规的止血器材先进行止血,达不到真正地止血效果。同理:当一个手术同时需要切割、止血时也会有同样的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术的不足,提供一种医用多功能激光治疗装置,以达到在一个手术中可以最大限度地满足微创介入治疗全过程对不同波长激光的需要,满足多种腔内治疗的需要在对病灶组织进行汽化切除的同时对创面进行凝固止血和冲洗,即可在一个平台上实现汽化、切割、凝固止血功能,而且对切割面损伤小,达到微创,安全的目的。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种医用多功能激光治疗装置,包括第一激光模块体,所述的第一激光模块体的一侧沿其光轴方向依次设有第一45°全反射镜、第一部分反射镜、1.32μm声光调制器、第一光闸及第一全透全反射镜,所述的第一激光模块体的另一侧沿其光轴方向依次设有第二全透全反射镜、第二光闸、1.064μm声光调制器、绿激光谐波镜、激光倍频器、第三全透全反射镜、第一45°全透全反射镜,所述的第一45°全反射镜的一侧沿垂直于所述光轴方向上设有第二45°全反射镜,所述的第一45°全透全反射镜的一侧沿垂直于所述光轴的方向上设有第三45°全反射镜,还包括第二激光模块体,所述的第二激光模块体的一侧沿其光轴方向依次设有第四全透全反射镜、第三光闸、第二45°全透全反射镜,所述的第二激光模块体的另一侧沿其光轴方向设有第二部分反射镜,所述的第二45°全透全反射镜的旁侧沿垂直于第二激光模块体的光轴方向上依次设有第四光闸、第五全透全反射镜,所述的装置还包括设置在第一45°全透全反射镜及第二部分反射镜旁侧的接收激光的耦合透镜、设置在耦合透镜的激光透出侧的光束整形器。
在第一激光模块体工作且第一光闸开启状态下,第一全透全反射镜、第一部分反射镜、1.32μm声光调制器构成1.32μm激光谐振腔,从第一部分反射镜处输出1.32μm波长激光,并依次通过第一45°全反射镜、第二45°全反射镜、第三45°全反射镜传输到耦合透镜;
在第一激光模块体工作且第二光闸开启状态下,第一全透全反射镜、1.064μm声光调制器、绿激光谐波镜、激光倍频器、第三全透全反射镜构成532nm激光谐振腔,从第三全透全反射镜输出532nm波长激光,而后通过第一45°全透全反射镜传输到耦合透镜;
在第二激光模块体工作且第三光闸开启状态下,第四全透全反射镜与第二部分反射镜之间构成1.32μm激光谐振腔,从第二部分反射镜输出1.32μm波长激光到耦合透镜;
在第二激光模块体工作且第四光闸开启状态下,第五全透全反射镜、第二45°全透全反射镜、第二部分反射镜之间构成1.064μm激光谐振腔,从第二部分反射镜输出1.064μm波长激光到耦合透镜。
所述的激光混合光经耦合透镜以及光束整形器整形后通过光线进入人体手术部位。
所述的第一部分反射镜上镀1.32m部分反射膜,反射率为85%-95%,所述的第一全透全反射镜上镀1.32μm全透膜及1.064μm全反膜,1.32μm全透膜透过率大于98%,1.064μm全反膜反射率大于98%。
所述的第一45°全反射镜、第二45°全反射镜、第三45°全反射镜、第一45°全透全反射镜上均镀45°1.32μm全反膜,反射率大于98%。
所述的第四全透全反射镜上镀1.32μm全反膜及1.064μm全透膜,1.32μm全反膜反射率大于99%,1.064μm全透膜透过率大于98%。
所述的第二45°全透全反射镜上镀45°1.32μm和1.064μm全反膜,两者反射率均大于98%。
所述的第五全透全反射镜上镀1.32μm全透膜及1.064μm全反膜,1.32μm全透膜透过率大于98%,1.064μm全反膜反射率大于99%。
所述的第二部分反射镜上镀1.32μm和1.064μm部分反射膜,1.32μm部分反射膜的反射率为90%-95%,1.064μm部分反射膜的反射率为80%-90%。
所述的耦合透镜为光学透镜组,其中包含凸透镜、凹透镜以及柱透镜,所述的光束整形器为平-凹非球面镜和平-凸非球面镜组合而成。
