使用脉冲激光器进行组织消融的系统技术方案

用于使极高峰值功率激光器脉冲能够通过光纤输送而优选以接触模式用于消融程序的系统。该激光器有利地以355nm波长发射。其它系统使能选择性去除血管内的非期望的组织，同时最小化损坏其血管的风险，基于320至400nm激光波长的短激光脉冲的消融性质的利用，利用导管施加到组织上的激光注量和力的、构成导管的管的机械壁的选定参数。另外地，公开了校准此类导管的新颖的方法，这也实现了对消融过程的实时监控。另外，公开了保护光纤出射面的新颖的方法。

System for tissue ablation using pulsed lasers

A system used to enable extremely high peak power laser pulses to pass through an optical fiber, preferably in contact mode, for ablation procedures. The laser is advantageously launched at 355nm wavelengths. The other system can enable the selective removal of intravascular non desired tissue, while minimizing the risk of vascular damage, 320 to 400nm wavelength of laser short pulse laser ablation properties based on, using a catheter applied to the organization of the laser fluence and force, constitute the selected parameters of the tube wall mechanical catheter. In addition, a novel method for calibrating such catheters is disclosed, which also enables real-time monitoring of the ablation process. In addition, a novel method for protecting an emergent surface of an optical fiber is disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及脉冲高功率激光器领域以及通过光纤输送其输出的问题，尤其是利用通过那些光纤传输的能量用于组织消融。
技术介绍
通过光纤输送高脉冲激光功率被广泛用于组织或其他目标的消融。对于这样的消融程序，紫外(UV)光具有许多优点，因为它被生物物质和有机化合物很好地吸收。UV激光不是灼烧或切割材料，而是添加足够的能量以破坏表面组织的分子键，其通过消融而不是灼烧以紧密控制的方式有效地分解成空气。激光能量也被强烈吸收，并且导致温度的急剧局部升高，并导致产生强的机械力，导致光声和光热消融。因此，在紫外线中发射的激光具有有用的性质，使得它们可以去除表面材料的异常精细的层，几乎不加热或改变保持完好的周围材料的剩余部分。通常使用在308nm发射的准分子激光器(XeCI)。然而，这种激光器体积大，需要仔细维护和频繁校准，并且光束质量差并且可能不稳定。三次谐波，以355nm发射的Q开关Nd：YAG激光器也已经用于这种UV消融程序。为了获得有效的组织消融，需要高于某阈值的流度，并且通常期望在低至10nsec范围内的脉冲中的50mJ/mm2量级的高峰值功率脉冲。这种注量的输送对于光纤是非常具有挑战性的，并且会由于选择性加热、等离子体产生、自聚焦或在出射面处裂纹的产生而导致在光纤的入射面或出射面处或在光纤本体中的损坏。为了克服这种损坏的挑战，在现有技术中已经提出了采用由激光器发射的高质量光束并且在输入到光纤之前均匀化光束以消除“热点”的方法。已经提出的一些这样的方法包括：(i)使用衍射光学元件(DOE)和耦合透镜将激光器耦合到光纤。DOE使波束空间能量密度均匀化并消除激光器的“热点”。DOE可以形成不同的形状，包括适合于光纤束的输入平面的不同形状的正方形、圆形、矩形。已经使用不同的耦合透镜和DOE与耦合透镜之间的不同距离，以便获得不同的光斑尺寸。(ii)使用微透镜阵列来实现均匀光斑。还可以使用多于一个的阵列，以便实现更好的均匀性并避免由于子束干涉引起的热点。可以通过改变间距尺寸和耦合透镜焦距来操纵光斑的尺寸和形状。这种用于执行将高峰值功率激光脉冲耦合到光纤中的微透镜阵列均化器已经在T.Schmidt-Uhlig等人的、题为“NewSimplifiedCouplingSchemefortheDeliveryof20MWNd：YAGLaserPulsesbyLargeCoreOpticalFibers”(发表于AppliedPhysicsB，LasersandOptics，卷72，第183-186页(2001年))的文章中进行了说明。(iii)使用多模光纤以使光束能量密度均匀化。正透镜用于将激光束耦合到均化器光纤中，并且第二正透镜用于将均化器光纤输出成像到将光束传送到消融目标的光纤中。一个方便的选择是使用熔融石英纤维，其更适合于高功率传输。(iv)使用脉冲对以实现从手术部位有效移除组织，其中第一脉冲“调节”组织，然后可以通过第二、通常更长的脉冲更容易地移除组织。与使用等效的单个脉冲相比，这种布置使得能够以更少的对光纤的损坏来完成消融。这种方法在M.S.Feld等人的美国专利No.5,312,396，“PulsedLaserSystemfortheSurgicalRemovalofTissue”中进行了说明。另外，在D.Albagli等人的、题为“Timedependenceoflaser-inducedsurfacebreakdowninfusedsilicaat355nminthenanosecondregime”的文章中描述了使用多个脉冲的类似程序，该文章发表在SPIE卷1441，LaserinducedDamageinOpticalMaterials(激光诱发的光学材料的损坏)，1990年。