CN1618409A - 一种双波长激光治疗机 - Google Patents

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林文雄
郑晖
林宗志
黄见洪
林授群
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Abstract

一种双波长激光治疗机，包括Er:YAG激光系统以及Nd:YAG激光系统，输出2940nm及1064nm激光，前述两种波段的激光通过同一根蓝宝石或氟化物玻璃光纤传输。这种双波长激光治疗机既具有激光切割、气化速度快的优点又具有良好的凝固、止血效果。

Description

一种双波长激光治疗机
技术领域
本发明涉及激光医疗设备。
背景技术
最近几年，固体激光在医疗方面的应用有很大的进展。早期许多固体激光医疗机基本上都是用掺Nd:3+激光晶体做激光工作物质产生近红外波长激光，如：1064nm、1079nm、1319nm、1338nm、1341nm等。
众所周知，通过应用接近生物组织中水吸收峰的近红外波长可以提高组织的切割效率，减少热损伤。最近，许多研究机构都在研究掺Er:3+激光晶体产生的激光在医疗方面的应用。Er:YAG晶体中Er3+离子从4I11/2态到4I11/3的跃迁，产生2940nm激光辐射。由于2940nm波长与生物组织中水最大的吸收峰重合，这样激光医疗系统在组织切割方面，Er:YAG激光治疗机具有很大的优势。通过表1比较可知，水对2940nmEr激光的吸收比对2100nmHo激光的吸收要大两百多倍，而比波长为1.06μm的Nd激光的吸收要大一万多倍。生物细胞中70％
表1水对不同激光的吸收系数比较表
    激光器  Nd:YAG    Ho:YAG     CO2   Er:YAG
激光波长(μm)   1.06     2.10     10.6   2.94
吸收系数(cm-1)   1     50     790   13000
以上的(有的高达90％)均为水分，2.94μm Er:YAG激光是极易为水分子吸收，可以用较小的能量取得较大的作用效果。这一优越性是其它波长所不及的，利用它可以进行极为精确的切割和软组织切除手术，如可用于精细的颅内手术、肝胆显微手术等。然而Er:YAG激光具有特殊的生物物理效应：3μm辐射与水饱和的生物组织相互作用的性质相当于有限体积的瞬时加热，在该体积内压强升高，伴随物质(如血液)由切口处涌出，不产生血凝现象，不能够止血，这样容易造成伤口流血过多而感染。而用1064nmNd:YAG激光照射组织时，组织表面由于细胞质的蒸发而皱缩，表面以下的结构由于受热而凝固，皱缩的表面结构和较深的凝固层将共同引起血管的收缩，这样1064nmNd:YAG激光具有优良的组织凝固和止血效果。
根据这两种激光治疗机的激光波长在生物组织中的特性，我们将这两种波长的激光组合在一起，发明出一种双波长激光治疗机。这种双波长激光治疗机既具有激光切割、气化速度快的优点又具有良好的凝固、止血效果。
发明内容
本发明的目的就在于公开一种用于高效精密手术中的掺铒、掺钕激光治疗机，它既具有激光切割、气化速度快的优点又具有良好的凝固、止血效果。
本发明由Er:YAG激光系统以及Nd:YAG激光系统组成。
在灯(氙灯或氪灯)为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在准连续(重复频率)或脉冲工作方式下，采用Er:YAG为激光激活介质产生粒子数反转储能。Er:YAG激光晶体及激光治疗机具有以下结构(见附图)：在激光晶体的两个端面上镀膜，一端面镀成对2940nm全反，另一端面镀成对2940nm部分输出，使激光晶体直接构成谐振腔，这样就可以避免2940nm的光因普通谐振腔的腔内水汽的吸收引起的腔内损耗过大，从而达到提高激光效率、缩小整机的目的。并使冷却装置的进水进入治疗机系统时最先进入Er:YAG激光晶体，再到Er:YAG激光器的其他需冷却的器件如：灯、聚光腔等最终后回到冷却装置。通过以上这些技术方案，可以有效降低由Er:YAG激光晶体热效应对激光输出效率的影响，其各项指标均达到组织切除及皮肤除皱、磨皮等的要求。
