CN117860371A - 一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，包括：总控模块、医疗激光源模块、光束传输及控制模块、多方向可调节光纤模块和探测模块。本发明实施例的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，将不同功能的光纤集成在同一个主导管内，通过控制医疗激光源模块和光纤微调控制器，实现多种激光参数组合及沿出射方向的精准调控，增加了激光在复杂病理条件下的适用性与多功能性。通过探测模块，准确实现出射角度预设并且可以通过整形罩对不同光纤组出射的激光进行整形，保证输出功率及光分布的均匀性。使用本实施例的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置能够更加精确、高效地对病灶区进行激光联合治疗，减少附带损伤。

Description

一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置。

背景技术

1960年第一台红宝石激光问世以来，激光就开始了在医学上的应用。激光手术广泛应于临床试验。激光的应用促进和引导生物医学在许多方面取得新突破。在现有激光医学技术中，一般采用光纤垂直输出激光或沿斜面斜出射单一功能的激光，激光照射功能单一，对复杂生物病灶组织的激光治疗中不能同时满足多光学参数可调联合治疗、出射方向连续可调、照射面积均匀等功能，需要切换不同功能的激光治疗仪或光纤，分别实现消融、止血、切除等功能，占用空间大、操作复杂繁重，增加手术过程中的繁杂性与风险性，常规的激光光纤系统已经不能满足日益增多的复合性病症的多功能临床治疗使用需求。

因此有必要设计一种集成化多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，以克服上述问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于补足现有技术缺陷，提供了一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，能提供其在应对不同目标照射物体的可调节性，提供更精准高效的激光出射方向选择和联合治疗激光参数；并在不影响工作效果的情况下，保证激光输出功能、作用范围和功率的稳定性与高适配性。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，包括：

医疗激光源模块，包括至少一台激光器，用于产生不同的激光；

光束传输及控制模块，接收来自医疗激光源模块的激光输入，对激光进行滤光、分束、合束并将选择的激光耦合进多方向可调节光纤模块的输入端；

多方向可调节光纤模块，包括光纤微调控制器、主导管、光纤束和整形罩；光纤微调控制器连接于光纤束，用于调节光纤束长度方向的伸缩和光纤束的偏转角度；主导管为中空结构，具有相对设置的第一端和第二端；光纤束设置于主导管内，且光纤束的输出端伸出主导管的第一端外，光纤束包括多个具有不同功能的光纤组，每个光纤组包括至少一根光纤，不同组的光纤在主导管内按照一定规则排列；整形罩设置于光纤束的输出端，光纤束的输出端位于整形罩内，整形罩连接于主导管的，整形罩的内壁上设置有多个微透镜阵列，用于对光纤束发出的激光进行整形；

探测模块，用于探测光纤微调控制器的参数，将参数发送给总控模块；

总控模块，用于接收探测模块的参数，并根据参数调节光纤微调控制器在光纤束上的施加量，直至满足目标预设值。

光纤微调控制器包括调控模块和牵引模块。

牵引模块固定于光纤包层外侧，调控模块用于对牵引模块施加的施加量，以带动光纤输出端角度偏转或沿光纤的轴向方向的长度伸缩。

可选的，牵引模块包括多根牵引丝，牵引丝固定于光纤的包层外侧。

调控模块包括第一调节键和第二调节键，第一调节键和第二调节键分别连接于不同的牵引丝，通过旋转第一调节键对其连接的牵引丝施加应力，以带动光纤输出端沿光纤径向方向的角度偏转，通过移动第二调节键对其连接的牵引丝施加应力，以带动光纤输出端沿光纤轴向方向的长度伸缩。

可选的，牵引模块包括多条感应条，感应条固定于光纤的包层外侧。

调控模块包括第一电源键和第二电源键，第一电源键和第二电源键分别连接于不同的感应条，通过控制第一电源键和第二电源键施加电量的大小以控制感应条的形变，以带动光纤输出端角度偏转或沿光纤的轴向方向的长度伸缩。

可选的，光纤微调控制器可以是微螺旋旋钮，也可以是应力感应器、机械拉环、微电流调控等实现方法。

可选的，主导管的材料主要分为金属和非金属材料，其材料特性包括但不限于弹性、非弹性、伸缩记忆属性等。其结构依据不同应用场景可做相应的功能性结构设计，包括但不限于渔网型微镂空薄层结构、中空薄管状结构。

可选的，光纤纤芯和包层的材料主要分为具有一定伸缩、弹性的可调谐的、对一定范围内波长的激光低损耗吸收的无机材料或有机材料。

可选的，光纤束的输出端的端面包括斜面、曲面和平面中的至少两种，其中，进入输出端面为斜面的激光，从与斜面呈锐角的光纤的侧壁输出，且输出光线与主导管的沿第二端指向第一端的轴线的角度α满足：0°＜α<90°。

