一种激光医疗设备制造技术

一种激光医疗设备及技术，包括1.9至3.0微米波长范围内的一种波长的至少一个激光器作为治疗激光器，还包括一个汽化激光输出用于在激光输出光纤端与目标物之间的体液中以最“平和”的方式产生汽化通道，减少体液爆裂汽化对目标物产生强烈冲击而导致目标物的滚动/移动，也减小对治疗激光输出的衰减，提高手术效率及安全性；通过对汽化激光输出经过体液中光路在目标物上反射光强度的变化监测，确认汽化通道的产生及状态，以此自动调节汽化激光参数，优化汽化通道的形成，并控制转入治疗激光输出。汽化激光脉冲和治疗激光脉冲可以实际上为一个单一脉冲，包括前后两部分，前半部基本起到产生/保持汽化通道作用，后半部基本为治疗部分。汽化及治疗激光脉冲也可为分别的两激光脉冲，汽化激光也可为连续激光。该设备及技术可用于如泌尿系及肝胆激光碎石，各种软/硬组织的激光切割，骨科腰椎治疗等。骨科腰椎治疗等。骨科腰椎治疗等。

【技术实现步骤摘要】
一种激光医疗设备


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，特别涉及一种激光医疗设备及技术。

技术介绍

[0002]目前，激光医疗设备是将由激光器发出的激光，通过医疗光纤或其他光学部件照射在需要治疗的目标组织上，通过激光产生的光热效应或冲击波进行各种医疗手术，如美容，口腔手术，眼科手术或各种体内碎石或软/硬组织切割，骨科及腰椎治疗等。
[0003]几十年的临床实践证明，波长在1.9微米至3微米范围内的脉冲激光，如波长为2.04微米（以下简称2微米）的钬激光器，由于其波长处于水的强烈吸收带，又能提供足够的脉冲能量和脉冲重复频率，对于各种泌尿系结石的碎石、及前列腺等软组织切割治疗等特别的有效。由于基本成分为水的体液对1.9至3微米激光的吸收系数较大，激光脉冲会在照射目标组织附近体液中产生爆裂气泡并产生冲击波，或直接在目标组织上产生过热冲击波，因此对于目标组织例如各种结石等能够产生崩裂和击碎的作用，或对于前列腺等目标组织直接进行有效切割。同时体液可以有效吸收杂散激光而保护非目标软组织不受影响，减少手术的副作用。 2 微米钬激光手术具有手术创口较小，手术效率高，副作用小，操作方便等优点而被广泛应用。
[0004]波长位于水的强烈吸收带中的激光器除了2微米钬激光之外，还有铥激光，包括波长1.908或1.94 微米（以下近似概称为1.9微米）的铥光纤激光器和波长为2.9微米的灯泵浦的脉冲固体铥激光。其中，输出波长为1.9微米的由激光二极管泵浦的掺铥光纤激光器，其激光输出为连续激光或准连续激光脉冲或连续泵浦下的Q开关激光，准连续激光脉冲或Q开关脉冲的重复频率可以较高，如几千Hz, 但因为光纤破环阈值的限制，准连续激光脉冲的峰值功率低，接近于激光器平均功率的水平，在几十瓦的水平。Q开关的脉冲能量低，不超过1mJ 的水平。它们都难以有效的击碎体积较大，结构致密或较硬的结石，但可以有效粉碎结构较松，体积较小的结石。因为水对1.9微米的吸收比对2.04微米的吸收更强烈，铥光纤激光器的准连续激光脉冲应该也可能适合应用于狭窄腔道内进行碎石，如肝胆结石等。其关键缺点是成本高，脉冲功率低。
[0005]2.9微米波长的铥激光一般为固体的脉冲激光，水对2.9微米波长激光的吸收尤为强烈，但它在医疗上被广泛应用的实际困难在于缺乏可有效传输2.9 微米波长激光的光纤。近年来开发的蓝宝石光纤可以有效传输2.9微米激光，但眼下其价格较高，透过率也有待提高。
