CN109567934B - 一种双光纤激光治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双光纤激光治疗系统，通过设置两个激光传输通道，其中接触式光纤的端面上设置光热材料，利用光热材料的高效光热转化提高探头的产热能力，提高光纤末端温度，在手术过程中与组织直接接触，再与非接触光纤出射的激光配合，使得高温和激光同时作用于组织，使得手术效率大大提高，所需的激光功率相比传统光纤非接触式方法下降很多，减少了光纤的热效应问题的发生。激光刀头采用可更换式结构，一次使用后，更换刀头即可，不用更换激光传导光纤，极大的节省了消耗成本。

Description

一种双光纤激光治疗系统

技术领域

本发明涉及医疗器材领域，具体涉及一种双光纤激光治疗系统。

背景技术

激光因为非常好的切割能力、良好的凝血效果和较小的热损伤，在外科手术领域得到了广泛关注。激光器产生的高能脉冲激光，通过光纤传递出来，光纤再通过内窥镜进入人体，将激光器的能量传入需要激光治疗的部位，利用激光的高能、准直、作用时间短以及热影响区域小等特点，为患者进行有效和安全的治疗。激光对生物体组织的相互作用是医学应用的物理基础，激光的热效应是医学上使用最广泛而且最早被人们认识的激光组织效应之一。激光入射生物体组织，在光穿透深度范围内，被吸收的光能转换成热量。当加热速度(热能来自激光照射，与激光强度和组织吸收系数两个因素有关)远远高于蒸发组织所需热量的速度，则组织被很快汽化消融。

掺铥光纤激光器可输出1.65～2.1um波长的激光，是所有稀土离子中最宽的，其相对固体激光器而言，具有结构简单、效率高、散热特性好、窄线宽、输出激光光束质量高等优点，因而高峰值功率脉冲输出的铥光纤激光器近几年得到了广泛的研究。但2μm附近的掺铥光纤激光器对组织进行切割、气化等手术需要较大的脉冲能量，其激光功率主要由掺铥的纤芯提供。但随着掺铥增益光纤内光功率密度的显著加强，会出现严重的热效应，引起热致双折射、相位畸变、热聚焦、热透镜等现象，严重影响激光的输出功率和光束质量，成为限制激光器性能提高的一个致命因素。

公开号为CN104638506A的中国发明专利公开了一种一种1.9微米大功率前列腺激光治疗仪，其能够针对不同运行功率进行不同方式的补偿，解决掺铥光纤激光器为了增加功率而出现效率下降及光束质量变差等问题。但是这种方案仍然无法解决光纤的热效应问题。

CN107412957A公开了一种基于光热纳米材料的光热治疗探头，其包括一端封闭的圆筒状外壳、填充于外壳内部封闭端的光热纳米材料，通过实施高温杀灭肿瘤以及其他病变组织细胞。但是这种方案仅仅采用高温来实施治疗，而且其将纳米材料封闭在外壳内，结构复杂，产热效率低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种双光纤激光治疗系统，通过设置两个激光传输通道，其中接触式光纤的端面上设置光热材料，利用光热材料的高效光热转化提高探头的产热能力，提高光纤末端温度，在手术过程中与组织直接接触，再与非接触光纤出射的激光配合，使得高温和激光同时作用于组织，使得手术效率大大提高，所需的激光功率相比传统光纤非接触式方法下降很多，减少了光纤的热效应问题的发生。激光刀头采用可更换式结构，一次使用后，更换刀头即可，不用更换激光传导光纤，极大的节省了消耗成本。

本发明的技术方案具体为：

一种双光纤激光治疗系统，所述系统包括激光光源及激光治疗装置，所述激光治疗装置包括插入管，所述插入管内设置有工作通道，所述工作通道内设置有接触式激光传输光纤和非接触式激光传输光纤，其中接触式激光传输光纤包括传输部分及出光部分，所述出光部分与所述传输部分可拆卸的连接，且所述出光部分的末端端面上形成有光热材料，所述接触式激光传输光纤能在工作通道中沿轴向移动，所述激光光源包括掺铥光源和红外光源。

所述光热材料覆盖光纤端面，光热材料的高效光热转化提高探头的产热能力，提高光纤温度。端面带光热材料的接触式激光光纤传输红外光，非接触式激光传输光纤传输来自掺铥增益光纤的输出激光。