可选的，对于输出端的端面为斜面的光纤，激光从该光纤的长侧壁输出，且输出光线与主导管的沿第二端指向第一端的轴线的角度α满足：0°＜α<90°。

可选的，对于输出端的端面为斜面的光纤，其斜端面与轴向方向成 30°~70°。

可选的，光纤束的输出端的端面包括曲面，且不同光纤的曲面的曲率半径相同或不同。

可选的，主导管内分为至少两个区域，不同区域内分别设置不同功能的光纤组。

可选的，光纤束包括具有第一功能的第一光纤组、第二功能的第二光纤组和第三功能的第三光纤组，第一光纤组包括至少一个第一光纤，第二光纤组包括至少一个第二光纤，第三光纤组包括至少一个第三光纤，第一光纤输出端的端面为斜面，第二光纤输出端的端面为曲面，第三光纤输出端的端面为平面。

可选的，主导管由内侧壁至中心分为三层区域，分别为第一层区域、第二层区域和第三层区域，其中，在第一层区域内，第一光纤和第二光纤依次交替排列，在第二层区域内，第三光纤依次排布，在第三层区域内包括一根第二光纤。

可选的，总控模块中设有数据库，数据库中存储光纤束长度方向的伸缩、偏转角度与施加量的对应关系。

（三）有益效果

所述多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的能量分由至少两条光路提供，从而可以通过多种激光参数及输出范围的组合方式来实现激光主导管不同区域的激光输出功率、输出角度及照射面积匹配方式，进而更加高效便捷、精确的对目标物体进行照射，同时也不会对非目标区域造成过度损伤；

所述光束传输及控制模块，根据治疗需求，改变光束传输及控制模块内的光学器件，对激光束进行分束、合束并耦合等操作，实现激光选择性输出。

同时，所述多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光纤微调控器，调节所述光纤束长度方向的连续伸缩和光纤束的连续偏转角度，该结构能通过探测模块实现精准、连续调控光束的出射角度和偏移，以便于更安全、精准的适应微小或高危组织结构；

多组光纤呈阵列式组合排列，内外能量层光纤的数量、直径、叠放位置、端面形状均有多种组合方式或者选择方式，通过光纤微调控器的调节和出射光纤端面的选择，配合多光学治疗参数组合，实现不同激光发散角度、发射功率及照射面积的选取，适用于物体不同部位和不同形态及体积，进一步增加了激光光纤在不同工作环境的适用性；

同时，所述多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的激光输出端有多种形状结构及组合方式，该结构能扩大激光作用范围，且具有前向大面积、前向聚焦、侧向等多种能量释放的功能，以便于更优的适应多种工作环境。

另外，输出端的保护罩经打磨抛光处理后，可以有效保证激光光纤输出端的整洁性，保证输出功率及光分布的稳定性、均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施或现有技术中的技术法案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置系统结构示意图。

图2是本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调节模块结构示意图。

图3是本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光束传输及控制模块结构示意图。

图4a-4c是本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光纤输出端面为斜面、凹面、凸面的侧视图。

图5是本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的功能区域型光纤束输出端面主视图。

图6是本发明提供的另一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的功能区域型光纤束输出端面主视图。

图7是本发明提供的另一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的功能区域型光纤束输出端面主视图。

图8是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调光纤模块光纤束输出端记忆材料结构的侧视图。

图9是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光纤微调控制器结构示意图。

图10是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调光纤模块光纤束输出端的偏转及伸缩示意图。

图11是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光纤束输出端面主视图。

图12是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光纤输出端面为凹面的侧视图。

图13是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调光纤模块的整形罩侧视图。

图14是本发明实施例一提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调光纤模块出射激光的侧视图。

图15是本发明实施例二提供的另一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调光纤模块光纤束输出端记忆材料结构的侧视图。

图16是本发明实施例二提供的另一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的多方向可调节模块结构示意图。

图17是本发明实施例二提供的另一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置的光纤束输出端面主视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本具体实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语中“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本具体实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介相连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本具体实施例中的具体含义。

为了克服相关技术中激光光纤输出功能单一的问题，本发明实施例提供了一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，根据图1至图17所示，对本发明的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置进行说明。

如图1所示，本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，包括总控模块5、医疗激光源模块1、光束传输及控制模块2、多方向可调节光纤模块3和探测模块4。

医疗激光源模块1，包括至少一台激光器，用于产生不同的激光，输出不同组合的激光光学参数，包括运转模式、激光功率、脉冲能量、脉宽、重复频率、波长等，为整个系统提供激光能量输入。多光学参数组合输出的医疗激光源模块1，其实现方式不做限制，激光器类型不做限制，包括一台激光器输出多种模式的光学参数组合或多组激光器联合运转实现多种模式的光学参数组合。

