CN103830846A - 一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，包括半导体激光泵浦系统、腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔、光纤耦合镜、传输光纤和治疗手柄；所述半导体激光泵浦系统由泵浦光源和光学耦合部件组成，所述腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔按输入腔镜、激光增益介质、拉曼频移介质、倍频激光反射镜、倍频晶体和输出腔镜顺序排列,本发明在治疗时黄橙激光通过传输光纤传输与治疗手柄的光斑变换后，照射到病人皮肤表皮下的血管内，被血红蛋白吸收，通过选择性光热解原理，黄橙激光作用于病变血管内的血红蛋白，使病变血管热解、吸收、消失，达到治疗血管病变的目的，治疗效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光泵浦全固体激光技术，受激拉曼激光技术，腔内倍频技术和激光医疗美容技术，具体涉及一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪。
背景技术
皮肤血管性病变包括血管畸形及血管瘤两大类，常见的有鲜红斑痣、草莓状血管瘤、毛细血管扩张、酒渣鼻、下肢静脉曲张等，可发生于全身体表各个部位，除给患者造成美容缺陷外，还可以引起相应功能障碍。传统的治疗方法有药物治疗、液氮冷冻治疗、注射血管硬化剂、血管套扎治疗以及外科手术等，这些无选择性的有创治疗对正常皮肤组织损伤较大，常伴随瘢痕、色素改变等患者难以接受的并发症。
随着激光技术在医学领域的应用，为皮肤血管性病变的治疗提供了有效的手段。特定波长的激光通过选择性光热解原理，作用于病变血管内的血红蛋白，使病变血管热解、吸收、消失，达到治疗血管病变而不损伤组织及皮肤周围且无疤痕形成的目的，是目前治疗血管性病变最为有效而无副作用的方法。
随着半导体激光技术的发展，该激光泵浦的全固体激光器也开始应用于皮肤血管性病变的治疗。如波长处于绿光波段的532nm全固体激光能被血红蛋白很好吸收，连续激光的治疗时间宽度的设置可与病人的热弛豫时间接近，这些特点使得该激光成为治疗血管性病变的首选治疗设备。
实验数据表明，尽管532nm的氧合血红蛋白的吸收系数较高，但黑色素的吸收也较高，该波长的激光仅适用于皮肤浅表面的较细血管的治疗，以及皮肤黑色素较少的白色人种的皮肤表面血管性疾病的治疗。为了增加皮下血管的治疗深度，通常采用波长较长的808nm、940nm、980nm和1064nm的红外波段的半导体激光，但该波段的血红蛋白的吸收系数较低，对于较细的血管，该波段的光大部分透过，而被周围的皮肤吸收。
波长577nm附近的黄橙光是氧和血红蛋白的另一个吸收峰，而且随着波长的增加，黑色素的吸收降低，如585nm的黄橙光与532nm的绿光具有相近的血红蛋白吸收系数，但黑色素的吸收仅为532nm的一半，因此黄橙光更适合于非白色人种和位于皮肤下深一些的血管性疾病的治疗。目前黄橙激光的皮肤血管性病变治疗仪主要采用闪光灯泵浦585nm和595nm的脉冲染料激光器。但是染料激光器具有安全性差、染料退化并有毒性、能量消耗高、稳定性差等一系列问题，使得染料激光器的设计方案非常复杂，体积庞大。同时由于脉冲激光的峰值功率非常高，采用该激光治疗皮肤血管性疾病很容易引起紫癜等副作用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，具有体积小、重量轻、结构紧凑、耗电省和便于携带等特点，激光的输出波段在550nm到600nm，通过调制连续激光的输出时间与皮肤的弛豫时间相近，可获得较好的选择性吸收的皮肤血管性疾病的治疗效果。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，包括半导体激光泵浦系统、腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔、光纤耦合镜、传输光纤和治疗手柄；所述半导体激光泵浦系统由泵浦光源和光学耦合部件组成，所述腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔按输入腔镜、激光增益介质、拉曼频移介质、倍频激光反射镜、倍频晶体和输出腔镜顺序排列；所述治疗手柄接触人体表面。
进一步的，所述泵浦光源为连续或准连续输出的波长为790nm到980nm的半导体激光器、半导体激光器列阵或半导体激光器叠阵，通过半导体制冷器、循环液体和循环风进行温度控制；所述光学耦合部件为球面镜、非球面镜、柱面镜、自聚焦透镜、光纤、棱镜、微透镜列阵、二元光学透镜其中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的增透膜。
