CN114469332A - 激光医疗设备及光纤末端与目标物距离的测定 - Google Patents

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Abstract

激光泌尿/肝胆碎石，软/硬组织切割，骨科腰椎治疗的设备及技术；包括波长1.9至3.0微米的至少一个激光器，输出重频单一激光脉冲，它包括幅度及形状明显不同的前半部及后半部；其前半部在输出光纤端与目标物间体液中以最平和方式产生稳定汽化通道，减少后半部治疗用高功率激光在体液中的衰减及体液强烈爆裂汽化而致目标物的滚动/移动，提高手术效率及安全性。该激光脉冲前半部可与后半部为不同波长，并与至少两个半导体激光束共同测定光纤末端到目标物距离。通过监测它们经体液在目标物上反射光强的变化以确认汽化通道的产生及状态，依此自动调节激光参数，优化汽化通道的形成，并控制激光脉冲由前半部转入后半部的时机。

Description

激光医疗设备及光纤末端与目标物距离的测定
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种激光医疗设备及技术。
背景技术
激光医疗几十年的临床实践证明，波长在1.9微米至3微米范围内的脉冲激光，如2.0至2.1微米（以下简称2微米）的钬激光，由于其波长处于水的强烈吸收带，又能提供足够的脉冲能量和脉冲重复频率，对于各种泌尿系结石的碎石、及前列腺等软组织切割治疗等特别的有效。由于基本成分为水的体液对1.9至3微米激光的吸收系数较大，激光脉冲会在目标组织附近体液中产生爆裂气泡并产生冲击波，或直接在目标组织上产生过热，因此对于目标组织例如各种结石等能够产生崩裂和击碎的作用，或对于前列腺等目标组织直接进行有效切割。同时体液可以有效吸收杂散激光而保护非目标软组织不受影响，减少手术的副作用。 2 微米钬激光手术具有手术创口较小，手术效率高，副作用小，操作方便等优点而被广泛应用。
近二十年来，在该激光医疗领域的“热点”技术发展是所谓的摩西技术。以色列公司Lumenis的US9895196，US 10231781及US10799291“Apparatus and method forreducing laser beam attenuation in liquid medium”，（减少在液体介质中激光束衰减的装置及方法），公示了俗称为“Moses”（摩西）效应的技术。它采用第一个激光脉冲先在激光输出光纤的输出端近处体液中产生汽泡，然后激光脉冲终止，在激光脉冲终止后的间隙时间，（俗称的“打后不管”），汽泡会继续自动扩张，排除光纤末端至目标物之间光路上的体液，等到在汽泡达到目标物处，体积最大化并要开始收缩破裂前，发射第二个脉冲通过汽泡进行碎石。它认为汽泡最大化后开始收缩破裂，会对结石产生吸力，对消后续治疗激光脉冲对结石的冲击，使结石保持稳定。其实，摩西技术的概念起始于更早的上世纪的九十年代，US 5321715，“Laser pulse formation for penetrating an absorbing fluid”,（穿透吸收液体的激光脉冲组合），专利权人Coherent Inc. Jun.1994,其公示的基本发明点就是利用脉冲串中的第一个激光脉冲在体液中，将体液加热到它的沸点，体液中可产生汽泡，且该汽泡会膨胀，排开光纤输出端至目标物之间的体液，从而减少脉冲串中的第二个激光脉冲受到的体液的衰减，并将此称为摩西效应，由此减少激光在吸收体液中的穿透衰减，提高激光治疗的能量利用效率。其他当时以摩西效应为主题的专利还包括如US5409479，US5632739等。