光束传输及控制模块2，接收来自医疗激光源模块1的激光输入，对所述激光进行滤光、分束、合束并将选择的激光耦合进所述多方向可调节光纤模块3的输入端。实现滤光、分束、合束及耦合进光纤束的实现方式包括镀膜、渐变光学透镜及光学微透镜阵列等，对激光束进行分束、合束并耦合进光纤束33，最终实现多光学参数组合的选择性输出；也可以由内部准直镜、分束镜、反光镜、合束镜、吸光装置、耦合镜等光学器件的机械移动，机械移动包括相对于激光模块直线方向的靠近、远离和偏转操作等，调整传输入光纤束33的光路，实现多功能光学参数组合的多功能选择性输出。如利用电控的导轨滑块型机械装置设计，在总控模块的电信号控制下，对一台激光器输出的两种波长的激光束实现分束，分别将两种波长的激光耦合入靠近光束传输及控制模块2的多方向可调节光纤模块3的输入端，实现激光光束的光路选择传输。光束传输及控制模块2由一个至多个光学元件组成，包括但不限于渐变光学耦合透镜组、微透镜阵列、准直镜、分束镜、反光镜、合束镜、吸光装置等具有分束、合束、耦合功能的光学元件。各光学元件按照一定的组合方式及排列规则实现对医疗激光源模块1出射的一束或多束激光进行分束或合束，并经耦合后输入多方向可调节光纤模块3的输入端。

多方向可调节光纤模块3，包括光纤微调控制器31、主导管32、光纤束33和整形罩34。多方向可调节光纤模块3将由光束传输及控制模块2传导调整后的激光，由多方向可调节光纤模块3的输入端传输至多方向可调节光纤模块3的输出端，并在总控模块5控制下，分别通过在调节光纤束33长度方向的伸缩和光纤束33的偏转角度及输出端光纤端面和整形罩34组合上实现激光出射方向的连续宽角度改变，实现激光的定向传导。

光纤微调控制器31连接于光纤束33，用于调节光纤束33长度方向的伸缩和光纤束33的偏转角度。

主导管32为中空结构，具有相对设置的第一端321和第二端322，主导管32沿垂直于轴向的截面可以为圆形、矩形、其他多边形或者不规则形状，对于其截面的具体形状不做限制。主导管32的材料主要分为金属和非金属材料，其材料特性包括但不限于弹性、非弹性、伸缩记忆属性等。其结构依据不同应用场景可做相应的功能性结构设计，包括但不限于渔网型微镂空薄层结构、中空薄管状结构。

光纤束33设置于主导管32内，且光纤束33的输出端伸出主导管32的第一端321外，光纤束33包括多个具有不同功能的光纤组。每个光纤组包括至少一根光纤。不同组的光纤在主导管32内按照一定规则排列，例如可以分层排列、交叉排列、分区域排列等。光纤束33内每根光纤的基本结构为纤芯333、包层332、保护层331。其中纤芯333和包层332的材料主要分为具有一定伸缩、弹性的可调谐的、对一定范围内波长的激光低损耗吸收的无机材料或有机材料。在一些实施例中，光纤微调控制器31可以套设于主导管32上，以调节光纤束33输出端的伸缩和角度偏转。

由于不同的光纤组用于实现不同的功能，可以不同的光纤组对应一台激光器，也可以不同的光纤组分别对应一台激光器，也可以几个光纤组共用一台激光器、另外几个光纤组分别对应一台激光器。对于不同光纤组对应同一台激光器时，可以通过多方向可调节光纤模块3的各光纤组与医疗激光源模块1的激光器之间的光束传输及控制模块2进行控制传输的对应关系。当需要某一个功能的光纤组进行工作时，通过总控模块5输出对应光束传输及控制模块2的电控信号，调整光束传输及控制模块2内的光学元件空间位置，实现对激光的分束、合束及耦合传输入多方向可调节光纤模块3的输入端。此时控制调整总控模块5对应医疗激光源模块1的电控信号，实现部分或全部光纤组的选择性传输激光或激光组合。

此外的，整形罩34设置于光纤束33的输出端，且连接于主导管32的第一端321，光纤束33伸出主导段的部分位于整形罩34内。整形罩34连接于所述主导管的第一端，在整形罩34的内壁上设置有多个微透镜阵列用于对光纤束33发出的激光进行整形。整形罩34的设置不仅可以对光纤束33进行保护，还可以对各光纤组的激光按照需求进行整形，保证输出功率及光分布的稳定性、均匀性，以使发出的激光满足使用要求。

探测模块4，用于探测所述光纤微调控制器31的参数，将所述参数发送给所述总控模块5，可实现光纤输出端的伸缩长度和偏转角的数值探测及反馈信号响应的功能，如以机械力为代表的一类材料作为光纤包层，在医生或操作者的微调下，根据调控器的施加量反馈光纤输出端的角度偏转量或伸缩量，直至达到目标预设值。经传感装置，输入的施加力信号或电信号，实现的光纤输出端的形变，最终在总控模块5以关系换算后的数值大小显示，实现预期的伸缩长度或角度偏转量的精准操控、测量，并提供实时反馈。

