CN114469335A - 一种激光消融系统及一种激光的输出方法 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于光学领域，提供了一种激光消融系统及一种激光的输出方法。其中，上述激光的输出装置包括：激光器、耦合模块和导管及电机；激光器用于生成向耦合模块发射的初始光束；耦合模块用于将初始光束聚焦到导管上；导管用于传输初始光束，使初始光束作用于目标对象上；电机用于控制光纤在导管的内腔中移动，以改变初始光束在目标对象上的输出位置。本申请的实施例能够实现在不同的位置上进行激光消融，使消融效果更佳。
Description
技术领域
本申请属于光学领域，尤其涉及一种激光消融系统及一种激光的输出方法。
背景技术
高血压、高血脂、大量吸烟、患有糖尿病、肥胖等人群容易产生动脉粥样硬化。动脉粥样硬化会造成血管腔狭窄或阻塞，导致血液不流通，进而产生生命危险。
动脉介入治疗已经成为动脉粥样硬化患者治疗的有效手段。动脉介入治疗具体可以为将器械输送到血管内，然后通过激光消融等手段来疏通狭窄或阻塞的血管。
其中，激光消融是指利用紫外线激光，照射血管内的粥样硬化斑块。紫外线被粥样硬化斑块吸收后，能够破坏斑块的碳－氢键，使得组织温度升高并在导管前端产生微蒸汽气泡。这些微蒸汽气泡的膨胀和暴缩能够瓦解血管内的斑块。同时，导管尖端的碎片将被分解成水、气体及小于10μm的微小颗粒，最终被网状内皮系统吸收，从而避免微血管的阻塞。
目前，激光消融成为了较为主流的消除冠状动脉粥样硬化斑块的技术。但目前使用的激光消融装置仅可以在固定的位置上进行激光消融。
发明内容
本申请实施例提供一种激光消融系统及一种激光的输出方法，可以实现在不同的位置上进行激光消融，使消融效果更佳。
本申请实施例第一方面提供的一种激光消融系统，包括：激光器、耦合模块、导管及电机；
所述激光器用于生成向所述耦合模块发射的初始光束；
所述耦合模块用于将所述初始光束聚焦到所述导管上；
所述导管用于传输所述初始光束，使所述初始光束作用于目标对象上；
所述电机用于控制所述导管旋转，以改变所述初始光束在所述目标对象上的输出位置。
本申请实施例第二方面提供的激光的输出方法，应用于激光消融系统，所述激光消融系统包括激光器、耦合模块、导管及电机；所述激光的输出方法包括：
通过所述激光器生成向所述耦合模块发射的初始光束；
通过所述耦合模块将所述初始光束聚焦到所述导管上；
通过所述导管传输所述初始光束，使所述初始光束作用于目标对象上，并通过所述电机控制所述导管旋转，以改变所述初始光束的输出位置。
在本申请的实施方式中，通过激光器和耦合模块将初始光束聚焦到导管上，由光纤传输初始光束，并通过电机控制导管旋转，以改变初始光束的输出位置，实现在不同的位置上进行激光消融。
并且，在本申请的一些具体的实施方式中，电机可以控制光纤在导管的内腔中移动，以改变初始光束的输出位置，实现在不同的位置上进行激光消融，同时，光纤的实际照射路径的面积会显著大于光纤的截面面积，从而有效增大激光消融面积，使得激光效率效率更高、激光消融效果更好
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种激光消融系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的导管的具体结构示意图；
图3是本申请实施例提供的激光消融系统的具体结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种激光的输出方法的实现流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护。
高血压、高血脂、大量吸烟、患有糖尿病、肥胖等人群容易产生动脉粥样硬化。动脉粥样硬化会造成血管腔狭窄或阻塞，导致血液不流通，进而产生生命危险。