1064nm Nd:YAG激光在这个系统中主要是止血、凝固作用，所以功率要求不高，从0-50瓦范围内连续可调(根据医生对具体手术的要求)，可以以连续、脉冲工作方式运转工作。在灯(氙灯或氪灯)或以半导体激光器为泵浦下，采用Nd:YAG为激光激活介质产生粒子数反转储能。本发明采用半导体激光器为泵浦源泵浦Nd:YAG激光晶体(见附图)，是由Nd:YAG晶体和用于泵浦所述晶体以及使所述晶体形成激活离子(Nd3+离子)粒子数反转分布的泵浦系统，以及相应的光学谐振腔组成。在泵浦激励下，聚集在Nd3+离子4F3/2亚稳能级R2组态的粒子跃迁到4I11/2能级的Y3组态产生1064nm辐射，在其谐振腔中产生1064nm激光。
一般的石英光纤对2940nm光波透过率很小，而对1064nm光波传输损耗较小；而蓝宝石及氟化物玻璃光纤对500nm-4000nm波长的光的损耗均较低，这样所述波段范围内的光通过这种光纤时透过损耗都较小，所以我们的650nm的导引光、2940nm激光和1064nm激光可以在同一根光纤中实现传输。将谐振腔输出的相应波长激光通过耦合镜及耦合透镜会聚到所述光纤一端，经过光纤导光，通过与所述光纤另一端将所述相应波长激光照射到所需治疗病灶部位，对病灶进行治疗。
红色半导体激光将治疗用激光通过光纤引导到病灶，作为病灶治疗的指示光源；
上述治疗用的2940nm Er:YAG及1064nm Nd:YAG激光的泵浦源包括能连续改变输入能量或功率的脉冲宽度适当的重复频率脉冲驱动源或连续驱动源和作为泵浦灯的氙灯或氪灯。
上述激光治疗机装置仅用一台自循环冷却系统，大大缩小了系统的体积。
附图说明
附图是本发明灯泵浦2940nmEr:YAG及半导体泵浦1064nmNd:YAG双波长激光治疗机实例的构成图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
附图中1是Er:YAG晶体，晶体的一端镀对2940nm波长高反射介质膜，晶体的另一端做为激光的输出端镀对2940nm波长的部分反射介质膜；2是泵浦用氙灯或氪灯，3是滤去泵浦灯紫外辐射的滤光管，4是紧包式椭圆型或圆型聚光腔，5是与激光同光路的红色激光二极管，6是自循环冷却装置，7是电源，可以是从0连续增加到1200伏，工作频率在1-50赫兹可调的脉冲开关电源，8是Nd:YAG晶体，9是对1064nm激光波长全反射的介质镜，10是1064nm激光的输出镜，11是1064nm激光的半导体泵浦源，12是1064nm的全反镜，13是对2940nm波长高透过率、对1064nm激光全反的45°放置耦合镜片，14是耦合会聚透镜，其特征是选用2940nm、1064nm及650nm波长激光具有高透过率的蓝宝石晶体，15是从500nm至4000nm波段均是低损耗的氟化物玻璃光纤。
启动激光后，医务人员可以根据病情的实际情况，改变电源的储能和半导体泵浦源的工作电流，使从光纤输出的2940nm和1064nm的激光具有一定比率的激光能量或功率以达到切割和止血的最佳效果，光纤可以全方位的转动，这样可以直接对病灶实施照射、气化、切割、凝固和止血，对病灶进行治疗。

Claims (4)

1、一种双波长激光治疗机，其特征在于：本激光治疗机包括Er:YAG激光系统以及Nd:YAG激光系统，输出2940nm及1064nm激光，前述两种波段的激光通过同一根蓝宝石或氟化物玻璃光纤传输。
2、如权利要求1所述的激光治疗机，其特征在于：它包括将谐振腔输出的相应波长激光经耦合镜片耦合后同光路传输的镜片，该镜片用蓝宝石晶体、氟化物玻璃或红外熔石英玻璃作为基片。
3、如权利要求1所述的激光治疗机，其特征在于：它包括将谐振腔输出的相应波长激光会聚到所述光纤一端的会聚耦合透镜，该耦合透镜用蓝宝石晶体、氟化物玻璃或红外熔石英玻璃作为基片。
4、如权利要求1激光治疗机，其特征在于：它包括与所述治疗激光同光路指示的半导体激光器。
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