总控模块5，用于接收所述探测模块4的参数，并根据所述参数调节所述光纤微调控制器31在光纤束33上的施加量，直至满足目标预设值。通过探测得到由调节光纤微调控制器31实现的角度偏转或伸缩变化，并与总控模块5的数据库信息校对，如未达到目标预设值，则进行负反馈，继续对光纤微调控制器31增加或减少施加量；如已达到目标预设值，则输出正反馈信号，完成目标预设值，停止调控。

可以理解的是，所述总控模块中设有数据库，数据库中存储光纤束长度方向的伸缩、偏转角度与施加量的对应关系。当接收到探测模块4的参数后，根据这个参数将目标预设值与数据库中的信息做对比，以调整光纤微调控制器5对光纤束的施加量。在数据库中存储的光纤束长度方向的伸缩、偏转角度与施加量的对应关系，是在本装置出厂前经过大量实验数据采集后建立的。

本发明实施例的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，利用多激光参数输出的医疗激光源模块1，经光束传输及控制模块2，将不同光学参数的激光耦合进多方向可调节光纤模块3的光纤组中，最终出射的激光能量分别由至少一路光纤束33提供。通过控制医疗激光源模块1、光束传输及控制模块2和光纤微调控器31，根据探测模块4的反馈信号，实现多种激光参数及不同光纤组输出范围的精准控制组合，进而实现不同区域的激光输出功率、输出角度、照射面积匹配方式，提高了激光光纤在不同工作环境的适用性，尤其是对细微结构或复杂病变组织区域操作的精准度和安全性。并且可以通过优化光纤输出端面形状、搭配整形罩34，对不同光纤组出射的激光束进行宏观整形，保证输出功率及光分布的稳定性、均匀性。

在一些实施例中，医疗激光源模块1的激光器为光纤激光器、固体激光器、半导体激光器、气体激光器等至少一种，输出的激光模式包括连续运转或脉冲运转中的至少一种，激光器的输出功率、运转模式、输出时间等可调，用于提供多种激光治疗光学参数组合。

在一些实施例中，光纤微调控制器31对光纤束33沿轴向方向的伸缩及径向方向的偏转的调节是通过利用一些特殊材料对某种特定物理量如受力偏折、受光照收缩或受电流偏转等物理结构的反应实现。

光纤微调控制器31包括调控模块和牵引模块；牵引模块固定于光纤包层外侧，调控模块用于对牵引模块施加的施加量，以带动光纤输出端角度偏转或沿光纤轴向方向的长度伸缩。光纤微调控制器31的调控模块包括但不限于微螺旋旋钮、应力感应器、机械拉环、微电流调控、光响应传感驱动等。牵引模块包括上述特殊材料。

在一具体实施中，请参阅图2所示，牵引模块包括多根牵引丝，所述牵引丝固定于所述光纤的包层外侧。调控模块包括第一调节键311及第二调节键312，第一调节键311和第二调节312键分别连接于不同的牵引丝，通过旋转第一调节键311对其连接的牵引丝施加应力，以带动所述光纤输出端角度偏转，通过移动所述第二调节键312对其连接的牵引丝施加应力，以带动所述光纤输出端沿所述光纤的轴向方向的长度伸缩，分别实现对光纤输出端激光出射方向的精准调控。

在另一具体实施中，请参阅图16所示，牵引模块包括多条感应条，感应条固定于光纤的包层外侧。调控模块包括第一电源键311和第二电源键312，所述第一电源键311和第二电源键312分别连接于不同的感应条，通过控制所述第一电源键311和第二电源键312施加电量的大小以控制所述感应条的形变，以带动所述光纤输出端角度偏转或沿所述光纤的轴向方向的长度伸缩。

在一些实施例中，请参阅图3所示，光束传输及控制模块2包括准直镜组21、分束及耦合功能的微透镜阵列组22。医疗激光源模块1出射的激光束入射至准直镜组21，准直镜组21包括至少一个渐变透镜，渐变透镜材质的折射率因入射波长不同而不同，其折射率与波长的关系为。经准直后传输至微透镜阵列组22，对平行光束内不同波长的激光分束，并耦合传输至多方向可调节光纤模块3的光纤束33的第二端321，实现不同波长激光的多束传输。在另一些实施例中，光束传输及控制模块2内部还可以包括准直镜、分束镜、反光镜、合束镜、吸光装置、耦合镜等光学器件，用于实现输出激光的光路调整和选择性输出，其可以通过分光镜的调整，实现不同激光参数沿不同光纤传输。光束传输及控制模块2，控制实现激光消融、止血、切除等功能。也可以通过合束镜，实现不同激光参数耦合入一根或多根光纤组成的单一功能光纤组，实现不同激光参数的同步联合治疗。通过不同激光参数的输出组合方式，便捷、高效实现激光手术的高疗效性，以适用于复杂病理组织及并发严重的临床治疗，极大提高了激光手术的治疗效果。