在手术过程中，接触式激光传输光纤可以伸出工作通道，直接与组织进行接触。

优选，接触式激光传输光纤和非接触式激光传输光纤位于不同的工作通道，非接触式激光传输光纤所在工作通道末端带有透明光出射窗，在使用过程中光纤不会被污染，可以重复使用。

所述光热材料可以通过涂覆、气相沉积、磁控溅射、蒸镀、熔接中任意一种方法形成于所述光纤的表面。熔接在保护气氛下进行，使用由He气体组成的气氛，这样可以有效防止高温下材料的氧化。

所述光热材料可以为金属光热材料、金刚石或半导体光热材料中的一种或多种。

优选，所述光热材料为纳米材料。

所述光热纳米材料可以为金属光热纳米材料、纳米金刚石或半导体纳米光热材料中的一种或多种。

所述金属光热纳米材料可以为金、铂、钯纳米材料中的一种或多种。

所述半导体纳米材料可以为硫化铜、硫化钼、硫化铋、硫化锑、硫化金硒化铜、硒化钼、硒化铋、硒化锑或硒化金中的一种或多种。

根据激光功率及临床温度所需来设置光热材料的密度及厚度。例如，厚度可以为100微米以下，进一步地，50微米以下，进一步地，1微米以下，进一步地，500纳米以下且不小于1纳米。

所述激光光源包括泵浦源、分束器、谐振腔，谐振腔包括两个腔镜和掺杂增益光纤，两个腔镜均为半透半反镜，第一腔镜透射泵浦光，反射增益光纤产生的信号光，第二腔镜透射增益光纤产生的信号光，反射泵浦光，分束器能够控制进入谐振腔的泵浦光量。

泵浦源采用近红外半导体激光泵浦。

所述分束器结构包括三个叶片，其中一个叶片为半镀银镜，使得以45度角入射并且不被涂层吸收的光的部分(可以通过控制沉积物的厚度或者涂层面积来控制透射光量)被透射，其余部分被反射，一个叶片为全反射镜，另外一个叶片为全透射镜。所述分束器可以根据需要绕轴心旋转，控制三个叶片中任一个位于光路中。如进行光动力治疗时，使全反射镜位于光路中，反射全部泵浦光，这样，光纤输出近红外光用于光动力治疗。如进行激光治疗时，使全投射镜位于光路中，透射全部泵浦光，泵浦光进入谐振腔产生输出激光，光纤输出2um高能脉冲激光用于激光治疗。如光动力治疗及激光治疗配合使用时，使半镀银镜位于光路中，反射部分泵浦光，透射部分泵浦光。

优选，所述半镀银镜可根据需要更换，通过使用不同透射比例的半镀银镜来调控输出近红外与2um高能脉冲激光的比例。

所述半镀银镜可以采用在一片玻璃或塑料溅射金属涂层，形成不连续的涂层或者通过化学或机械作用去除连续涂层的小区域以产生。

接触式光纤的所述传输部分跟所述出光部分通过螺纹连接或者卡合连接实现可拆卸连接。所述出光部分带有覆盖工作通道的护套。所述护套覆盖工作通道，能够防止水汽进入工作通道，防止对工作通道的污染。

所述护套采用弹性材料制成，优选采用橡胶材料制成。

所述工作通道边沿凸出内窥镜末端平面一定长度用于所述护套的固定。

可选的，所述工作通道边沿外形成环形凹陷用于所述护套的固定。

所述接触式光纤可以在工作通道中沿轴向移动，所述工作通道前端设置有与接触式光纤配合的卡口，所述卡口包括有封闭卡口的弹性闸片，卡口外部设置有控制闸片的开关，打开闸片，所述传输部分可以伸出卡口，与所述刀头连接，治疗结束后，对所述刀头及所述护套进行清洗，解除所述出光部分与所述传输部分的连接，将所述传输部分收回卡口，闸片自动弹回，封闭卡口，再解除所述护套与工作通道的固定连接，这样，一次手术之后，只需对内窥镜外部进行清除消毒，无需对内窥镜工作通道进行清洗消毒。

