CN108175499A - 一种双波长激光手术装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双波长激光手术装置，包括铒激光器、铒激光器驱动电源、紫光半导体激光器、紫光半导体激光器驱动电源、合束镜、反射镜、聚焦镜、光纤、控制系统和脚踏开关；将2940nm或2790nm波长的铒激光对病变组织的超精细切除功能和405nm—420nm波长的紫光半导体激光准确的止血功能形成互补，解决了激光手术中组织切除精度和止血能力的矛盾问题，使激光手术精度大幅度提高，提高了手术效果，拓展了激光手术高精度应用。

Description

一种双波长激光手术装置
技术领域
本发明涉及激光医疗技术领域，尤其涉及一种具有切除和止血的高精度双波长激光手术装置。
背景技术
激光能够通过光纤传输到体内并将能量集中到一点对病变组织进行消融切除，因此随着内窥镜技术的发展，激光手术设备在微创手术中具有无可比拟的优势。不同组织对不同波长激光的吸收存在巨大的差异，有些甚至相差上百万倍。激光对组织的切除主要是基于组织对激光能量的吸收，集中在组织中的能量使组织产生变质、碳化或汽化及冲击等过程从而去除组织，因此组织对激光的吸收强度很大程度上决定了手术的精度和效果。2940nm或2790nm波长的铒激光位于羟基磷灰石OH-及水的吸收峰(吸收系数12000cm-1)，人体组织中主要成分是水，因此2940nm或2790nm波长的铒激光与组织作用时热损伤深度只有3-5μm，精度非常高。激光手术的另一优点是自身具有止血性能，激光与组织作用的热影响区(损伤层)会自然形成止血层，止血层厚，自然止血效果好，因此通常一种激光切除精度和止血是矛盾的两个方面，这限制了一种激光器的手术应用范围，如波长2μm左右的铥钬激光产生的毫米量级的热损伤层刚好具有较强的止血性能，在前列腺增生切除等精度要求不高的泌尿外科手术中具有良好的应用，但其固有的热损伤深度限制了其更高精度的应用发展。波长在405nm-420nm的半导体激光位于血红蛋白的吸收峰值，其在血液中的穿透深度小于10微米，其照射过的血红蛋白生成水合物而对组织实现“漂白”，从而实现止血。因为此波段激光与血液作用区域集中在微米量级的薄层内，止血时可控制激光照射使薄层向组织内推移，使止血层的厚度成为按需可控，也可对较大血管精确封堵，实现高精度止血。因此综合利用2940nm或2790nm波长铒激光的高精度切除功能和405nm-420nm的紫光半导体激光的高精度止血功能可解决切除精度和止血的矛盾，实现理想的手术效果。中国发明专利申请CN105342699 A公布一种铒激光治疗仪，该治疗仪铒激光器输出的2790nm激光通过导光臂导向人体的患处治疗，此单一波长3-5μm的热影响层，完全无止血功能，同时导光臂使用不便，大大限制了其使用范围。中国发明专利申请CN 104083212 A公布一种高止血性能激光刀，利用多个波长实现切除和止血的搭配，但止血用的激光一般是常用红外激光，止血原理是产生厚凝固层，虽然止血能力强，但毫米级的损伤层限制了其在高精度手术方面的应用。中国发明专利申请CN 106390304 A公布了一种980nm与2790nm铒激光组合的双波长治疗仪，两种波长组合共同发挥切除组织优势，2790nm铒激光已经是高精度切除，但不具备止血功能，如果用980nm波长激光止血则损伤层很厚，不满足高精度手术要求，专利申请CN1704028A也具有同样的缺点。
综上所述，目前激光手术设备虽然已在多个临床广泛应用，但存在精度不高、损伤大等缺点，限制了激光手术设备在高精度手术中的应用。研发具有高精度病变组织切除功能，同时又具有高精度止血功能的激光手术设备，不仅可以提高微创手术疗效，同时还能大大拓宽激光手术的应用领域。
发明内容
本发明的目的就是针对背景技术所述的问题，提供一种由2940nm或2790nm波长的铒激光器和405nm—420nm紫光半导体激光器组合而成的双波长激光手术装置，其中2940nm或2790nm波长的铒激光用来进行病变组织切除，405nm—420nm紫光半导体激光用来进行止血，充分利用了水对2940nm或2790nm波长铒激光的吸收强度和血红蛋白对405nm—420nm紫光半导体激光的吸收强度远高于其他波段激光的优势，解决了激光手术过程中止血和切除精度之间的矛盾问题，使此种双波长激光手术装置能够在良好止血的状态下精确切除，大大提高了手术效果和使用范围，使以前不能进行的手术成为可能。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种双波长激光手术装置，包括铒激光器、铒激光器驱动电源、紫光半导体激光器、紫光半导体激光器驱动电源、合束镜、反射镜、聚焦镜、光纤、控制系统和脚踏开关；所述的控制系统和脚踏开关连接，所述的控制系统分别与紫光半导体激光器驱动电源和铒激光器驱动电源连接，所述的紫光半导体激光器驱动电源和紫光半导体激光器连接，所述的铒激光器驱动电源和铒激光器连接，所述的铒激光器通过反射镜的反射后与紫光半导体激光器射出的激光通过合束镜重合在同一个光路后通过聚焦镜进入光纤。
