CN117481798A - 一种医用激光检测治疗一体机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医用激光技术领域，更具体地，涉及一种医用激光检测治疗一体机。本发明提供的一种医用激光检测治疗一体机，包括激光检测和激光治疗系统。所述激光检测系统包括调Q的钇铝石榴石固体激光器、聚焦透镜、输出镜、耦合器、输出光纤和光谱仪，所述治疗激光系统包括掺铥光纤激光器、反射镜、输出镜和光纤。本发明提供了一种能够在短时间内检测结石成分，从而针对不同种类结石使用不同参数铥激光进行精准打击破碎的技术方案，实现了医用激光检测治疗一体化。
Description
技术领域
本发明属于医用激光技术领域，更具体地，涉及一种医用激光检测治疗一体机。
背景技术
尿路结石又称尿石症，是最常见的泌尿外科疾病之一，如何安全、有效地通过一次手术清除结石，具有重要的科学研究与经济价值。人体的尿路结石种类有很多，不同结石的化学组分、矿物学组分、外观纹理都有很大差异，根据其主要的成分不同分为含钙结石、尿酸结石、感染结石、胱氨酸结石、药物结石等。医用激光对于不同种类结石的破碎效果和损伤程度各不相同，因此，明确结石成分和种类有助于更加精准地确定所需要的激光参数，从而有效地进行激光碎石治疗。
为了针对具体的结石类型进行有效的治疗，结石成分分析是评估结石患者的结石类型的重要方法，现有的常用技术手段如X射线衍射法、傅里叶变换红外光谱、偏振显微镜法等均存在对样品要求高、预处理步骤复杂、检测时间长等问题。因此，如何设计一种医用激光检测治疗一体机，用以满足在短时间内检测结石成分然后调整激光参数用于精准破碎结石的需要，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种医用激光检测治疗一体机，具体为一种利用激光诱导击穿光谱技术进行结石成分分析从而设定所需激光参数精准打击尿路结石的医用激光器，以解决现有技术结石成分分析和破碎治疗分别进行，操作复杂，治疗效果不佳等的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种医用激光检测治疗一体机，包括激光检测系统和激光治疗系统，其中，
所述激光检测系统包括：用于发射检测激光光束的激光产生装置、用于聚焦所述检测激光光束的聚焦装置、用于供聚焦激光光束穿过的透射装置、用于输出聚焦激光光束的第一输出装置、用于将输出的聚焦激光光束耦合入探测光纤的第一耦合装置、用于探测病灶的耦合激光探测光纤、用于将所述激光光束与病灶相互作用产生的等离子体发出的荧光信号导出的导出光纤、用于接收所述荧光信号的光谱仪以及用于分析光谱数据得出病灶信息的光谱数据分析器；
所述激光治疗系统包括：用于接收所述光谱数据分析器发出的病灶信息并根据所述病灶信息设定相应治疗激光参数的控制器、用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置，用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置、用于输出治疗激光光束的第二输出装置、用于将输出的治疗激光光束耦合入光纤的第二耦合装置以及用于输出治疗激光光束的输出光纤。
优选地，所述用于输出聚焦激光光束的第一输出装置和所述用于输出治疗激光光束的第二输出装置为同一个激光光束输出镜；所述用于将输出的聚焦激光光束耦合入探测光纤的第一耦合装置和所述用于将输出的治疗激光光束耦合入光纤的第二耦合装置为同一个激光光束耦合器；所述用于探测病灶的耦合激光探测光纤和所述用于输出治疗激光光束的输出光纤为同一光纤。
优选地，所述用于发射检测激光光束的激光产生装置为调Q的Nd:YAG激光器。
优选地，所述用于聚焦所述检测激光光束的聚焦装置为聚焦透镜。
优选地，所述用于供聚焦激光光束穿过的透射装置为透反镜。
优选地，所述用于供聚焦激光光束穿过的透射装置与所述用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置为同一个透反镜。
优选地，所述用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置与所述用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置之间还设置有用于改变激光传输方向，反射传输所述治疗激光的另一激光反射装置，所述另一激光反射装置为反射镜。
优选地，所述用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置为掺铥光纤激光器。
优选地，所述病灶为结石；所述结石的CT值为300-1800HU之间，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.1-1.5J，平均功率为9-300W，工作频率为10-1500Hz。
进一步优选地，所述控制器中设定：
CT值为300-600时，定义结石类别为软结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.1-1.2J，平均功率为100-300W，工作频率为1000-1500Hz；
CT值为600-900时，定义结石类别为较软结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.2-0.4J，平均功率为160-600W，工作频率为800-1500Hz；
CT值为900-1200时，定义结石类别为中硬度结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.4-0.6J，平均功率为40-60W，工作频率为800-1200Hz；