本发明采用上述结构,具有以下优点:1、全固态多波长激光的产生方法有多种,其中利用同一激光晶体中掺杂离子在不同能级跃迁下发射不同波长相干光而研制出的多波长全固态激光器,克服了以往固体激光器输出波长单一的缺陷,既可以实现单波长输出也可以实现多波长输出,满足了不同疾病的治疗需求。可以最大限度地满足微创介入治疗全过程对不同波长激光的需要,在一个平台上实现汽化、切割、凝固、消融、止血、灭活、焊接、打孔、光动力等多种治疗功能;2、系统能同时输出1.32μm和1.064μm激光,二者将同时经耦合透镜以及光束整形器整形后通过光纤进入人体手术部位,没有时间差,可以对人体手术部位进行切割和止血,达到切割手术无出血的理想状态;3、系统能同时输出1.32μm和532nm激光,二者将同时经耦合透镜以及光束整形器整形后通过光纤进入人体手术部位,没有时间差,可以对人体手术部位进行汽化和止血,达到汽化手术无出血的理想状态;4、光束整形器将强度为高斯分布的激光束整形为均匀光束,平行光束在手术操作过程中,可以避免激光刀与组织间距离的变化导致激光功率密度变化,引起照射范围的变化,使切口以外的组织受到不必要的损伤;5、可以将激光介入到尿道膀胱、腹腔、胸腔、宫腔、呼吸道、食道、肠道、胃、血管等几乎全部的光学内窥镜能够到达的腔内器官,对病变组织和肿瘤进行光选择性汽化、切割、凝固、消融、止血、灭活、焊接、打孔、光动力等手术治疗。也可以对肿瘤进行加热,使其凝固,从而萎缩、组织吸收。同时对激光光束进行整形,将普通的激光高斯光束整形为均匀光束,成功避免了由于高斯光束激光刀与组织间距离的变化导致激光功率密度变化,引起的照射范围变化导致的切口以外组织受到的损伤。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明;
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中532nm波长激光产生结构图;
图3为本发明中1.064μm波长激光产生结构图;
图4为本发明中1.32μm波长激光产生结构图;
图5为光束整形器的结构图;
图1中附图标记为:
B1-第一激光模块体;
B2-第二激光模块体;
M8-第一部分反射镜;
M9-第一全透全反射镜;
M10-第二全透全反射镜;
M11-绿激光谐波镜;
M12-第三全透全反射镜;
M13-第一45°全反射镜;
M14-第二45°全反射镜;
M15-第三45°全反射镜;
M16-第一45°全透全反射镜;
M17-第四全透全反射镜;
M18-第二45°全透全反射镜;
M19-第五全透全反射镜;
M20-第二部分反射镜;
d-激光倍频器;
Q1-1.32μm声光调制器;
Q2-1.064μm声光调制器;
G1-第一光闸;
G2-第二光闸;
G3-第三光闸;
G4-第四光闸;
F-光束整形器;
E-耦合透镜。
具体实施方式
如图1~图4所示一种医用多功能激光治疗装置,包括第一激光模块体B1,第一激光模块体B1的一侧沿其光轴方向依次设有第一45°全反射镜M13、第一部分反射镜M8、1.32μm声光调制器Q1、第一光闸G1及第一全透全反射镜M9,第一激光模块体B1的另一侧沿其光轴方向依次设有第二全透全反射镜M10、第二光闸G2、1.064μm声光调制器Q2、绿激光谐波镜M11、激光倍频器d、第三全透全反射镜M12、第一45°全透全反射镜M16,第一45°全反射镜M13的一侧沿垂直于光轴方向上设有第二45°全反射镜M14,所述的第一45°全透全反射镜M16的一侧沿垂直于所述光轴的方向上设有第三45°全反射镜M15,医用多功能激光治疗装置还包括第二激光模块体B2,第二激光模块体B2的一侧沿其光轴方向依次设有第四全透全反射镜M17、第三光闸G3、第二45°全透全反射镜M18,第二激光模块体B2的另一侧沿其光轴方向设有第二部分反射镜M20,第二45°全透全反射镜M18的旁侧沿垂直于第二激光模块体B2的光轴方向上依次设有第四光闸G4、第五全透全反射镜M19,装置还包括设置在第一45°全透全反射镜M16及第二部分反射镜M20旁侧的接收激光的耦合透镜E、设置在耦合透镜E的激光透出侧的光束整形器F。
在第一激光模块体B1工作且第一光闸G1开启状态下,第一全透全反射镜M9、第一部分反射镜M8、1.32μm声光调制器Q1构成1.32μm激光谐振腔,从第一部分反射镜M8处输出1.32μm波长激光,并依次通过第一45°全反射镜M13、第二45°全反射镜M14、第三45°全反射镜M15传输到耦合透镜E;在第一激光模块体B1工作且第二光闸G2开启状态下,第一全透全反射镜M9、1.064μm声光调制器Q2、绿激光谐波镜M11、激光倍频器d、第三全透全反射镜M12构成532nm激光谐振腔,从第三全透全反射镜M12输出532nm波长激光,而后通过第一45°全透全反射镜M16传输到耦合透镜E;
