CN109700595A - 一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光治疗系统领域，尤其涉及一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统。包括结膜松弛治疗仪以及与所述结膜松弛治疗仪相互通信的控制终端；所述结膜松弛治疗仪包括依次连接的驱动电路、半导体激光泵源、增益开关光纤激光模块和激光整形输出模块，以及分别与所述驱动电路、所述半导体激光泵源、所述增益开关光纤激光模块、所述激光整形输出模块连接的控制电路；所述控制终端用于获取控制指令及根据所述控制指令与所述控制电路连接对所述结膜松弛治疗仪进行控制。本发明能产生2μm波段的治疗激光，并基于该治疗激光来进行结膜治疗，提高治疗效果。
Description
技术领域
本发明涉及激光治疗系统领域，尤其涉及一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统。
背景技术
去除多余结膜组织的外科手术是治疗结膜松弛症的有效方式。然而，目前的手术技术，例如热电偶或电烙术，由于长期且疼痛的愈合期，并没有得到广泛使用的。热烙术是使用电池供电的热线进行，而电烙术是使用射频透热探针进行。两种技术都达到超过水沸腾的高温，从而燃烧结膜上皮和下面的基质。但是这两种技术经常烧伤周围组织，产生全厚度的烧伤创面，治疗过程痛苦且愈合周期长，甚至偶尔会引起过度的炎症和疤痕。此外，还可能导致称为化脓性肉芽肿的慢性炎性结膜肿块，这将需要长期抗炎眼药水和可能的进一步手术。长期愈合时间和不良的美容外观（由于表面组织出血引起的红斑）都会阻止患者考虑采用这两种手术。通过添加羊膜移植（通过纤维蛋白胶或缝线连接）进行的手术结膜切除可以改善愈合过程，但必须在手术室中进行，这明显增加了费用。因此，需要新的且更好的手术技术来治疗结膜松弛症。
激光结膜消融术-可以限制目标区域及深度的热能，并且精确控制能量避免烧伤结膜上下皮的基质。532纳米激光被常规应用于结膜松弛症的治疗，但该波段激光的水吸收较弱而血液吸收较强，治疗过程中有较高的出血和血管破裂的风险。2018年3月1日在《Scientific Reports》发表的《Near-infrared laser thermal conjunctivoplasty》提出采用1470纳米半导体激光器为激光的结膜松弛治疗仪，该波段经过后续一系列的光波调整工作后，产生处于2μm波段中的激光，该波段的激光相较于可见光波段具有更高的水吸收同时血液吸收较弱，因此可以实现更好的治疗效果。但正如文中所示，为达到治疗效果，采用该波长需要数瓦的激光功率。所以我们需要设计一种结膜治疗系统，能产生2μm波段的治疗激光，并基于该治疗激光来进行结膜治疗。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统。
一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于，包括：
结膜松弛治疗仪以及与所述结膜松弛治疗仪相互通信的控制终端；
所述结膜松弛治疗仪包括依次连接的驱动电路、半导体激光泵源、增益开关光纤激光模块和激光整形输出模块，以及分别与所述驱动电路、所述半导体激光泵源、所述增益开关光纤激光模块、所述激光整形输出模块连接的控制电路；
所述控制终端用于获取控制指令及根据所述控制指令与所述控制电路连接对所述结膜松弛治疗仪进行控制；
其中，所述增益开关光纤激光模块用于调整激光后输出2μm波段的治疗激光，所述激光整形输出模块连接在所述增益开关光纤激光模块之后，通过光束整形和光束聚焦输出聚焦状态的治疗光斑作用于目标组织的作用面上。
作为优选，所述治疗激光的输出波长为1900nm到2100nm，带宽小于5nm。
作为优选，所述控制电路包括数模转化子模块和监控子模块，所述数模转化子模块用于接收所述控制指令并将所述控制指令从数字信号转化为模拟信号并控制所述驱动电路工作；所述监控子模块用于与分别与所述驱动电路、所述半导体激光泵源、所述增益开关光纤激光模块、所述激光整形输出模块连接，实时监控所述结膜松弛治疗仪的工作状态，并反馈至所述控制终端。
作为优选，所述监控子模块实时获取所述结膜松弛治疗仪工作时的温度信息、光电信息。
作为优选，所述驱动电路对输出电信号的上升沿进行整形处理，与所述半导体激光泵连接，为所述半导体激光泵提供稳定驱动。
作为优选，所述半导体激光泵源输出波长范围为1450nm到1600nm。
作为优选，所述增益开关光纤激光模块包括高反光纤光栅、增益介质光纤、低反光纤光栅，激光依次通过所述高反光纤光栅、所述增益介质光纤和所述低反光纤光栅后输出无尖峰的激光脉冲序列。
作为优选，所述激光整形输出模块包括整形子模块和目标区域控制工具；
所述整形子模块用于将输入激光输出成一维聚焦的聚焦光束，所述整形子模块包括光学弥散元件和柱面透镜；
所述目标区域控制工具用于将所述整形子模块输出的聚焦光束以均匀地加热目标组织。
作为优选，所述聚焦光束聚焦面上的光斑可以为任意形状。
