一種外科用激光系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種外科用激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)包括：激光器系統(tǒng)、測量裝置、控制裝置、偏轉裝置和聚焦光學裝置；激光器系統(tǒng)進一步包括：近紅外脈沖激光器和由非線性晶體組成的激光波長轉換裝置；激光波長轉換裝置的輸入端接收所述近紅外脈沖激光器發(fā)出的近紅外脈沖激光，并對近紅外脈沖激光進行波長轉換，激光波長轉換裝置輸出紅外脈沖激光和經(jīng)波長轉換獲得的五倍頻紫外脈沖激光；測量裝置進一步包括：光學相干斷層掃描系統(tǒng)、一個或多個測量器以及耦合器。本發(fā)明提供的外科用激光系統(tǒng)集成度高，穩(wěn)定性好，安全可靠，有效提高了外科手術的安全性。
【專利說明】一種外科用激光系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)用超短脈沖激光器領域，具體地說涉及一種外科用激光系統(tǒng)。【背景技術】
[0002]近年來，隨著激光器技術的發(fā)展，并由于其具有的特殊優(yōu)勢，越來越多地激光器被應用于醫(yī)學外科手術中。例如:目前常見的激光角膜手術；激光治療扁平疣等皮膚疾??；激光刀等等。因其安全性和有效性，激光器在外科手術中的應用得到了科學的確認和廣泛的認同。
[0003]目前普遍采用的激光切割方法是先用一種機械刀切開一個待治療部位，該部位被切開后，再用ArF準分子激光對待治療部位的內部組織進行切削。但是，紫外激光在一些內皮、基質組織上的穿透性很小，只適合表面切削，而且機型龐大，能量穩(wěn)定性差，容易受到環(huán)境溫度濕度的影像。另外，由于其設計和操作的原因，機械刀容易產(chǎn)生治療后的并發(fā)癥癥，使激光手術的精度受到影響。
[0004]近年來，為了克服紫外激光的缺陷，科技人員推出了近紅外飛秒激光微加工技術代替機械刀，利用近紅外激光的可穿透性，在計算機控制下聚焦于待治療組織中一定的深度并進行掃描，激光能量使待治療組織產(chǎn)生光致裂解，已達到對待治療部位進行切割的作用。這種激光微加工技術更加精確，術后并發(fā)癥更少，獲得了業(yè)界的一致好評。
[0005]但是，由于目前的飛秒激光設備依然龐大，而且和進行表面切削的準分子激光分別屬于兩個獨立設備，互不相關。因此，在需要治療時，要在治療室準備兩臺激光器，這種做法既繁瑣又容易增加人為失誤率的提高，直接影響了醫(yī)療安全。
[0006]此外，在激光手術過程中，對于待治療部位的準確定位也很重要，尤其是針對相對精細的腦外科手術和眼科手術時更是如此，不允許存在絲毫的偏差。為獲得受測部位的準確的和可重復的圖像和測量，需要的是在距離成像器件固定距離并在可重復的位置處將受測部位成像。因此，重要的是確定受測部位與成像器件之間合適的工作距離(也稱為Z距離)。從該固定距離的位置位移可以導致不準確的和不太能重復的圖像，或者甚至測量上的誤差。
[0007]目前常用的減少上述誤差的三個主要方式(參考成像方法、基于光束三角測量的方法和最大信號方法)均存在不同程度的缺陷。參考成像方法是高度主觀的并且對于不同的待治療部位的尺寸和輪廓難以進行。使用這種方法不能以高精度和可重復性獲得所需的固定位置。基于三角測量的方法會使病人感到不適，是不友好的，且這種方法的附加復雜度較高。由于存在影響所獲得的圖像的品質和信號的其他因素(如環(huán)境光)，最大信號方法也不是非?？煽?。
[0008]綜上所述，現(xiàn)有技術中針對于精細部位的外科激光系統(tǒng)，存在著操作復雜，集成度低，定位不準確等缺陷，這些缺陷的存在直接影響著醫(yī)療安全。因此急需能解決上述問題的安全可靠，簡單易用的醫(yī)用外科激光系統(tǒng)。
【發(fā)明內容】
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種可用于多種外科(如:腦外科、皮膚科、眼科和牙科等)醫(yī)學手術的激光系統(tǒng)。該外科用激光系統(tǒng)結合了紫外光和超短脈沖的優(yōu)勢，可以用一臺激光器實現(xiàn)對待治療部位的切割、切削。并且通過精確定位和聚焦，顯著提高手術的準確性和穩(wěn)定性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種外科用激光系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)包括:
