WO2008024022A1 - Laser device - Google Patents

Laser device Download PDF

Info

Publication number
WO2008024022A1
WO2008024022A1 PCT/RU2007/000409 RU2007000409W WO2008024022A1 WO 2008024022 A1 WO2008024022 A1 WO 2008024022A1 RU 2007000409 W RU2007000409 W RU 2007000409W WO 2008024022 A1 WO2008024022 A1 WO 2008024022A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
radiation
emitter
crystal
resonator
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000409
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
David Georgievich Kochiev
Anatoly Leonidovich Bondarenko
Original Assignee
Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'lazernye Tehnologii V Meditsine ' (Ooo 'l.T.M.')
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'lazernye Tehnologii V Meditsine ' (Ooo 'l.T.M.') filed Critical Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'lazernye Tehnologii V Meditsine ' (Ooo 'l.T.M.')
Publication of WO2008024022A1 publication Critical patent/WO2008024022A1/en

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B18/24—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor with a catheter
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media

Definitions

  • the invention relates to medical equipment.
  • the first group is associated with the impact on the soft tissues of the body with the aim of dissection, vaporization or coagulation.
  • diseases in which such laser methods of exposure have been successfully and widely used include: benign prostatic hyperplasia (BPH), urethral stricture, bladder tumors, etc.
  • BPH benign prostatic hyperplasia
  • urethral stricture urethral stricture
  • bladder tumors etc.
  • the second group of interventions is associated with the need to destroy solid stones in the presence of ICD.
  • One of the main reasons limiting the spread of laser treatment methods in urology is the difficulty in operation and the high cost of the proposed surgical lasers.
  • US Pat. No. 5,593,404 (Castello et al) describes a device based on an Nd: YAG laser, with a radiation wavelength of 1.064 ⁇ m, operating in a continuous generation mode, with an output radiation power in the range from 40 W to 90 W.
  • the device is used when treatment of urethral strictures, bladder tumors, interstitial coagulation, treatment of genital warts.
  • the disadvantage of this device is that the effectiveness of its use in urology is limited to procedures that allow deep, up to several millimeters, penetration of radiation into biological tissues.
  • a device US 6,986,764 (Dvaprot et al) is also known based on an Nd: YAG laser operating in a quasi-continuous mode of generation, with the generation of second harmonic radiation, with a radiation power of up to 80 watts.
  • the proportion of tissue is greater than when exposed to 1.064 ⁇ m radiation, and the depth of the residual coagulated tissue does not exceed 1-2 mm.
  • the disadvantage of this device is that for given radiation parameters and the mechanism of interaction with TC Anyu application is limited only to the area of tasks associated with tissue ablation.In urology, the device is used in the treatment of BPH.
  • Ho: YAG laser radiation is well absorbed by the water contained in the tissues. Thankss to the small depth of radiation penetration and the independence of absorption from the type of tissue, contact dissection, vaporization and ablation of tissues using Ho: YAG lasers are effective procedures in the treatment of a number of diseases. The strong absorption of radiation by the substance of the stone and the water present in them allows the use of such lasers also in the fragmentation of stones in the ICD. However, the need to use high pulse energies of up to 2.5 J for pulse durations of up to several hundred microseconds and the thermal mechanism of stone destruction create a high risk of damage to the tissues surrounding the stone, and therefore the scope of such devices should be recognized as limited.
  • laser installations are more preferable, in which the acoustic mechanism of stone destruction is realized, not thermal, but.
  • the destruction of stones occurs due to the generation of shock waves propagating in the stone material after the cavitation bubble collapses on the surface of the stone (K. Ripk, G. Delacretaz, R. P. Slaté. lithotritors "Lasers and Surgery app Medical, v. 16, p. 2, pp. 134-146, 1995).
  • One of the first devices for laser lithotripsy were lamp-based dye laser-based installations. They had an optimal radiation pulse duration in the range of 1-3 ⁇ s, a radiation wavelength of 0.504 ⁇ m, with a local minimum absorption of oxyhemoglobin.
  • the disadvantage of such lasers is that not all types of stones can be fragmented, and the operation of such lasers in the clinic is expensive (M.A. Imagoglu, H. Bakirtas, O. Yigitbasi, N. Erso, N.
  • the radiation wavelength can lie in the range of 0.7-1.0 ⁇ m and falls into the region of minimal absorption by the surrounding tissue .
  • the second harmonic of radiation serves to initiate a laser spark on the surface of the stone.
  • the pulse duration of 1.1 ⁇ s is implemented in the device using fast feedback, which controls the transmission of the gate based on the Pockels cell.
  • the disadvantage of this device is the spike structure of the temporal profile of the pulse, with a modulation of the radiation intensity of up to 50%, which leads to damage to the fiber tool when the radiation is delivered to the stone.
  • the distal end of the fiber in contact with the tissue is destroyed due to inhomogeneities in the temporal profile of the radiation pulse.
  • a known Nd: YAG crystal laser (RU 93003708, GI Dyakonov et al., Publ. 05/20/1995), using a similar method to extend the duration of the radiation pulse generation and conversion to the second harmonic.
  • a shutter to control the rate of radiation output from the resonator a shutter with impaired total internal reflection (ATR shutter), synchronized with the pump lamp power supply, is used. Since the kinetics of the development of pump processes in an Nd: YAG crystal is approximately 30 times faster than the kinetics of the development of processes in an alexandrite crystal, controlling a resonator with an Nd: YAG crystal becomes even more difficult.
  • the disadvantage of this device is the complex control circuit, low reliability during operation.
  • a laser based on a ruby crystal is also known (RU 95105018, Berenberg V.A. et al., Published on 06/10/1997).
  • the radiation wavelength - 0.65 ⁇ m of such a laser - is safe for the surrounding tissue, the microsecond pulse duration is realized by increasing the cavity length due to organization of a multi-pass circuit between the mirror system.
  • the disadvantage of this device is the complexity of the design, the need for careful tuning and the complexity of operation.
  • a known laser based on an Nd: YAG crystal with a microsecond pulse duration and conversion of radiation to the second harmonic see US 5963575, Muller G. et al., Publ. 05.10.1999.
  • the duration of the lasing pulse is achieved, as in a ruby laser, by changing the length of the resonator by introducing an optical delay into it.
  • a fiber optic delay was used as a delay.
  • fiber optical delay as a resonator element for changing the temporal characteristics of laser radiation was used by E. M. Dianov et al. (See E. M. Dianov, C.K. Isaev, L.S. Kornienko, N.V. Kravtsov, V. In Firsov.
  • the disadvantage of this device is that not all types of stones are destroyed by exposure, and the destruction efficiency of stones of mixed composition from calcium oxalate monohydrate and dihydrate is 53.4%, struvite - 68.1%, calcium phosphate - 58% (see S. Lahme, E. ⁇ irrer, A. Stepzl.
  • YAG lasers of such power requires the combination of two or more resonators operating at low frequencies in order to obtain a high average radiation power and solve problems with cooling and thermal effects in active elements
  • the disadvantage of the device is, first of all, the high cost and the risk of thermal damage to surrounding tissues during lithotripsy.
  • the main objective of the present invention was to provide a device for affecting solid calculi during lithotripsy and soft tissues in operative urology, which would be free from most of the drawbacks of the above installations, both multifunctional and designed to solve any one of these problems.
  • the first laser emitter is configured to converting the radiation into the second harmonic and capable of generating radiation with a pulse duration value lying in the range 0.5 ⁇ 5.0 ms, and includes laser cavity-based crystal Nd: YAYU 3 Q-switched gate with frustrated total internal reflection, and optical fiber delay line, as well as a non-resonant converter of radiation into the second harmonic of radiation on a nonlinear crystal with a conversion efficiency of at least 25%
  • the second laser emitter is made with the ability to work in a pulse-periodic mode with a maximum average output power of up to 100 W, and includes a laser
  • the radiation to second harmonic converter is equipped with a thermal stabilization system, which includes a thermostat connected to the controller with a non-linear crystal installed in it.
  • the radiation to second harmonic converter is capable of realizing a 90 ° angle-critical phase angle synchronism with focusing of the radiation into said non-linear crystal.
  • a crystal can be used as a nonlinear crystal in the radiation converter into the second harmonic
  • KTiOPO 4 As the output mirror in the laser resonator of the first emitter, it is preferable to use the polished end face of the non-linear KTiOPO 4 crystal.
  • the duration of the opening of the shutter is more than 2 ⁇ s and the duration of the open state is more than 6 ⁇ s.
  • the fiber delay is set so that one of the ends of the fiber delay is located on the order of the diameter of the quartz fiber core from the reflective surface of the spherical mirror of the resonator, and the second end is aligned with the aperture of the active element of the resonator in the output aperture.
  • a polarization isolation based on a Fresnel rhombus and a polarizer is installed in the laser cavity of the first emitter between the active element and the fiber delay.
  • the laser installation can be configured to connect an end-video camera and further comprise a video signal processing unit from the end-video camera.
  • the laser installation can be configured to demonstrate the course of surgical intervention in real time on the screen of a touch monitor connected to the video processing unit, while simultaneously recording video information on an external mobile storage medium.
  • Nd YAUs for lithotripter
  • Nd YAG for a scalpel-coagulator
  • the indicated pulse duration of the radiation generated in the first emitter is optimal from the point of view of reliability and efficiency of the installation - with pulse durations less than 0.5 ⁇ s, the risk of damage to the fiber catheter significantly increases when the radiation is delivered to the surface of the calculus, and with durations of more than 5 ⁇ s, the energy input efficiency decreases in the generation of a shock wave and, as a result, the efficiency of calculus fragmentation decreases.
  • the capabilities of two lasers of different types, combined into a complex provide a solution to problems in the entire range of tasks related to both dissection and coagulation of tissues, and removal of solid calculi in the treatment of urolithiasis.
  • the specified arrangement provides the advantage of multifunctionality of use installation, which is achieved by the possibility of combining various operating modes and parameters of the output radiation that make up its lasers: a scalpel-coagulator and lithotripter.
  • FIG. 1 is a block diagram of an installation
  • FIG. 3 is a diagram of a node of a spherical mirror of a lithotripter
  • FIG. 4 temporal transmission profile of the gate ATR and the shape of the pulse generation.
  • the installation according to the invention consists of two laser emitters with active elements from crystals Nd: YAYU 3 1 and Nd: YAG 2.
  • the active elements 1 and 2 are pumped by a pump lamp power supply unit 5, controlled by controller 8. Modulation of the quality factor of the resonator in the first emitter
  • lithotripter (in the lithotripter) is carried out by a modulator 3 based on a gate with impaired total internal reflection (ATR shutter), the control unit of which is connected to controller 8.
  • ATR shutter the control unit of which is connected to controller 8.
  • the non-resonant conversion of the lithotripter radiation to the second harmonic is carried out by a nonlinear crystal located in thermostat 4.
  • the cooling system 6 with an air-water closed-circuit heat exchanger cools the active elements 1 and 2 and the pump lamps.
  • the touch monitor 9 serves as a control panel for controlling the installation operation by the user, and as a video monitor for displaying the end-video camera signal, the processing of which is carried out by the processing unit 10.
  • the video processing unit 10 can serve not only to display the progress of the intervention in real time on the monitor screen 9, but can also record video signal to an external mobile storage medium (for example, to a portable hard disk that is connected using the USB interface) for archiving or subsequent analysis.
  • analogue laser lithotripter
  • the resonator Q-factor is modulated using a passive shutter, which leads to the formation of a spike temporal structure of the generation pulse.
  • An increase in the energy of the generation pulse under such conditions leads to an increase in the modulation of the intensity of the temporal profile of the pulse and the risk of damage to the optical elements of the resonator and the fiber tool.
  • the low density of radiation intensity in a nonlinear KTP crystal due to the beam size and a pulse duration of 1 ⁇ s, with intracavity conversion of radiation to the second harmonic gives a low conversion efficiency.
  • the limitation of the total output pulse energy and the low conversion efficiency give a total pulse energy of 120 mJ at the output of the emitter, and a fraction of converted radiation of 20 mJ.
  • a laser resonator circuit in order to increase the output energy of the pulse and increase the conversion efficiency, a laser resonator circuit is implemented, which makes it possible to obtain a single generation pulse with a smooth temporal radiation profile.
  • active resonator Q-switching is implemented by the ATR shutter.
  • Angularly critical phase matching in a KTP crystal (KTiOPO 4 ) for 1.0796 ⁇ m radiation has an angular width sufficient for focusing, when the crystal is heated to a temperature of 54 ° C, the width of the phase matching angles becomes maximum and equal to 4 and 12 degrees for the phase matching angles ⁇ and ⁇ , respectively.
  • non-resonant conversion of radiation to the second harmonic with an angle-critical, 90 ° synchronism with focusing of radiation into a nonlinear KTP crystal was carried out.
  • FIG. 2 shows an optical diagram of a device.
  • the laser resonator of the first emitter (lithotripter) is assembled on the basis of an active element from an NdrY ⁇ 27 crystal.
  • the effective length of the resonator is changed by setting the optical fiber delay 21.
  • the radiation aperture at the output end of the optical delay fiber 21 is matched with the aperture of the active element 27 by the lens 22, focal whose distance in the described particular case was chosen equal to 18 mm.
  • the radiation returning from the opposite end of the optical delay 21 is carried out by a spherical mirror 20.
  • the radius R of the spherical surface of the mirror 20 is selected so that R »d, and the choice of a specific value of the radius R is determined by the design of the mirror mount.
  • part 20.1 of the fiber connector lies on the spherical surface of the mirror and has a diameter D.
  • the values of D and R define the gap ⁇ between the reflective surface of the mirror 20 and the fiber end.
  • the size the reflective coating on the mirror 20 should be less than D, the inner diameter of the part 20.1, to prevent contamination or damage during assembly of the node.
  • NA O, 16.
  • the bending radius of the fiber rolled into rings is 150 mm.
  • the spherical mirror assembly 20 can serve as a kind of angle selector due to an increase in losses for radiation having large values of the numerical aperture when it returns to the optical delay.
  • the rotary mirrors 26 and 28 serve to reduce the dimensions of the lithotripter resonator
  • the lens 29 (for example, with a focal length of 99 mm) is designed to focus radiation on the surface of the front end of the nonlinear crystal 31, for which a KTP crystal can be chosen ( KTiOPO 4 ).
  • the front end of the KTP 31 crystal is a polished surface, without coatings, and serves as the output mirror of the resonator, with a reflection coefficient of R ⁇ 7%.
  • the lens 29 constructs an image of the diaphragm 23 on the surface of the end face of the crystal with a reduction coefficient, for example, M ⁇ 3.5.
  • the radiation focusing angle does not exceed the width of the angles of uncritical synchronism in the crystal 31, and the peak values of the energy density on the surface of the crystal 31 do not exceed 18 J / cm 2 , which is lower than the threshold values of the surface damage of the KTP crystal (see Abrosimov CA, Grechin C.G., Kochiev D.G., Maklakova H.Yu., Semenenko V. “GBG in a KTP crystal of single pulses of microsecond duration)), Quantum Electronics, 31, Zh /, pp. 643-646, 2001).
  • the Q-factor of the resonator of the first emitter is modulated by an ATR shutter 30 located between the lens 29 and the crystal 31. It is preferable to select the parameters for controlling the ATR shutter and its characteristics in such a way that the open state of the shutter 30 is 10-15 times longer than the full passage of the resonator, and the time the opening of the shutter 30 was twice the duration of the generation pulse. In this particular case of execution, the duration of the open state of the ATR shutter was set to 30 t> 6 ⁇ s, and the opening duration C> 2 ⁇ s.
  • FIG. Figure 4 shows the characteristic shape of the ATR gate transmission curve and the temporal shape of the laser pulse.
  • a polarization isolation based on the Fresnel rhombus 24 and the polarizer 25 is installed between the active element 27 and the end of the optical delay fiber.
  • the polarization isolation is used to suppress generation that can occur in the cavity formed between the end of the nonlinear crystal 31 and the end of the optical delay fiber 21, preventing the formation of coupled resonators. Pulses of short duration 10-100 ns, in the case of generation in such a resonator, modulate the time profile of the intensity of the microsecond pulse, which as a result can lead to the destruction of the optical elements of the resonator.
  • the maximum laser pulse energy at its output was 186 mJ in the example under consideration, and the pulse width at half maximum was 0.92 ⁇ s.
  • the optimum temperature in thermostat 4 with a KTP 27 crystal for the realization of phase-matching uncritical in the angles was set to 54, O 0 C ⁇ 0, GC. With a crystal length of 24 mm the fraction of energy of the radiation converted to the second harmonic was 57 mJ ( ⁇ 31%).
  • the input system of two lenses 32 and 34 is intended to input radiation of two wavelengths into a fiber instrument (fiber catheter) 37 connected to the first emitter.
  • Part of the radiation by the plate 33 is allocated to control the output pulse energy to a group of components, where 34 and 36 are energy meters based on photodiodes, and 35 - a dichroic mirror.
  • Lenses 32 (with a focal length of 114 mm) and 34 (with a focal length of 18.4 mm) are optimized to minimize spherical and chromatic aberrations for two wavelengths: 1.0796 ⁇ m and 0.5398 ⁇ m.
  • the image of the laser beam spot in the plane of the output mirror of the resonator, at the end of the KTP 31 crystal, is built in the plane of the input end of the fiber tool 37, with a reduction coefficient of about 6.7.
  • the diameter of the laser spot at the input end of the fiber tool is 240 ⁇ m with a diameter of the quartz fiber core of 300 ⁇ m.
  • the efficiency of introducing radiation into the fiber is 91% for radiation with a wavelength of 1.0896 ⁇ m and 85% with a wavelength of 0.5396 ⁇ m. Further, as shown in Fig.
  • the second emitter (scalpel coagulator), designed for dissection and coagulation of tissues, includes a resonator based on an active element made of an Nd: YAG 42 crystal, ⁇ 6, ZxlOO mm in size.
  • a flat mirror 44 with a transmittance of radiation of ⁇ 50% serves as the output mirror of the resonator.
  • the flat mirror 43 is used as a swivel to reduce dimensions.
  • An enlightened plane-parallel plate 45 serves to divert part of the radiation to the energy meter 46, for monitoring output energy of a radiation pulse.
  • a two-component lens 47 serves to introduce radiation into a fiber catheter 48 connected to a second emitter.
  • Installation can be applied as follows.
  • the laser unit is switched to an operating mode in which only the first laser emitter (lithotripter) is involved.
  • a fiber catheter 37 is inserted into the working channel of a surgical endoscopic instrument (eg, ureteroscope).
  • a surgical endoscopic instrument eg, ureteroscope.
  • the contact effect of laser radiation on the stone surface is carried out.
  • the maximum output energy of the laser pulse at the distal end of fiber 37 of the first emitter with a quartz core diameter of 300 ⁇ m was 165 mJ, of which 49 mJ is the radiation energy in the pulse at a second harmonic wavelength.
  • the duration of the output pulse in this case is 0.92 ⁇ s.
  • an operating mode is established in which only the second emitter (scalpel-coagulator) is involved.
  • the radiation is delivered to the exposure zone by a fiber catheter 48, both during endoscopic interventions and during open operations.
  • the tissue is dissected due to photothermal exposure, with partial vaporization and coagulation of the tissue along the dissection zone.
  • the device according to the invention can be successfully used in surgical urology, in particular, in the treatment of benign prostatic hyperplasia (BPH) and in lithotripsy in the treatment of urolithiasis (ICD).
  • BPH benign prostatic hyperplasia
  • ICD urolithiasis