所述闸片的形状可以根据需要设置，可以为两个半圆形闸片，也可以为多个三角叶片。

进一步地，所述装置包括在光纤端头附近设置的温度传感器，对温度进行监控。

进一步地，所述装置包括冷却及清洗通道，用于将液体喷射至目标部位，对目标部位进行清洗和冷却。

与现有技术对比，本发明存在以下有益效果：

1、探头通过微创介入到病灶组织部位，再通过其中接触式光纤端面上的光热材料的高效光热转化机制，提高光纤温度，进行光纤接触式与非接触式激光结合的外科手术，高温和激光同时作用于组织使得手术效率大大提高，具备激光手术高能、准直、作用时间短以及热影响区域小的特点，同时所需的激光功率相比传统光纤非接触式方法下降很多，减少了光纤的热效应问题的发生。

2、本发明中光纤与光热材料直接接触，结构简单，另外也极大的减少了激光能量的损失。

3、系统复杂度低。由于本产品功率低，且工作时除了针头外其他部分温度不会升高，所以不需要水冷系统，大大降低了系统复杂度。

4、激光刀头采用可更换式结构，一次使用后，更换刀头即可，不用更换激光传导光纤，极大的节省了消耗成本。

附图说明

图1为激光治疗装置结构示意图。

图2为激光光源结构示意图。

图3为护套结构示意图。

图中，1-非接触式激光传输光纤，2-接触式激光传输光纤，3-光热材料，4-掺杂增益光纤5-第二腔镜6-合束器。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明，实施例的具体参数设置等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。

实施例1

如图1所示，一种双光纤激光治疗系统，所述系统包括激光光源及激光治疗装置，所述激光治疗装置包括插入管，所述插入管内设置有工作通道，所述工作通道内设置有接触式激光传输光纤2和非接触式激光传输光纤1，其中接触式激光传输光纤2包括传输部分及出光部分，所述出光部分与所述传输部分可拆卸的连接，且所述出光部分的末端端面上形成有光热材料，且能在工作通道中沿轴向移动，所述激光光源包括掺铥光源和红外光源。

所述光热材料3覆盖光纤端面，光热材料的高效光热转化提高探头的产热能力，提高光纤温度。端面带光热材料3的接触式激光光纤2传输红外光，非接触式激光传输光纤1传输来自掺铥增益光纤的输出激光。

在手术过程中，接触式激光传输光纤2可以伸出工作通道，直接与组织进行接触。

接触式激光传输光纤2和非接触式激光传输光纤1位于不同的工作通道，非接触式激光传输光纤1所在工作通道末端带有透明光出射窗9，在使用过程中光纤不会被污染，可以重复使用。

所述光热材料3可以通过涂覆、气相沉积、磁控溅射、蒸镀、熔接中任意一种方法形成于所述光纤的表面。熔接在保护气氛下进行，使用由He气体组成的气氛，这样可以有效防止高温下材料的氧化。

所述光热材料可以为金属光热材料、金刚石或半导体材料中的一种或多种。

所述光热材料为纳米材料。

所述光热纳米材料可以为金属光热纳米材料、纳米金刚石或半导体纳米材料中的一种或多种。

所述金属光热纳米材料可以为金、铂、钯纳米材料中的一种或多种。

所述半导体纳米材料可以为硫化铜、硫化钼、硫化铋、硫化锑、硫化金硒化铜、硒化钼、硒化铋、硒化锑或硒化金中的一种或多种。

根据激光功率及临床温度所需来设置光热材料的密度及厚度。例如，厚度可以为100微米以下，进一步地，50微米以下，进一步地，1微米以下，进一步地，500纳米以下且不小于1纳米。

如图2所示，所述激光光源包括泵浦源4、分束器8以及谐振腔，谐振腔包括两个腔镜5,7和掺杂增益光纤6，两个腔镜5,7均为半透半反镜，第一腔镜5透射泵浦光，反射增益光纤产生的信号光，第二腔镜7透射增益光纤产生的信号光，反射泵浦光，分束器8能够控制进入谐振腔的泵浦光量。