进一步的，所述的铒激光器为2940nm波长的Er:YAG高重频脉冲激光器，激光器输出平均功率0-100W可调，所述的铒激光器驱动电源(6)为可调脉宽的IGBT斩波电源，激光输出脉冲能量、脉冲宽度由控制系统(9)的输入信号控制。
进一步的，所述的紫光半导体激光器为405nm波长的紫光半导体激光器，输出平均功率为0-30W可调，所述的紫光半导体激光器驱动电源电源电流大小、输出时长参数由控制系统的输入信号控制。
进一步的，所述的合束镜为紫外石英镜片，两个光学面全部镀405nm波长的45°透射膜，其中一个光学面镀2940nm波长的45°反射膜；所述反射镜单面镀2940nm波长的45°反射膜。
进一步的，所述的聚焦镜为405nm和2940nm波长的消色差透镜；所述的光纤为芯径400μm稀土掺杂氟化物ZBLAN或二氧化锗GeO2光纤。
一种双波长激光手术装置的控制方法，包括下列步骤：
步骤1：通过脚踏开关打开控制系统，所述的控制系统同时或分时控制铒激光器驱动电源和紫光半导体激光器驱动电源，从而驱动铒激光器和紫光半导体激光器发射激光；
步骤2：铒激光器通过反射镜的反射后与紫光半导体激光器射出的激光通过合束镜重合在同一个光路后通过聚焦镜进入光纤，实现合束；
步骤3：合束后的双波长激光通过聚焦镜的耦合能够同时传导405nm—420nm波长和2940nm或2790nm波长激光的ZBLAN或GeO2光纤，此两种波长的激光通过光纤传导到体内共同作用在病变组织上某点，作用时间上通过控制系统同时或分时，分别实现切除和止血的功能。
本发明的有益效果在于：将2940nm或2790nm波长的铒激光对病变组织的超精细切除功能和405nm—420nm波长的紫光半导体激光准确的止血功能形成互补，解决了激光手术中组织切除精度和止血能力的矛盾问题，使激光手术精度大幅度提高，提高了手术效果，拓展了激光手术高精度应用。
最新技术的ZBLAN或GeO2光纤的应用，使2940nm或2790nm波长的铒激光和405nm—420nm波长的紫光半导体激光能够通过一根光纤导到体内病变组织，使高精度铒激光微创手术成为可能。
综上所述，通过本发明所公开的技术方案可显著提高激光手术设备的手术精度和使用范围，使激光微创手术达到最理想效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1—紫光半导体激光器驱动电源；2—紫光半导体激光器；3—合束镜；4—聚焦镜；5—光纤；6—铒激光器驱动电源；7—铒激光器；8—反射镜；9—控制系统；10—脚踏开关。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明提供的优选实施例进行详细的描述。
如图1，本发明提供的一种双波长激光手术装置，,包括铒激光器7、铒激光器驱动电源6、紫光半导体激光器2、紫光半导体激光器驱动电源1、合束镜3、反射镜8、聚焦镜4、光纤5、控制系统9和脚踏开关10；所述的控制系统9和脚踏开关10连接，所述的控制系统9分别与紫光半导体激光器驱动电源1和铒激光器驱动电源6连接，所述的紫光半导体激光器驱动电源1和紫光半导体激光器2连接，所述的铒激光器驱动电源6和铒激光器7连接，所述的铒激光器7通过反射镜8的反射后与紫光半导体激光器2射出的激光通过合束镜3重合在同一个光路后通过聚焦镜4进入光纤5。
所述的铒激光器7为2940nm波长的Er:YAG高重频脉冲激光器，激光器输出平均功率0-100W可调，所述的铒激光器驱动电源6为可调脉宽的IGBT斩波电源，激光输出脉冲能量、脉冲宽度由控制系统9的输入信号控制。
所述的紫光半导体激光器2为405nm波长的紫光半导体激光器，输出平均功率为0-30W可调，所述的紫光半导体激光器驱动电源1电源电流大小、输出时长参数由控制系统9的输入信号控制。
所述的合束镜3为紫外石英镜片，两个光学面全部镀405nm波长的45°透射膜，其中一个光学面镀2940nm波长的45°反射膜；所述反射镜(8)单面镀2940nm波长的45°反射膜。
所述的聚焦镜4为405nm和2940nm波长的消色差透镜；所述的光纤(5)为芯径400μm稀土掺杂氟化物ZBLAN或二氧化锗GeO2光纤。
一种双波长激光手术装置的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：通过脚踏开关10打开控制系统9，所述的控制系统9同时或分时控制铒激光器驱动电源6和紫光半导体激光器驱动电源1，从而驱动铒激光器7和紫光半导体激光器2发射激光；