简言之，摩西技术/专利的关键要点是：1.用第一个激光脉冲在光纤末端体液中产生汽泡，打后不管。 2.该汽泡在无激光能量继续作用下膨胀并到达目标物，排除光纤末端至目标物之间光路上的体液，然后汽泡开始收缩破裂，此时发射第二个激光脉冲进行碎石。3.汽泡的收缩破裂会对结石产生吸力，对消后续（第二个）治疗激光脉冲对结石的冲击推力，使结石保持稳定。
本申请认为，体液（水）对1.9至3微米激光波长的能量具有非常强烈的吸收，在典型的光纤输出端至目标物距离为2毫米左右的情况下，对如波长为2.0微米而言，其在水中吸收长度仅为0.2毫米左右，即每经过0.2毫米的水，激光强度衰减 2.718倍。因此可以合理的认为，初始激光能量会被有效的局限於光纤端零点几毫米的体液范围内。摩西技术的关键在于：如果第一个激光脉冲具有足够高的能量及相对於汽泡产生/膨胀时间而言比较短的脉冲宽度，激光脉冲将只在光纤输出末端近处产生高压高温的加热区，然后在该区产生汽化并演变为气泡时，该激光脉冲已经终止。在无进一步激光能量介入/操控的情况下（或俗称的“打后不管”），依靠加热区体液的高压高温的内能产生汽泡，其内能并足够在体液中支持汽泡的膨胀，排除光纤端至目标物间体液，并维持汽泡的存在直到第二个治疗激光脉冲的到来。摩西技术表述的上述机理在一定条件下可以成立。然后摩西技术/专利进一步声称：汽泡到达目标物并开始破裂时，可以对结石产生回拉效应，抵消后续治疗激光脉冲切削结石时产生的反冲推力，使结石保持稳定。本申请认为，该论断并无充分可信的物理基础及证据。如在光纤端至目标物间为典型的2毫米左右的间距下，初始汽泡向四周膨胀并到达结石的横截面应与距离长度2毫米相似。汽泡的破裂导致的体液回填，产生对结石拉向光纤端方向的拉力效应，与该横截面大小与结石的大小比例等有关，导致的结石运动则与结石质量有关。显然，体液的回填在无阻挡的光路侧向上更容易得多，它会削弱所谓的对结石回拉的效应。更合理的理解是该回拉效应基本为与汽泡膨胀到达结石时产生的推开排水效应同一量级的反效应。不同时间上的推与拉，其实正是可以使结石不稳定的原因之一。
显然，对于摩西技术/专利公示的第一个激光脉冲“打后不管”而言，光纤末端至目标物之间的距离对於采用的激光参数，汽泡膨胀及能否达到目标物，然后破裂的过程等具有关键性的影响。而这个距离在手术中因结石的运动及手术本身的操作而不断变动，并不易控制。因此，Lumenis在其最新的专利US10799291中(公布日期：2020/10/13)，公示了通过对激光在目标物上的漫反射进行监测来估计光纤末端至目标物之间的距离的方法，即该公司在2013年的美国专利申请，13/811926，“Distance estimation between a fiber endand a tissue using numerical aperture modulation”（采用对数值孔径的调制估计光纤端与组织之间的距离）。该申请并未成为专利，通过改变光束输出的数值孔径即光束的发散角来实现对光纤末端至目标物间距离的估计，因为目标形状的不确定性，光束不同发散角与漫反射信号强弱并无确定的关系。该技术大概率并不可行。
总之，进一步分析认识对体液包围的医疗目标物的激光处理，如激光碎石的作用机理，优化并开发一种更优异的激光医疗设备及技术，同时实现对光纤端至目标物之间距离的测定，以此实现对手术/激光参数的智能操控，是明显的挑战，也是本申请的目的所在。
发明内容
本发明申请人在2020年9月提交的发明申请“一种激光医疗设备”，申请号202022164171和2020110381005中认为：在给定激光波长，脉冲宽度，以及激光能量可以满足需要的情况下，改进激光碎石效果的关键是改进结石在激光碎石过程中的稳定性。位置不稳定的结石，其不断滚动/移动不但增加医生在手术操作中的困难，而且因为激光在结石上的作用点的不断的不可控的变动，会明显减低激光粉碎结石的效率，增加手术时间及不安全风险。尤其是对需要多个激光脉冲精确打在目标物同一点，以在结石内造成足够的温度梯度—机械应力导致结石的破裂这样的基本激光碎石机理，一旦结石处于强烈的不稳定运动状态，就难以实现结石的破碎。如在结石处于稳定状态下，10个激光脉冲都打在结石的同一点，即可导致结石破裂，而在结石处于运动状态下时，20个激光脉冲打在不同的点，可能都难以使结石破裂。因此而导致激光能量的“浪费”，远超过体液对激光能量的吸收。