作为优选，所述结膜松弛治疗仪与所述控制终端之间串联有外置控制开关装置。所述外置控制开关装置用于独立控制所述结膜松弛治疗仪工作，保证只有在需要使用所述结膜松弛治疗仪时开启所述外置控制开关装置才会控制所述结膜松弛治疗仪工作，进一步保障了治疗过程的安全性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、实现输出的治疗激光为2μm波段，在治疗过程中因该波段光源特性，有效降低激光治疗所需的光功率，保障病人安全，同时因为无出血无疤痕，术后恢复时间更短。
2、在增益开关光纤激光模块中，依次通过高反光纤光栅、增益介质光纤、低反光纤光栅后输出2μm波段的输出光，并结合前段的半导体激光泵源行成激光谐振腔，输出激光脉冲序列。
3、所述增益开关光纤激光模块的结构简单。所述增益开关光纤激光模块中大量采用了1.55μm光纤通讯波段的元器件，相较于其他同波长的脉冲产生方式成本低，故半导体激光泵源输出波长范围为1450nm到1600nm的激光。
4、所述结膜松弛治疗仪采用全光纤结构，易于集成并具有良好的环境适应能力，方便设备的小型化和便携化。
5、设计与所述结膜松弛治疗仪、所述控制终端串联的所述外置控制开关装置，用于独立控制所述结膜松弛治疗仪工作，保证只有在需要使用所述结膜松弛治疗仪时开启所述外置控制开关装置才会控制所述结膜松弛治疗仪工作，进一步保障了治疗过程的安全性。
附图说明
图1为不同波长分别在水与血红蛋白下的吸收曲线图；
图2为本发明一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统的结构示意图；
图3为现有技术下的增益开关激光器工作时的驱动电信号和激光的时域波形图；
图4为本发明通过增益开关光纤激光模块后驱动电信号和激光的时域波形图；
图5为本发明激光脉冲信号的功率图；
图6为本发明激光整形输出模块的结构示意图。
具体实施方式
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。 除非另外定义，否则本文使用的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，常用术语应该被解释为具有与其在相关领域和本公开内容中的含义一致的含义。本公开将被认为是本发明的示例，并且不旨在将本发明限制到特定实施例。
实施例
如图1所示的不同波长分别在水与血红蛋白下的吸收曲线图，实线表示水的吸收度，虚线表示血红蛋白的吸收度。对于较长波长，水对红外光吸收较高。水的理想吸收波长可以在近红外波段中找到，例如波长为约1.3μm至约2.4μm。因此，在实施例中，选择具有吸水系数为至的波长的激光光源，例如，约1.3μm至约2.4μm之间的任何值。从吸水光谱可以看出，组织中存在两个波长带，其对应于可从市售光纤激光器获得的波长。光纤激光器由于其紧凑，低成本和可靠性而优于其他激光源。
柱形表示本发明所使用的光纤激光器的波长范围。其中水在2μm波长段的波长范围内是处于吸收高峰，而血红蛋白的吸收度则远低于可见光和近红外波段。故如果在治疗中使用2μm波长段的治疗激光，会受到最小化的光损耗，将有效降低激光治疗所需的光功率，血液吸收较弱，因此可以实现更好的治疗效果，由于近80％的结膜组织是水，在2μm波长段治疗激光的治疗下，治疗激光被水吸收能力强，在术后更加易于术后的愈合。
如图2、图6所示的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统的结构示意图，包括：
结膜松弛治疗仪1以及与所述结膜松弛治疗仪1相互通信的控制终端2，在本实施例中所述控制终端2优选为控制计算机，所述控制计算机提供了人机交互界面，用于获取医务人员或实验人员输入的激光输出功率、脉冲宽度、占空比、脉冲个数等治疗参数，并向所述结膜松弛治疗仪1中的控制电路11发出相应指令。
所述结膜松弛治疗仪1包括依次连接的、驱动电路12、半导体激光泵源13、增益开关光纤激光模块14和激光整形输出模块15，以及分别与所述驱动电路12、所述半导体激光泵源13、所述增益开关光纤激光模块14、所述激光整形输出模块15连接的所述控制电路11。
所述控制终端1用于获取控制指令及根据所述控制指令与所述控制电路连接对所述结膜松弛治疗仪进行控制。
所述增益开关光纤激光模块14用于调整激光后输出2μm波段的治疗激光，所述治疗激光的输出波长为1900nm到2100nm，带宽小于5nm。在现有技术下一般增益开关仅包括高反光纤光栅和增益介质光纤或仅包括增益介质光纤和低反光纤光栅，对激光的选择调整更为粗糙。在本实施例中，所述增益开关光纤激光模块14包括高反光纤光栅141、增益介质光纤142、低反光纤光栅143。激光依次通过所述高反光纤光栅141、所述增益介质光纤142和所述低反光纤光栅143后输出无尖峰的激光脉冲序列，如图4所示，更为适合治疗用途。所述激光整形输出模块15连接在所述增益开关光纤激光模块14之后，通过光束整形和光束聚焦输出聚焦状态的治疗光斑作用于目标组织的作用面上。
进一步的，所述结膜松弛治疗仪1与所述控制终端2之间串联有外置控制开关装置3。所述外置控制开关装置3用于独立控制所述结膜松弛治疗仪工作，保证只有在需要使用所述结膜松弛治疗仪1时开启所述外置控制开关装置3才会控制所述结膜松弛治疗仪工作，进一步保障了治疗过程的安全性。其中，所述外置控制开关装置3优选为脚踏控制开关，使用脚来控制，只有治疗仪的操作者踩下脚踏板并保持，该系统才处于联通状态，另一方面使得影响治疗过程中手部操作，可以不需要助手，一人同时完成对所述激光整形输出模块15和所述脚踏控制开关的控制。