动脉介入治疗已经成为动脉粥样硬化患者治疗的有效手段。动脉介入治疗具体可以为将器械输送到血管内，然后通过激光消融等手段来疏通狭窄或阻塞的血管。
其中，激光消融是指利用紫外线激光，照射血管内的粥样硬化斑块。紫外线被粥样硬化斑块吸收后，能够破坏斑块的碳－氢键，使得组织温度升高并在导管前端产生微蒸汽气泡。这些微蒸汽气泡的膨胀和暴缩能够瓦解血管内的斑块。同时，导管尖端的碎片将被分解成水、气体及小于10μm的微小颗粒，最终被网状内皮系统吸收，从而避免微血管的阻塞。
目前，激光消融成为了较为主流的消除冠状动脉粥样硬化斑块的技术。但目前使用的激光消融装置仅可以在固定的位置上进行激光消融。
为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了本申请实施例提供的一种激光的输出装置的结构示意图，该装置适用于需实现在不同的位置上进行激光消融的情形。
具体的，上述激光的输出装置可以包括激光器10、耦合模块20、导管30和电机40。
其中，上述激光器10用于生成向耦合模块20发射的初始光束；耦合模块20用于将初始光束聚焦到导管30上；导管30用于传输初始光束，使初始光束作用于目标对象上；电机40用于控制导管旋转，以改变初始光束在目标对象上的输出位置。
可选地，导管的内腔设置有光纤301，光纤301与导管非同轴心设置，光纤301用于传输初始光束传输初始光束，使初始光束作用于目标对象上；电机40用于控制光纤301在导管的内腔中移动，以改变初始光束在目标对象上的输出位置。
其中，目标对象可以指血管上的某个区域，例如具体指需要进行激光消融的斑块。
具体的，图2示出了上述导管30的一种结构示意图，位于导管30的内腔的光纤301与导管30轴心不同。上述光纤301移动至导管30内腔中的任意一个位置。在本申请的一些实施方式中，上述光纤301可以绕上述导管30的轴心旋转。
其中，上述电机40对上述光纤301的控制方式可以根据实际情况进行调整。在本申请的一些实施方式中，上述导管30的内腔设置有光纤，电机40与导管30的一端连接，电机40启动时带动光纤301在导管30的内腔中旋转。相应的，电机40关闭时，光纤301停止在导管30的内腔中旋转。
在本申请的实施方式中，通过激光器和耦合模块将初始光束聚焦到导管上，由光纤传输初始光束，并通过电机控制导管旋转，以改变初始光束的输出位置，实现在不同的位置上进行激光消融。
并且，在本申请的一些具体的实施方式中，电机可以控制光纤在导管的内腔中移动，以改变初始光束的输出位置，实现在不同的位置上进行激光消融，同时，光纤的实际照射路径的面积会显著大于光纤的截面面积，从而有效增大激光消融面积，使得激光效率效率更高、激光消融效果更好。
在本申请的一些实施方式中，上述导管30还可以包括用于引导导管向前的导丝。
在本申请的另一些实施方式中，上述导管30可以包含多个光学相干断层成像探头，多个光学相干断层成像探头可以沿光纤301的周向间隔分布于光纤301中，以相互配合获取导管前方的图像作为反馈信号。
在本申请的另一些实施方式中，上述导管30内还可以包括拼接光纤，拼接光纤的探头将初始激光传输至目标对象，并收集来自目标对象对测量光的吸收衰减光，并将采集到的数据作为反馈信号。
在本申请的一些实施方式中，上述上述激光的输出装置可以包括一反馈系统，用于基于上述反馈信号，调整激光器10输出的能量。
研究发现，目前的激光器一般输出的光束均为符合高斯能量分布的光束，符合高斯能量分布的光束会在导管中发生能量重新分布，进而烧坏光纤。
在本申请的实施方式中，激光的输出装置通过耦合模块20将接收到的初始光束转换为能量均匀分布的目标光束，可以使到达导管30的激光光束能量均匀化，降低了光束的空间相干性，避免了激光的能量横向重新分布烧坏导管30，从而降低了激光消融装置的造价和维护成本。