进一步的，所述激光增益介质为Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：GdVO4，或其它掺Nd3+，Yb3+或Pr3+离子的激光晶体或激光陶瓷材料；所述拉曼频移介质为YVO4，GdVO4，或如钨酸盐和硝酸盐等具有受激拉曼效应的晶体材料；所述倍频晶体为LBO，KTP，KTA，BiBO，PPMgLN或BBO等非线性光学晶体，采用临界、非临界位相匹配或周期性极化的准位相匹配。
进一步的，所述激光增益介质和所述拉曼频移介质采用在Nd：YVO4的一端或两端，或Nd：GdVO4的一端或两端通过离子扩散键和技术分别键和YVO4或GdVO4，成为一块离子键和晶体。
进一步的，所述激光增益介质和所述拉曼频移介质采用一块Nd：YVO4，Nd：GdVO4或其它掺Nd3+，Yb3+或Pr3+离子的具有自受激拉曼效应的激光增益介质代替所述激光增益介质和所述拉曼频移介质，一块晶体同时完成激光跃迁和拉曼频移两种功能。
进一步的，所述光纤耦合镜为焦距大于10mm的正焦距透镜，透镜的两个通光面制备黄橙激光的增透膜。
进一步的，所述传输光纤芯径为200微米到1000微米的多模光纤。
进一步的，所述治疗手柄内采用两片或多于两片的透镜组，第一片透镜或透镜组的焦点位于传输光纤出口附近，通过调节轴向距离，使输出光束通过第一片透镜或透镜组准直后为平行光束，根据治疗光斑的尺寸选择第二片透镜的焦距或通过改变透镜组中的透镜之间的距离改变透镜的焦距，获得不同的照射在病人皮肤表面上的治疗光斑尺寸；通过所述治疗手柄照射在病人皮肤表面上的治疗光斑尺寸为0.3mm到10mm之间；调制泵浦光源工作电流，使输出为脉冲工作，其脉冲工作时间为0.5ms到10s。
本发明的有益效果是：
本发明在治疗时黄橙激光通过光束传输与治疗手柄的光斑变换后，照射到病人皮肤表皮下的血管内，被血红蛋白吸收，通过选择性光热解原理，黄橙激光作用于病变血管内的血红蛋白，使病变血管热解、吸收、消失，达到治疗血管病变的目的，治疗效果显著。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图。
图中标号说明：
1、泵浦光源，2、光学耦合部件，3、输入腔镜，4、激光增益介质，5、拉曼频移介质，6、倍频激光反射镜，7、倍频晶体，8、输出腔镜，9、光纤耦合镜，10、传输光纤，11、治疗手柄，12、人体表面。
具体实施方式
参见图1所示，一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，包括半导体激光泵浦系统、腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔、光纤耦合镜9、传输光纤10和治疗手柄11；所述半导体激光泵浦系统由泵浦光源1和光学耦合部件2组成，所述腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔按输入腔镜3、激光增益介质4、拉曼频移介质5、倍接触频激光反射镜6、倍频晶体7和输出腔镜8顺序排列；所述治疗手柄11接触人体表面12。
进一步的，所述泵浦光源1为连续或准连续输出的波长为790nm到980nm的半导体激光器、半导体激光器列阵或半导体激光器叠阵，通过半导体制冷器、循环液体和循环风进行温度控制；所述光学耦合部件2为球面镜、非球面镜、柱面镜、自聚焦透镜、光纤、棱镜、微透镜列阵、二元光学透镜其中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的增透膜。
进一步的，所述激光增益介质4为Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：GdVO4，或其它掺Nd3+，Yb3+或Pr3+离子的激光晶体或激光陶瓷材料；所述拉曼频移介质5为YVO4，GdVO4，或如钨酸盐和硝酸盐等具有受激拉曼效应的晶体材料；所述倍频晶体7为LBO，KTP，KTA，BiBO，PPMgLN或BBO等非线性光学晶体，采用临界、非临界位相匹配或周期性极化的准位相匹配。
进一步的，所述激光增益介质4和所述拉曼频移介质5采用在Nd：YVO4的一端或两端，或Nd：GdVO4的一端或两端通过离子扩散键和技术分别键和YVO4或GdVO4，成为一块离子键和晶体。