Abstract

The invention relates to medicine and can be used for urologic surgery and lithotripsy. The inventive laser device comprises at least one laser emitter used for lithotripsy of gallstones and a second laser emitter used for dissecting and coagulating tissues. The first laser emitter is embodied in such a way that it makes it possible to convert light into a second harmonic light, the pulse time of which ranges from 0.5 to 5.0 mks, and comprises a laser resonator which is based on a Nd:YAlO3 crystal, wherein a q-modulation is performed by means of a gate with a frustrated internal reflectance and a fibre-optic delay line, and an extracavity transducer which is used for converting light into a second harmonic light and is based on a non-linear crystall having a conversion efficiency equal to or greater than 25%. The second laser emitter makes it possible to operate in a pulse-periodical mode with a maximum mean output power up to 100W and comprises a laser resonator based on a Nd:YAG crystal.

Description

ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА Область техники LASER INSTALLATION
Изобретение относится к медицинской технике.The invention relates to medical equipment.
Уровень техникиState of the art
Известные в настоящее время лазерные хирургические методы лечения урологических заболеваний можно условно разделить на две группы вмешательств. Первая группа связана с проведением воздействия на мягкие ткани организма с целью их рассечения, вапоризации или коагуляции. В качестве примеров заболеваний, при которых успешно и широко используются такие лазерные методы воздействия, можно назвать: доброкачественную гиперплазию предстательной железы (ДГПЖ), стриктуры уретры, опухоли мочевого пузыря и др. Вторая группа вмешательств, связана с необходимостью разрушения твердых конкрементов при МКБ. Одной из главных причин, ограничивающих распространение лазерных методов лечения в урологии, является сложность в эксплуатации и высокая стоимость предлагаемых хирургических лазеров. Известные лазерные установки эффективны при применении в определенном диапазоне задач - в частности, либо для рассечения, вапоризации и коагуляции тканей при лечении таких заболеваний, как ДГПЖ, либо для дробления твердых конкрементов при МКБ, - а приобретение клиниками по отдельной установке для каждой из областей применения экономичеси не обосновано.Currently known laser surgical methods for treating urological diseases can be divided into two groups of interventions. The first group is associated with the impact on the soft tissues of the body with the aim of dissection, vaporization or coagulation. Examples of diseases in which such laser methods of exposure have been successfully and widely used include: benign prostatic hyperplasia (BPH), urethral stricture, bladder tumors, etc. The second group of interventions is associated with the need to destroy solid stones in the presence of ICD. One of the main reasons limiting the spread of laser treatment methods in urology is the difficulty in operation and the high cost of the proposed surgical lasers. Known laser installations are effective when applied in a certain range of tasks - in particular, either for dissection, vaporization and coagulation of tissues in the treatment of diseases such as BPH, or for crushing hard calculi in the ICD - and the acquisition by clinics of a separate installation for each application economically unreasonable.
В частности, в патенте US 5,593,404 (Соstеllо еt аl), описано устройство на основе Nd: YAG лазера, с длиной волны излучения 1,064 мкм, работающего в непрерывном режиме генерации, с выходной мощностью излучения в диапазоне от 40 Вт до 90 Вт. Устройство используется при лечении стриктур уретры, опухолей мочевого пузыря, проведения интерстициальной коагуляции, лечении остроконечных кондилом. Недостатком устройства является то, что эффективность его использования в урологии ограничивается процедурами, допускающими глубокое, до нескольких миллиметров, проникновение излучения в биологические ткани.In particular, US Pat. No. 5,593,404 (Castello et al) describes a device based on an Nd: YAG laser, with a radiation wavelength of 1.064 μm, operating in a continuous generation mode, with an output radiation power in the range from 40 W to 90 W. The device is used when treatment of urethral strictures, bladder tumors, interstitial coagulation, treatment of genital warts. The disadvantage of this device is that the effectiveness of its use in urology is limited to procedures that allow deep, up to several millimeters, penetration of radiation into biological tissues.
Известно также устройство US 6,986,764 (Dаvепроrt еt аl) на основе Nd:YAG лазера, работающего в квазинепрерывном режиме генерации, с генерацией второй гармоники излучении, с мощностью излучения до 80 Вт. Излучение 0,532 мкм имеет больший коэффициент эффективного поглощения тканью предстательной железы, чем излучение 1,064 мкм, поглощение его водой незначительно (μa=4,34xl0~4 см"1 - см. R. M. Роре апd E. S. Frу, "Аbsоrрtiоп sресtшm (380-700nm) оf рurе wаtеr. II. Iпtеgrаtiпg саvitу теаsurетепts" Арр. Орt, 36, 8710-8723, 1997). В результате воздействия большая, чем при воздействии излучения 1,064 мкм, доля ткани подвергается абляции, а глубина остаточной коагулированной ткани не превышает 1-2 мм. Недостатком устройства является то, что при данных параметрах излучения и механизме взаимодействия с тканью применение ограничено только областью задач, связанной с проведением абляции ткани. В урологии устройство используется при лечении ДГПЖ.A device US 6,986,764 (Dvaprot et al) is also known based on an Nd: YAG laser operating in a quasi-continuous mode of generation, with the generation of second harmonic radiation, with a radiation power of up to 80 watts. Radiation of 0.532 μm has a greater coefficient of effective absorption by the prostate tissue than radiation of 1.064 μm, its absorption by water is insignificant (μ a = 4.34xl0 ~ 4 cm "1 - see RM Rohr apd ES Frу," Absorptioprescent (380-700nm) of Ruré Water II. Iptegrátipg Cavitu Teasurepet (Arr. Ort, 36, 8710-8723, 1997). As a result of exposure, the proportion of tissue is greater than when exposed to 1.064 μm radiation, and the depth of the residual coagulated tissue does not exceed 1-2 mm. The disadvantage of this device is that for given radiation parameters and the mechanism of interaction with TC Anyu application is limited only to the area of tasks associated with tissue ablation.In urology, the device is used in the treatment of BPH.
Распространены также устройства на основе импульсных Ho:YAG лазеров, с длиной волны излучения 2,1 мкм, работающие в режиме свободной генерации с выходной мощностью излучения до 80 Вт. Имея высокий коэффициент поглощения (μa=26,93 см"1 - см. G. M. HaIe апd M. R. Quеrrу, "Орtiсаl сопstапts оf wаtеr iп thе 200пm tо 200 μт wаvеlепgth rеgiоп," Арр. Орt., 12, 555-563, 1973), излучение Но: YAG лазера хорошо поглощается водой содержащейся в тканях. Благодаря малой глубине проникновения излучения и независимости поглощения от вида ткани, контактное рассечение, вапоризация и абляция тканей с помощью Ho:YAG лазеров являются эффективными процедурами при лечении ряда заболеваний. Сильное поглощение излучения веществом камня и водой, присутствующей в них, позволяет использовать такие лазеры также и при фрагментации камней при МКБ. Однако необходимость использования высоких энергий импульса до 2,5 Дж при длительностях импульса до нескольких сот микросекунд и термический механизм разрушения камней создают высокий риск повреждения окружающих камень тканей, вследствие чего область применения таких устройств следует признать ограниченной. Для использования в литотрипсии более предпочтительны лазерные установки, в которых реализован не термический, а акустический механизм разрушения камней. При длительностях лазерного импульса от одной до нескольких микросекунд разрушение камней происходит за счет генерации ударных волн, распространяющихся в веществе камня после схлопывания кавитационного пузыря на поверхности камня (К.Riпk, G.Dеlасrеtаz, R.Р.Slаthе. "Frаgmепtаtiоп рrосеss оf сurrепt lаsеr lithоtriрtоrs" Lаsеrs iп Surgеrу апd Меdiсiпе, , v. 16, п. 2, рр. 134-146, 1995).Devices based on pulsed Ho: YAG lasers, with a radiation wavelength of 2.1 μm, operating in the free-running mode with an output radiation power of up to 80 W are also common. Having a high absorption coefficient (μ a = 26.93 cm "1 - see GM HaIe apt MR Quérou," Ortisl sopstapts of water and 200tm to 200 μt, it is possible, "Arr. Ort. 12, 555-563, 1973 ), Ho: YAG laser radiation is well absorbed by the water contained in the tissues.Thanks to the small depth of radiation penetration and the independence of absorption from the type of tissue, contact dissection, vaporization and ablation of tissues using Ho: YAG lasers are effective procedures in the treatment of a number of diseases. The strong absorption of radiation by the substance of the stone and the water present in them allows the use of such lasers also in the fragmentation of stones in the ICD. However, the need to use high pulse energies of up to 2.5 J for pulse durations of up to several hundred microseconds and the thermal mechanism of stone destruction create a high risk of damage to the tissues surrounding the stone, and therefore the scope of such devices should be recognized as limited. For use in lithotripsy, laser installations are more preferable, in which the acoustic mechanism of stone destruction is realized, not thermal, but. When the laser pulse durations are from one to several microseconds, the destruction of stones occurs due to the generation of shock waves propagating in the stone material after the cavitation bubble collapses on the surface of the stone (K. Ripk, G. Delacretaz, R. P. Slaté. lithotritors "Lasers and Surgery app Medical, v. 16, p. 2, pp. 134-146, 1995).
Одними из первых устройств для лазерной литотрипсии были установки на базе лазеров на красителях с ламповой накачкой. Они имели оптимальную длительность импульса излучения в диапазоне 1-3 мкс, длину волны излучения 0,504 мкм, с локальным минимумом поглощения оксигемоглобином. Недостатком таких лазеров является то, что фрагментации поддаются не все типы камней, а эксплуатация таких лазеров в клинике имеет высокую стоимость (М.А. Imаmоglu, H. Ваkirtаs, О. Yigitbаsi, Н.Еrsоу, N. Sеrtзеlik "Usе оf рulsеd dуе-lаsеr lithоtriрsу iп thе trеаtmепt оf urеtеrаl stопеs апd its rеsults" Urоlоgiа v. 67, N° 1, 2000). Использование в качестве активной среды токсичных красителей создает дополнительные трудности из-за необходимости периодической смены контейнера с красителем. Разработаны более дешевые, твердотельные лазеры на основе разных активных сред, генерирующие импульсы с микросекундной длительностью. Известен, в частности, лазер на кристалле александрита US 5496306 (Епgеlhаrdt R. еt аl, опубл. 24.11.1992), у которого длина волны излучения может лежать в диапазоне 0,7-1,0 мкм и попадает в область минимального поглощения окружающей тканью. Вторая гармоника излучения служит для инициации лазерной искры на поверхности камня. Длительность импульса 1,1 мкс реализуется в устройстве с помощью быстрой обратной связи, управляющей пропусканием затвора на основе ячейки Поккельса. Недостатком устройства является пичковая структура временного профиля импульса, с модуляцией интенсивности излучения до 50%, что ведет к повреждению волоконного инструмента при доставке излучения к камню. Кроме того, в процессе дробления происходит разрушение дистального торца волокна, находящегося в контакте с тканью, вызванное неоднородностями временного профиля импульса излучения.One of the first devices for laser lithotripsy were lamp-based dye laser-based installations. They had an optimal radiation pulse duration in the range of 1-3 μs, a radiation wavelength of 0.504 μm, with a local minimum absorption of oxyhemoglobin. The disadvantage of such lasers is that not all types of stones can be fragmented, and the operation of such lasers in the clinic is expensive (M.A. Imagoglu, H. Bakirtas, O. Yigitbasi, N. Erso, N. Sertzelik "Us оf pulsed dуе -laser lithospheres ip tеrеtmеpt оf urеtеrаl stopеs apd its results "Urologia v. 67, N ° 1, 2000). The use of toxic dyes as an active medium creates additional difficulties due to the need for periodic replacement of the container with the dye. Cheaper, solid-state lasers based on different active media that generate pulses with a microsecond duration have been developed. Known, in particular, is a alexandrite crystal laser US 5496306 (Ephelhardt R. et al, publ. 24.11.1992), in which the radiation wavelength can lie in the range of 0.7-1.0 μm and falls into the region of minimal absorption by the surrounding tissue . The second harmonic of radiation serves to initiate a laser spark on the surface of the stone. The pulse duration of 1.1 μs is implemented in the device using fast feedback, which controls the transmission of the gate based on the Pockels cell. The disadvantage of this device is the spike structure of the temporal profile of the pulse, with a modulation of the radiation intensity of up to 50%, which leads to damage to the fiber tool when the radiation is delivered to the stone. In addition, in the process of crushing, the distal end of the fiber in contact with the tissue is destroyed due to inhomogeneities in the temporal profile of the radiation pulse.