在第二激光模块体B2工作且第三光闸G3开启状态下,第四全透全反射镜M17与第二部分反射镜M20之间构成1.32μm激光谐振腔,从第二部分反射镜M20输出1.32μm波长激光到耦合透镜E;在第二激光模块体B2工作且第四光闸G4开启状态下,第五全透全反射镜M19、第二45°全透全反射镜M18、第二部分反射镜M20之间构成1.064μm激光谐振腔,从第二部分反射镜M20输出1.064μm波长激光到耦合透镜E。
1.064μm波长激光、1.32μm波长激光和532nm波长激光通过耦合透镜E输出到光束整形器F整形后进入到光纤,经光纤传输到人体手术部位。当半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B1和B2同时工作且光闸G1和G4开启时,系统将同时输出1.32μm和1.064μm激光,光闸G2和G3开启时,系统将同时输出1.32μm和532nm激光,两种波长的混合光将同时经耦合透镜E以及光束整形器F整形后通过光纤进入人体手术部位。
激光模块的泵浦源为按照等边五角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列,激光二极管波长为808nm,激光介质为Nd:YAG,两端磨成平面,镀基频光的增透膜,由流动的冷却水对激光二极管阵列和激光介质提供冷却。激光倍频器d为KTP或LBO晶体。激光倍频器晶体两端镀1064nm、532nm增透膜,匹配角度为φ=23.6°θ=90°,晶体采用水冷却。
第一部分反射镜M8上镀1.32m部分反射膜,反射率为85%-95%,所述的第一全透全反射镜M9上镀1.32μm全透膜及1.064μm全反膜,1.32μm全透膜透过率大于98%,1.064μm全反膜反射率大于98%。第二全透全反射镜M10上镀1.32μm全反膜和1.064μm增透膜,其中1.32μm膜层反射率大于98%,1.064μm增透膜层透过率大于95%;绿激光谐波镜M11上镀1.064μm全透膜和532nm全反膜,1.064μm透过率大于99%,532nm反射率大于98%;第三全透全反射镜M12上镀532nm全透膜和1.064μm全反膜,532nm透过率98%,1.064μm反射率大于98%。第一45°全反射镜M13、第二45°全反射镜M14、第三45°全反射镜M15、第一45°全透全反射镜M16上均镀45°1.32μm全反膜,反射率大于98%。第四全透全反射镜M17上镀1.32μm全反膜及1.064μm全透膜,1.32μm全反膜反射率大于99%,1.064μm全透膜透过率大于98%。第二45°全透全反射镜M18上镀45°1.32μm和1.064μm全反膜,两者反射率均大于98%。第五全透全反射镜M19上镀1.32μm全透膜及1.064μm全反膜,1.32μm全透膜透过率大于98%,1.064μm全反膜反射率大于99%。第二部分反射镜M20上镀1.32μm和1.064μm部分反射膜,1.32μm部分反射膜的反射率为90%-95%,1.064μm部分反射膜的反射率为80%-90%。
1.32μm声光调制器Q1镀1.32μm增透膜。声光调制器Q2上镀1.064μm增透膜。所述的耦合透镜E为光学透镜组,其中包含凸透镜、凹透镜以及柱透镜,所述的光束整形器F为平-凹非球面镜和平-凸非球面镜组合而成。
系统中半导体激光泵浦波长为808nm,采用五面环形泵浦Nd:YAG晶体,晶体尺寸为6×110mm,第一部分反射镜M8的透过率为T=10%1.32μm,第二全透全反射镜M10上镀R>99.9%1.32μm&T>99.81.064μm,1.32μm声光调制器Q1采用单头声光调制器,关断能力大于50W、重复频率为1KHz到30KHz之间可调、脉宽小于等于200ns,窗口镀1.32μm增透膜;当半导体泵浦模块B1工作且开启关闸G1时,第一部分反射镜M8和第二全透全反射镜M10形成1.32μm激光谐振腔,从第一部分反射镜M8出输出1.32μm激光。