结石在体液包围下的不稳定性即滚动/移动，除了可能如上述由激光在结石上打出碎石末时产生的反冲力引起之外，更主要应是由于光路上体液被高强度激光脉冲急剧加热，导致局部远高於其沸点的高温及高压，进而导致体液的爆裂性汽化，在体液中产生强烈的冲击波，对结石产生强烈的的冲击而引起。这可以从在激光脉冲并未产生明显的结石粉末喷射时，结石也会产生强烈的移动/滚动的大量医疗实践得以证明。因为结石受爆裂性汽化冲击面的形状的不规则性，不但导致结石产生移动，还导致结石的滚动/转动。
因此，对于如激光碎石一类的激光医疗的优化/改进，关键并非是如摩西技术专利中所述的减少体液对激光能量的衰减，或提高激光器效率（US 6998567, “Generation andapplication of efficient solid-state laser pulse trains”），而是如何能以最“平和”的方式使激光脉冲能量可以通过激光输出光纤的输出端与目标物之间的体液到达目标物，避免光路上体液的爆裂性汽化冲击引起结石的强烈运动。在应用激光脉冲对某些人体软组织进行切割时，减小对软组织的冲击同样具有重要的意义。
本申请为在同一申请人的202022164171和2020110381005申请基础上，经过多处修改，补充扩展，特别新增加了如光纤端至目标物之间距离的测量方法等提出。
本申请的技术特征包括：
一．采用包括1.9至3.0微米波长范围内的一种波长的至少一个激光器，特别是波长为2微米的钬激光器，输出单次或重频至150 Hz 的单一激光脉冲(非多个脉冲的脉冲串)。该单一脉冲包括幅度及形状明显不同的前半部及后半部，其前半部主要用于在激光输出光纤端与目标物之间的体液中，以最“平和”及智能控制的方式产生稳定的汽化通道。其后半部主要用于进行激光医疗如碎石，切割等。汽化通道的产生是在激光能量一直存在/操控的情况下实现的，汽化通道可从初始激光能量密度最强的光纤输出端处体液内开始产生，激光能量的持续存在继续“平和”地加热光路前方已汽化与未汽化体液的交界处的体液，使汽化通道“平和”地向前延伸/扩展，直至到达目标物，并继续由激光能量加热予以稳定保持。该稳定的汽化通道给后续的治疗激光能量脉冲（单一激光脉冲的后半部）提供了一个“友好”的通道。其“友好”程度取决于通道与光束重合程度，通道中水蒸汽的密度/温度等。而由激光能量束一直存在/操控下实现的汽化通道，显然比摩西技术激光脉冲打后不管，由汽泡自行膨胀/到达目标物形成的通道，在通道与光束的重合程度，通道中水蒸汽密度/温度的控制上，具有明显的优点。
单一脉冲前半部的激光能量为0.1至2焦耳，宽度为0.1至2毫秒，波形为基本矩形或阶梯上升或下降，或以特定斜率上升或下降，或持平的梯形，也可以在其起始部分具有幅度较高的钟形波形。
单一激光脉冲的后半部主要用于治疗目的，后半部的激光脉冲能量为0.1至10焦耳，时间宽度为0.1至2毫秒，形状为基本矩形或钟形或锯齿形。
激光器可以根据控制，单独输出重频的单一脉冲的前半部，或后半部，或完整的单一脉冲用于手术的不同阶段。
二．该单一激光脉冲的前半部及后半部也可由两个或以上的激光器输出脉冲在时间上相连接合成，其前半部为由波长为0.5至2.1微米的固体激光器或半导体激光器或激光二极管泵浦的光纤激光器输出，后半部由波长为0.5微米至3微米的固体激光器或半导体激光器或光纤激光器单独输出或为它们的复合输出；脉冲前半部与后半部时间上连接可以有不超过10微秒的重叠，组成一个完整的单一脉冲。采用如1.0至1.6微米激光波长作为脉冲的前半部时，由于水的吸收相对於2微米波长较弱，激光的吸收长度约为0.5至1毫米左右，因此可在光纤端至目标物间的2毫米左右的体液内实现同时均匀的加热/汽化，产生较均匀平和的汽化通道。相关波长也可以在用于目标物漫反射光测定/距离测定/汽化通道监测时具有较好的信号强弱及动态范围。