并且，由于最终输出的目标光束是被能量均匀化过的光束，因此，在本申请的实施方式中，激光器10输出的初始光束的能量较现有技术可以更高。
同时，通过耦合模块20将接收到的初始光束转换为能量均匀分布的目标光束，可以使目标光束对待消融患处的消融效果更佳。
具体的，在本申请的一些实施方式中，如图3所示，上述耦合模块20可以包括激光缩束模块201、扩散片202和聚焦耦合模块203。
其中，上述激光缩束模块201可以用于将接收到的初始光束转换为第一光束，该第一光束的第一光束截面积小于初始光束的初始光束截面积。并且，第一光束和初始光束的出射方向相同。上述扩散片202用于接收第一光束，并对第一光束进行扩散，得到目标光束。上述聚焦耦合模块203用于接收目标光束，并将目标光束聚焦至导管30上。
其中，上述扩散片202可以为直径为25nm的扩散片。
在本申请的一些实施方式中，激光缩束模块201可以将激光器10输出的初始光束进行缩束，减小初始光束的光束截面积，以减小后置扩散片202对光束的有效散射面积，同时不影响扩散片202对光束的有效散射角度，进而减少扩散片202的扩散作用所导致的目标光束的能量损耗。
具体的，在本申请的一些实施方式中，上述激光缩束模块201可以包括第一透镜2011和第二透镜2012。激光器10发射的初始光束经第一透镜2011聚光后可以入射至第二透镜2012，第二透镜2012可以将聚光后的初始光束发散为第一光束。
其中，上述第一透镜2011可以为凸透镜，第二透镜2012则可以为凸透镜或凹透镜。第一透镜2011的焦距大于第二透镜2012的焦距，并且，第一透镜2011和第二透镜2012的焦点位于同一位置。
在本申请的实施方式中，通过第一透镜2011能够减小初始光束的光束截面积，同时通过第二透镜2012可以保障第一光束和初始光束的出射方向相同。
在本申请的一些实施方式中，上述聚焦耦合模块203可以包括第三透镜2031和第四透镜2032。其中，扩散片202扩散后得到的目标光束经第三透镜2031聚光后可以入射至第四透镜2032，第四透镜2032可以将聚光后的目标光束聚焦至导管30上。
在本申请的实施方式中，通过第三透镜2031和第四透镜2032可以改变目标光束的出射方向，使得目标光束可以聚焦到导管30上，并通过导管30输出目标光束，以使目标光束作用于待消融患处，对待消融患处进行激光消融。
在本申请的一些实施方式中，上述导管30可以具体用于将经聚焦耦合模块203聚焦在导管30一端的目标光束延导管输出至导管的另一端。
现有的激光消融装置一般使用准分子激光器，准分子激光器用于发射308nm波长的激光。但研究方向，一方面，波长308nm的激光源是气体放电机制激光，受限于放电气体腔和脉冲电源的复杂结构，在激光消融装置中使用准分子激光器将导致激光消融装置体积庞大，并且，308nm的激光应用范围窄、难以量产，同时由于准分子激光器造价高昂，难以在临床大规模推广应用。另一方面，采用石英光纤的导管传输波长308nm的激光时，激光损坏非常严重，仅10％的激光能量能够到达消融组织，因此，需要输入能量很高的初始光束才能实现激光消融；能量很高的初始光束容易造成导管光纤自身损伤，导致维护成本增加、资源消耗量增大。而且，准分子激光器需要开机需要预热半小时以上，在血栓高负荷的急性心梗PCI的应用中将受到限制。
基于此，在本申请的一些实施方式中，上述激光器10可以为高能紫外激光器，该高能紫外激光器可以为固体泵浦激光器，且该高能紫外激光器输出的初始光束可以为紫外激光光束，紫外激光光束的单脉冲能量大于或等于50mJ。
在本申请的一些实施方式中，上述高能紫外激光器输出的紫外激光光束的脉宽可以为8.5ns，重复频率可以为40Hz，光斑直径可以达到9mm。并且，高能紫外激光器输出的紫外激光光束可以不含1064nm和532nm等杂光。
