一种多通道安全监控激光医疗设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种多通道安全监控激光医疗设备和方法，包括LD泵浦源、指示光和反馈光探测模块、光纤合束器、光纤激光振荡器、包层泵浦光剥离器、光纤耦合器、传能光纤、采集模块AD1、采集模块AD2、光敏探测元件PD2、采集模块AD3、采集模块AD4、半导体激光电源、采样控制和嵌入式控制系统；所述半导体激光电源通过采样控制与嵌入式控制系统连接，所述嵌入式控制系统分别连接有采集模块AD1、采集模块AD2、采集模块AD3和采集模块AD4。本发明专利技术，通过多个探测点的高密度采样，可以实时监控激光输出的能量变化，评估激光系统的运行状态，自动进行功率输出的校准或者报警，提高手术安全性和激光系统的稳定运行状态。统的稳定运行状态。统的稳定运行状态。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道安全监控激光医疗设备和方法


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，具体是一种多通道安全监控激光医疗设备和方法。

技术介绍

[0002]激光技术在医疗领域的应用日新月异，在微创领域，激光的手术优势和术后副作用明显优于以电切能量、超声能量和射频能量等治疗的主要术式。激光微创手术不出血，降低感染风险，安全性大大提高，患者术后恢复速度快等特点让激光微创手术在竞争中逐渐显示出竞争优势。
[0003]但是目前，激光手术还存在价格昂贵，设备精密容易损坏的问题。激光器将由于本身器件性能的老化和回返光的加速老化作用，以及泵浦源芯片死亡、增益光纤固有的光子暗化等原因，出现不同程度的功率衰减问题，随着功率衰减的持续积累将会引起激光器光路的烧毁导致无光输出，不论是激光功率突然上升下降还是无光输出，都必将降低造成手术中断，给患者和术者带来安全风险。该问题也是激光手术不能快速普及的主要问题，尤其是激光功率超过百瓦级的应用。
[0004]另外，术中光纤如果贴近组织，也会造成光纤输出前端烧毁的概率，对患者也会造成手术风险。
[0005]专利CN 112445168 A所述的激光功率探测，仅监控输出激光能量的分光，从而判断整体输出能量是否下降，实测值与预设值不一致时，通过按键调节校正到需求的功率值进行校正，不能做到自动校正输出功率。专利号CN 106299993 A的专利同样通过监测主激光能量的部分分光，来判断输出激光和预设激光能量的差值，调整激励源的输出来进行校准。以上两种方案都是监控最终输出结果，对于激光器内部发生的变化不能很好的监控，当激光能量发生突变时不能第一时间给出处理措施，可能造成手术和激光器本身不可逆的损伤。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种多通道安全监控激光医疗设备和方法，以解决现有技术中的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多通道安全监控激光医疗设备，包括LD泵浦源、指示光和反馈光探测模块、光纤合束器、光纤激光振荡器、包层泵浦光剥离器、光纤耦合器、传能光纤、采集模块AD1、采集模块AD2、光敏探测元件PD2、采集模块AD3、采集模块AD4、半导体激光电源、采样控制和嵌入式控制系统；
[0008]所述半导体激光电源通过采样控制与嵌入式控制系统连接，所述嵌入式控制系统分别连接有采集模块AD1、采集模块AD2、采集模块AD3和采集模块AD4；所述半导体激光电源分别连接有LD泵浦源、指示光和反馈光探测模块；所述LD泵浦源、指示光和反馈光探测模块均与光纤合束器连接，所述光纤合束器与光纤激光振荡器连接，所述光纤激光振荡器与包
层泵浦光剥离器连接，所述包层泵浦光剥离器与光纤耦合器连接，所述光纤耦合器与传能光纤连接；
[0009]所述采集模块AD1与指示光和反馈光探测模块连接，所述采集模块AD2与光敏探测元件PD2连接，所述采集模块AD3和采集模块AD4均与光纤耦合器连接。
[0010]优选的，所述光纤耦合器包括第一聚焦镜片、第二聚焦镜片、多通道镀膜镜片、耦合聚焦镜、光敏探测元件PD3和光敏探测元件PD4；所述光敏探测元件PD3与采集模块AD3连接，所述光敏探测元件PD4与采集模块AD4连接。