三．对于本申请讨论的激光医疗应用，光纤端至目标物的距离是个关键性的参数，极大的影响到激光参数的选择及手术的效果。这是本领域内至今尚未得到有效解决的一个技术难题。
下面看激光在目标物上的漫反射信号与那些因数有关。假定光纤端发射的激光强度为 I0, 经过光纤端至目标物，由目标物漫反射后经光纤收集，并由取样装置取出的信号强度为I，则 I可以表示为：
I= I0 ×F ×exp (- 2dα)
其中，d为光纤端至目标物之间的距离，α为相应波长激光在水中的衰减系数，它为波长的函数。F函数综合代表了激光由光纤端输出后的发散，目标物漫反射系数，漫反射的发散角，光纤对漫反射光的收集系数，取样系数等因数的影响，其中如目标物的漫反射系数及其发散角是很难确定的，它们与目标物的形状有关，而目标物的表面形状是随时在变化的，也难以在实验室复制模拟。因此在实践中难以根据此公式，通过监测激光在目标物上的漫反射信号来确定距离d 。
本申请的一个解决方案是采用两个波长不同的激光二极管光源，其中一个为可见光波长，即激光设备的指示光源，另一个根据激光波长在水中的吸收系数大小来选择，以实现测量时的动态范围优化，如优选在1.0至1.6微米波长范围。对于两个不同波长的二极管激光输出的已知的强度I0，因为它们都通过同一根光纤输出，经历同样的光路，打在同一个目标物上的同一个表面部位，固体目标物在一定的波长范围内的反射系数变化不大，所以它们在上述公式中的F函数基本相同。将它们分别对应的上述公式两者相除，就可以消除包含许多难定因数的F函数。然后根据已知的水对该两波长的吸收系数，及测定的漫反射信号强度I，可确定距离 d。该测定方法及结果，可以方便的在实验室中进行标定，进一步校证如体液/水对该两波长的吸收系数，及波长与目标物材料的反射率关系等导致的误差因数，进一步提高测定精度。
距离测定的第二个解决方案是：在仅发射重频单一激光脉冲前半部的情况下，采用脉冲的前半部能量在光纤末端到目标物间产生稳定汽化通道，创造一个原始为液体体液，后转变为体液汽化通道这两种相同光路上的不同介质状况，其他场景不变。此时，采用选定的二极管激光波长输出，根据它在液体体液及汽化体液两种不同介质下的衰减系数，对比目标物上漫反射后由光纤收集到的信号强度，可以确定光纤末端至目标物距离。
简言之，本申请对光纤端至目标物之间距离的测定是通过：
1.采用两个不同的波长（指示激光及另一个二极管激光）在同一介质（体液）/场景下分别测量，确定距离；
2.在同一场景下，用单一激光脉冲的前半部将光路上介质由液体体液改变为汽化体液，以一个优选的二极管激光波长的输出在两种介质中（液体体液，汽化体液）分别测量，其他场景不变，确定距离。
3.再采用两个不同的波长（二极管激光输出，及单一脉冲前半部）在同一介质（汽化体液）场景下分别测量，确定距离。
两种测定原理/方法，三次测量同时使用进行对比，进一步提高距离测定的精度；
以此距离数据，自动调整单一激光脉冲前半部的参数，保证汽化通道的完美形成，调整单一激光脉冲的后半部参数，保证实现最佳手术效果。
四．通过对二极管激光束及重频单一脉冲前半部的激光输出经过体液中光路在目标物上反射后的光强度的变化监测还可以判定汽化通道的产生及状态，以此进一步自动调节激光参数，优化汽化通道的形成。当汽化通道形成完满时，相应的目标物上漫反射的激光信号，尤其如对采用的在1.0微米至3微米范围内的激光波长信号（可以为二极管激光，或单一激光脉冲的前半部），会表现出强烈的一至几个量级的增加，可依此判断并控制单一激光脉冲由前半部转入其后半部，进行激光治疗，如进行碎石或对目标物的切削。