Известен лазер на кристалле Nd: YAG (RU 93003708, Дьяконов Г.И. и др., опубл. 20.05.1995), использующий аналогичный способ удлинения длительности генерации импульса излучения и преобразование во вторую гармонику. В качестве затвора для управления скоростью вывода излучения из резонатора используется затвор с нарушенным полным внутренним отражением (затвор НПВО), синхронизованный с блоком питания лампы накачки. Поскольку кинетика развития процессов накачки в кристалле Nd:YAG примерно в 30 раз быстрее кинетики развития процессов в кристалле александрита, то управление резонатором с кристаллом Nd: YAG становится еще более трудной задачей. Недостатком устройства является сложная схема управления, невысокая надежность при эксплуатации.A known Nd: YAG crystal laser (RU 93003708, GI Dyakonov et al., Publ. 05/20/1995), using a similar method to extend the duration of the radiation pulse generation and conversion to the second harmonic. As a shutter to control the rate of radiation output from the resonator, a shutter with impaired total internal reflection (ATR shutter), synchronized with the pump lamp power supply, is used. Since the kinetics of the development of pump processes in an Nd: YAG crystal is approximately 30 times faster than the kinetics of the development of processes in an alexandrite crystal, controlling a resonator with an Nd: YAG crystal becomes even more difficult. The disadvantage of this device is the complex control circuit, low reliability during operation.
Известен также лазер на основе кристалла рубина (RU 95105018, Беренберг В.А. и др., опубл. 10.06.1997). Длина волны излучения - 0,65 мкм такого лазера - безопасна для окружающей ткани, микросекундная длительность импульса реализуется увеличением длины резонатора за счет организации многопроходной схемы между системой зеркал. Недостатком устройства является сложность конструкции, необходимость проведения тщательной настройки и сложность эксплуатации.A laser based on a ruby crystal is also known (RU 95105018, Berenberg V.A. et al., Published on 06/10/1997). The radiation wavelength - 0.65 μm of such a laser - is safe for the surrounding tissue, the microsecond pulse duration is realized by increasing the cavity length due to organization of a multi-pass circuit between the mirror system. The disadvantage of this device is the complexity of the design, the need for careful tuning and the complexity of operation.
Известен лазер на основе кристалла Nd: YAG с микросекундной длительностью импульса и преобразованием излучения во вторую гармонику (см. US 5963575, Мullеr G. еt аl., опубл. 05.10.1999). Длительность импульса генерации достигается, как и в рубиновом лазере, изменением длины резонатора за счет внесения в него оптической задержки. В качестве задержки использована волоконная оптическая задержка. Впервые волоконная оптическая задержка в качестве элемента резонатора для изменения временных характеристик излучения лазера была использована Диановым Е.М и др. (см. Е.М. Дианов, CK. Исаев, Л.С. Корниенко, Н.В. Кравцов, В. В Фирсов. "Лазер со световодным резонатором", "Квантовая электроника", 3, NaI 1, стр. 2503-2505, 1976, Е.М. Дианов, CK. Исаев, Л.С. Корниенко, Н.В. Кравцов, В.В. Фирсов. "Комбинационный лазер со световодным резонатором", "Квантовая электроника", 5, JN≥б, стр. 1305-1309, 1978, S.К. Isаеv, L.S. Коrпiепkо, N.V. Кrаvtsоv, N.М. Nаumkiп, В.G. Skuibiп, V. V. Firsоv YU. P Yаtsепkо. "Моdе sеlf-lосkiпg iп sоlid-stаtе lаsеrs with lопg rеsопаtоrs". J. Орt. Sос. Am., v. 68, No. 11, рр. 1621-1622, 1978), а дальнейшие исследования выполнены в работах А.М. Забелин, CK. Исаев, Л.С. Корниенко. "Селекция мод и перестройка частоты в лазере со световодным резонатором", "Квантовая электроника", 8, Na 12, стр. 2695-2697, 1981, Маsаtаkа Nаkаzаwа, Маsаmitsu Тоkudа, Nаоуа Uсhidа. "Lаsiпg сhаrасtеristiсs оf а Nd3+: YAG lаsеr with а lопg орtiсаl-fibеr rеsопаtоr". J. Орt. Sос. Am., v. 73, JV°6б, рр. 838-842, 1983, Е.М. Дианов, А.М. Забелин, CK. Исаев, Л.С. Корниенко. "Кольцевой гранатовый лазер со световодным резонатором", "Квантовая электроника", 11, Ns8, стр. 1509-1510, 1984, а также Е.М. Дианов, CK. Исаев, Л.С. Корниенко, В.В. Фирсов, Ю.П. Яценко. "Синхронизация компонент ВРМБ в лазере со световодным резонатором", "Квантовая электроника", 16, NaI, стр. 5-6, 1989. В известном лазере энергия в импульсе равна 120 мДж, в соотношении 20 мДж на длине волны излучения 0,532 мкм и 100 мДж на длине волны - 1,064 мкм. Модуляция добротности осуществляется с помощью пассивного затвора, а преобразование во вторую гармонику осуществляется внутрирезонаторно нелинейным кристаллом KTP. Недостатком устройства является то, что разрушаются при воздействии не все типы камней, и эффективность разрушения камней смешанного состава из оксалата кальция моногидрата и дигидрата составляет 53,4%, струвитов - 68,1%, фосфатов кальция - 58,% (см. S. Lаhmе, E. Еiрреr, А. Stепzl. "Еffесt оf lаsеr lithоtriрsу bу mеапs оf frеquепсу dоublеd duаl-рulsе Nd: YAG lаsеr (FREDDY) - An iп vitrо studу with паturаl uriпаrу саlсuli". Еurореап Urоlоgу Suррlеmепts, v.З, N°3, рр. 189-190, 2004). Основной причиной этого является невысокая энергия, как импульса генерации, так и преобразованной во вторую гармонику части излучения. Использование пассивного затвора, при накачке активного элемента до уровня выше порогового, инициирует образование пичковой структуры на временном профиле импульса генерации. Модуляция интенсивности, обусловленная такой структурой, при увеличении энергии импульса ведет к риску повреждения как оптических элементов резонатора, так и волоконного инструмента для доставки излучения к камню.A known laser based on an Nd: YAG crystal with a microsecond pulse duration and conversion of radiation to the second harmonic (see US 5963575, Muller G. et al., Publ. 05.10.1999). The duration of the lasing pulse is achieved, as in a ruby laser, by changing the length of the resonator by introducing an optical delay into it. A fiber optic delay was used as a delay. For the first time, fiber optical delay as a resonator element for changing the temporal characteristics of laser radiation was used by E. M. Dianov et al. (See E. M. Dianov, C.K. Isaev, L.S. Kornienko, N.V. Kravtsov, V. In Firsov. "Laser with a fiber-optic resonator", "Quantum Electronics", 3, NaI 1, pp. 2503-2505, 1976, EM Dianov, CK. Isaev, LS Kornienko, NV Kravtsov, VV Firsov. “Raman laser with a fiber-optic resonator”, “Quantum Electronics”, 5, JN≥b, pp. 1305-1309, 1978, S.K. Isaev, LS Corporation, NV Kravtsov, N. M. Naumki , V. G. Skuibip, VV Firóv YU. P Yatsepko. "Mode self-loskiпg ip solid-st ate lasers with lopg receptors ". J. Ort. Soc. Am., v. 68, No. 11, pp. 1621-1622, 1978), and further studies were performed in the works of A.M. Zabelin, CK. Isaev, L.S. Kornienko. "Mode selection and frequency tuning in a laser with a fiber-optic resonator", "Quantum Electronics", 8, Na 12, pp. 2695-2697, 1981, Masataka Nakaza, Masamitsu Tokuda, Naoua Ushida. "Lasipg shasteristics оf а Nd 3+ : YAG laser with а lopg ortisal-fiber resopator." J. Ort. Soc. Am., V. 73, JV ° 6b, pp. 838-842, 1983, E.M. Dianov, A.M. Zabelin, CK. Isaev, L.S. Kornienko. "Ring garnet laser with a fiber-optic resonator", "Quantum Electronics", 11, Ns8, pp. 1509-1510, 1984, as well as E.M. Dianov, CK. Isaev, L.S. Kornienko, V.V. Firsov, Yu.P. Yatsenko. "Synchronization of SBS components in a laser with a fiber-optic resonator", "Quantum Electronics", 16, NaI, p. 5-6, 1989. In the known laser, the energy per pulse is 120 mJ, in a ratio of 20 mJ at a radiation wavelength of 0.532 μm and 100 mJ at a wavelength of 1.064 μm. Q-switching is performed using a passive gate, and conversion to the second harmonic is performed by an intracavity nonlinear KTP crystal. The disadvantage of this device is that not all types of stones are destroyed by exposure, and the destruction efficiency of stones of mixed composition from calcium oxalate monohydrate and dihydrate is 53.4%, struvite - 68.1%, calcium phosphate - 58% (see S. Lahme, E. Еirrer, A. Stepzl. "Effоt оf lаsеrе lithоtriрсу бе меапс оf frеrekseps doubled du-pulsе Nd: YAG lаsеr (FREDDY) - An іp vitrо studuсеuрелерелерелерелерелерелеререлерелерелерелерелелерелелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелерелеререлелеререлер ° 3, pp. 189-190, 2004). The main reason for this is the low energy of both the generation pulse and the part of the radiation converted to the second harmonic. The use of a passive shutter, when pumping the active element to a level above the threshold, initiates the formation of a spike structure on the temporal profile of the generation pulse. The intensity modulation due to this structure, with increasing pulse energy, leads to the risk of damage to both the optical elements of the resonator and the fiber tool for delivering radiation to the stone.