在一些实施例中，可以利用光纤输出端的光纤端面形状和整形罩34组合，实现激光出射方向的宽角度改变。光纤束33的输出端的端面包括斜面、曲面和平面中的至少两种，曲面的光纤组用于会聚或发散激光，配合整形罩34，其可以实现激光束的平行、聚焦和发散发射。斜面的光纤组用于出射大范围的斜向光束。平面的光纤组用于出射小发散角的激光，配合整形罩34，其可以对激光束在固定位置实现聚焦。需要说明的是，本文所说的光纤束33的输出端的端面形状，是指单根光纤输出端的端面形状。通过将不同光纤组输出端的端面设置成不同形状，通过不同光纤组的组合可以实现不同激光发射波长、发射角度、发射功率及照射面积的选取，以适用于物体不同部位和不同形态及体积，进一步增加了激光光纤在不同工作环境的适用性。

如图4a-4c所示，对于光纤输出端的端面为斜面，其斜端面与轴向方向成 ，这样设置实现最大激光传输效率，并且经整形罩34整形输出后，使得输出激光达到目标区域的光斑形状最佳。入射激光经斜端面全反射或经镀高反膜的斜端面反射，反射光从光纤的长侧壁输出，光线与主导管32的沿所述第二端322指向第一端321的轴线的角度α满足：0°<α<90°，对于输出端的端面为斜面的光纤，其斜端面与轴向方向成 30°~70°，实现侧壁斜向出光，对目标物体的侧壁位置进行照射，以实现激光消除等功能。此处所说的长侧壁是指斜面光纤的侧壁长度最长平行于轴线的、且长于短侧壁的区域，及激光输出端最靠近研究目标的长侧壁一侧。

对于光纤束33的输出端端面包括曲面，曲面包括凹面和/或凸面，且不同光纤的所述凹面的曲率半径相同或不同，不同光纤的凸面的曲率半径相同或不同。如所述凹面/凸面的曲率半径均相同，利用空间位置一一对应的整形罩34实现光束在整形罩34外目标位置处的会聚或大面积均匀出射；如所述凹面/凸面的曲率半径不同，随一定范围变化，对应的整形罩34空间位置上的微透镜阵列也随之变化，使最终整形输出的光束满足宽光束均匀输出或使之聚焦光斑大小随工作环境进行会聚至某一合理值。

在一些实施例中，主导管32内分为至少两个区域，分别设置不同功能的光纤组，也即位于同一区域内的光纤束33的输出端的端面形状相同、功能相同。在一个具体实施例中，如图5所示，主导管32内平分为三个区域，所述光纤束33包括三个功能的光纤组，分别为第一光纤组334、第二光纤组335和第三光纤组336，第一光纤组334包括至少一个第一光纤，第二光纤组335包括至少一个第二光纤，第三光纤组336包括至少一个第三光纤，第一光纤输出端的端面为斜面，第二光纤输出端的端面为曲面，第三光纤输出端的端面为平面。所述第一光纤组334、第二光纤组335和第三光纤组336分别位于所述三个区域内。在另一个具体实施例中，如图6所示，主导管32内分为三层区域，从外至内分别为第一层区域、第二层区域和第三层区域，光纤束33包括三个功能的光纤组，分别为第一光纤组334、第二光纤组335和第三光纤组336。以图6例，第一光纤组334、第二光纤组335和第三光纤组336分别位于第一层、第二次和第三层区域内。以靠近主导管32内壁的环形区域为第一光纤组334，沿径向方向依次向为第二光纤区335、第三光纤区336。第一光纤组334在光纤束33最外侧，实现侧向激光输出，可以对目标区域如肿瘤、结节等病变组织的边缘实现激光消融；第二光纤组335匹配整形罩34对应整形区的输出端面，实现光纤束33输出方向的大面积均匀出光，可以对目标区域如肿瘤、结节等病变组织的中心部位实现大面积均匀消融；第三光纤组336匹配整形罩34对应的聚焦区输出端面，实现激光在1mm距离处实现极细聚焦光斑，匹配对应的输出波长、脉宽，实现“激光手术刀”的高效切割功能。此种结构，可以实现输出激光参数的多适配性、传输方向及照射区域的多选择性，更优的适应多种工作环境。输出端的整形罩34经打磨抛光处理后，可以有效保证激光光纤输出端的整洁性，保证输出功率及光分布的稳定性、均匀性，尤其可对生物组织减少二次机械伤害。