[0011]激光器系統(tǒng)，用于輸出外科手術中所需的激光脈沖，所述激光脈沖為近紅外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光；
[0012]測量裝置，用于對待治療部位的特征進行實時測量；
[0013]控制裝置，接收所述測量裝置的測量結果，并根據(jù)所述測量結果控制所述偏轉裝置；
[0014]偏轉裝置，用于改變所述待治療部位上和/或所述待治療部位內的焦點的位置；
[0015]聚焦光學裝置，用于將所述飛秒激光脈沖聚焦到待治療部位的選定部分中，產(chǎn)生至少一個焦點；所述焦點為在所述待治療部位上施加所述激光脈沖后所述待治療部位所產(chǎn)生的二維衍射結構或全息三維衍射結構；
[0016]所述激光器系統(tǒng)包括:近紅外脈沖激光器和由非線性晶體組成的激光波長轉換裝置；所述激光波長轉換裝置的輸入端用于接收所述近紅外脈沖激光器發(fā)出的近紅外脈沖激光，并對所述近紅外脈沖激光進行波長轉換，所述激光波長轉換裝置的輸出端用于輸出紅外脈沖激光和經(jīng)波長轉換獲得的五倍頻紫外脈沖激光；
[0017]所述測量裝置 包括:光學相干斷層掃描系統(tǒng)，用于對待治療部位進行掃描；一個或多個測量器；以及耦合器，所述耦合器連接至所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)和所述一個或多個測量器，并提供組合束。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述近紅外脈沖激光的波長為850nm~1080nm,所述五倍頻紫外脈沖激光的波長為165nm~210nm。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個【具體實施方式】，所述聚焦光學裝置的數(shù)值孔徑的范圍為
0.1 ~0.2。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述待治療部位中的焦點的直徑為
0.5 y m ~2.5 y m。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)包括時域光學相干斷層掃描系統(tǒng)、基于分光計的頻域光學相干斷層掃描系統(tǒng)以及基于掃頻源的頻域光學相干斷層掃描系統(tǒng)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述測量器為包含有placido錐的地形圖成像儀。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述耦合器至少包括一個分束器，所述分束器用于組合所述測量器所獲得的信息。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述激光波長轉換裝置內包括倍頻裝置和混
頻裝置。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，近紅外脈沖激光器為半導體激光泵浦的Nd: YAG脈沖激光器或Nd: YLF脈沖激光器。[0026]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述激光系統(tǒng)還包括顯示裝置，所述顯示裝置與所述測量裝置連接，并實時顯示所述測量裝置的測量結果。
[0027]本發(fā)明提供的外科用激光系統(tǒng)，采用倍頻/混頻非線性晶體實現(xiàn)了用一臺激光器輸出近紅外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光，并結合使用兩種不同頻率的激光對待治療部位進行手術。降低了設備成本，簡化了程序操作。并采用OCT掃描系統(tǒng)對待治療部位進行實時掃描監(jiān)控，獲取更準確的測量數(shù)據(jù)，并使用該數(shù)據(jù)對激光器進行控制，達到最優(yōu)化的手術效果，有效提高了手術的準確性和安全性。本發(fā)明中的聚焦光學裝置可以在不超過材料的“去除閾值”的情況下，使激光脈沖被聚焦的角度(即聚焦光學裝置的數(shù)值孔徑)更大，處于恒定脈沖持續(xù)時間的一個脈沖的能量更低，進而對待治療部位的處理更精確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明提供的一種外科用激光系統(tǒng)的一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0030]附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0031]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結構。