Недостатком, присущим всем рассмотренным устройствам, является то, что все они могут эффективно использоваться либо в оперативной урологии, либо в литотрипсии. Известно также устройство, объединяющее в одном корпусе два мощных лазера: Но: YAG до 80 Вт и Nd: YAG до 100 Вт. ("VеrsаРulsе РоwеrSuitе - Duаl Wаvеlепgth Lаsеr" сайт предприятия производителя Lumепis Ltd. http://www.шmenis.com). В известном устройстве излучение с длиной волны 2Д мкм обеспечивает возможность использования его как при фрагментации камней, так и при контактном рассечении ткани, а излучение 1,064 мкм - возможность использования для глубокой коагуляции тканей. Создание Ho:YAG лазеров такой мощности, требует объединения двух и более резонаторов работающих при малых частотах, для получения высокой средней мощности излучения и решения проблем с охлаждением и тепловыми эффектами в активных элементах Недостатком устройства в первую очередь можно назвать высокую стоимость, и риск термического повреждения окружающих тканей при литотрипсии.The disadvantage inherent in all considered devices is that they can all be effectively used either in operative urology or in lithotripsy. A device is also known that combines two powerful lasers in one casing: But: YAG up to 80 W and Nd: YAG up to 100 W. ("VеrsаRulsе РоwеrSuitе - Duаl Wаvelepgth Laser" is the site of the enterprise of the manufacturer Lumepis Ltd. http: //www.шmenis.com). In the known device, radiation with a wavelength of 2D microns makes it possible to use it both for fragmentation of stones and for contact dissection of tissue, and radiation of 1.064 microns makes it possible to use for deep coagulation of tissues. Creating Ho: YAG lasers of such power requires the combination of two or more resonators operating at low frequencies in order to obtain a high average radiation power and solve problems with cooling and thermal effects in active elements The disadvantage of the device is, first of all, the high cost and the risk of thermal damage to surrounding tissues during lithotripsy.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Основной задачей настоящего изобретения явилось создание устройства для воздействия на твердые конкременты при литотрипсии и мягкие ткани в оперативной урологии, которое было бы лишено большинства недостатков отмеченных выше установок - как многофункциональных, так и предназначенных для решения какой-либо одной из указанных задач.The main objective of the present invention was to provide a device for affecting solid calculi during lithotripsy and soft tissues in operative urology, which would be free from most of the drawbacks of the above installations, both multifunctional and designed to solve any one of these problems.
Указанная задача решена тем, что в лазерной установке, содержащей, по меньшей мере, первый лазерный излучатель (литотриптор), предназначенный для дробления камней и второй лазерный излучатель (скальпель-коагулятор), предназначенный для рассечения и коагуляции тканей, электрически соединенные с единым блоком питания ламп накачки излучателей и с единой системой охлаждения, а также контроллер с возможностью управления указанными блоком питания и системой охлаждения, согласно изобретению, первый лазерный излучатель выполнен с возможностью преобразования излучения во вторую гармонику и с возможностью генерации излучения со значением длительности импульса, лежащим в диапазоне 0,5÷5,0 мкс, и включает в себя лазерный резонатор на основе кристалла Nd:YAЮ3 с модуляцией добротности затвором с нарушенным полным внутренним отражением и оптической волоконной линией задержки, а также внерезонаторный преобразователь излучения во вторую гармонику излучения на нелинейном кристалле с эффективностью преобразования не менее 25%, а второй лазерный излучатель выполнен с возможностью работы в импульсно-периодическом режиме с максимальной средней выходной мощностью до 100 Вт, и включает в себя лазерный резонатор на основе кристалла Nd: YAG.This problem is solved in that in a laser installation containing at least a first laser emitter (lithotripter), designed for crushing stones and a second laser emitter (scalpel-coagulator), designed for dissection and coagulation of tissues, electrically connected to a single power supply lamps of pumping emitters and with a single cooling system, as well as a controller with the ability to control the specified power supply and cooling system, according to the invention, the first laser emitter is configured to converting the radiation into the second harmonic and capable of generating radiation with a pulse duration value lying in the range 0.5 ÷ 5.0 ms, and includes laser cavity-based crystal Nd: YAYU 3 Q-switched gate with frustrated total internal reflection, and optical fiber delay line, as well as a non-resonant converter of radiation into the second harmonic of radiation on a nonlinear crystal with a conversion efficiency of at least 25%, and the second laser emitter is made with the ability to work in a pulse-periodic mode with a maximum average output power of up to 100 W, and includes a laser resonator based on an Nd: YAG crystal.
В предпочтительном случае, в лазерном резонаторе первого излучателя преобразователь излучения во вторую гармонику оснащен системой термостабилизации, включающей в себя соединенный с контроллером термостат с установленным в нем нелинейным кристаллом.In the preferred case, in the laser cavity of the first emitter, the radiation to second harmonic converter is equipped with a thermal stabilization system, which includes a thermostat connected to the controller with a non-linear crystal installed in it.
Предпочтительно, в лазерном резонаторе первого излучателя преобразователь излучения во вторую гармонику выполнен с возможностью реализации 90°-oгo некритичного по углу синхронизма с фокусированием излучения в указанный нелинейный кристалл.Preferably, in the laser resonator of the first emitter, the radiation to second harmonic converter is capable of realizing a 90 ° angle-critical phase angle synchronism with focusing of the radiation into said non-linear crystal.
В частном случае в преобразователе излучения во вторую гармонику в качестве нелинейного кристалла может быть использован кристаллIn a particular case, a crystal can be used as a nonlinear crystal in the radiation converter into the second harmonic
KTiOPO4. При этом в качестве выходного зеркала в лазерном резонаторе первого излучателя предпочтительно использовать полированный торец нелинейного кристалла KTiOPO4.KTiOPO 4 . Moreover, as the output mirror in the laser resonator of the first emitter, it is preferable to use the polished end face of the non-linear KTiOPO 4 crystal.
В лазерном резонаторе первого излучателя предпочтительно обеспечить активную модуляцию добротности, при которой длительность открывания затвора имеет значение более 2 мкс, а длительность открытого состояния - более 6 мкс.In the laser resonator of the first emitter, it is preferable to provide active Q-switching, in which the duration of the opening of the shutter is more than 2 μs and the duration of the open state is more than 6 μs.
Предпочтительно, в лазерном резонаторе первого излучателя волоконная задержка установлена таким образом, что один из торцов волоконной задержки находится на расстоянии порядка диаметра кварцевой жилы волокна от отражающей поверхности сферического зеркала резонатора, а второй торец согласован по выходной апертуре с апертурой активного элемента резонатора.Preferably, in the laser resonator of the first emitter, the fiber delay is set so that one of the ends of the fiber delay is located on the order of the diameter of the quartz fiber core from the reflective surface of the spherical mirror of the resonator, and the second end is aligned with the aperture of the active element of the resonator in the output aperture.
Также предпочтительно, чтобы в лазерном резонаторе первого излучателя между активным элементом и волоконной задержкой была установлена поляризационная развязка на основе ромба Френеля и поляризатора.It is also preferred that in the laser cavity of the first emitter between the active element and the fiber delay A polarization isolation based on a Fresnel rhombus and a polarizer is installed.
Предпочтительно, лазерная установка может быть выполнена с возможностью подключения эндовидеокамеры и дополнительно содержать блок обработки видеосигнала с эндовидеокамеры.Preferably, the laser installation can be configured to connect an end-video camera and further comprise a video signal processing unit from the end-video camera.
Кроме того, предпочтительно, лазерная установка может быть выполнена с возможностью демонстрации хода хирургического вмешательства в режиме реального времени на экране сенсорного монитора, соединенного с блоком обработки видеосигнала, с одновременной записью видеоинформации на внешний мобильный носитель данных.In addition, preferably, the laser installation can be configured to demonstrate the course of surgical intervention in real time on the screen of a touch monitor connected to the video processing unit, while simultaneously recording video information on an external mobile storage medium.
Использование в настоящем изобретении неодим содержащих активных лазерных сред - Nd:YAЮз для литотриптора и Nd:YAG для скальпеля — коагулятора позволяет применить универсальный источник питания ламп накачки, единую систему управления и контроля, и единую систему охлаждения, а также снизить как стоимость установки, так и ее габариты и вес. Указанная длительность импульса излучения, генерируемого в первом излучателе, является оптимальной с точки зрения надежности и эффективности установки - при длительностях импульса менее 0,5 мкс существенно возрастает риск повреждения волоконного катетера при доставке излучения к поверхности конкремента, а при длительностях более 5 мкс уменьшается эффективность энерговклада в генерацию ударной волны и, как следствие, снижается эффективность фрагментации конкрементов. Возможности двух лазеров разного типа, объединенных в комплекс, обеспечивают решение проблем во всем диапазоне задач, связанных как с рассечением и коагуляцией тканей, так и с удалением твердых конкрементов при лечении мочекаменной болезни. Указанная компоновка обеспечивает преимущество многофункциональности использования установки, что достигается возможностью сочетания различных режимов работы и параметров выходного излучения, составляющих её лазеров: скальпеля-коагулятора и литотриптора.The use of neodymium-containing active laser media in the present invention, Nd: YAUs for lithotripter and Nd: YAG for a scalpel-coagulator, allows the use of a universal power source for pump lamps, a single control and monitoring system, and a single cooling system, as well as reducing the installation cost as well and its dimensions and weight. The indicated pulse duration of the radiation generated in the first emitter is optimal from the point of view of reliability and efficiency of the installation - with pulse durations less than 0.5 μs, the risk of damage to the fiber catheter significantly increases when the radiation is delivered to the surface of the calculus, and with durations of more than 5 μs, the energy input efficiency decreases in the generation of a shock wave and, as a result, the efficiency of calculus fragmentation decreases. The capabilities of two lasers of different types, combined into a complex, provide a solution to problems in the entire range of tasks related to both dissection and coagulation of tissues, and removal of solid calculi in the treatment of urolithiasis. The specified arrangement provides the advantage of multifunctionality of use installation, which is achieved by the possibility of combining various operating modes and parameters of the output radiation that make up its lasers: a scalpel-coagulator and lithotripter.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется далее более подробно на конкретном примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The invention is explained in more detail below on a specific example of its implementation with reference to the accompanying drawings, which depict:
- на фиг. 1 - блок-схема установки;- in FIG. 1 is a block diagram of an installation;
- на фиг. 2 - оптическая схема установки; - на фиг. 3 - схема узла сферического зеркала литотриптора;- in FIG. 2 - optical setup; - in FIG. 3 is a diagram of a node of a spherical mirror of a lithotripter;
- на фиг. 4 - временной профиль пропускания затвора НПВО и форма импульса генерации.- in FIG. 4 - temporal transmission profile of the gate ATR and the shape of the pulse generation.
Наилучший пример осуществления изобретенияBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Как показано на блок-схеме, на фиг. 1, установка по изобретению состоит из двух лазерных излучателей с активными элементами из кристаллов Nd:YAЮ3 1 и Nd:YAG 2. Накачка активных элементов 1 и 2 осуществляется блоком питания ламп накачки 5, управляемого контроллером 8. Модуляция добротности резонатора в первом излучателеAs shown in the block diagram of FIG. 1, the installation according to the invention consists of two laser emitters with active elements from crystals Nd: YAYU 3 1 and Nd: YAG 2. The active elements 1 and 2 are pumped by a pump lamp power supply unit 5, controlled by controller 8. Modulation of the quality factor of the resonator in the first emitter