在本实施例中，所述计算机提供了人机交互界面，用于设置激光输出功率、脉冲宽度、占空比、脉冲个数等参数，并向所述控制电路11发出相应指令，可以针对不同治疗个例来设定不同的治疗参数。
所述外置控制开关装置3串联于所述结膜松弛治疗仪1与所述控制终端2之间，所述外置控制开关装置3能够控制所述治疗激光发射及停止。
所述控制电路11将计算机指令转化为模拟信号输出高电流\电压驱动脉冲序列以控制后续电路，并接收由温度、光电等传感器的信号，回馈至计算机，用于实时监控所述结膜松弛治疗仪1的工作状态，确保操作者人身安全以及合理进行设备维护。
所述驱动电路12根据所述半导体激光泵源13工作方式为其提供恒流或者稳压电源驱动，并对输出电信号的上升沿进行整形处理，消除电流或电压尖峰，以避免损坏所述半导体激光泵源13。
所述半导体激光泵源13将所述控制电路11输出高电流\电压驱动脉冲序列因电信号转化为泵浦激光信号。在所述增益开关光纤激光模块14中大量采用了1.55μm光纤通讯波段的元器件，相较于其他同波长的脉冲产生方式成本低，所以所述半导体激光泵源13输出波长范围为1450nm到1600nm的激光。其中，所述半导体激光泵源13为光纤耦合输出，光纤类型可以为单模或多模。
如图2所示，所述增益开关光纤激光模块14包括高反光纤光栅141、增益介质光142、低反光纤光栅143。如图3所示，传统增益开关激光器给定电流/电压后传输出的激光脉冲会出现前沿尖峰，对于治疗是十分不利的。如图4所示，本发明在通过所述驱动电路12产生三角波形的驱动电信号，并输入给所述半导体激光泵源13，再通过所述增益开关光纤激光模块14产生无杂波、尖峰的激光脉冲序列。同时在本发明中，如图5所示，激光的脉宽、占空比及数目都是可以由系统控制并进行自由选择，同时使用图2中的脚踏控制开关能够控制激光发射及停止。激光依次通过所述高反光纤光栅141、所述增益介质光纤142和所述低反光纤光栅143后输出无尖峰的激光脉冲序列。所述激光整形输出模块15连接在所述增益开关光纤激光模块14之后，通过光束整形和光束聚焦输出聚焦状态的治疗光斑作用于目标组织的作用面上。
进一步的，所述高反光纤光栅141其对激光输出波长范围的反射率需大于95%，以保证激光器的电光转化效率，同时也避免回返光损坏所述半导体激光泵源13。所述增益介质光纤142可以为掺铥光纤或铥钬共掺光纤，光纤类型可以为单模或多模。所述高反光纤光栅143对激光输出波长范围的反射率应小于50%。经过所述高反光纤光栅141、所述增益介质光纤142、所述高反光纤光栅143后，其输出激光脉冲，激光输出波长可以为1900nm到2100nm的任意波长，带宽应小于5纳米，即到达位于2μm波长段中。
如图6所示，所述整形子模块15用于将输入激光输出成一维聚焦的聚焦光束，所述整形子模块151包括光学弥散元件1511和柱面透镜1512，依次通过所述光学弥散元件1511和所述柱面透镜1512，将输出2μm波长段的治疗激光，所述治疗激光一维聚焦，另一维则保持发散，因此可以在结膜组织上形成聚焦的细线，同时治疗多个位置，聚焦激光束以均匀地加热目标组织。
所述目标区域控制工具用于将所述整形子模块151输出的聚焦光束以均匀地加热目标组织。所述目标区域控制工具优选为手持式激光探针包括目标选择工具，例如成角度的镊子或者机械臂，以及聚焦的激光光源，例如机械耦合到目标区域的脉冲激光源。
在实际操作所述目标区域控制工具时，例如镊子被配置成抓住结膜折叠并将折叠保持在聚焦激光器的光束中，而聚焦激光束被配置为均匀地加热折叠的结膜组织，从而达到收缩结膜的目的。这种设计允许外科医生精确控制激光输送并确保组织收缩足够，同时避免损伤其他组织。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
Claims (10)
1.根据权利要求1所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于，包括：
结膜松弛治疗仪以及与所述结膜松弛治疗仪相互通信的控制终端；
所述结膜松弛治疗仪包括依次连接的驱动电路、半导体激光泵源、增益开关光纤激光模块和激光整形输出模块，以及分别与所述驱动电路、所述半导体激光泵源、所述增益开关光纤激光模块、所述激光整形输出模块连接的控制电路；
所述控制终端用于获取控制指令及根据所述控制指令与所述控制电路连接对所述结膜松弛治疗仪进行控制；
其中，所述增益开关光纤激光模块用于调整激光后输出2μm波段的治疗激光，所述激光整形输出模块连接在所述增益开关光纤激光模块之后，通过光束整形和光束聚焦输出聚焦状态的治疗光斑作用于目标组织的作用面上。
2.根据权利要求1所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述治疗激光的输出波长为1900nm到2100nm，带宽小于5nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述控制电路包括数模转化子模块和监控子模块，所述数模转化子模块用于接收所述控制指令并将所述控制指令从数字信号转化为模拟信号并控制所述驱动电路工作；所述监控子模块用于与分别与所述驱动电路、所述半导体激光泵源、所述增益开关光纤激光模块、所述激光整形输出模块连接，实时监控所述结膜松弛治疗仪的工作状态，并反馈至所述控制终端。