CT值为1200-1500时，定义结石类别为较硬结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.6-0.9J，平均功率为60-270W，工作频率为100-300Hz；
CT值为1500-1800时，定义结石类别为硬结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.9-1.5J，平均功率为9-45W，工作频率为10-30Hz。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
有益效果：
(1)本发明提供的一种医用激光检测治疗一体机，包括激光检测和激光治疗系统。所述激光检测系统包括调Q的钇铝石榴石固体激光器、聚焦透镜、输出镜、耦合器、输出光纤和光谱仪，所述治疗激光系统包括掺铥光纤激光器、反射镜、输出镜和光纤。本发明提供了一种能够在短时间内检测结石成分，从而针对不同种类结石使用不同参数铥激光进行精准打击破碎的技术方案，实现了医用激光检测治疗一体化。
(2)本发明提出的医用激光检测治疗一体机，可应用于结石的实时在线检测和治疗，通过激光诱导击穿光谱技术进行结石成分分析，通过事先构建的结石成分、成分占比与结石CT值的函数关系式，将被测结石样品的成分及成分占比数据输入该函数关系式，获得被测结石软硬程度对应的CT值，从而根据结石的软硬程度CT值设置激光参数，对结石实施精准打击。同时在术后还可以测量结石残留情况，通过结石CT值来评估医用激光治疗一体机的治疗效果。
附图说明
图1为本发明一个实施例中医用激光检测治疗一体机的结构示意图。
图2为利用本发明实施例中医用激光检测治疗一体机进行激光检测治疗结石时检测治疗原理示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-激光检测治疗一体机；2-调Q的Nd:YAG激光器；3-检测激光光束；4-聚焦透镜；5-透反镜；6-输出镜；7-耦合器；8-探测/输出光纤；9-结石；10-控制器；11-掺铥光纤激光器；12-光谱数据分析器；13-治疗激光光束；14-光谱仪；15-反射镜；16-导出光纤；17-等离子体；18-荧光信号；19-光谱数据。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种医用激光检测治疗一体机，包括激光检测系统和激光治疗系统，其中，所述激光检测系统为一种激光诱导击穿光谱系统，包括：用于发射检测激光光束的激光产生装置、用于聚焦所述检测激光光束的聚焦装置、用于供聚焦激光光束穿过的透射装置、用于输出聚焦激光光束的第一输出装置、用于将输出的聚焦激光光束耦合入探测光纤的第一耦合装置、用于探测病灶的耦合激光探测光纤、用于将所述激光光束与病灶相互作用产生的等离子体发出的荧光信号导出的导出光纤、用于接收所述荧光信号的光谱仪以及用于分析光谱数据得出病灶信息的光谱数据分析器；
所述激光治疗系统包括：用于接收所述光谱数据分析器发出的病灶信息并根据病灶信息设定相应治疗激光参数的控制器、用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置，用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置、用于输出治疗激光光束的第二输出装置、用于将输出的治疗激光光束耦合入光纤的第二耦合装置以及用于输出治疗激光光束的输出光纤。
本发明激光检测系统为激光诱导击穿光谱系统，包括光谱数据分析器和根据光谱数据分析器分析得到的病灶信息设定相应治疗激光参数的控制器。本发明激光检测治疗一体机其激光检测系统其光谱数据分析器中包含光谱数据分析软件，用于对结石成分进行分析。激光治疗系统的控制器课根据结石成分对治疗激光进行参数调整发射合适的治疗激光光束。
一些实施例中，所述用于输出聚焦激光光束的第一输出装置和所述用于输出治疗激光光束的第二输出装置为同一个激光输出镜；所述用于将输出的聚焦激光光束耦合入探测光纤的第一耦合装置和所述用于将输出的治疗激光光束耦合入光纤的第二耦合装置为同一个激光耦合器；所述用于探测病灶的探测光纤和所述用于输出治疗激光光束的输出光纤为同一光纤。
一些实施例中，所述用于发射检测激光光束的激光产生装置为调Q的Nd:YAG激光器，也称为调Q的钇铝石榴石固体激光器。所述用于聚焦所述检测激光光束的聚焦装置为聚焦透镜。所述用于供聚焦激光光束穿过的透射装置为透反镜。
一些实施例中，所述用于供聚焦激光光束穿过的透射装置与所述用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置为同一个透反镜。
一些实施例中，所述用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置与所述用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置之间还设置有用于改变激光光束传输方向，反射传输所述治疗激光光束的激光反射装置，所述激光反射装置为反射镜。
一些实施例中，所述用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置为掺铥光纤激光器，用于发射波长在1940-2100nm之间的铥激光，可包含连续光与可调脉冲光两种工作模式。
LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，激光诱导击穿光谱学)技术为通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析，以此来识别病灶中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析技术。本发明一些实施例中，利用LIBS技术将检测激光光束与结石相互作用产生的等离子体发出的荧光信号通过导出光纤导出，再将等离子体发出的部分荧光信号导入光谱仪中进行分光后被探测器记录形成数字化光谱数据，不同的元素会发出不同波长的谱线，一般被称为特征谱或指纹谱，将收集到的特征谱线数据导入光谱仪，通过与数据库进行比对就可以得到等离子体的元素信息，从而得出被测结石的成分及各成分占比分析结果。