(в литотрипторе) осуществляется модулятором 3 на основе затвора с нарушенным полным внутренним отражением (затвор НПВО), блок управления которого связан с контроллером 8. Внерезонаторное преобразование излучения литотриптора во вторую гармонику осуществляется нелинейным кристаллом, находящимся в термостате 4.(in the lithotripter) is carried out by a modulator 3 based on a gate with impaired total internal reflection (ATR shutter), the control unit of which is connected to controller 8. The non-resonant conversion of the lithotripter radiation to the second harmonic is carried out by a nonlinear crystal located in thermostat 4.
Система охлаждения 6 с воздушно-водяным теплообменником замкнутого цикла осуществляет охлаждение активных элементов 1 и 2 и ламп накачки.The cooling system 6 with an air-water closed-circuit heat exchanger cools the active elements 1 and 2 and the pump lamps.
Измерение и контроль выходных параметров излучения производится с помощью группы компонентов 11, на основе фотодиодов. Присутствующий в показанном на фиг.l примере сенсорный монитор 9 служит как в качестве контрольной панели для управления пользователем работой установки, так и в качестве видеомонитора для отображения сигнала эндовидеокамеры, обработка которого осуществляется блоком обработки 10. Блок обработки видеосигнала 10 может служить не только для отображения хода вмешательства в реальном времени на экране монитора 9, но и может производить запись видеосигнала на внешний мобильный носитель данных (например, на портативный жесткий диск, подключаемый с использованием USВ-интерфейса), для архивирования или последующего анализа. В рассмотренном ранее аналоге (лазерном литотрипторе, USMeasurement and control of the output parameters of the radiation is carried out using a group of components 11, based on photodiodes. Present in the example shown in FIG. 1, the touch monitor 9 serves as a control panel for controlling the installation operation by the user, and as a video monitor for displaying the end-video camera signal, the processing of which is carried out by the processing unit 10. The video processing unit 10 can serve not only to display the progress of the intervention in real time on the monitor screen 9, but can also record video signal to an external mobile storage medium (for example, to a portable hard disk that is connected using the USB interface) for archiving or subsequent analysis. In the previously considered analogue (laser lithotripter, US
5963575, Мullеr G. еt аl.) модуляция добротности резонатора осуществляется с помощью пассивного затвора, что ведет к образованию пичковой временной структуры импульса генерации. Увеличение энергии импульса генерации в таких условиях ведет к увеличению модуляции интенсивности временного профиля импульса и риску повреждения оптических элементов резонатора и волоконного инструмента. С другой стороны невысокая плотность интенсивности излучения в нелинейном кристалле KTP, обусловленная размером пучка и длительностью импульса 1 мкс, при внутрирезонаторном преобразовании излучения во вторую гармонику дает невысокую эффективность преобразования. Ограничение общей выходной энергии импульса и невысокая эффективность преобразования дают на выходе излучателя общую энергию импульса равную 120 мДж, а долю преобразованного излучения - 20 мДж.5963575, Muller G. et al.) The resonator Q-factor is modulated using a passive shutter, which leads to the formation of a spike temporal structure of the generation pulse. An increase in the energy of the generation pulse under such conditions leads to an increase in the modulation of the intensity of the temporal profile of the pulse and the risk of damage to the optical elements of the resonator and the fiber tool. On the other hand, the low density of radiation intensity in a nonlinear KTP crystal, due to the beam size and a pulse duration of 1 μs, with intracavity conversion of radiation to the second harmonic gives a low conversion efficiency. The limitation of the total output pulse energy and the low conversion efficiency give a total pulse energy of 120 mJ at the output of the emitter, and a fraction of converted radiation of 20 mJ.
В отличие от указанного аналога, в заявленном изобретении для увеличения выходной энергии импульса и увеличения эффективности преобразования, реализована схема лазерного резонатора, позволяющая получить одиночный импульс генерации, с гладким временным профилем излучения. В отличие от указанного аналога реализована активная модуляция добротности резонатора затвором НПВО. Для достижения эффективного преобразования частоты излучения с плотностью мощности <l,0 МВт/см2 требуется его фокусировка в нелинейный кристалл. При углах фокусировки излучения, равных нескольким градусам, необходима реализация некритичного по обоим углам синхронизма - 90° синхронизма. Некритичный по углам синхронизм в кристалле KTP (KTiOPO4) для излучения 1,0796 мкм имеет достаточную для фокусировки угловую ширину, при нагреве кристалла до температуры 54°C ширина углов синхронизма становится максимальной и равной 4 и 12 градусов для углов синхронизма φ и θ, соответственно. В отличие от аналога, осуществлено внерезонаторное преобразование излучения во вторую гармонику с некритичным по углу, 90°-ым синхронизмом с фокусировкой излучения в нелинейный кристалл KTP.In contrast to the specified analogue, in the claimed invention, in order to increase the output energy of the pulse and increase the conversion efficiency, a laser resonator circuit is implemented, which makes it possible to obtain a single generation pulse with a smooth temporal radiation profile. In contrast to the indicated analogue, active resonator Q-switching is implemented by the ATR shutter. To achieve efficient conversion of radiation frequency with power density <l, 0 MW / cm 2 requires focusing in a nonlinear crystal. With radiation focusing angles equal to several degrees, it is necessary to implement synchronism that is not critical in both angles — 90 ° synchronism. Angularly critical phase matching in a KTP crystal (KTiOPO 4 ) for 1.0796 μm radiation has an angular width sufficient for focusing, when the crystal is heated to a temperature of 54 ° C, the width of the phase matching angles becomes maximum and equal to 4 and 12 degrees for the phase matching angles φ and θ, respectively. In contrast to the analogue, non-resonant conversion of radiation to the second harmonic with an angle-critical, 90 ° synchronism with focusing of radiation into a nonlinear KTP crystal was carried out.
На фиг. 2 показана оптическая схема устройства. Лазерный резонатор первого излучателя (литотриптора) собран на базе активного элемента из кристалла NdrYАЮз 27. Изменение эффективной длины резонатора выполнено за счет установки волоконной оптической задержки 21. Согласование апертуры излучения на выходном торце волокна оптической задержки 21 с апертурой активного элемента 27 выполняется объективом 22, фокусное расстояние которого в описываемом конкретном случае выбиралось равным 18 мм. Возврат излучения, вышедшего из противоположного торца оптической задержки 21, осуществляется сферическим зеркалом 20. В описываемом предпочтительно случае осуществления изобретения, торец волокна (с диаметром кварцевой жилы d=300 мкм) предпочтительно расположен на малом расстоянии Δ от отражающей поверхности зеркала 20, равном диаметру кварцевой жилы волокна: d ~ Δ. Радиус R сферической поверхности зеркала 20 выбран таким, чтобы R»d, а выбор конкретного значения радиуса R, определяется конструкцией узла крепления зеркала. Как показано на фиг. 3, деталь 20.1 разъёма волокна, лежит на сферической поверхности зеркала и имеет диаметр D. Значения D и R определяют зазор Δ, между отражающей поверхностью зеркала 20 и торцом волокна. Размер отражающего покрытия на зеркале 20, должен быть меньше D, внутреннего диаметра детали 20.1, чтобы предотвратить загрязнение или повреждение при сборке узла. При значениях D=8,6±0,l мм и R=36 мм, зазор между торцом волокна и отражающей поверхностью волокна составляет Δ=257±7 мкм. Экспериментально определено, что при указанном значении Δ, волокне типа кварц/кварц, с диаметром жилы 300 мкм, длине волокна 70 м, и длине волны излучения 1,0796 мкм - числовая апертура излучения, выходящая из торца волокна в сторону активного элемента 27, по уровню 96% от полной энергии излучения равна NA=O, 16. Радиус изгиба волокна, свернутого в кольца, равен 150 мм. Если в фокальной плоскости объектива 22 установить диафрагму 23 диаметром, соответствующим такой же числовой апертуре NA=O, 16, она в свою очередь будет отсекать излучение с большими углами, распространяющееся в резонаторе в сторону оптической задержки. Узел сферического зеркала 20 может служить своеобразным селектором углов за счет увеличения потерь для излучения, имеющего большие значения числовой апертуры при возврате в оптическую задержку.In FIG. 2 shows an optical diagram of a device. The laser resonator of the first emitter (lithotripter) is assembled on the basis of an active element from an NdrYАУз 27 crystal. The effective length of the resonator is changed by setting the optical fiber delay 21. The radiation aperture at the output end of the optical delay fiber 21 is matched with the aperture of the active element 27 by the lens 22, focal whose distance in the described particular case was chosen equal to 18 mm. The radiation returning from the opposite end of the optical delay 21 is carried out by a spherical mirror 20. In the preferred embodiment of the invention, the fiber end (with a quartz core diameter d = 300 μm) is preferably located at a small distance Δ from the reflective surface of the mirror 20, equal to the diameter of the quartz strands of fiber: d ~ Δ. The radius R of the spherical surface of the mirror 20 is selected so that R »d, and the choice of a specific value of the radius R is determined by the design of the mirror mount. As shown in FIG. 3, part 20.1 of the fiber connector, lies on the spherical surface of the mirror and has a diameter D. The values of D and R define the gap Δ between the reflective surface of the mirror 20 and the fiber end. The size the reflective coating on the mirror 20 should be less than D, the inner diameter of the part 20.1, to prevent contamination or damage during assembly of the node. With values of D = 8.6 ± 0, l mm and R = 36 mm, the gap between the fiber end and the reflective surface of the fiber is Δ = 257 ± 7 μm. It was experimentally determined that at the indicated Δ value, a quartz / quartz fiber with a core diameter of 300 μm, a fiber length of 70 m, and a radiation wavelength of 1.0796 μm is a numerical radiation aperture emerging from the fiber end to the side of the active element 27, the level of 96% of the total radiation energy is NA = O, 16. The bending radius of the fiber rolled into rings is 150 mm. If you install a diaphragm 23 in the focal plane of lens 22 with a diameter corresponding to the same numerical aperture NA = O, 16, it will in turn cut off radiation with large angles propagating in the resonator towards the optical delay. The spherical mirror assembly 20 can serve as a kind of angle selector due to an increase in losses for radiation having large values of the numerical aperture when it returns to the optical delay.