在正常合理控制各种手术参数的情况下，根据对目标物上漫反射激光信号的强度变化，单一激光脉冲从其前半部转换至其后半部应发生在，譬如单一脉冲的第0.8至1.0毫秒之间。如工作符合预期，设备可以给出“正常”的指示。如果工作不符合预期，设备也可以给出“调整”指示，并自动修正单一脉冲的前半部的参数，直至设备工作符合预期。
对于重频单一激光脉冲的前半部采用0.5 微米至1.9微米波长的固体激光或半导体激光或二极管泵浦的光纤激光器时，激光波长及波形的选择余地更大。如可以选择在水中的吸收长度接近2毫米左右的波长，即1.0至1.6微米的激光波长，有利於让体液光路上汽化通道的产生更“平和”均匀。半导体激光器的成本低，波形调制容易。
由上所述，本技术与常规钬激光医疗技术相比，虽然都是采用重频单一激光脉冲，但本技术的单一脉冲的特定的前半部以平和方式在光路体液中产生的汽化通道避免了高功率的激光脉冲直接在体液中产生强烈爆裂汽化而对目标物产生强烈冲击，避免了目标物的强烈滚动/移动，减小了体液对治疗激光能量的衰减，可提高手术效率及安全性。
本技术与摩西技术/专利相比的第一个明显差别是本技术采用重频单一激光脉冲，而非摩西技术的重频的脉冲串，或两个以上的脉冲组。第二个明显差别是摩西技术采用其脉冲串中的第一个激光脉冲产生汽泡，打后不管。而本技术的基本特征是在汽化通道的产生/形成/稳定的过程中，一直有激光能量参与并根据监测的光纤端至目标物距离及目标物上激光漫反射信号进行智能操控，以最佳的激光参数保证最完美的汽化通道的形成。汽泡或汽化通道内并非真空，而是为高温下的水蒸汽。其H2O 的密度远小於液态的体液（水），其对激光能量的吸收系数与H2O 的密度成正比，激光能量在光路上的衰减又与该吸收系数成指数关系。汽化通道的另一关键参数是汽化通道和光束的几何重合度。采用持续的脉冲前半部激光能量对汽化通道的产生进行主动实时控制的方法，保证了每一次激光脉冲治疗时汽化通道都能达到“刚刚好”的预定状态，包括最佳的汽化通道与光束的重合度，可控的水蒸汽密度等，可以用最佳的激光参数，最小的汽化冲击波，保证治疗的稳定可靠及安全性。（这里说的持续的脉冲前半部激光能量，并非连续激光的持续概念，而是指的在汽化通道形成的过程中，激光能量持续，不间断。）相比之下，摩西技术/专利的“打后不管”难以控制汽泡的形状及汽泡中水蒸汽的参数如密度温度等，它采用一个短暂的较高功率激光脉冲产生一个汽泡，要保证它在手术本身千变万化的过程中，具有足够的内能自行膨胀至目标物，并希望汽泡的各参数满足要求，唯一的方法是对第一个激光脉冲参数采用足够的余量，其结果就是在体液中产生过分的冲击波。第三个明显差别是本技术选择在判定汽化通道形成完美稳定时转入单一激光脉冲的后半部，进行高功率激光治疗，本技术并不依赖所谓的汽泡破裂时会对结石产生吸引力而保持结石的稳定。而摩西技术是“猜想”汽泡将要破裂时，发射第二个治疗激光脉冲。在千变万化的手术过程中，它并无任何可控手段判定汽泡将要真正破裂的时刻。如果第二个激光脉冲的发射没有与汽泡的破裂同步，摩西技术声称的结石稳定性就会落空。
显然，本申请的技术不但与摩西技术/专利具有显著的不同，而且会在实际应用中具有明显的优越性。
对於被体液包裹的可动性较差的目标物，如人体软组织等，减少手术时体液汽化冲击波对目标物的冲击，本技术同样具有方便操作，提高手术精度及安全性的优点。也有助於减少治疗激光在体液中的损耗。
对于采用重频单一的激光脉冲为2微米波长激光，并采用不包括光纤端至目标物距离测定功能的简化方案，在常规2微米激光医疗设备上进行电源部分的改造即可实现本申请公示的技术方案。可对现有设备进行升级改造。
附图说明
为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1水对各种波长的光的吸收曲线。