4.根据权利要求3所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述监控子模块实时获取所述结膜松弛治疗仪工作时的温度信息、光电信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于:所述驱动电路对输出电信号的上升沿进行整形处理，与所述半导体激光泵连接，为所述半导体激光泵提供稳定驱动。
6.根据权利要求1所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于:所述半导体激光泵源输出波长范围为1450nm到1600nm。
7.根据权利要求6所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述增益开关光纤激光模块包括高反光纤光栅、增益介质光纤、低反光纤光栅，激光依次通过所述高反光纤光栅、所述增益介质光纤和所述低反光纤光栅后输出无尖峰的激光脉冲序列。
8.根据权利要求7所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述激光整形输出模块包括整形子模块和目标区域控制工具；
所述整形子模块用于将输入激光输出成一维聚焦的所述治疗激光，所述整形子模块包括光学弥散元件和柱面透镜；
所述目标区域控制工具用于使用所述治疗激光均匀地加热目标组织。
9.根据权利要求8所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述治疗激光聚焦面上的光斑可以为任意形状。
10.根据权利要求1所述的一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统，其特征在于：所述结膜松弛治疗仪与所述控制终端之间串联有外置控制开关装置。
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|---|---|---|---|
| CN201811640874.8A Pending CN109700595A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种基于2μm波段增益开关光纤激光器的结膜治疗系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109700595A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115590613A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-01-13 | 上海波科生物科技有限公司（Cn） | 一种基于1470nm激光治疗装置及使用方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103036136A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-10 | 山东海富光子科技股份有限公司 | 增益开关脉冲型单频光纤激光器 |
| US20150250542A1 (en) * | 2010-01-07 | 2015-09-10 | Omni Medsci, Inc. | Laser-based method and system for selectively processing target tissue material in a patient and optical catheter assembly for use therein |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811640874.8A patent/CN109700595A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150250542A1 (en) * | 2010-01-07 | 2015-09-10 | Omni Medsci, Inc. | Laser-based method and system for selectively processing target tissue material in a patient and optical catheter assembly for use therein |
| CN103036136A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-10 | 山东海富光子科技股份有限公司 | 增益开关脉冲型单频光纤激光器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115590613A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-01-13 | 上海波科生物科技有限公司（Cn） | 一种基于1470nm激光治疗装置及使用方法 |
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