Далее, поворотные зеркала 26 и 28 служат для уменьшения габаритов резонатора литотриптора, в то время как линза 29 (например, с фокусным расстоянием 99 мм) предназначена для фокусирования излучения на поверхность переднего торца нелинейного кристалла 31, в качестве которого может быть выбран кристалл KTP (KTiOPO4). Передний торец кристалла KTP 31 представляет собой полированную поверхность, без покрытий, и служит выходным зеркалом резонатора, с коэффициентом отражения R~7%. При этом линзой 29 строится изображение диафрагмы 23 на поверхности торца кристалла с коэффициентом уменьшения, например M~3,5. Угол фокусировки излучения не превышает ширину углов некритичного синхронизма в кристалле 31, а пиковые значения плотности энергии на поверхности кристалла 31 не превышают 18 Дж/см2, что ниже пороговых значений поверхностного повреждения кристалла KTP (см. Абросимов C.A., Гречин C.Г., Кочиев Д.Г., Маклакова H.Ю., Семененко В. «ГBГ в кристалле KTP моноимпульсов микросекундной длительности)), Квантовая электроника, 31, Ж/, стр. 643-646, 2001).Further, the rotary mirrors 26 and 28 serve to reduce the dimensions of the lithotripter resonator, while the lens 29 (for example, with a focal length of 99 mm) is designed to focus radiation on the surface of the front end of the nonlinear crystal 31, for which a KTP crystal can be chosen ( KTiOPO 4 ). The front end of the KTP 31 crystal is a polished surface, without coatings, and serves as the output mirror of the resonator, with a reflection coefficient of R ~ 7%. In this case, the lens 29 constructs an image of the diaphragm 23 on the surface of the end face of the crystal with a reduction coefficient, for example, M ~ 3.5. The radiation focusing angle does not exceed the width of the angles of uncritical synchronism in the crystal 31, and the peak values of the energy density on the surface of the crystal 31 do not exceed 18 J / cm 2 , which is lower than the threshold values of the surface damage of the KTP crystal (see Abrosimov CA, Grechin C.G., Kochiev D.G., Maklakova H.Yu., Semenenko V. “GBG in a KTP crystal of single pulses of microsecond duration)), Quantum Electronics, 31, Zh /, pp. 643-646, 2001).
Модуляция добротности резонатора первого излучателя осуществляется затвором НПВО 30, расположенном между линзой 29 и кристаллом 31. Параметры управления затвором НПВО и его характеристики предпочтительно подбирать таким образом, чтобы время открытого состояния затвора 30 было в 10-15 раз больше времени полного прохода резонатора, а время открывания затвора 30 в два раза превышало длительность импульса генерации. В данном конкретном случае исполнения была установлена длительность открытого состояния затвора НПВО 30 t>6 мкс, а длительность открывания Ц>2 мкс. На фиг. 4 представлены характерная форма кривой пропускания затвора НПВО и временная форма лазерного импульса генерации.The Q-factor of the resonator of the first emitter is modulated by an ATR shutter 30 located between the lens 29 and the crystal 31. It is preferable to select the parameters for controlling the ATR shutter and its characteristics in such a way that the open state of the shutter 30 is 10-15 times longer than the full passage of the resonator, and the time the opening of the shutter 30 was twice the duration of the generation pulse. In this particular case of execution, the duration of the open state of the ATR shutter was set to 30 t> 6 μs, and the opening duration C> 2 μs. In FIG. Figure 4 shows the characteristic shape of the ATR gate transmission curve and the temporal shape of the laser pulse.
Между активным элементом 27 и торцом волокна оптической задержки установлена поляризационная развязка на основе ромба Френеля 24 и поляризатора 25. Поляризационная развязка служит для подавления генерации, которая может возникать в резонаторе, образованном между торцом нелинейного кристалла 31 и торцом волокна оптической задержки 21, препятствуя образованию связанных резонаторов. Импульсы короткой длительности 10-100 не, в случае возникновения генерации в таком резонаторе, модулируют временной профиль интенсивности микросекундного импульса, что в результате может привести к разрушению оптических элементов резонатора.Between the active element 27 and the end of the optical delay fiber, a polarization isolation based on the Fresnel rhombus 24 and the polarizer 25 is installed. The polarization isolation is used to suppress generation that can occur in the cavity formed between the end of the nonlinear crystal 31 and the end of the optical delay fiber 21, preventing the formation of coupled resonators. Pulses of short duration 10-100 ns, in the case of generation in such a resonator, modulate the time profile of the intensity of the microsecond pulse, which as a result can lead to the destruction of the optical elements of the resonator.
При выбранных параметрах оптической схемы резонатора первого излучателя максимальная энергия импульса лазерного излучения на его выходе составила в рассматриваемом примере 186 мДж, а длительность импульса по полувысоте - 0,92 мкс. Оптимальная температура в термостате 4 с кристаллом KTP 27 для реализации некритичного по углам синхронизма устанавливалась равной 54,O0C ± 0,ГC. При длине кристалла равной 24 мм доля энергии преобразованного во вторую гармонику излучения составила 57 мДж (~ 31%).With the selected parameters of the optical scheme of the resonator of the first emitter, the maximum laser pulse energy at its output was 186 mJ in the example under consideration, and the pulse width at half maximum was 0.92 μs. The optimum temperature in thermostat 4 with a KTP 27 crystal for the realization of phase-matching uncritical in the angles was set to 54, O 0 C ± 0, GC. With a crystal length of 24 mm the fraction of energy of the radiation converted to the second harmonic was 57 mJ (~ 31%).
Далее, система ввода из двух объективов 32 и 34 предназначается для ввода излучения двух длин волн в присоединяемый к первому излучателю волоконный инструмент (волоконный катетер) 37. Часть излучения пластиной 33 отводится для контроля выходной энергии импульса на группу компонентов, где 34 и 36 - энергометры на основе фотодиодов, а 35 - дихроичное зеркало. Объективы 32 (с фокусным расстоянием 114 мм), и 34 (с фокусным расстоянием 18,4 мм) оптимизированы для минимизации сферических и хроматических аберраций для двух длин волн: 1,0796 мкм и 0,5398 мкм. С их помощью изображение пятна лазерного пучка в плоскости выходного зеркала резонатора, на торце кристалла KTP 31 строится в плоскости входного торца волоконного инструмента 37, с коэффициентом уменьшения около 6,7. Диаметр пятна лазерного излучения на входном торце волоконного инструмента составляет 240 мкм при диаметре кварцевой жилы волокна 300 мкм. Эффективность ввода излучения в волокно, с учетом потерь на Френелевские отражения на торцах волоконного инструмента и потери на объективах, составляет 91% для излучения с длиной волны 1,0896 мкм и 85% - с длиной волны 0,5396 мкм. Далее, как показано на фиг.2, второй излучатель (скальпель- коагулятор), предназначенный для рассечения и коагуляции тканей включает в себя резонатор на базе активного элемента из кристалла Nd: YAG 42, размером ø6,ЗxlOO мм. В качестве «глyxoгo» зеркала резонатора второго излучателя использовано сферическое зеркало 41 с коэффициентом отражения излучения с длиной волны 1,064 мкм равным 99,9% и радиусом кривизны поверхности -2000 мм. Плоское зеркало 44 с коэффициентом пропускания излучения ~50% служит выходным зеркалом резонатора. Плоское зеркало 43 используется как поворотное для уменьшения габаритов. Просветленная плокоскопараллельная пластина 45 служит для отвода части излучения в энергометр 46, для контроля выходной энергии импульса излучения. Двухкомпонентный объектив 47, с фокусным расстоянием 18 мм, служит для ввода излучения в присоединяемый ко второму излучателю волоконный катетер 48.Further, the input system of two lenses 32 and 34 is intended to input radiation of two wavelengths into a fiber instrument (fiber catheter) 37 connected to the first emitter. Part of the radiation by the plate 33 is allocated to control the output pulse energy to a group of components, where 34 and 36 are energy meters based on photodiodes, and 35 - a dichroic mirror. Lenses 32 (with a focal length of 114 mm) and 34 (with a focal length of 18.4 mm) are optimized to minimize spherical and chromatic aberrations for two wavelengths: 1.0796 μm and 0.5398 μm. With their help, the image of the laser beam spot in the plane of the output mirror of the resonator, at the end of the KTP 31 crystal, is built in the plane of the input end of the fiber tool 37, with a reduction coefficient of about 6.7. The diameter of the laser spot at the input end of the fiber tool is 240 μm with a diameter of the quartz fiber core of 300 μm. The efficiency of introducing radiation into the fiber, taking into account losses due to the Fresnel reflection at the ends of the fiber tool and losses on the lenses, is 91% for radiation with a wavelength of 1.0896 μm and 85% with a wavelength of 0.5396 μm. Further, as shown in Fig. 2, the second emitter (scalpel coagulator), designed for dissection and coagulation of tissues, includes a resonator based on an active element made of an Nd: YAG 42 crystal, ø6, ZxlOO mm in size. A spherical mirror 41 with a reflection coefficient of radiation with a wavelength of 1.064 μm equal to 99.9% and a radius of curvature of the surface of -2000 mm was used as a “deep” mirror of the resonator of the second emitter. A flat mirror 44 with a transmittance of radiation of ~ 50% serves as the output mirror of the resonator. The flat mirror 43 is used as a swivel to reduce dimensions. An enlightened plane-parallel plate 45 serves to divert part of the radiation to the energy meter 46, for monitoring output energy of a radiation pulse. A two-component lens 47, with a focal length of 18 mm, serves to introduce radiation into a fiber catheter 48 connected to a second emitter.
Установка может быть применена следующим образом. Для фрагментации камней (в частности, при лечении МКБ) лазерная установка переводится в режим работы, в котором участвует только первый лазерный излучатель (литотриптор). Волоконный катетер 37 проводится в рабочий канал хирургического эндоскопического инструмента (например, уретероскопа). В режиме реального времени под прямым визуальным контролем, при отображении процесса вмешательства с помощью эндовидеокамеры на мониторе 9, осуществляется контактное воздействие лазерного излучения на поверхность камня. В конкретном исполнении, показанном на чертежах, максимальная выходная энергия лазерного импульса на дистальном торце волокна 37 первого излучателя с диаметром кварцевой жилы 300 мкм составила 165 мДж, из них 49 мДж - энергия излучения в импульсе на длине волны второй гармоники. Длительность выходного импульса при этом составляет 0,92 мкс. При контактном воздействии «in vitro» на камни в диапазоне энергии импульса от 120 мДж до 165 мДж были успешно разрушены камни разного химического состава. При использовании установки в оперативной урологии для рассечения и коагуляции тканей устанавливается режим работы, в котором участвует только второй излучатель (скальпель-коагулятор). Доставка излучения до зоны воздействия осуществляется волоконным катетером 48, как при эндоскопических вмешательствах, так и при проведении открытых операций. При контакте дистального торца волокна 48 с тканью происходит рассечение ткани за счет фототермического воздействия, с частичной вапоризацией и коагуляцией ткани вдоль зоны рассечения. Например, при лечении стриктуры уретры проводится ее контактное рассечение дистальным концом волоконного катетера 48, с выходной мощностью лазерного излучения ~ 40 Вт. При удалении дистального конца волокна 48 от поверхности раневой области, осуществляется дистанционная коагуляция ткани. Например, при лечении поверхностных опухолей мочевого пузыря, проводится