图2本发明激光医疗设备的一种结构示意图。
图3本发明中，采用的重频单个激光脉冲的脉冲波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。
图1为水对不同波长的光的吸收曲线。本发明中述及的1.9至3.0微米激光波长范围的一个显著特点是它正好位于水的强烈吸收带，所以也常被俗称为水激光。由图1可见，水对2微米的吸收要比常用的Nd:YAG 激光器的1.064微米高出两个数量级。而水对1.9微米的吸收又要比2微米高出50%以上。水对2.9微米的吸收更为强烈，比对2微米左右的吸收又要高出2至3个数量级。在可见光范围，吸收系数对于1-2毫米的水中距离而言，基本可以认为透明。而对1至1.6微米波长而言，水的吸收系数为0.5至10/cm ，在几毫米的水中的衰减比较适合於本技术中有关的对目标物上漫反射的监测目的。
图2为本发明的激光医疗设备的一种方案的示意图，图中015，016可以分别为两台相同激光波长如2微米的激光器，它们的输出激光脉冲分别为017及018，经激光光束合成器020合成为光束021。它们可以为重频脉冲同步合束，即017中每个激光脉冲与018中每个激光单一脉冲同步相加，形成重频不变但脉冲能量相加的重频单一激光脉冲。此时017与018中每个激光脉冲可以为都具有前半部及后半部的重频单一脉冲，也可以如仅017中每个激光脉冲具有前半部及后半部，而018中每个激光脉冲只具有后半部；017及018的合束也可以为重频脉冲交替相加，此时017及018中每个激光脉冲都为具有前半部及后半部的单一脉冲，合束后形成重频加倍，但每个脉冲能量不变的重频激光脉冲输出。
015及016也可以为两个不同的激光器，例如015可以为波长0.5 微米至2.1微米的固体激光或半导体激光或二极管泵浦的光纤激光器，015产生的017用于成为重频单一激光脉冲的前半部。016为Ho:YAG 激光器，016产生的018用于成为重频单一脉冲的后半部，017及018的合束形成的021，为完整的，具有不同激光波长的前半部及后半部的重频单一激光脉冲。
012为可见光指示器以及另一个波长不同的，波长范围为0.4至2.0微米内的二极管激光器，013为它们的合束输出激光束，经光束合成器020与激光束017及018进一步合束，成为合成光束021的一部分。
合束后的激光束021耦合到激光输出光纤030，光纤的输出端为031，060为激光手术的目标物，在光纤输出端031和目标物060之间充满有体液040，经光纤输出的在体液中的激光光束为035，并表示为035的正向箭头，打到目标物060上，部分激光能量经目标物反射，由035的反向箭头表示（为简明起见，035的正向及反向的光束发散均未在图中示出），部分反射光进入光纤030，并由在021光路上的取样镜片组025取出，示意为光束036，036中包括上述提到的多个不同激光波长，它们的强度分别由光电探测器组及处理器037中的相应探测器探测并处理。取样镜片025可以由多个光学零件组成，包括对在特定安装角度下对2微米激光波长具有1-4%反射的镜片，对指示可见光及另一个二极管激光波长具有一定反射率的分光镜片等，由它们分别取出相应波长激光在目标物上的部分漫反射信号。由037对036的监测分析得到光纤端至目标物之间的距离和激光导致的汽化通道的产生及其状态信息。相关信息输入至激光器控制及供电电源010，由010对激光器015及016供电及控制。
050表示了在体液040中由激光束035导致的汽化通道示意。
各种实施方案下的各路激光脉冲的工作参数已如前述，不予重复。
图3所示为所采用的重频的单一激光脉冲的波形示意图。包括三种实例。其中（A）中，单一激光脉冲070，其前半部071，为由t0至t1的基本用于汽化通道产生/保持的基本平顶（矩形）激光脉冲能量，在时刻t1 转化为后半部脉冲075，图中它基本为平顶波形，基本用于激光治疗，如碎石。