[0011]优选的，所述光敏探测元件PD3包括散热总壳体、第一光敏元件、第一PD壳体和衰减镜片，所述衰减镜片以45
°
斜角放置并粘接在第一PD壳体上；
[0012]所述光敏探测元件PD4包括带通镜片、第二PD壳体和第二光敏元件。
[0013]优选的，所述指示光和反馈光探测模块包括可见光半导体激光器、非球面准直镜片、非球面耦合镜、准单模光纤、45度反射镜片和光敏探测元件PD1。
[0014]一种多通道安全监控激光医疗设备的方法，包括以下步骤：
[0015]S1：通过采集模块AD1、采集模块AD2、采集模块AD3、采集模块AD4分别采集光敏探测元件PD1、光敏探测元件PD2、光敏探测元件PD3、光敏探测元件PD4收集的光信号；上传至嵌入式控制系统，通过内置算法判断设备和光纤的运行状态，在异常状态下快速切断半导体激光电源的供电，从而确保激光手术的安全运行；如果遇到激光输出功率下降的情况，通过上调半导体激光电源的电流，增加激光输出功率进行自动校准；光敏探测元件PD1、光敏探测元件PD2、光敏探测元件PD3、光敏探测元件PD4分别探测合束光纤传导回来的纤芯激光反馈光、包层光剥离器剥离出来的剩余泵浦光、主激光输出的部分分光、治疗光纤和组织之间产生的荧光能量；
[0016]S2：指示光和反馈光探测模块通过空间耦合的方式，集成了指示光的耦合功能和激光器纤芯反馈光的监控功能，通过监控保障激光手术安全进行；该模块采用可见光半导体激光器，其波长范围是450nm—650nm，颜色、蓝色、黄色、绿色或者红色；指示光经过非球面准直镜片压缩快慢轴，进入非球面耦合镜耦合进入准单模光纤，该准单模光纤芯径和光纤合束器的输入端信号纤芯径相同，互相熔接在一起，指示光在后端激光器内全程在纤芯中传输，和λ1全程同轴，打在人体组织表面；术中可见光半导体激光器全程供电，在主工作激光输出前告知医生作用部位的预期；准单模光纤芯径可以是9um，也可以是10um、15um、20um、25um、30um、35um、50um、62.5um等不同规格；指示光和反馈光探测模块在其两个耦合镜片中间插入45度反射镜片实时反射激光振荡器纤芯内部反馈回来的激光能量，激光能量进入光敏元件PD1提取数据，转换成电信号AD1采集模块采集，反馈给嵌入式控制系统；45度反射镜片接光表面镀λ1
±
20nm高反膜层；
[0017]S3：光纤耦合器通过多通道镀膜镜片实现光纤耦合和主激光功率测量、人体组织反馈光测量的目的。包层光滤除器输出的主工作激光和指示激光进入空间传输，经过聚焦镜片和聚焦镜片将激光能量准直扩束，99.5％的激光能量通过多通道镀膜镜片到达耦合聚焦镜，经聚焦进入治疗用传能光纤，进一步传递到人体病变组织；该治疗用传能光纤为多模设计；0.5％的主工作激光能量经通道镀膜镜片反射进入光敏探测元件PD3，转换成电信号采集模块AD3采集；激光作用在人体组织上，包括软组织和结石，产生热量进行汽化切割，同步的会激发出特定波段的荧光；荧光为散射光，少量的荧光可以耦合进入当治疗用传能光
纤，当光纤靠近组织小于0.5mm时或者光纤出光表面有碳化组织时，耦合进入治疗用激光光纤的荧光能量迅速增大，经治疗用传能光纤反向传输，到达多通道镀膜镜片的S2表面，高反进入光敏探测元件PD4，转换成电信号采集模块AD4采集；
[0018]S4：采集模块AD1采集纤芯反馈光的激光能量数据，采样频率为1s一次，采集数据为电压信号，V1、V2、
…
、Vn，嵌入式控制系统实时对累计的电压信号求平均值Vp，在Vp的数值基础上设置警戒值Vw＝η*Vp；当下一个新采集值Vt进来后，和警戒值进行比较，如果Vt＜Vw，系统不进行动作，继续采集，如果Vt&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道安全监控激光医疗设备，其特征在于：包括LD泵浦源(1)、指示光和反馈光探测模块(2)、光纤合束器(3)、光纤激光振荡器(4)、包层泵浦光剥离器(5)、光纤耦合器(6)、传能光纤(7)、采集模块AD1(8)、采集模块AD2(9)、光敏探测元件PD2(10)、采集模块AD3(11)、采集模块AD4(12)、半导体激光电源(13)、采样控制(14)和嵌入式控制系统(15)；所述半导体激光电源(13