[0006]专利 CN 103815965 B，“一种激光医疗设备”，专利权人爱科凯能（北京）股份科技有限公司，公布了一种波长为1.9至3.0微米中的一个波长的激光和一种波长为0.2 至1.5微米中的一个波长的合成用于一台激光医疗设备的方法及其优点。其中之一为短波长激光对结石的能量耦合程度较高，它与结石作用产生的等离子体可以帮助2 微米激光对结石的耦合作用，提高碎石效率及疗效。
[0007]专利 CN101273915A，“激光碎石装置”，专利权人爱科凯能（北京）股份科技有限公
司，公布了一种对两束激光束进行合成的合成器。该合成器可适用于两种波长相同或不同时的光束合成。
[0008]近十多年来，在该激光医疗领域的“高新”技术发展则集中於所谓的脉冲串（双脉冲）及摩西技术。美国专利US 6998567 ，“Generation and application of efficient solid-state laser pulse trains”, （高效固体激光脉冲串的产生及应用），专利权人Trimedyne, Feb. 2006建议采用重频激光脉冲串，每个脉冲串包括两个以上的激光子脉冲，来进行结石的碎石治疗，俗称为“双脉冲”技术，其公示声称可以提高激光器输出的效率，并公示了脉冲串作用下，目标物上的温度变化曲线，但并无声称对激光手术有任何优点。以色列公司Lumenis的US 10231781 B2，“Apparatus and method for reducing laser beam attenuation in liquid medium”,（减少在液体介质中激光束衰减的装置及方法），March. 2019, 提出类似的由一个激光器产生两个激光子脉冲的脉冲串的碎石治疗设备，在市场推广时将该技术命名为“Moses”（摩西）技术。它声称用第一个激光脉冲先在激光输出光纤的输出端至目标物之间的体液中产生气泡，然后为激光脉冲间隙时间，气泡会自动扩张，等到在气泡最大化要开始收缩破裂前，发射第二个脉冲进行碎石。它声称气泡最大化后开始收缩破裂，会让结石保持稳定。显然，无论该专利对其专利技术的物理机理进行了什么引人的说明，其解决方案却跳不出US 6998567的脉冲串的诉求，即US 6998567利用激光参数的调整，可以“顺便”实现摩西技术的优点。其实，摩西技术的概念起始于更早的上世纪的八九十年代，US 5321715，“Laser pulse formation for penetrating an absorbing fluid”,（穿透吸收液体的激光脉冲组合），专利权人Coherent Inc. Jun.1994,其公示的基本专利技术点是利用脉冲串中的第一个激光脉冲在体液中，将体液加热到它的沸点，然后声称体液中可以产生气泡，并将此称为摩西效应，（但是其实所谓的摩西效应，根据百度等的检索，是指的水的表面会在强磁场下显示出变形。）并且该汽泡会膨胀，排开光纤输出端至目标物之间的体液，从而减少脉冲串中的第二个激光脉冲受到的体液的衰减，因此提高激光在吸收液体中的穿透效率，即提高了激光治疗的能量效率。有趣的是，US 6998567 在其引用的参考文件中闭口不提US 5321715，而US 10231781 B2则在其引用的参考文件中闭口不提US 6998567。
[0009]总之，不管这几个专利它们之间的关系如何，现下在该激光医疗领域中，采用脉冲串技术的双脉冲及摩西技术成了“高新”技术的主导和统治者，确实为明显的事实。
[0010]但本申请人并不完全认同上述专利公示的技术及它们对相关物理机理的解释。
[0011]进一步认识如激光碎石的作用机理，优化并开发一种有更广泛适用范围，更高效的激光医疗设备及技术是明显的挑战，也是本申请的目的所在。