коагуляция опухоли излучением мощностью 60 Вт. В заключение следует отметить, что вышеуказанный пример приведен исключительно для лучшего понимания сущности заявленного изобретения и не может рассматриваться в качестве ограничивающего объем притязаний. Специалисту будут ясны и другие частные случаи осуществления изобретения, не выходящие за рамки испрашиваемой правовой охраны, определяемой исключительно прилагаемой формулой изобретения.Installation can be applied as follows. For stone fragmentation (in particular, in the treatment of ICD), the laser unit is switched to an operating mode in which only the first laser emitter (lithotripter) is involved. A fiber catheter 37 is inserted into the working channel of a surgical endoscopic instrument (eg, ureteroscope). In real time, under direct visual control, when displaying the intervention process using an endovideo camera on monitor 9, the contact effect of laser radiation on the stone surface is carried out. In the specific embodiment shown in the drawings, the maximum output energy of the laser pulse at the distal end of fiber 37 of the first emitter with a quartz core diameter of 300 μm was 165 mJ, of which 49 mJ is the radiation energy in the pulse at a second harmonic wavelength. The duration of the output pulse in this case is 0.92 μs. With the in vitro contact effect on stones in the pulse energy range from 120 mJ to 165 mJ, stones of different chemical composition were successfully destroyed. When using the unit in operative urology for dissection and coagulation of tissues, an operating mode is established in which only the second emitter (scalpel-coagulator) is involved. The radiation is delivered to the exposure zone by a fiber catheter 48, both during endoscopic interventions and during open operations. Upon contact of the distal end of the fiber 48 with the tissue, the tissue is dissected due to photothermal exposure, with partial vaporization and coagulation of the tissue along the dissection zone. For example, in the treatment of urethral stricture, its contact dissection is performed by the distal end of the fiber catheter 48, with an output power of laser radiation of ~ 40 watts. When removing the distal end fiber 48 from the surface of the wound area, remote tissue coagulation is carried out. For example, in the treatment of superficial bladder tumors, the tumor is coagulated with radiation of 60 watts. In conclusion, it should be noted that the above example is provided solely for a better understanding of the essence of the claimed invention and cannot be construed as limiting the scope of claims. The specialist will be clear and other special cases of the invention, not beyond the scope of the requested legal protection, determined solely by the attached claims.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Установка по изобретению может успешно использоваться в оперативной урологии, в частности, при лечении доброкачественной гиперплазии простаты (ДГПЖ) и в литотрипсии при лечении мочекаменной болезни (МКБ). Для изготовления установки могут применяться известные по отдельности конструктивные элементы, которые при сборке объединяются в соответствии с заявленной компоновкой, описанной выше на конкретных примерах. The device according to the invention can be successfully used in surgical urology, in particular, in the treatment of benign prostatic hyperplasia (BPH) and in lithotripsy in the treatment of urolithiasis (ICD). For the manufacture of the installation, individually known structural elements can be used, which, when assembled, are combined in accordance with the claimed arrangement described above with specific examples.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Лазерная установка, содержащая, по меньшей мере, первый лазерный излучатель, предназначенный для дробления камней и второй лазерный излучатель, предназначенный для рассечения и коагуляции тканей, электрически соединенные с единым блоком питания ламп накачки излучателей и с единой системой охлаждения, а также контроллер с возможностью управления указанными блоком питания и системой охлаждения, характеризующаяся тем, что первый лазерный излучатель выполнен с возможностью преобразования излучения во вторую гармонику и с возможностью генерации излучения со значением длительности импульса, лежащим в диапазоне 0,5÷5,0 мкс, и включает в себя лазерный резонатор на основе кристалла Nd:YAЮ3 с модуляцией добротности затвором с нарушенным полным внутренним отражением и оптической волоконной линией задержки, а также внерезонаторный преобразователь излучения во вторую гармонику излучения на нелинейном кристалле с эффективностью преобразования не менее 25%, а второй лазерный излучатель выполнен с возможностью работы в импульсно-периодическом режиме с максимальной средней выходной мощностью до 100 Вт, и включает в себя лазерный резонатор на основе кристалла Nd:YAG.1. A laser installation comprising at least a first laser emitter for crushing stones and a second laser emitter for dissecting and coagulating tissues, electrically connected to a single power supply unit for pumping emitters and with a single cooling system, as well as a controller with the ability to control the specified power supply and cooling system, characterized in that the first laser emitter is configured to convert radiation into a second harmonic and with the possibility radiation generation with a pulse duration value lying in the range 0.5–5.0 μs, and includes a laser cavity based on an Nd: YAY 3 crystal with a Q-switch with impaired total internal reflection and an optical fiber delay line, as well as a non-resonant the converter of radiation into the second harmonic of radiation on a nonlinear crystal with a conversion efficiency of at least 25%, and the second laser emitter is configured to operate in a pulse-periodic mode with a maximum average output power up to 100 W, and includes a laser resonator based on an Nd: YAG crystal.
2. Лазерная установка по п.l, отличающаяся тем, что в лазерном резонаторе первого излучателя преобразователь излучения во вторую гармонику оснащен системой термостабилизации, включающей в себя соединенный с контроллером термостат с установленным в нем нелинейным кристаллом.2. The laser installation according to claim 1, characterized in that in the laser resonator of the first emitter, the radiation converter into the second harmonic is equipped with a thermal stabilization system, which includes a thermostat connected to the controller with a non-linear crystal installed in it.
3. Лазерная установка по пп.l или 2, отличающаяся тем, что в лазерном резонаторе первого излучателя преобразователь излучения во вторую гармонику выполнен с возможностью реализации 90°-oгo некритичного по углу синхронизма с фокусированием излучения в указанный нелинейный кристалл. 3. The laser installation according to claims 1 or 2, characterized in that in the laser resonator of the first emitter, the radiation converter into the second harmonic is made with the possibility of realizing a 90 ° synchronism which is not critical in angle with focusing the radiation into the specified nonlinear crystal.
4. Лазерная установка по пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что в преобразователе излучения во вторую гармонику в качестве нелинейного кристалла использован кристалл KTiOPO4.4. Laser installation according to paragraphs. 1 or 2, characterized in that in the radiation converter into the second harmonic, a KTiOPO 4 crystal is used as a nonlinear crystal.
5. Лазерная установка по п.З, отличающаяся тем, что в преобразователе излучения во вторую гармонику в качестве нелинейного кристалла использован кристалл KTiOPO4.5. Laser installation according to claim 3, characterized in that in the radiation converter to the second harmonic, a KTiOPO 4 crystal is used as a nonlinear crystal.
6. Лазерная установка по п. 4, отличающаяся тем, что в качестве выходного зеркала в лазерном резонаторе первого излучателя использован полированный торец нелинейного кристалла KTiOPO4. 6. The laser installation according to claim 4, characterized in that the polished end face of the non-linear crystal KTiOPO 4 is used as the output mirror in the laser resonator of the first emitter.
7. Лазерная установка по п. 5, отличающаяся тем, что в качестве выходного зеркала в лазерном резонаторе первого излучателя использован полированный торец нелинейного кристалла KTiOPO4.7. The laser installation according to claim 5, characterized in that the polished end face of the non-linear crystal KTiOPO 4 is used as the output mirror in the laser resonator of the first emitter.
8. Лазерная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в лазерном резонаторе первого излучателя обеспечена активная модуляция добротности при которой длительность открывания затвора имеет значение более 2 мкс, а длительность открытого состояния - более 6 мкс.8. The laser installation according to claim 1, characterized in that an active Q-switching is provided in the laser resonator of the first emitter in which the shutter opening time is more than 2 μs and the open state duration is more than 6 μs.
9. Лазерная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в лазерном резонаторе первого излучателя волоконная задержка установлена таким образом, что один из торцов волоконной задержки находится на расстоянии порядка диаметра кварцевой жилы волокна от отражающей поверхности сферического зеркала резонатора, а второй торец согласован по выходной апертуре с апертурой активного элемента резонатора.9. The laser installation according to claim 1, characterized in that the fiber delay in the laser resonator of the first emitter is set so that one of the ends of the fiber delay is at a distance of the order of the diameter of the quartz fiber core from the reflective surface of the spherical mirror of the resonator, and the second end is matched according to output aperture with the aperture of the active element of the resonator.
10. Лазерная установка по п. I5 отличающаяся тем, что в лазерном резонаторе первого излучателя между активным элементом и волоконной задержкой установлена поляризационная развязка на основе ромба Френеля и поляризатора. 10. The laser installation according to claim I 5, characterized in that a polarization isolation based on a Fresnel rhombus and a polarizer is installed in the laser resonator of the first emitter between the active element and the fiber delay.
11. Лазерная установка по п. I5 отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью подключения эндовидеокамеры и дополнительно содержит блок обработки видеосигнала с эндовидеокамеры.11. The laser installation according to claim I 5, characterized in that it is configured to connect an end-video camera and further comprises a video signal processing unit from the end-video camera.
12. Лазерная установка по п. 11, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью демонстрации хода хирургического вмешательства в режиме реального времени на экране сенсорного монитора, соединенного с блоком обработки видеосигнала, с одновременной записью видеоинформации на внешний мобильный носитель данных. 12. The laser installation according to claim 11, characterized in that it is configured to demonstrate the course of surgical intervention in real time on the screen of a touch monitor connected to the video signal processing unit, while simultaneously recording video information on an external mobile storage medium.
PCT/RU2007/000409 2006-07-31 2007-07-30 Laser device WO2008024022A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006127417 2006-07-31
RU2006127417/14A RU2315582C1 (en) 2006-07-31 2006-07-31 Laser assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008024022A1 true WO2008024022A1 (en) 2008-02-28