在一些实施例中，光纤束33包括三个功能的光纤组，分别为第一光纤组334、第二光纤组335和第三光纤组336，第一光纤组334包括至少一个第一光纤，第二光纤组335包括至少一个第二光纤，第三光纤组336包括至少一个第三光纤，第一光纤输出端的端面为斜面，第二光纤输出端的端面为曲面，第三光纤输出端的端面为平面，所述主导管32由内侧壁至中心分为三层区域，分别为第一层区域、第二层区域和第三层区域，其中，在所述第一层区域内所述第一光纤和第二光纤依次交替排列，在所述第二层区域内所述第三光纤依次排布，在所述第三层区域内包括一根第二光纤。如图7所示，第一层内第一光纤与第二光纤依次交替圆周排列；第二层为第三光纤圆周排列组合；第三层为一根第二光纤。其中全部第一光纤组合的第一光纤组334实现激光的侧向输出；全部第二光纤组合成的第二光纤组335，匹配整形罩34实现激光的均匀输出；第三光纤组336匹配整形罩34，实现激光的聚焦出射。此种结构，除了可以实现输出激光参数的多适配性、稳定性、传输方向及照射区域的多选择性及安全性外，还可以最大化实现输出激光的照射面积区域最大化，对肝脏、肺部等组织内的直径超过3cm的大结节、大肿瘤实现高效快速地激光消融。

实施例一：

如图1所示，本发明提供的一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，包括总控模块5、医疗激光源模块1、光束传输及控制模块2、多方向可调节光纤模块3和探测模块4。

总控模块5，分别为系统中每个模块的电信号控制设置提供功能设置区，并实现由探测模块4测量得到的光纤束33输出端的伸缩或偏转量数值显示及信号反馈。

医疗激光源模块1内为一台Nd:YAG固体激光器，并为整个系统提供激光能量输入。输出的激光参数和运转模式分别为：连续运转的1064nm，平均功率1~50W连续可调；脉冲运转1064nm，脉宽30ns、最高平均功率5W、重复频率100Hz，；脉冲运转的532nm，脉宽20ns、最高平均功率5W、重复频率100Hz。

如图3示，由医疗激光源模块1输出的激光，经空气传输后进入光束传输及控制模块2。根据治疗需求，在总控模块5的控制下，根据对应的波长，选择合适的准直透镜组21及微透镜阵列22，控制输出激光波长和将耦合入的多方向可调节光纤模块3内置的光纤束33输入端。

多方向可调光纤模块3包括固定于主导管32上的光纤微调控制器31、主导管32、光纤束33、整形罩34。如图2所示，光纤微调控制器31的牵引模块包括多根牵引丝，牵引丝固定于光纤的包层外侧。光纤微调控制器31的调控模块包括第一调节键311及第二调节键312的微调装置，环形嵌套于光纤束33外层的主导管32上，第一调节键311和第二调节312键分别连接于不同的牵引丝。如图8所示，光纤33由保护层331、包层332、纤芯33组成；其中包层分为内层柱形常用光纤包层光学材料和光纤输出端的牵引丝，牵引丝由超薄形外层记忆金属镍钛合金组成。其中光纤输出端外层牵引丝的金属螺旋尾端313沿光纤传输方向紧贴光纤内包层向光纤输入端延伸出三根金属牵引丝至光纤微调控制器31的两个调节键连接处。三根牵引丝包括分别位于光纤端面任一直径两端对称位置的偏转线3131和任意一侧中间位置的伸缩线3132。初始刺入生物组织病灶时，此金属螺旋尾端313处于微压缩状态，根据病灶组织的大小和位置形态，选择旋转或移动第一调节键311、第二调节键312。如图9所示，第一调节键311作用于单根记忆金属牵引丝的偏转线3131的集合线阵314，通过旋转第一调节键311，对应带动集合线阵314的拉伸，实现光纤输出端光纤向偏转线3131股金属一侧的偏转角度；第二调节键312作用于另外两根伸缩线3132的延伸线的集合线列315，通过移动调节第二调节键312的位置，对应金属细丝3132集合线阵315的压缩或拉伸，实现沿光纤传输方向的伸缩变化量。根据金属的应力-偏转角度关系，经探测模块4测试及信号反馈，最终实现医生的预期指示的偏转角度或伸缩变化量；最终作用于临床激光手术，如图10所示，分别表示光纤受到调控实现的输出端一定范围内的连续偏转与压缩/伸长变化。

所述的光纤束33也可在上述的微调控制器31的基础上，输出端端面分别采用凹面、平面，通过内直径为0.6mm、外直径为0.65mm的主导管2引导，按所述主导管32由内侧壁至中心分为两层区域，分别为第一层区域、第二层区域，如图11所示的输出端面主视图，其中，在所述第一层区域内为第一光纤依次排列，所述第二光纤，在所述第二层区域内依次排列。共计15根光纤，其中第一光纤组11根，第二光纤组有4根。

如图12所示光纤，第一光纤组33-1由多根纤芯直径0.1mm、包层直径0.13mm、光纤输出端面为球面凹形的第二光纤组成，每根第二光纤端面的曲率半径为1~0.5mm，曲率中心与各自轴心共线。由第二激光器传输入第一光纤组33-1，经主导管32引导，激光在第一光纤内部经由全反射、并在第一光纤组334的凹形输出端面实现与第二光纤的轴向成的发散角出射。并通过连接一个靠近光纤输出端为微透镜阵列型整形罩34，如高硼玻璃等任意一种高透过率的耐高温材料，实现第一光纤输出激光的聚焦出射也可在第一光纤的输出端面镀高透膜，提高透射率，提高光路传输效率。最终在距整形罩34的外表面1mm处形成激光聚焦输出光束。