高能紫外激光器输出的紫外激光光束可以避免准分子激光器的缺点，在本申请的实施方式中，通过高能紫外激光器可以结构简单，能够降低激光消融装置的体积，同时可以减少激光能量的损失，减少预热时间，提高消融效率。
相应的，在本申请的一些实施方式中，上述第一透镜2011、第二透镜2012、第三透镜2031和第四透镜2041均可以为波长范围覆盖上述紫外激光光束的透镜。
具体的，上述第一透镜2011、第二透镜2012、第三透镜2031和第四透镜2041均可以为波长范围为250nm至425nm的透镜，且均可以为直径为25nm的UV融石英透镜。
即，第三透镜2031和第四透镜2041可以用于对波长范围为250nm至425nm的激光进行聚焦的透镜。
需要说明的是，在本申请的一些实施方式中，上述激光的输出装置还可以包括与激光器10连接的主控制器，该主控制器用于根据外部信号和/或外部接口控制激光器10的能量输出大小。
在本申请的一些实施方式中，在上述激光的输出装置中可以包含若干个用于改变光束方向的反光镜。但考虑到反光镜造成的激光能量损失以及设备制造成本的增加，在本申请的一些实施方式中，上述激光的输出装置可以以激光器10的出光口中心轴为中轴进行设计。
具体的，在本申请的一些实施方式中，上述激光器10和耦合模块20可以为一体化结构，耦合模块20设置有导管插口，导管插口有与导管30的导管定位槽对应的导管插头定位柱。
其中，上述一体化结构可以为以固定激光器10的底板为基准面，并以激光器10的出光口中心轴为中轴的笼式结构。通过上述结构，激光的输出装置的结构的中轴可以为激光器10的出光口中心轴，光束在上述激光的输出装置中传播时不需要再经反光镜反射。
利用本申请提供的激光的输出装置进行实验，该装置的能量输出效率约为43％，其中，激光缩束模块201损耗的光能量为0.5％以下(趋近于0)，扩散片202损耗的光能量为20％，聚焦耦合模块203损耗的光能量为2％，导管30耦合损耗大约37％能量。因此，最后输出的能量为43％左右。主要的光能量损耗是扩散片的散射导致部分光线溢出耦合系统以及耦合模块聚焦的光斑尺寸大于导管接头中的光纤端面横截面积导致的光能量损失。也就是说，当激光器10输出能量为50mJ的初始光束，上述激光的输出装置最终输出的目标光束的能量约为21.5mJ。相较于现有的将准分子激光器发射激光直接聚焦到导管中对应的10％的能量输出效率，本申请提供的激光的输出装置大大提高了激光能量的输出效率，也变相地提高了激光消融的效率。同时，通过电机控制光纤在导管腔中移动，可以实现在不同的位置上进行激光消融，并且光纤的实际照射路径的面积会显著大于光纤的截面面积，因此，激光效率效率更高。
图4示出了本申请实施例提供的激光的输出方法的实现流程示意图，该激光的输出方法应用于图1至图3所示的激光消融系统，激光消融系统包括激光器10、耦合模块20、导管30及电机40；
其中，激光的输出方法可以包括以下步骤S401至步骤S403。
步骤S401，通过激光器生成向耦合模块发射的初始光束；
步骤S402，通过耦合模块将初始光束聚焦到导管上；
步骤S403，通过导管传输初始光束，使初始光束作用于目标对象上，并通过电机控制导管旋转，以改变初始光束的输出位置。
可选地，激光消融系统可以通过导管的内腔的光纤传输初始光束，并通过电机控制光纤在导管的内腔中旋转，以改变初始光束的输出位置，其中，光纤与导管非同心设置。
在本申请的实施方式中，通过激光器和耦合模块将初始光束聚焦到导管上，由光纤传输初始光束，并通过电机控制导管旋转，以改变初始光束的输出位置，实现在不同的位置上进行激光消融。