也可以有利地使用在两个不同波长处的成对的第一脉冲和第二脉冲。在可替代的方法中，激光的脉冲长度已经扩展至多于100nsec，以便提高光纤的损坏阈值，或者已经分裂成至少两个脉冲，在它们之间有100至200nsec的延时，但是这是以硬组织的消融效率为代价而发生的，例如RodS.Taylor等人发表在“LasersinSurgeryandMedicine”(卷10，第5期，第414-419页，1990年)中的文章“DependenceoftheXeCIlasercutrateofplaqueonthedegreeofcalcification，laserfluence，andopticalpulseduration”中所述的高度钙化病变。然而，所有上述方法具有缺点，尤其是在对于所使用的光纤设置所能实现的能量密度携载容量、和/或系统能量吞吐量和/或当与组织接触时对光纤末端的损坏的有限的改善方面。因此，对于克服现有技术的系统和方法的至少一些缺点的利用消融能量的光纤输送来执行消融手术方法的方法和装置存在需求。除了对于实现消融过程的新系统的需求之外，由于例如引线断裂或绝缘磨损导致短路和感染的原因，对于在患者中去除起搏器和除颤器引线的具体程序的需求日益增长。全世界约有500万根引线植入，据估计，在患者的一生中，有时需要去除4-7％的引线。据估计，2010年在美国和欧洲取出了超过100,000根引线。在引线取出程序(以下称为LE)中，当静脉中的弯曲处的引线必须被减积时，达到程序中的最关键点。当执行电极分离程序时，存在导管穿透静脉的危险，并且在严重的情况下，这甚至可能导致患者的死亡。使用主动扩张器报告1％的死亡病例或甚至更高的死亡率。基于激光消融和机械的切割器是广泛使用的用于粥样斑块切除手术的解决方案，以便打开或部分打开血管内的堵塞物。减少血管壁穿孔危险的方法之一是使用具有优先切割或消融血管壁上的粥样组织的参数的系统。如果切割或消融效果在动脉粥样物质上比在动脉或静脉壁材料上显著地更有效，并且该程序在安全地落在对血管壁造成损害的阈值以下的条件下执行，则将存在在减积手术期间动脉或静脉壁将被切除的较小的可能性。在现有技术中，在M.R.Prince等人的、题为“PreferenceLightAbsorptioninAtheromasinVitro-ImplicationsForLaserAngioplasty”的文章中(发表在JournalofClinicalInvestigation，卷78(1)：第295-302页，1986年7月)，已经显示粉瘤实际上吸收比正常主动脉多，在420和530nm之间。然而，在UV中没有发现这一点，在广泛使用的308nm波长处，主动脉的吸收高于粉瘤的吸收。然而，由于使用420-530nm范围，具有其有利的消融选择性，在由有效消融和更深穿透所需的较大能量所引起的潜在热损伤中具有固有缺点，因此优选使用选择性消融的方法，该选择性消融的方法使用UV区域内的激光辐射。然而，还发现，如R.OEsenaliev等人在IEEETransactionsonBiomedicalEngineering，卷36，第12期，第1188至1194页(1989年12月)中发表的题为“LaserAblationofAtheroscleroticBloodVesselTissueUnderVariousIrradiationConditions”的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在血管内选择性切割的设备，其中所述设备包括：脉冲激光器，其与多根光纤耦合，使得从所述光纤发射能量通量，以及管，其充当所述多根光纤的界限，每个所述管具有在与所述多根光纤的输出端相同的轴向平面中的钝性远侧边缘，使得当远侧力施加到所述设备上时，所述钝性远侧边缘推送通过从所述光纤发射所述能量通量的区域中所述血管中的动脉粥样物质，以及其中从其中发射所述能量通量的总芯面积与所述设备的总远侧末端面积的比率是至少25％，以及其中所述脉冲激光器的波长在320nm与420nm之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.18 US 61/994,904;2014.06.02 US 62/006,3891.一种在血管内选择性切割的设备，其中所述设备包括：脉冲激光器，其与多根光纤耦合，使得从所述光纤发射能量通量，以及管，其充当所述多根光纤的界限，每个所述管具有在与所述多根光纤的输出端相同的轴向平面中的钝性远侧边缘，使得当远侧力施加到所述设备上时，所述钝性远侧边缘推送通过从所述光纤发射所述能量通量的区域中所述血管中的动脉粥样物质，以及其中从其中发射所述能量通量的总芯面积与所述设备的总远侧末端面积的比率是至少25％，以及其中所述脉冲激光器的波长在320nm与420nm之间。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述比率在30％至40％的范围内。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光器是以355nm发射的三次谐波Nd:YAG激光器。4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述通量是至少50mJ/mm2。5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述通量在50mJ/mm2至80mJ/mm2的范围内。6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述通量在65mJ/mm2至80mJ/mm2的范围内。7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述多根光纤是光纤束。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述管和所述光纤中的每一个的总宽度小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·扎巴尔，O·M·斯特恩，I·本奥伦，
申请(专利权)人：爱克斯莫医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL