CN109259858A - 激光治疗/测温共体光纤装置 - Google Patents

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侯晓帆
刘京郊
杜大勇
韩龙
肖林
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Abstract

激光微创手术是当今医疗技术进步的重要标志之一，为精确控制治疗激光与目标体相互作用处的温度以达预期手术效果，本发明提出一种激光治疗/测温共体光纤装置。它由激光器、光纤耦合器、传能/测温光纤和数据处理/显示/控制设备组成，其中激光器为一种适应治疗应用的固体/光纤激光器(波长范围几十nm以上)，传能/测温光纤为一种可在其上刻划多个光栅的传能型光纤，通过在传输激光治疗光束的传能光纤上分区刻划多个测温光栅的方法，实现在激光能量传输的同时兼顾对多点的温度测量，为基于监测目标体内的温度变化情况实时控制激光治疗光束的输出功率，提供一些定量参考依据。

Description

激光治疗/测温共体光纤装置
技术领域
本发明属于激光技术应用领域。激光治疗/测温共体光纤装置是为了给在激光手术实施过程中实时监测目标体内的温度变化情况，提供的一种既能传输激光治疗光束，又能兼顾对目标体内的多点实施温度测量的共体光纤装置。
背景技术
随着激光医学应用领域的不断扩展，激光微创手术已成为当今医疗技术进步的重要标志之一。在激光手术的实施过程中，为准确把握激光与目标体的相互作用机制，实时掌握激光照射区域的温度变化情况，则是一种特别有效的监测手段。特别是在实施激光腹部溶脂减肥、激光对体内肿瘤加热，或其他进入目标体内的激光手术，都非常需要严格控制激光对目标体所造成的准确温度值，以此方可达到预期的治疗效果，并尽量减少激光可能对目标体带来的附加损害。
为了对激光手术中激光输出点的温度进行精确测量，现有常规方法多为，在进入到目标体内的光纤组束中专门设置一路温度测量光纤。但对某些应用场合来说，这种方法也存在着一些问题，如多根光纤并行进入目标体内时，若测温光纤与治疗光纤不是严格的彼此贴近与同长度，则很难直接获取激光输出端处的准确温度；再如，有一些部位只允许单根光纤进入，或采用侧射光纤传输治疗激光光束时，测温光纤都难以与之完全同步运用。在此情况下，若令激光治疗光纤与测温光纤使用同一根光纤，使用起来就更为方便了。
若令激光治疗光纤与测温光纤采用同一根光纤，那么治疗激光与测温光纤的激光波长也可有两种选择：一是令测温激光与治疗激光为同波长激光，优点是系统简单、成本低，缺点是测温精度与传输能量可能会有所降低；二是令测温激光与治疗激光为两种不同波长的激光，若在同一光纤上刻测的测温光栅对治疗激光波段也有较高透过率的话，优点是测温与治疗功能两不误，相互之间影响较少，缺点是双波长激光先要共轴合束后方可进入同一根光纤传输或测温。综合利弊，本发明选择测温激光与治疗激光为同一波段，并由同一根光纤进行传输。
发明内容
本发明旨在实现一种激光治疗/测温共体光纤装置。它以具有中等线宽(几十纳米以上)的固体/光纤激光器作为激光治疗光源，通过在传输激光治疗光束的传能光纤上分区刻划多个测温光栅的方法，在激光能量传输的同时兼顾对多点的温度测量，即实现一种激光传能/测温共体光纤功能。激光治疗/测温共体光纤装置由激光器、光纤耦合器、传能/测温光纤、光纤护套和数据处理/显示/控制设备组成。其中，激光器是一种适用于激光治疗需求的中等线宽的固体或光纤激光器；光纤耦合器将激光源的输出光束耦合进入传能/测温光纤；传能/测温光纤是一种适合传输激光治疗光束并可刻划光栅的传能光纤；光纤护套为加套在传能/测温光纤上进入目标体内区段的保护外套；数据处理/显示/控制设备是激光治疗/测温共体光纤装置的终端，实现温度计算、数据显示与激光器工作参数控制。所涉及的传能/测温光纤，其纤芯材质为石英或具有较高硬度的光学材料，可在其上分区刻划3个以上光栅；能够传输瓦级以上的激光功率，传输效率较高；在光纤接近输出端的不同位置处可分别刻划3个以上的测温光栅，每个光栅的特征参数分别与激光输出波段中的一小段波长范围相对应，以实现在一根光纤上同时串联多个温度测量点；通常选择越靠近光纤输出端的光栅特征参数对应的可测温度值越高，反之亦然。所涉及的光纤护套，其材质对目标体是安全的；厚度适中，便于弯折；为提高光纤护套对外部温度的敏感性，可对刻划有光栅的局部区域进行一些特殊处理，如利用激光打孔技术在其护套上加工许多微细小孔，或对其进行局部抛光减薄，或直接开小孔让测温光栅暴露出来(小孔尺寸毫米量级)等。
本发明激光治疗/测温共体光纤装置的优点如下：
(1)在传输激光治疗光束的光纤上分段设置多个温度测试点，可全面掌握深入目标体内各处的温度变化情况，实时性好、数据详尽、有利于智能决策与控制。
(2)利用传统光纤测温原理，基于固体/光纤激光器具有的线宽特征，实现同一波长激光在一根光纤上同时完成激光能量传递与温度测量两种功能，系统简单、结构紧凑、成本低，便于推广。
(3)通过对激光治疗/测温共体光纤护套区段采取的一些特殊处理，有利于提高护套区内测温光栅的温度灵敏度，并可保障光纤护套的基本使用功能。技术可实现性好、实用性强。
附图说明
图1激光治疗/测温共体光纤装置总体框图
图2传能/测温光纤示意图
具体实施方案
本发明激光治疗/测温共体光纤装置的具体实施方案如下。激光治疗/测温共体光纤装置由激光器1、光纤耦合器2、传能/测温光纤3、光纤护套4和数据处理/显示/控制设备5组成。激光器1为一种适用于激光治疗需求的中等线宽的固体或光纤激光器；光纤耦合器2将激光器1的输出光束耦合进入传能/测温光纤3；传能/测温光纤3是一种适合传输激光治疗光束并可刻划光栅的传能光纤，其纤芯材质为石英或具有较高硬度的光学材料，可在其上分区刻划3个以上光栅；能够传输瓦级以上的激光功率，传输效率较高；在光纤接近输出端的不同位置处可分别刻划3个以上的测温光栅，每个光栅的特征参数分别与激光输出波段中的一小段波长范围相对应，以实现在一根光纤上同时串联多个温度测量点；通常选择越靠近光纤输出端的光栅特征参数对应的可测温度值越高，反之亦然。光纤护套4为加套在传能/测温光纤3上进入目标体内区段的保护外套，其材质对目标体是安全的：厚度适中，便于弯折；为提高光纤护套对外部温度的敏感性，可对刻划有光栅的局部区域进行一些特殊处理，如利用激光打孔技术在其护套上加工许多微细小孔，或对其进行局部抛光减薄，或直接开小孔让测温光栅暴露出来(小孔尺寸毫米量级)等。所有的温度测量数据被送到数据处理/显示/控制设备5，它既是激光治疗/测温共体光纤装置的终端，实现温度计算、数据显示，同时也是激光器1工作参数的控制器。