如图8所示光纤，第二光纤组335端面为平端面，每个可选择性镀有高透膜，纤芯直径为0.1mm；同样的通过连接一个靠近光纤输出端为微透镜阵列型整形罩34，实现第二光纤输出激光的平行出射。如图13所示，整形罩34的平行于第二光纤的轴线方向圆形管状通道内直径1.5mm、外直径2mm；整形罩34上微透镜阵列靠近光纤输出端并于空间对应于第一光纤组的端面341的曲率半径为1.55mm，整形罩34上微透镜阵列远离输出端并于空间对应于第二光纤组的端面342为平面，面1到面2厚度0.5mm。且整形罩34端面341主平面距激光光纤输出端主平面的距离为1mm。由光束传输及控制模块2的分束及耦合，传输激光入第一光纤组334，经主导管32引导，激光在第一光纤内部经由全反射、并在第一光纤组334的凹端面和整形罩34的微透镜阵列端面341对应为正透镜的组合镜组，实现1064nm激光平行出射；由光束传输及控制模块2的分束及耦合，传输入第二光纤组335，经主导管32引导，激光在第二光纤组内部经全反射、在每根第二光纤弧形端面发生折射，经整形罩34的微透镜阵列端面342，最终实现532nm激光光束在距端面342约1mm处聚焦出射。

通过调控第一、第二光纤与微透镜阵列的对应曲率半径，实现沿光轴发散角和聚焦光斑直径大小的宏观调节。

根据临床需求，本实施例可实现如图14所示的激光输出：

方案一：医疗激光源模块1输出连续运转1064nm、平均功率1~50W连续可调激光，并经光束传输及控制模块2耦合入多方向可调节光纤模块3的光纤束33，最终实现平行出射，可依据探测模块4提供的反馈信号精准调节激光偏转角度调节，对大体积病变组织进行大面积的激光高效消融手术，如结节消融等。

方案二：医疗激光源模块1输出脉冲运转的532nm、脉宽20ns、最高平均功率5W、重复频率100Hz，并经光束传输及控制模块2耦合入多方向可调节光纤模块3的光纤束33，最终实现聚焦出射，可依据探测模块4反馈信号精准调节激光偏转角度调节，对微小病变区域进行精细激光手术治疗，如糖尿病视网膜光凝等。

实施例二：

如图1所示，本发明提供了另一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，该激光光纤装置的结构与实施例一基本相同，区别在于：

医疗激光源模块1内为两台固体激光器，为整个系统提供激光能量输入，分别为Er:YAG激光器，脉冲运转、输出激光波长2.94，重复频率100Hz，脉宽20ns，最高平均功率10W；GaA1As半导体激光器，连续运转、输出激光波长650nm，平均功率0~5W。

光纤微调控制器31的牵引模块包括多条感应条，感应条固定于光纤的包层外侧，调控模块包括第一电源键311和第二电源键312，所述第一电源键311和第二电源键312分别连接于不同的感应条。感应条由形状记忆聚合物薄层组成，实现输出激光沿轴向传输方向的伸缩变换或径向偏转的角度微调。外层的形状记忆聚合物感应条是由液晶弹性体组成的类似于人的肌纤维结构，如图15所示为光纤输出端结构示意图，液晶弹性体313在加热时会产生收缩变形，冷却后液晶弹性体可恢复原来的排列形式，即宏观上的变形恢复，其形变范围可达到400％。在液晶弹性体的外层包裹一层控温电阻丝，并连接于如图16所示的光纤微调控制器31的第一电源键311和第二电源键312。根据电流-温度-形变的关系式，由控制电流高低的第一电源键311和第二电源键312，控制电阻丝的升温，实现对液晶弹性体313的加热，实现光纤输出端的偏转角度β及沿传输方向的伸缩变化Δz。同时探测模块4可对光纤微调控制器31对应温升实现的偏转角度和伸缩变化量进行反馈，直至满足预期值。

如图17所示的光纤输出端截面图，第一光纤组334为一根纤芯直径0.1mm、包层直径0.13mm、光纤输出端面为球面凹形的光纤组成，可以实现宏观的激光发散角输出，照射光斑随照射距离远近而变化；第二光纤组335为六根光纤输出端面为平端面的光纤组成，纤芯直径为0.1mm，实现激光高斯分布输出。

根据临床需求，本实施例可实现：

方案一：医疗激光源模块1输出脉冲运转650nm、最高平均功率10W连续可调红外激光，并经光束传输及控制模块2耦合入多方向可调节光纤模块3的光纤束33，最终实现大面积发散出射，可依据探测模块4提供的反馈信号精准调节激光偏转角度调节，对大面积病变组织进行大范围的激光照射，如炎症消除、促进局部血液新陈代谢等。