进一步的，所述激光增益介质4和所述拉曼频移介质5采用一块Nd：YVO4，Nd：GdVO4或其它掺Nd3+，Yb3+或Pr3+离子的具有自受激拉曼效应的激光增益介质代替所述激光增益介质4和所述拉曼频移介质5，一块晶体同时完成激光跃迁和拉曼频移两种功能。
进一步的，所述光纤耦合镜9为焦距大于10mm的正焦距透镜，透镜的两个通光面制备黄橙激光的增透膜。
进一步的，所述传输光纤10芯径为200微米到1000微米的多模光纤。
进一步的，所述治疗手柄11内采用两片或多于两片的透镜组，第一片透镜或透镜组的焦点位于传输光纤出口附近，通过调节轴向距离，使输出光束通过第一片透镜或透镜组准直后为平行光束，根据治疗光斑的尺寸选择第二片透镜的焦距或通过改变透镜组中的透镜之间的距离改变透镜的焦距，获得不同的照射在病人皮肤表面上的治疗光斑尺寸；通过所述治疗手柄11照射在病人皮肤表面上的治疗光斑尺寸为0.3mm到10mm之间；调制泵浦光源工作电流，使输出为脉冲工作，其脉冲工作时间为0.5ms到10s。
所述泵浦光源1采用光纤输出的波长为880nm半导体激光器列阵，光纤芯径为200微米，数值孔径为0.22；所述光学耦合部件2由两个平凸镜组成，制备880nm波长的增透膜，第一片平凸镜的平面朝向光纤，第二片平凸镜的平面的朝向与第一片平凸镜相反；所述输入腔镜3为平平透镜，其泵浦光入射面制备对880nm的增透膜，另一面制备对880nm的泵浦光增透、1063nm的基频光和1173nm的拉曼光高反的多层介质膜；所述激光增益介质4是Nd:GdVO4激光晶体，采用其1063nm的跃迁谱线，所述激光增益介质4的两端制备1063nm的基频光和1173nm的拉曼光增透膜；也可以去掉单独的所述输入腔镜3，把多层介质膜直接制备在所述激光增益介质4的输入面，这时所述激光增益介质4的泵浦光输入面将制备对880nm的泵浦光增透、1063nm的基频光和1173nm的拉曼光高反的多层介质膜，另一面制备1063nm的基频光和1173nm的拉曼光增透膜；所述拉曼频移介质5是GdVO4晶体，所述拉曼频移介质5的两端制备1063nm基频光和1173nm拉曼光的增透膜；作为拉曼频移介质的GdVO4也可与对应的激光增益介质Nd:GdVO4通过离子键和形成一块晶体，而在键和的连接表面不需制备1063nm的基频光和1173nm的拉曼光的增透膜；或仅采用一块激光增益介质Nd:GdVO4，Nd:GdVO4即作为激光增益介质，也作为自拉曼频移介质，一块晶体同时实现激光跃迁和拉曼频移两种功能；所述倍频激光反射镜6是平面镜，其一个表面制备1063nm和1173nm的增透膜，另一面制备1063nm和1173nm增透和586.5nm高反的多层介质膜；所述倍频晶体7采用非临界位相匹配的LBO非线性光学晶体,并对晶体进行温度控制，控制温度在45度左右，实现拉曼光与倍频光的位相差Δk=0,该晶体的两个通光面制备1063nm和1173nm增透和586.5nm的增透膜；所述输出腔镜8采用平凹镜，凹面曲率半径为200mm，凹面制备586.5nm的黄橙光增透、1063nm的基频光和1173nm的拉曼光高反的多层介质膜，平面制备586.5nm黄橙光增透膜。所述光纤耦合镜9为焦距40mm的聚焦透镜，调节透镜位置，使586.5nm黄橙光聚焦到光纤内时满足数值孔径NA小于0.22，光斑直径小于400微米的要求；所述传输光纤10采用SMA905的光纤标准接头和芯径=400um，NA=0.22的石英光纤；所述治疗手柄11内采用两片透镜，第一片透镜的焦点位于光纤出口附近，通过调节轴向位置，使输出光束通过第一片透镜准直后为平行光束，根据治疗光斑的尺寸选择第二片透镜的焦距，当第二个透镜的焦距是第一个透镜焦距的5倍时，入射到治疗皮肤表面的光斑尺寸为2mm，如果入射到人体表面12的激光功率为5W，激光器工作的脉冲宽度为50ms时，被治疗的人体表面12的照射能量为8J/cm2，应能达到对皮肤血管性病所需要的能量，可用于毛细血管扩张等皮肤血管性疾病的治疗，达到一定的治疗效果。
该治疗仪工作时，所述泵浦光源1发出880nm的泵浦光，通过所述光学耦合部件2的两个平凸镜组成耦合到所述激光增益介质4的Nd:GdVO4内，产生1063nm的基频光，基频光在所述输入腔镜3和所述输出腔镜8组成的基频激光谐振腔内振荡。当基频光通过所述拉曼频移介质5 GdVO4时，通过腔内拉曼转换产生1173nm拉曼激光，并在所述输入腔镜3和所述输出腔镜8组成的拉曼激光谐振腔内振荡。当拉曼激光通过所述倍频晶体7LBO时，产生波长为586.5nm的黄橙激光，向所述输出腔镜8方向传播586.5nm黄橙激光直接输出，与所述输出腔镜8相反方向传播的586.5nm黄橙激光由所述倍频激光反射镜6反射后也通过所述输出腔镜8输出；586.5nm黄橙激光通过所述输出腔镜8输出后，由所述光纤耦合镜9耦合到所述传输光纤10内，由光纤输出后通过具有两片透镜组成的所述治疗手柄11，变换为2mm直径的光斑，照射到被治疗的毛细血管扩张等病人的皮肤下的血管内。根据选择性光热解原理，黄橙激光照射到病变血管内，作用于病变血管内的血红蛋白，使病变血管热解、吸收、消失，达到治疗毛细血管扩张病人的血管病变而不损伤组织及皮肤周围且无疤痕形成的目的。