并且，在本申请的一些具体的实施方式中，电机可以控制光纤在导管的内腔中移动，以改变初始光束的输出位置，实现在不同的位置上进行激光消融，同时，光纤的实际照射路径的面积会显著大于光纤的截面面积，从而有效增大激光消融面积，使得激光效率效率更高、激光消融效果更好。
需要说明的是，为了描述的方便和简洁，本申请实施例中的光谱检测方法的具体流程可以参考前述激光消融系统的各个实施方式，此处不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的各个模块，还可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的耦合模块仅仅是示意性的；又例如，各个组件的划分，仅仅为一种功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光消融系统，其特征在于，包括：激光器、耦合模块、导管及电机；
所述激光器用于生成向所述耦合模块发射的初始光束；
所述耦合模块用于将所述初始光束聚焦到所述导管上；
所述导管用于传输所述初始光束，使所述初始光束作用于目标对象上；
所述电机用于控制所述导管旋转，以改变所述初始光束在所述目标对象上的输出位置。
2.如权利要求1所述的激光消融系统，其特征在于，所述导管的内腔设置有光纤，所述电机与所述导管的一端连接，所述电机启动时带动所述光纤在所述导管的内腔中旋转。
3.如权利要求1所述的激光消融系统，其特征在于，所述初始光束为符合高斯能量分布的光束；
所述耦合模块还用于将接收到的所述初始光束转换为目标光束，并将所述目标光束聚焦到所述导管上，所述目标光束为能量均匀分布的光束。
4.如权利要求3所述的激光消融系统，其特征在于，所述耦合模块包括激光缩束模块、扩散片和聚焦耦合模块；
所述激光缩束模块用于将接收到的所述初始光束转换为第一光束，其中，所述第一光束的第一光束截面积小于所述初始光束的初始光束截面积，并且，所述第一光束和所述初始光束的出射方向相同；
所述扩散片用于接收所述第一光束，并对所述第一光束进行扩散，得到所述目标光束；
所述聚焦耦合模块用于接收所述目标光束，并将所述目标光束聚焦至所述导管上。
5.如权利要求4所述的激光消融系统，其特征在于，所述激光缩束模块包括第一透镜和第二透镜；
所述初始光束经所述第一透镜聚光后入射至所述第二透镜，所述第二透镜将聚光后的所述初始光束发散为所述第一光束；
其中，所述第一透镜的焦距大于所述第二透镜的焦距，并且，所述第一透镜和所述第二透镜的焦点位于同一位置。
6.如权利要求4所述的激光消融系统，其特征在于，所述聚焦耦合模块包括第三透镜和第四透镜；
所述目标光束经所述第三透镜聚光后入射至所述第四透镜，所述第四透镜将聚光后的所述目标光束聚焦至所述导管上。
7.如权利要求4至6任意一项所述的激光消融系统，其特征在于，所述导管的光纤用于将经所述聚焦耦合模块聚焦在所述导管一端的所述目标光束延所述导管输出至所述导管的另一端。
8.如权利要求1至6任意一项所述的激光消融系统，其特征在于，所述激光器和所述耦合模块为一体化结构，所述耦合模块设置有导管插口，所述导管插口设置有与所述导管的导管定位槽对应的导管插头定位柱。
9.如权利要求8所述的激光消融系统，其特征在于，所述一体化结构为以固定所述激光器的底板为基准面，并以所述激光器的出光口中心轴为中轴的笼式结构。
10.一种激光的输出方法，其特征在于，所述激光的输出方法应用于激光消融系统，所述激光消融系统包括激光器、耦合模块、导管及电机；所述激光的输出方法包括：
通过所述激光器生成向所述耦合模块发射的初始光束；
通过所述耦合模块将所述初始光束聚焦到所述导管上；
通过所述导管传输所述初始光束，使所述初始光束作用于目标对象上，并通过所述电机控制所述导管旋转，以改变所述初始光束的输出位置。
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