泵浦源4采用近红外半导体激光泵浦。

所述分束器结构8包括三个叶片，其中一个叶片为半镀银镜，使得以45度角入射并且不被涂层吸收的光的部分(可以通过控制沉积物的厚度或者涂层面积来控制透射光量)被透射，其余部分被反射，一个叶片为全反射镜，另外一个叶片为全透射镜。所述分束器可以根据需要绕轴心旋转，控制三个叶片中任一个位于光路中。如进行光动力治疗时，使全反射镜位于光路中，反射全部泵浦光，这样，光纤输出近红外光用于光动力治疗。如进行激光治疗时，使全投射镜位于光路中，透射全部泵浦光，泵浦光进入谐振腔产生输出激光，光纤输出2um高能脉冲激光用于激光治疗。如光动力治疗及激光治疗配合使用时，使半镀银镜位于光路中，反射部分泵浦光，透射部分泵浦光。

所述半镀银镜可根据需要更换，通过使用不同透射比例的半镀银镜来调控输出近红外与2um高能脉冲激光的比例。

所述半镀银镜可以采用在一片玻璃或塑料溅射金属涂层，形成不连续的涂层或者通过化学或机械作用去除连续涂层的小区域以产生。

接触式光纤2的所述传输部分跟所述出光部分通过螺纹连接或者卡合连接实现可拆卸连接。所述出光部分带有如图3所示的覆盖工作通道的护套。所述护套覆盖工作通道，能够防止水汽进入工作通道，防止对工作通道的污染。

所述护套采用弹性材料制成，优选采用橡胶材料制成。

所述工作通道边沿凸出内窥镜末端平面一定长度用于所述护套的固定。

所述工作通道边沿外形成环形凹陷用于所述护套的固定。

所述接触式光纤2可以在工作通道中沿轴向移动，所述工作通道前端设置有与接触式光纤配合的卡口，所述卡口包括有封闭卡口的弹性闸片，卡口外部设置有控制闸片的开关，打开闸片，所述传输部分可以伸出卡口，与所述刀头连接，治疗结束后，对所述刀头及所述护套进行清洗，解除所述出光部分与所述传输部分的连接，将所述传输部分收回卡口，闸片自动弹回，封闭卡口，再解除所述护套与工作通道的固定连接，这样，一次手术之后，只需对内窥镜外部进行清除消毒，无需对内窥镜工作通道进行清洗消毒。

所述闸片的形状可以根据需要设置，可以为两个半圆形闸片，也可以为多个三角叶片。

所述装置包括在光纤端头附近设置的温度传感器，对温度进行监控。

所述装置包括冷却及清洗通道，用于将液体喷射至目标部位，对目标部位进行清洗和冷却。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种双光纤激光治疗系统，其特征在于，所述系统包括激光光源及激光治疗装置，所述激光治疗装置包括插入管，所述插入管内设置有工作通道，所述工作通道内设置有接触式激光传输光纤和非接触式激光传输光纤，其中接触式激光传输光纤包括传输部分及出光部分，所述出光部分与所述传输部分可拆卸的连接，且所述出光部分的末端端面上形成有光热材料，所述接触式激光传输光纤能在工作通道中沿轴向移动，所述激光光源包括掺铥光源和红外光源；所述激光光源包括泵浦源、分束器以及谐振腔，谐振腔包括两个腔镜和掺杂增益光纤，两个腔镜均为半透半反镜，第一腔镜透射泵浦光，反射增益光纤产生的信号光，第二腔镜透射增益光纤产生的信号光，反射泵浦光，分束器能够控制进入谐振腔的泵浦光量。

2.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，所述端面带光热材料的接触式激光光纤传输红外光，所述非接触式激光传输光纤传输来自掺铥增益光纤的输出激光。

3.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，接触式激光传输光纤和非接触式激光传输光纤位于不同的工作通道，非接触式激光传输光纤所在工作通道末端带有透明光出射窗。

4.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，所述光热材料通过涂覆、气相沉积、磁控溅射、蒸镀、熔接中任意一种方法形成于所述光纤的表面。

5.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，所述光热材料为金属光热纳米材料、纳米金刚石或半导体纳米光热材料中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，泵浦源采用近红外半导体激光泵浦。

7.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，接触式光纤的所述传输部分跟所述出光部分通过螺纹连接或者卡合连接实现可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的激光治疗系统，其特征在于，所述出光部分带有覆盖工作通道的护套。

9.根据权利要求8所述的激光治疗系统，其特征在于，所述护套采用弹性材料制成。

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