结石CT值是指X射线穿透结石时不同晶体结构、密度结石对X射线的吸收程度，能够反映结石的硬度，可以用来作为碎石的指标。一些实施例中，首先通过X射线分析仪测试样本集中每一个结石样品的成分、各成分占比以及CT值，构建结石成分、各成分占比以及相应结石的CT值的数据集合，然后对该数据集合进行机器学习，以结石样品的成分和各成分占比为输入，CT值为输出，建立结石成分、结石中各成分占比与该结石的CT值的函数关系式，然后将本发明光谱数据分析器分析得出的被测结石样品的成分以及各成分占比作为输入，输入该函数关系式，输出得到被测结石样品的CT值。
本发明医用激光检测治疗一体机，可利用激光诱导击穿光谱技术进行结石成分分析从而设定所需激光参数精准打击尿路结石。根据不同成分的结石种类，本发明激光检测治疗一体机可通过激光诱导击穿光谱技术进行结石成分分析，结合结石成分与CT值估算函数关系式，得出结石软硬程度对应的CT值，从而根据结石的软硬程度CT值设置相应的治疗激光参数，对结石精准实施打击。一些实施例中，所述结石的CT值为300-1800HU之间，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.1-1.5J，平均功率为9-300W，工作频率为10-1500Hz。
具体来说，以泌尿系统结石为例，泌尿系统结石通常有多种成分组成，主要包括磷酸钙、草酸钙、尿酸钙、碳酸钙等。表1显示了主要结石组分的占比以及不同石材成分的出现频率，最常见的成分是草酸钙，包括一水草酸钙和二水草酸钙。
表1尿路结石组分概率
CT较大的结石在碎石时所需要的脉冲能量越大，而CT值相对低的结石需要的脉冲能量较弱。结石CT值的大致范围是300-1800HU之间。磷酸钙结石密度最高，CT值可达到1500～1800HU，草酸钙结石其次，可以达到1100～1500HU，尿酸结石最低一般在300～600HU之间。目前针对不同组分结石的CT值没有统一的标准，本申请在此根据CT值范围将结石大致分为软结石(CT：300-600HU)、较软结石(CT：600-900HU)、中硬度结石(CT：900-1200HU)、较硬结石(CT：1200-1500HU)、硬结石(CT：1500-1800HU)。通过激光诱导击穿光谱技术进行结石成分以及各成分占比分析，通过建立的结石成分、成分占比与CT值的函数关系树，获得被测结石的CT值，从而根据结石的软硬程度调整激光参数，对结石实施精准打击。同时在术后还可以测量结石残留情况，通过结石CT值来评估医用激光治疗一体机的治疗效果。表2展示了针对一些实施例中对不同类型结石的激光器基本参数设定标准。
表2针对不同类型结石的激光器基本参数设定
一些实施例中，提供了如图1所示的一种医用激光检测治疗一体机1，包含激光检测系统和激光治疗系统，激光检测系统中包含调Q的Nd:YAG激光器2、调Q的Nd:YAG激光器发出的检测激光光束3、用于聚焦检测激光光束的聚焦透镜4、供聚焦激光光束穿过的透反镜5、输出聚焦激光光束的输出镜6、将输出的聚焦激光耦合入探测光纤的耦合器7、探测结石9病灶的耦合激光探测/输出光纤8、用于将所述激光与病灶相互作用产生的等离子体发出的荧光信号导出的导出光纤16、用于接收所述荧光的光谱仪14以及用于分析光谱数据得出病灶信息的光谱数据分析器12；病灶信息就包括被测结石的成分、各成分占比以及结石的CT值。
激光治疗系统包括：用于接收所述光谱数据分析器12发出的病灶信息并根据所述病灶信息设定相应治疗激光参数的控制器、用于根据所述控制器10设定的参数发射治疗激光光束13的掺铥光纤激光器11，用于反射传输治疗激光光束的第一反射镜15和透反镜5、用于输出治疗激光光束的输出镜6、用于将输出的治疗激光耦合入光纤的耦合器7以及用于输出治疗激光光束的探测/输出光纤8。
工作时，如图1和图2所示，由调Q的Nd:YAG激光器2发射波长为532nm的激光经过聚焦透镜4聚焦，穿过透反镜5，从输出镜6输出，耦合入探测/输出光纤8深入人体内结石9部位，激光光束与结石进行相互作用激发等离子体17，再通过一根导出光纤16将等离子体发出的部分荧光信号18导入光谱仪14中进行分光后被探测器记录形成数字化光谱数据19，不同的元素会发出不同波长的谱线(图2所示)，一般被称为特征谱或指纹谱，将收集到的特征谱线数据导入光谱仪14，通过与数据库进行比对得到等离子体的元素信息，从而获得被测结石的组分以及各组分的占比，根据事先建立的结石成分、成分占比与结石CT值的函数关系式，获得被测结石的CT值。最后，控制器10根据被测结石的类型判断结果及对应的CT值按照表2标准进行治疗激光参数的设定，最终控制掺铥光纤激光器11发射波长按照设定的治疗激光参数在1940-2100nm之间连续或脉冲治疗激光，先后经过反射镜15、透反镜5和输出镜6，然后通过耦合器7耦合入光纤探头7和输出光纤8进入人体进行结石破碎。
本实施例激光检测治疗结石一体机中，检测激光光束和治疗激光光束共用透反镜5、输出镜6、耦合器7和探测/输出光纤，实现了检测和治疗的一体化，并能在很短的时间内检测结石成分然后调整激光参数用于精准破碎结石。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种医用激光检测治疗一体机，其特征在于，包括激光检测系统和激光治疗系统，其中，