（B）中，单一激光脉冲080，由其前半部081及后半部085组成。其前半部081，由t0至t2，为基本用于汽化通道产生/保持的激光脉冲，它在t0至t1 之间为一个特定幅度的基本平顶激光输出，由t1至t2 为一个幅度提高了的又一个基本平顶激光输出，构成阶梯形的激光输出波形。在时刻t2 转为后半部085，基本为用于激光治疗的脉冲能量输出。
（C）中，单一激光脉冲090，由其前半部091及后半部095组成。其中091，由t0至t3为基本用于汽化通道产生/保持的激光输出，其中t0至t1 之间为一个幅度较高的基本平顶或钟形波形，由t1至t2 之间为一个以预定斜率下降的斜波，由t2至t3为基本平顶波形。在时刻 t3 激光输出转换为后半部095，基本为治疗的激光输出。
各种实施方案下的激光脉冲能量，宽度及脉冲重复频率等工作参数如前述，不予重复。
上述本申请的各个实施例仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。也并不用以限制本发明，凡在本发明申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之。

Claims (6)

1.一种激光医疗设备及技术，包括1.9至3.0微米波长范围内的一种波长的至少一个激光器，输出重频的单一激光脉冲，该脉冲包括幅度及形状明显不同的前半部及后半部，其前半部主要用于在激光输出光纤端与目标物之间的体液中以最“平和”的方式产生稳定的汽化通道，减少后半部具有治疗用高功率的激光能量在光路上体液中产生强烈爆裂汽化对目标物产生强烈冲击波而导致目标物的滚动/移动，也减小对治疗激光能量的衰减，提高手术效率及安全性；该单一脉冲的后半部主要用于治疗目的；激光器可以单独输出重频单一脉冲的前半部，或后半部，或完整的单一脉冲用于手术的不同阶段；包括一个可见指示光在内的至少两个波长不同的半导体激光束，根据已知的体液对该两不同波长的衰减系数，对比它们在从光纤末端至目标物间上漫反射的信号强度变化，测定光纤末端到目标物的距离；进一步采用脉冲的前半部在光纤末端到目标物间产生稳定的体液汽化通道，根据二极管激光输出在液体体液及汽化体液两种不同介质情况下，对比它们在目标物上漫反射反射信号强度变化，测定光纤末端到目标物的距离；进一步采用脉冲前半部输出及二极管激光输出在体液汽化通道情况下，对比目标物上漫反射后由光纤收集到的信号强度，确定光纤末端至目标物距离；对比测定的各组距离数值，提高距离测定精度；以此距离数据，自动调整单一激光脉冲的参数，实现最佳手术效果；通过监测重频单一脉冲前半部的激光输出经过体液中光路在目标物上漫反射后的光强度的变化，判定汽化通道的产生及状态包括由它与光束的重合度及其中的蒸汽密度决定的对激光的衰减，以此自动调节脉冲前半部激光参数，优化汽化通道的形成；在确认汽化通道的稳定形成时，控制启动单一激光脉冲输出由前半部转入其后半部，进行激光治疗，包括碎石或对目标物的切削。
2.权利要求1中，至少两个半导体激光束中，一个为可见光指示光束，另一个波长为0.4至2.0微米的与可见光指示器波长不同的光束，特别是波长范围为1.0微米至1.6微米的光束。
3.权利要求1中，单一脉冲的波长为2微米，重频为单次至150 Hｚ，每个单一脉冲的前半部分为宽度为50微秒至2毫秒的基本矩形或阶梯上升或下降，或以特定斜率上升或下降，或持平的梯形，也可以在其起始部分具有幅度较高的矩形或钟形波形，激光能量为0.1至2焦耳，其基本作用为在激光输出光纤端及目标物间的体液内产生稳定的汽化通道；重频单一脉冲的后半部主要用于治疗目的，其形状为基本矩形或钟形或锯齿形，激光能量为0.1至10焦耳，宽度为50微秒至2毫秒。