步骤2：铒激光器7通过反射镜8的反射后与紫光半导体激光器2射出的激光通过合束镜3重合在同一个光路后通过聚焦镜4进入光纤5，实现合束；
步骤3：合束后的双波长激光通过聚焦镜4的耦合能够同时传导405nm波长和2940nm波长激光的ZBLAN或GeO2光纤，此两种波长的激光通过光纤传导到体内共同作用在病变组织上某点，作用时间上通过控制系统9同时或分时，分别实现切除和止血的功能。
本发明的工作原理是：2940nm波长的铒激光束通过两次反射，在第二个反射面和透射的405nm波长的紫光半导体激光束重合在同一个光路上，实现合束，合束后的双波长激光通过消色差透镜耦合到能够同时传导405nm波长和2940nm波长激光的ZBLAN或GeO2光纤，此两种波长的激光通过光纤传导到体内共同作用在病变组织上某点，作用时间上通过控制可同时或分时，分别实现切除和止血的功能。两种波长的激光输出功率、脉冲宽度等参数可通过控制系统9控制驱动电源实现控制，手术中通过脚踏开关10控制激光输出，实现切除和止血操作。2940nm波长的铒激光被水强吸收，热影响深度3-5μm，通过合适的脉冲控制，实现对病变组织的超精细切除；405nm波长的紫光半导体激光被血液中的氧合血红蛋白强吸收，激光“漂白”的水合组织层可以通过激光辐射脉冲时间和能量大小来控制，根据血管大小控制止血层厚度和局部需要止血加强的位置，实现准确止血，避免过损伤。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过以上优选实施例已经对本发明进行了进一步详细说明，但本领域技术人员应当理解，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种双波长激光手术装置，其特征在于：包括铒激光器(7)、铒激光器驱动电源(6)、紫光半导体激光器(2)、紫光半导体激光器驱动电源(1)、合束镜(3)、反射镜(8)、聚焦镜(4)、光纤(5)、控制系统(9)和脚踏开关(10)；所述的控制系统(9)和脚踏开关(10)连接，所述的控制系统(9)分别与紫光半导体激光器驱动电源(1)和铒激光器驱动电源(6)连接，所述的紫光半导体激光器驱动电源(1)和紫光半导体激光器(2)连接，所述的铒激光器驱动电源(6)和铒激光器(7)连接，所述的铒激光器(7)通过反射镜(8)的反射后与紫光半导体激光器(2)射出的激光通过合束镜(3)重合在同一个光路后通过聚焦镜(4)进入光纤(5)。
2.根据权利要求1所述的一种双波长激光手术装置，其特征在于：所述的铒激光器(7)为2940nm或2790nm波长的Er:YAG高重频脉冲激光器，激光器输出平均功率0-100W可调，所述的铒激光器驱动电源(6)为可调脉宽的IGBT斩波电源，激光输出脉冲能量、脉冲宽度由控制系统(9)的输入信号控制。
3.根据权利要求1所述的一种双波长激光手术装置，其特征在于：所述的紫光半导体激光器(2)为405nm—420nm波长的紫光半导体激光器，输出平均功率为0-30W可调，所述的紫光半导体激光器驱动电源(1)电源电流大小、输出时长参数由控制系统(9)的输入信号控制。
4.根据权利要求1所述的一种双波长激光手术装置，其特征在于：所述的合束镜(3)为紫外石英镜片，两个光学面全部镀405nm波长的45°透射膜，其中一个光学面镀2940nm波长的45°反射膜；所述反射镜(8)单面镀2940nm波长的45°反射膜。
5.根据权利要求1所述的一种双波长激光手术装置，其特征在于：所述的聚焦镜(4)为405nm和2940nm波长的消色差透镜；所述的光纤(5)为芯径400μm稀土掺杂氟化物ZBLAN或二氧化锗GeO2光纤。
6.根据权利要求1至5任一所述的一种双波长激光手术装置的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：通过脚踏开关(10)打开控制系统(9)，所述的控制系统(9)同时或分时控制铒激光器驱动电源(6)和紫光半导体激光器驱动电源(1)，从而驱动铒激光器(7)和紫光半导体激光器(2)发射激光；
步骤2：铒激光器(7)通过反射镜(8)的反射后与紫光半导体激光器(2)射出的激光通过合束镜(3)重合在同一个光路后通过聚焦镜(4)进入光纤(5)，实现合束；
步骤3：合束后的双波长激光通过聚焦镜(4)的耦合能够同时传导405nm—420nm波长和2940nm或2790nm波长激光的ZBLAN或GeO2光纤，此两种波长的激光通过光纤传导到体内共同作用在病变组织上某点，作用时间上通过控制系统(9)同时或分时，分别实现切除和止血的功能。
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