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。應當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處 理技術及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0032]參考圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明提供的一種外科用激光系統(tǒng)的一種【具體實施方式】的結構示意圖。本發(fā)明提供的外科用激光系統(tǒng)，包括:激光器系統(tǒng)1，測試裝置2，控制裝置3，偏轉裝置4和聚焦光學裝置5。激光器系統(tǒng)I發(fā)出的激光粉筆進入偏轉裝置2和控制裝置
3?？刂蒲b置2接收到激光器系統(tǒng)I的發(fā)出激光，可以記錄其強度、頻率、波長等信息，并將激光繼續(xù)發(fā)送至測量裝置2。測量裝置2像待治療部位6發(fā)出激光，并接受經(jīng)待治療部位6反射的光線，并對該光線處理后反饋至控制裝置3?？刂蒲b置3接收到測量裝置2反饋的信息，并根據(jù)該信息對偏轉裝置4接收到的激光器系統(tǒng)I發(fā)出的激光進行偏轉控制。經(jīng)偏轉裝置4調制的激光經(jīng)過聚焦光學裝置5，聚焦于待治療部位6，對待治療部位進行治療。
[0033]激光器系統(tǒng)I由激光器11和激光波長轉換裝置12組成。所述近紅外脈沖激光器11優(yōu)選為半導體泵浦的Nd = YAG脈沖激光器或Nd = YLF脈沖激光器。激光器11發(fā)出的近紅外脈沖激光進入到激光波長轉換裝置12中，進行激光波長裝換，以產(chǎn)生用于外科手術治療的五倍頻紫外脈沖激光。
[0034]優(yōu)選的，激光波長轉換裝置12包括倍頻裝置和混頻裝置。倍頻裝置和混頻裝置分別對激光脈沖進行倍頻操作或者混頻操作。優(yōu)選的，倍頻操作和混頻操作均由非線性晶體完成。根據(jù)不同的需要，非線性晶體可以用于對激光波長進行倍頻或者混頻。優(yōu)選的，所述非線性晶體包括但不限于:三硼酸鋰(LBO)，偏硼酸鋇(BBO)，磷酸二氫鉀(KDP)，六硼酸鋰銫(CLBO)，磷酸二氘鉀(DKDP)，磷酸鈦氧鉀(KTP)或碘酸鋰(Li 103)等。
[0035]激光器11發(fā)出的近紅外激光脈沖的波長為850nm~1080nm，例如:850nm，950nm或1080nm。通常情況下，Nd: YAG激光器發(fā)出的脈沖激光的波長為1064nm ;而Nd: YLF脈沖激光器發(fā)出的激光的波長為1053nm。將激光器11發(fā)出的近紅外激光脈沖的波長轉換成五倍頻紫外脈沖激光，可選的，可以直接使用倍頻晶體進行五倍頻操作；可選的，還可以對近紅外脈沖激光進行兩次倍頻獲得四倍頻激光輸出，所獲得的四倍頻激光與倍頻前的近紅外脈沖激光再進行混頻，獲得五倍頻紫外脈沖激光；可選的，還可以對激光器11輸出的近紅外脈沖激光依次進行倍頻和三倍頻，然后將所獲得的倍頻激光和三倍頻激光進行混頻，獲得五倍頻紫外脈沖激光輸出。所述五倍頻紫外脈沖激光的波長為165nm~210nm，例如:165nm, 185nm或210nm。其脈沖頻率在IHz至IGHz之間，脈沖寬度在IOfs至IOOns之間。
[0036]經(jīng)過激光波長轉換裝置12處理后的五倍頻紫外脈沖激光和未經(jīng)處理的近紅外脈沖激光同時從激光器系統(tǒng)輸出，控制裝置3和偏轉裝置4對激光器系統(tǒng)I輸出的激光進行接收并對其進行后續(xù)操作。
[0037]控制裝置3接收到激光器系統(tǒng)I發(fā)出的激光，其內部的傳輸裝置會將激光傳輸至測量裝置2中，激光測量裝置2接收所述激光，并使用其對待治療部位6的信息進行探測?？刂蒲b置2與激光器系統(tǒng)I是雙向通信，其即可以接收激光器系統(tǒng)I發(fā)出的激光，也可以根據(jù)測量裝置2的測量結果，對激光器系統(tǒng)I進行控制，例如控制激光器系統(tǒng)I向偏轉裝置4發(fā)出的激光的脈沖強度、脈寬、時間等。