4.一种激光医疗设备及技术，包括1.9至3.0微米波长范围内的一种波长的至少一个激光器，输出重频的单一激光脉冲，该脉冲包括幅度及形状明显不同的前半部及后半部，其前半部主要用于在激光输出光纤端与目标物之间的体液中以最“平和”的方式产生稳定的汽化通道，减少后半部主要用于治疗目的的高功率的激光能量在光纤末端至目标物间光路上产生强烈爆裂汽化对目标物产生强烈冲击而导致目标物的滚动/移动，也减小对治疗激光能量的衰减，提高手术效率及安全性；单一脉冲的重频为单次至150 Hz，每个单一脉冲的前半部分为宽度为50微秒至2毫秒的基本矩形或阶梯上升或下降，或以特定斜率上升或下降，或持平的梯形，也可以在其起始部分具有幅度较高的矩形或钟形波形，其激光能量为0.1至2焦耳；重频单一脉冲的后半部的脉冲形状为基本矩形或钟形或锯齿形，激光能量为0.1至10焦耳，脉冲宽度为50微秒至2毫秒。
5.一种激光医疗设备及技术，输出重频的单一激光脉冲，该单一脉冲包括幅度及形状明显不同的前半部及后半部，其前半部主要用于在激光输出光纤端与目标物之间的体液中以最“平和”的方式产生稳定的汽化通道，减少后半部主要用于治疗目的的高功率激光能量在光纤末端至目标物间光路上产生强烈爆裂汽化对目标物产生强烈冲击而导致目标物的滚动/移动，也减小对治疗激光能量的衰减，提高手术效率及安全性；单一脉冲的重频为单次至150 Hz，每个单一脉冲的前半部分为宽度为50微秒至2毫秒的基本矩形或阶梯上升或下降，或以特定斜率上升或下降，或持平的梯形，也可以在其起始部分具有幅度较高的矩形或钟形波形，其激光能量为0.1至2焦耳；重频单一脉冲的后半部的形状为基本矩形或钟形或锯齿形，激光能量为0.1至10焦耳，宽度为50微秒至2毫秒；该单一激光脉冲的前半部及后半部可以由两个或以上的不同激光器输出脉冲在时间上相连接合成，其前半部为由波长为0.5至2.1微米的固体激光器或半导体激光器或激光二极管泵浦的光纤激光器输出，后半部由波长为0.5微米至3微米的固体激光器或半导体激光器或光纤激光器单独输出或它们的复合输出；脉冲前半部与后半部时间上连接可以有不超过10微秒的重叠；该单一激光脉冲的前半部还与包括一个可见指示光束在内的至少两个波长不同的半导体激光束共同用于测定光纤末端到目标物的距离；还通过对它们的激光输出经过体液/汽化通道光路在目标物上漫反射光强度的变化监测以确认汽化通道的产生及状态，以此自动调节激光参数，优化汽化通道的形成，并控制决定单一激光脉冲由前半部转入后半部的时机。
6.一种激光医疗设备及技术，输出重频的单一激光脉冲，该单一脉冲包括幅度及形状明显不同的前半部及后半部，其前半部主要用于在激光输出光纤端与目标物之间的体液中以最“平和”的方式产生稳定的汽化通道，减少后半部主要用于治疗目的的高功率的激光能量在光纤末端至目标物间光路上产生强烈爆裂汽化对目标物产生强烈冲击而导致目标物的滚动/移动，也减小体液对治疗激光能量的衰减，提高手术效率及安全性；单一脉冲的重频为单次至150 Hz，每个单一脉冲的前半部分为宽度为50微秒至2毫秒的基本矩形或阶梯上升或下降，或以特定斜率上升或下降，或持平的梯形，也可以在其起始部分具有幅度较高的矩形或钟形波形，激光能量为0.1至2焦耳；重频单一脉冲的后半部的形状为基本矩形或钟形或锯齿形，激光能量为0.1至10焦耳，宽度为50微秒至2毫秒；该单一激光脉冲的前半部及后半部可以由两个或以上的不同激光器输出脉冲在时间上相连接合成，其前半部为由波长为0.5至2.1微米的固体激光器或半导体激光器或激光二极管泵浦的光纤激光器输出，后半部由波长为0.5微米至3微米的固体激光器或半导体激光器或光纤激光器单独输出或它们的复合输出；脉冲前半部与后半部时间上连接可以有不超过10微秒的重叠。
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