所述激光检测系统包括：用于发射检测激光光束的激光产生装置、用于聚焦所述检测激光光束的聚焦装置、用于供聚焦激光光束穿过的透射装置、用于输出聚焦激光光束的第一输出装置、用于将输出的聚焦激光光束耦合入探测光纤的第一耦合装置、用于探测病灶的耦合激光探测光纤、用于将所述激光光束与病灶相互作用产生的等离子体发出的荧光信号导出的导出光纤、用于接收所述荧光信号的光谱仪以及用于分析光谱数据得出病灶信息的光谱数据分析器；
所述激光治疗系统包括：用于接收所述光谱数据分析器发出的病灶信息并根据所述病灶信息设定相应治疗激光参数的控制器、用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置，用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置、用于输出治疗激光光束的第二输出装置、用于将输出的治疗激光光束耦合入光纤的第二耦合装置以及用于输出治疗激光光束的输出光纤。
2.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于输出聚焦激光光束的第一输出装置和所述用于输出治疗激光光束的第二输出装置为同一个激光光束输出镜；所述用于将输出的聚焦激光光束耦合入探测光纤的第一耦合装置和所述用于将输出的治疗激光光束耦合入光纤的第二耦合装置为同一个激光光束耦合器；所述用于探测病灶的耦合激光探测光纤和所述用于输出治疗激光光束的输出光纤为同一光纤。
3.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于发射检测激光光束的激光产生装置为调Q的Nd:YAG激光器。
4.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于聚焦所述检测激光光束的聚焦装置为聚焦透镜。
5.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于供聚焦激光光束穿过的透射装置为透反镜。
6.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于供聚焦激光光束穿过的透射装置与所述用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置为同一个透反镜。
7.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置与所述用于反射传输所述治疗激光光束的反射装置之间还设置有用于改变激光传输方向，反射传输所述治疗激光光束的另一激光反射装置，所述另一激光反射装置为反射镜。
8.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述用于根据所述控制器设定的参数发射治疗激光光束的激光产生装置为掺铥光纤激光器。
9.如权利要求1所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述病灶为结石；所述结石的CT值为300-1800HU之间，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.1-1.5J，平均功率为9-300W，工作频率为10-1500Hz。
10.如权利要求9所述的医用激光检测治疗一体机，其特征在于，所述控制器中设定：
CT值为300-600时，定义结石类别为软结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.1-1.2J，平均功率为100-300W，工作频率为1000-1500Hz；
CT值为600-900时，定义结石类别为较软结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.2-0.4J，平均功率为160-600W，工作频率为800-1500Hz；
CT值为900-1200时，定义结石类别为中硬度结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.4-0.6J，平均功率为40-60W，工作频率为800-1200Hz；
CT值为1200-1500时，定义结石类别为较硬结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.6-0.9J，平均功率为60-270W，工作频率为100-300Hz；
CT值为1500-1800时，定义结石类别为硬结石，所述掺铥光纤激光器发出的激光单脉冲能量为0.9-1.5J，平均功率为9-45W，工作频率为10-30Hz。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4105060A1 (de) * | 1991-02-19 | 1992-08-20 | Med Laserzentrum Luebeck Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der materialbearbeitung mittels gepulstem laserlicht |
| CN114450617A (zh) * | 2019-08-05 | 2022-05-06 | 捷锐士阿希迈公司(以奥林巴斯美国外科技术名义) | 光纤组件 |
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2023
- 2023-11-24 CN CN202311591381.0A patent/CN117481798A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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