)通过采样控制(14)与嵌入式控制系统(15)连接，所述嵌入式控制系统(15)分别连接有采集模块AD1(8)、采集模块AD2(9)、采集模块AD3(11)和采集模块AD4(12)；所述半导体激光电源(13)分别连接有LD泵浦源(1)、指示光和反馈光探测模块(2)；所述LD泵浦源(1)、指示光和反馈光探测模块(2)均与光纤合束器(3)连接，所述光纤合束器(3)与光纤激光振荡器(4)连接，所述光纤激光振荡器(4)与包层泵浦光剥离器(5)连接，所述包层泵浦光剥离器(5)与光纤耦合器(6)连接，所述光纤耦合器(6)与传能光纤(7)连接；所述采集模块AD1(8)与指示光和反馈光探测模块(2)连接，所述采集模块AD2(9)与光敏探测元件PD2(10)连接，所述采集模块AD3(11)和采集模块AD4(12)均与光纤耦合器(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种多通道安全监控激光医疗设备，其特征在于：所述光纤耦合器(6)包括第一聚焦镜片(16)、第二聚焦镜片(17)、多通道镀膜镜片(18)、耦合聚焦镜(19)、光敏探测元件PD3(20)和光敏探测元件PD4(21)；所述光敏探测元件PD3(20)与采集模块AD3(11)连接，所述光敏探测元件PD4(21)与采集模块AD4(12)连接。3.根据权利要求2所述的一种多通道安全监控激光医疗设备，其特征在于：所述光敏探测元件PD3(20)包括散热总壳体(28)、第一光敏元件(29)、第一PD壳体(30)和衰减镜片(31)，所述衰减镜片(31)以45
°
斜角放置并粘接在第一PD壳体(30)上；所述光敏探测元件PD4(12)包括带通镜片(32)、第二PD壳体(33)和第二光敏元件(34)。4.根据权利要求1所述的一种多通道安全监控激光医疗设备，其特征在于：所述指示光和反馈光探测模块(2)包括可见光半导体激光器(22)、非球面准直镜片(23)、非球面耦合镜(24)、准单模光纤(25)、45度反射镜片(26)和光敏探测元件PD1(27)。5.根据权利要求1所述的一种多通道安全监控激光医疗设备的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：通过采集模块AD1(8)、采集模块AD2(9)、采集模块AD3(11)、采集模块AD4(12)分别采集光敏探测元件PD1(27)、光敏探测元件PD2(10)、光敏探测元件PD3(20)、光敏探测元件PD4(21)收集的光信号；上传至嵌入式控制系统(15)，通过内置算法判断设备和光纤的运行状态，在异常状态下快速切断半导体激光电源(13)的供电，从而确保激光手术的安全运行；如果遇到激光输出功率下降的情况，通过上调半导体激光电源(13)的电流，增加激光输出功率进行自动校准；光敏探测元件PD1(27)、光敏探测元件PD2(10)、光敏探测元件PD3(20)、光敏探测元件PD4(21)分别探测合束光纤传导回来的纤芯激光反馈光、包层光剥离器剥离出来的剩余泵浦光、主激光输出的部分分光、治疗光纤和组织之间产生的荧光能量；S2：指示光和反馈光探测模块(2)通过空间耦合的方式，集成了指示光的耦合功能和激光器纤芯反馈光的监控功能，通过监控保障激光手术安全进行；该模块采用可见光半导体激光器(22)，其波长范围是450nm—650nm，颜色、蓝色、黄色、绿色或者红色；指示光经过非球面准直镜片(23)压缩快慢轴，进入非球面耦合镜(24)耦合进入准单模光纤(25)，该准单
模光纤芯径和光纤合束器(3)的输入端信号纤芯径相同，互相熔接在一起，指示光在后端激光器内全程在纤芯中传输，和λ1全程同轴，打在人体组织表面；术中可见光半导体激光器(22)全程供电，在主工作激光输出前告知医生作用部位的预期；准单模光纤(25)芯径可以是9um，也可以是10um、15um、20um、25um、30um、35um、50um、62.5um等不同规格；指示光和反馈光探测模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖艺娟，李伟，袁哲，杨超，唐精兰，
申请(专利权)人：苏州瑞贝嘉医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：