方案二：医疗激光源模块1输出脉冲运转的2.94、脉宽20ns、最高平均功率10W、重复频率100Hz，并经光束传输及控制模块2耦合入多方向可调节光纤模块3的光纤束33，最终实现高斯脉冲出射，可依据探测模块4反馈信号精准调节激光偏转角度调节，对微小病变区域进行精细激光手术治疗，如激光手术刀切除、牙齿治疗等。

Claims (10)

1.一种多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，包括：总控模块、医疗激光源模块、光束传输及控制模块、多方向可调节光纤模块和探测模块；

医疗激光源模块，包括至少一台激光器，用于产生不同的激光；

光束传输及控制模块，接收来自所述医疗激光源模块的激光输入，对所述激光进行滤光、分束、合束并将选择的激光耦合进所述多方向可调节光纤模块的输入端；

多方向可调节光纤模块，包括光纤微调控制器、主导管、光纤束和整形罩；所述光纤微调控制器连接于所述光纤束，用于调节所述光纤束长度方向的伸缩和所述光纤束的偏转角度；所述主导管为中空结构，具有相对设置的第一端和第二端；所述光纤束设置于所述主导管内，且所述光纤束的输出端伸出所述主导管的第一端外，所述光纤束包括多个具有不同功能的光纤组，每个光纤组包括至少一根光纤，不同组的光纤在所述主导管内按照一定规则排列；整形罩设置于所述光纤束的输出端，所述光纤束的输出端位于所述整形罩内，所述整形罩连接于所述主导管的第一端，所述整形罩的内壁上设置有多个微透镜阵列，用于对所述光纤束发出的激光进行整形；

探测模块，用于探测所述光纤微调控制器的参数，将所述参数发送给所述总控模块；

总控模块，用于接收所述探测模块的参数，并根据所述参数调节所述光纤微调控制器在所述光束上的施加量，直至满足目标预设值。

2.根据权利要求1所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述光纤微调控制器包括调控模块和牵引模块；

所述牵引模块固定于所述光纤包层外侧，所述调控模块用于对所述牵引模块施加的施加量，以带动所述光纤输出端角度偏转或沿所述光纤轴向方向的长度伸缩。

3.根据权利要求2所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述牵引模块包括多根牵引丝，所述牵引丝固定于所述光纤的包层外侧；

所述调控模块包括第一调节键和第二调节键，所述第一调节键和第二调节键分别连接于不同的牵引丝，通过旋转第一调节键对其连接的牵引丝施加应力，以带动所述光纤输出端角度偏转，通过移动所述第二调节键对其连接的牵引丝施加应力，以带动所述光纤输出端沿所述光纤的轴向方向的长度伸缩。

4.根据权利要求2所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述牵引模块包括多条感应条，所述感应条固定于所述光纤的包层外侧；

所述调控模块包括第一电源键和第二电源键，所述第一电源键和第二电源键分别连接于不同的感应条，通过控制所述第一电源键和第二电源键施加电量的大小以控制所述感应条的形变，以带动所述光纤输出端角度偏转或沿所述光纤的轴向方向的长度伸缩。

5.根据权利要求1所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述光纤束的输出端的端面包括斜面、曲面和平面中的至少两种。

6.根据权利要求5所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，对于输出端的端面为斜面的光纤，激光从该光纤的长侧壁输出，且输出光线与所述主导管的沿所述第二端指向第一端的轴线的角度α满足：0°＜α＜90°；对于输出端的端面为斜面的光纤，其斜端面与轴向方向成 30°~70°。

7.根据权利要求5所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述输出端端面包括曲面，且不同光纤的所述曲面的曲率半径相同或不同。

8.根据权利要求5所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述主导管内分为至少两个区域，不同区域内分别设置不同功能的光纤组。

9.根据权利要求5所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述光纤束包括具有第一功能的第一光纤组、第二功能的第二光纤组和第三功能的第三光纤组，所述第一光纤组包括至少一个第一光纤，所述第二光纤组包括至少一个第二光纤，所述第三光纤组包括至少一个第三光纤，所述第一光纤输出端的端面为斜面，所述第二光纤输出端的端面为曲面，所述第三光纤输出端的端面为平面；

所述主导管由内侧壁至中心分为三层区域，分别为第一层区域、第二层区域和第三层区域，其中，在所述第一层区域内所述第一光纤和第二光纤依次交替排列，在所述第二层区域内所述第三光纤依次排布，在所述第三层区域内包括一根第二光纤。

10.根据权利要求1至9任一项所述的多波长兼三维转向激光手术刀光纤装置，其特征在于，所述总控模块中设有数据库，所述数据库中存储光纤束长度方向的伸缩、偏转角度与施加量的对应关系。