Family

ID=39107034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000409 WO2008024022A1 (en) 2006-07-31 2007-07-30 Laser device

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2315582C1 (en)
WO (1) WO2008024022A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013159793A1 (en) 2012-04-26 2013-10-31 Dornier Medtech Laser Gmbh A method for generating shaped laser pulses in a lithotripter and a lithotripter
CN103584916A (en) * 2013-11-23 2014-02-19 中国地质大学（武汉） Device and method for improving infrared pulse laser ablation efficiency
US10226297B2 (en) 2012-09-06 2019-03-12 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
CN109494562A (en) * 2018-12-05 2019-03-19 武汉华锐超快光纤激光技术有限公司 A kind of double frequency dipulse endovenous laser stone crusher
US10231782B2 (en) 2012-09-06 2019-03-19 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2536101C1 (en) * 2013-05-06 2014-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Multipass pulsed laser device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5144630A (en) * 1991-07-29 1992-09-01 Jtt International, Inc. Multiwavelength solid state laser using frequency conversion techniques
RU2038052C1 (en) * 1992-02-27 1995-06-27 Институт общей физики РАН Method of crushing calculi in patients' organs
US5496306A (en) * 1990-09-21 1996-03-05 Light Age, Inc. Pulse stretched solid-state laser lithotripter
US5963575A (en) * 1993-03-27 1999-10-05 Clyxon Laser Fur Mediziner GmbH Q-switched laser system, in particular for laser lithotripsy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5496306A (en) * 1990-09-21 1996-03-05 Light Age, Inc. Pulse stretched solid-state laser lithotripter
US5144630A (en) * 1991-07-29 1992-09-01 Jtt International, Inc. Multiwavelength solid state laser using frequency conversion techniques
RU2038052C1 (en) * 1992-02-27 1995-06-27 Институт общей физики РАН Method of crushing calculi in patients' organs
US5963575A (en) * 1993-03-27 1999-10-05 Clyxon Laser Fur Mediziner GmbH Q-switched laser system, in particular for laser lithotripsy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SOFER M. ET AL.: "Flexible ureteroscopy and lithotripsy with the holmium: YAG laser", J. ENDOUROL., vol. 14, no. 6, August 2000 (2000-08-01), pages 489 - 492, Retrieved from the Internet <URL:http://www.surgicallumenis/com.wt/content/stone-2> *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013159793A1 (en) 2012-04-26 2013-10-31 Dornier Medtech Laser Gmbh A method for generating shaped laser pulses in a lithotripter and a lithotripter
US10258410B2 (en) 2012-04-26 2019-04-16 Dornier Medtech Laser Gmbh Method for generating shaped laser pulses in a lithotripter and a lithotripter
US10226297B2 (en) 2012-09-06 2019-03-12 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
US10231782B2 (en) 2012-09-06 2019-03-19 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
US10893908B2 (en) 2012-09-06 2021-01-19 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
US10925670B2 (en) 2012-09-06 2021-02-23 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
US11786304B2 (en) 2012-09-06 2023-10-17 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
US11793569B2 (en) 2012-09-06 2023-10-24 Covidien Lp Medical devices and methods incorporating frustrated total internal reflection for energy-efficient sealing and cutting of tissue using light energy
CN103584916A (en) * 2013-11-23 2014-02-19 中国地质大学（武汉） Device and method for improving infrared pulse laser ablation efficiency
CN109494562A (en) * 2018-12-05 2019-03-19 武汉华锐超快光纤激光技术有限公司 A kind of double frequency dipulse endovenous laser stone crusher

Also Published As

Publication number Publication date
RU2315582C1 (en) 2008-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2318466C1 (en) Laser assembly for ablation of tissue and lithotripsy
US10653482B2 (en) System for vaporization of tissue
US7063694B2 (en) Method and system for photoselective vaporization for gynecological treatments
EP1349509B1 (en) Laser treatment of soft tissue
US20020133146A1 (en) Short pulse mid-infrared parametric generator for surgery
US20050256513A1 (en) Method and system for vaporization of tissue using direct visualization
JP4278715B2 (en) Surgical parametric oscillator using short pulse mid-infrared radiation
RU2315582C1 (en) Laser assembly
WO1998041177A9 (en) Short pulse mid-infrared parametric generator for surgery
JP2001352118A (en) Light source device and laser device using the same
RU95493U1 (en) LASER MACHINE
RU214037U1 (en) LASER INSTALLATION FOR LITHOTRIPSY
RU2694126C1 (en) Surgical laser system
Steiger Comparison of different pulsed and Q-switched solid state laser systems for endoscopic laser-induced shockwave lithotripsy: performance and laser/stone interactions
Thomas et al. Laser induced shock wave lithotripsy

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07794096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07794096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1