以上对本发明实施例所提供的一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪及系统进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：包括半导体激光泵浦系统、腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔、光纤耦合镜（9）、传输光纤（10）和治疗手柄（11）；所述半导体激光泵浦系统由泵浦光源（1）和光学耦合部件（2）组成，所述腔内倍频拉曼黄橙激光谐振腔按输入腔镜（3）、激光增益介质（4）、拉曼频移介质（5）、倍频激光反射镜（6）、倍频晶体（7）和输出腔（8）顺序排列；所述治疗手柄（11）接触人体表面（12）。
2.根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述泵浦光源（1）为连续或准连续输出的波长为790nm到980nm的半导体激光器、半导体激光器列阵或半导体激光器叠阵，通过半导体制冷器、循环液体和循环风进行温度控制；所述光学耦合部件（2）为球面镜、非球面镜、柱面镜、自聚焦透镜、光纤、棱镜、微透镜列阵、二元光学透镜其中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的增透膜。
3.根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述激光增益介质（4）为Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：GdVO4，或其它掺Nd3+，Yb3+或Pr3+离子的激光晶体或激光陶瓷材料；所述拉曼频移介质（5）为YVO4，GdVO4，或如钨酸盐和硝酸盐等具有受激拉曼效应的晶体材料；所述倍频晶体（7）为LBO，KTP，KTA，BiBO，PPMgLN或BBO等非线性光学晶体，采用临界、非临界位相匹配或周期性极化的准位相匹配。
4.根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述激光增益介质（4）和所述拉曼频移介质（5）采用在Nd：YVO4的一端或两端，或Nd：GdVO4的一端或两端通过离子扩散键和技术分别键和YVO4或GdVO4，成为一块离子键和晶体。
5. 根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述激光增益介质（4）和所述拉曼频移介质（5）采用一块Nd：YVO4，Nd：GdVO4或其它掺Nd3+，Yb3+或Pr3+离子的具有自受激拉曼效应的激光增益介质代替所述激光增益介质（4）和所述拉曼频移介质（5），一块晶体同时完成激光跃迁和拉曼频移两种功能。
6.根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述光纤耦合镜（9）为焦距大于10mm的正焦距透镜，透镜的两个通光面制备黄橙激光的增透膜。
7. 根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述传输光纤（10）芯径为200微米到1000微米的多模光纤。
8.根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：所述治疗手柄（11）内采用两片或多于两片的透镜组，第一片透镜或透镜组的焦点位于传输光纤出口附近，通过调节轴向距离，使输出光束通过第一片透镜或透镜组准直后为平行光束，根据治疗光斑的尺寸选择第二片透镜的焦距或通过改变透镜组中的透镜之间的距离改变透镜的焦距，获得不同的照射在病人皮肤表面上的治疗光斑尺寸；通过所述治疗手柄（11）照射在病人皮肤表面上的治疗光斑尺寸为0.3mm到10mm之间。
9.根据权利要求1所述的腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪，其特征在于：调制泵浦光源（1）工作电流，使黄橙激光输出为脉冲工作，其脉冲工作时间为0.5ms到10s。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140604 |