技术实现思路

[0012]为了充分发挥现有技术的钬激光和铥激光在激光医疗上的优势，即充分利用体液对于2至3微米激光的强吸收以保护非目标组织免受激光伤害的同时，又避免或尽量减小体液的存在对激光治疗的困难及不良影响，本专利技术提供了一种用于激光碎石，各种软硬组织切割，骨科腰椎治疗的激光医疗设备及技术的新设计。
[0013]根据前述介绍，近年来在相关激光治疗领域中，得到较多关注的2微米脉冲串/双脉冲/摩西技术及相关专利，起始於1994年的US5321715，其基本的专利技术点是利用脉冲串中
的第一个激光脉冲在体液中，将体液加热到它的沸点，然后声称体液中可以产生气泡，该专利中将此称为摩西效应，并且在激光脉冲的间隙期，该汽泡会膨胀，排开光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光碎石，各种软硬组织切割，骨科腰椎治疗的激光医疗设备及技术，包括一个在激光输出光纤端及体内目标物间的体液内以最“平和”的方式产生气泡或汽化通道的“汽化”激光输出，及一个“治疗”激光输出；汽化激光输出和治疗激光输出可以实际上为重频工作的单波长的单一激光脉冲，该脉冲包括前后两部分，前半部基本起到以最“平和”的方式在体液中光路上产生气泡或汽化通道的作用，后半部基本起到治疗的作用；汽化及治疗激光输出也可为具有特定时间间隔的至少两个激光脉冲；设备具有三种工作模式：（1）汽化通道检查模式：只产生汽化激光输出，以在激光输出光纤端及体内目标物间的体液内的光路上产生气泡或汽化通道，通过对在目标物上反射的汽化激光强度的监测以判定气泡或汽化通道的产生及状况，并据此阶梯调节或以特定斜率调节汽化激光功率参数，使汽化通道达到预定状态，记录相关参数；通过对在目标物上反射的在无气泡/汽化通道时及特定气泡/汽化通道情况下汽化激光强度的对比监测以确定光纤输出端至目标物的距离；（2）汽化通道加治疗模式：根据汽化通道检查模式下确定的汽化激光工作参数或数据库参数作为依据，对体液包围的目标物发射汽化激光，通过对在目标物上反射的汽化激光强度的监测以判定体液中光路上气泡/汽化通道的产生及状态，并据此阶梯调节或以特定斜率调节汽化激光功率参数，使汽化通道达到预定状态，判定光纤输出端与目标物间距离，并控制转入治疗激光输出，进行激光治疗；（3）治疗模式：向目标物发射常规治疗激光输出进行治疗；激光输出光纤末端与目标物间的距离可选用激光距离测定仪测定显示，协助控制汽化激光参数。2.权利要求1中，汽化激光与治疗激光都为2微米激光，由同一台电源控制同一台激光器产生汽化和治疗激光输出；汽化激光脉冲与治疗激光脉冲之间时间间隔为0至1毫秒；汽化激光为宽度为50微秒至2毫秒的基本矩形（平顶）或阶梯上升或以特定斜率上升的梯形，其平均功率为0.5至20瓦，脉冲重复频率与治疗激光脉冲相同；治疗激光输出脉冲形状调制为基本矩形或钟形或锯齿形，平均功率为1至150瓦，脉冲重复频率为单脉冲至150 Hz，脉冲宽度为50微秒至1毫秒；当汽化激光脉冲与治疗激光脉冲之间时间间隔为0时，激光输出脉冲为重频为单脉冲至150 Hｚ的单一脉冲，每个脉冲包括作为汽化激光的前半部及治疗激光的后半部。3.权利要求1中，汽化激光输出为固体激光器或二极管激光器或激光二极管泵浦的光纤激光器输出的连续或准连续的脉冲，激光波长范围为0.5至2微米，平均功率为0.5至20 瓦，准连续输出时输出宽度为0.1至2毫秒，重复频率与治疗脉冲重复频率匹配；治疗激光输出为2微米激光脉冲，平均功率为1至150瓦，脉冲重复频率为单脉冲至150 Hz，脉冲宽度为50微秒至1毫秒，脉冲形状调制为矩形或钟形或锯齿形。4.权利要求1中，选用激光距离测定仪测定激光输出光纤末端与目标物的距离时，激光距离测定仪精度为 +/-0.5毫米，采用高速激光二极管亚纳秒激光脉冲测距，或单频激光调制比相测距。5.一种用于激光碎石，各种软硬组织切割，骨科腰椎治疗的激光医疗设备及技术，包括一个在激光输出光纤端及体内目标物间的体液内...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊振宏，孙云龙，王建卫，于睿，
申请(专利权)人：爱科凯能科技北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：