Claims (4)

1.本发明涉及一种激光治疗/测温共体光纤装置。它以具有中等线宽(几十纳米以上)的固体/光纤激光器作为激光治疗光源，通过在传输激光治疗光束的传能光纤上分区刻划多个测温光栅的方法，在激光能量传输的同时兼顾对多点的温度测量，即实现一种激光传能/测温共体光纤功能。
2.权利要求1中的激光治疗/测温共体光纤装置，由激光器、光纤耦合器、传能/测温光纤、光纤护套和数据处理/显示/控制设备组成。激光器是一种适用于激光治疗需求的中等线宽的固体或光纤激光器；光纤耦合器将激光源的输出光束耦合进入传能/测温光纤；传能/测温光纤是一种适合传输激光治疗光束并可刻划光栅的传能光纤；光纤护套为加套在传能/测温光纤上进入目标体内区段的保护外套；数据处理/显示/控制设备是激光治疗/测温共体光纤装置的终端，实现温度计算、数据显示与激光器工作参数控制。
3.权利要求2中的传能/测温光纤，其纤芯材质为石英或具有较高硬度的光学材料，可在其上分区刻划3个以上光栅；能够传输瓦级以上的激光功率，传输效率较高；在光纤接近输出端的不同位置处可分别刻划3个以上的测温光栅，每个光栅的特征参数分别与激光输出波段中的一小段波长范围相对应，以实现在一根光纤上同时串联多个温度测量点；通常选择越靠近光纤输出端的光栅特征参数对应的可测温度值越高，反之亦然。
4.权利要求3中涉及的光纤护套，其材质对目标体是安全的；厚度适中，便于弯折；为提高光纤护套对外部温度的敏感性，可对刻划有光栅的局部区域进行一些特殊处理，如利用激光打孔技术在其护套上加工许多微细小孔，或对其进行局部抛光减薄，或直接开小孔让测温光栅暴露出来(小孔尺寸毫米量级)等。
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