开启光闸G1,半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B1和1.32μm全反1.064μm全透镜M10、1.32μm声光调制器Q1、1.32μm部分反射镜M8形成1.32μm激光谐振腔,从M8处输出1.32μm激光,1.32μm激光经1.32μm45°反射镜M13、M14、M15以及M16后进入耦合透镜E以及光束整形器F整形后通过光纤进入人体手术部位,其中M8上镀1.32μm部分反射膜,反射率为85%-95%;M10上镀1.32μm全反膜和1.064μm增透膜,其中1.32μm膜层反射率大于98%,1.064μm增透膜层透过率大于95%;M13、M14、M15、M16上均镀45°1.32μm全反膜,反射率大于98%。
开启关闸G2,半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B1工作、1.32μm全透1.064μm全反镜M9、1.064μm声光调制器Q2、532nm谐波镜M11、532nm激光倍频器d、532nm输出镜M12之间形成532nm激光谐振腔输出532nm波长激光。其中M9上镀1.32μm全透膜1.064μm全反膜,1.32μm透过率为98.3%、1.064μm反射率为98.5%;M11上镀1.064μm全透膜和532nm全反膜,1.064μm透过率大于99%,532nm反射率为98.5%;532nm激光倍频器为KTP;M12上镀532nm全透膜和1.064μm全反膜,532nm透过率98%,1.064μm反射率为98.5%。1.064μm声光调制器Q2为双头声光调制器,其关断能力大于100W,重复频率为1KHz到20KHz可调,脉宽小于100ns,声光调制器镀1.064μm增透膜;激光倍频器为d为KTP,其尺寸为7m×7m×7mm,匹配角度为φ=23.6°θ=90°。
开启光闸G3,半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B2工作,1.064μm全透1.32μm全反镜M17以及1.064μm1.32μm部分反射镜M20形成1.32μm激光谐振腔,从1.064μm1.32μm部分反射镜M20处输出1.32μm激光。其中M17上镀1.32μm全反膜1.064μm全透膜,1.32μm反射率为99.2%,1.064μm透过率为98.5%。
开启光闸G4,半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B2工作,45度反射镜M18以及1.32μm部分反射1.064μm部分反射镜M20形成1.064μm激光谐振腔,从1.064μm1.32μm部分反射镜M20处输出1.064μm激光。其中M19上镀1.32μm全透膜1.064μm全反膜,1.32μm透过率为98.5%,1.064μm反射率为99.5%。M18上镀45度1.32μm和1.064μm全反膜,两者反射率均为98.5%。
半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B1和B2同时工作且光闸G1和G4开启时,系统将同时输出1.32μm和1.064μm激光,二者将同时经耦合透镜E以及光束整形器F整形后通过光纤进入人体手术部位,可以对人体手术部位进行切割和止血,达到切割手术无出血的理想状态。
半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块B1和B2同时工作且光闸G2和G3开启时,系统将同时输出1.32μm和532nm激光,二者将同时经耦合透镜E以及光束整形器F整形后通过光纤进入人体手术部位,可以对人体手术部位进行汽化和止血,达到汽化手术无出血的理想状态。
经检测:当半导体激光泵浦功率为500W时,系统输出的激光功率分别为:1.32μm激光80瓦、1.064μm激光150瓦、532nm激光80瓦,整个系统中激光输出功率均能满足医疗应用需要,用户还可以不同的需要选择不同的波长和不同的功率。
1.32μm、1.064μm和532nm激光均经过光束整形器F整形后通过光纤进入人体手术部位,光束整形器将强度为高斯分布的激光束整形为均匀光束,平行光束在手术操作过程中,可以避免激光刀与组织间距离的变化导致激光功率密度变化,引起照射范围的变化,使切口以外的组织受到不必要的损伤。如图4所示,光束整形器F由平-凹非球面镜和平-凸非球面镜组成。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。