[0038]測量裝置2包括光學相干斷層掃描(Optical Coherence Tomography, OCT)系統(tǒng)21、一個或多個測量器22(圖1中以兩個測量器22為例)以及耦合器23。光學相干斷層掃描系統(tǒng)21、測量器22并聯(lián)設置。控制裝置3輸出的激光進入測量裝置2，分別經(jīng)過光學相干斷層掃描系統(tǒng)21和測量器22，經(jīng)過二者處理后，通過耦合器23照射至待治療部位6 ;激光照射到待治療部位6后產(chǎn) 生反射光，反射光又進入耦合器23，耦合器23耦合后，將激光分別傳回光學相干斷層掃描系統(tǒng)21和測量器22 ;最終反射光的相干結果傳輸至控制裝置
3。優(yōu)選的，測量裝置2還包括處理裝置25，所述處理裝置優(yōu)選為可編程微處理器等。處理裝置25對光學相干斷層掃描系統(tǒng)21和測量器22返回的激光束進行分析，獲取分析結果，并將結果反饋至控制裝置3。
[0039]光學相干斷層掃描技術通常用于成像和測量生物組織，因此其非常適用于精細的外科手術中，例如:腦外科手術，眼外科手術等?？蛇x的，所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)21包括但不限于時域光學相干斷層掃描系統(tǒng)、基于分光計的頻域光學相干斷層掃描系統(tǒng)以及基于掃頻源的頻域光學相干斷層掃描系統(tǒng)。光學相干斷層掃描系統(tǒng)21可以與其他攝影系統(tǒng)一起應用以提供在單獨的成影系統(tǒng)中不可得的另外的有價值信息以關聯(lián)、登記和提高測量以及分析。例如，可以通過結合光學相干斷層掃描系統(tǒng)21確定受測組織與成像系統(tǒng)之間的精確工作距離。眾所周知，光學相干斷層掃描技術可產(chǎn)生高分辨率圖像，并且該高分辨率可用于極其準確的距離測量。因此，光學相干斷層掃描系統(tǒng)21和測量器22相結合可以得到待治療部位6的精確位置，以便對待治療部位6進行準確的定位和精確的治療?？蛇x的，測量器22包括但不限于:波前系統(tǒng)、生物統(tǒng)計學測量系統(tǒng)、激光手術系統(tǒng)、地形測量系統(tǒng)等。
[0040]可選的，光學相干斷層掃描系統(tǒng)21可以使用各種掃描模式,例如:曲折掃描、不連續(xù)逐行掃描、連續(xù)逐行掃描、螺旋掃描和/或圓形掃描。此外，掃描速度可以在掃描之間或掃描期間被調節(jié)。掃描可以進一步重復一次或幾次?？蛇x的，掃描速度在80微秒到120微米每秒之間，例如:80微秒，100微秒或者120微秒。[0041]以測量器22為包含有placido錐的地形圖成像儀為例。將光學相干斷層掃描系統(tǒng)21發(fā)出的激光和地形圖成像儀發(fā)出的激光組合在一起通過耦合器23 (所述耦合器23中的分束器)?？蛇x的，可以在稱合器23與待治療部位6之間放置一光學系統(tǒng)(如placido錐)，以便更好地獲得OCT信息(如待治療部位6的深度或者成像信息)。測量器22的光路可獲得投影至待治療部位上的placido錐的圖像。在該實施例中，待治療部位6的信息可以使用來自光學相干斷層掃描系統(tǒng)21的信息明確定義的距離使用來自地形測量系統(tǒng)的placido錐的信息計算。光學相干斷層掃描系統(tǒng)21獲得的干涉信號可以計算出待治療部位6相對于參考位置的距離。優(yōu)選的，可以使用處理裝置25來分析光學相干斷層掃描系統(tǒng)21獲得的干涉信號，并將計算出的待治療部位6的參考位置等信息反饋至控制裝置3。
[0042]可選的，所述激光系統(tǒng)還包括顯示裝置，所述顯示裝置與所述測量裝置連接，用于顯示待治療部位6的實時圖樣?？刂蒲b置3獲取到測量裝置2發(fā)送的關于帶治療部位6的各種信息(例如，帶治療部位6的位置，角度，與激光器系統(tǒng)I的距離等)，并根據(jù)上述信息控制偏轉裝置4。
[0043]偏轉裝置4通常包括旋轉軸線彼此垂直的兩個旋轉鏡，可以借助于旋轉鏡的旋轉運動使來自于激光器系統(tǒng)I的激光束橫向偏轉。也就是說，借助于偏轉裝置4以及聚焦光學裝置5可以二維地改變激光脈沖在待治療部位6上的焦點的位置，使得焦點可以被置于待治療部位6內的任意點?？蛇x的，所述聚焦光學裝置的數(shù)值孔徑的范圍為0.1~0.2，例如:0.1,0.15 或 0.2。
[0044]聚焦光學裝置5也可以包括致動元件,該致動元件能夠改變焦點的尺寸和/或焦點5在z方向(垂直于待治療部位6前表面的方向)上的位置。因此，可以通過偏轉裝置4和聚焦光學裝置5協(xié)同操作而三維地改變激光束在帶治療部位6上形成的焦點的位置。優(yōu)選的，所述待治療部位6中的焦點的直徑為0.5 ii m~2.5 ii m，例如:0.5 y m，1.5 y m或2.5 u m0
[0045]控制裝置3接收到激光器系統(tǒng)I的激光脈沖，并對該激光脈沖的頻率、時間等信息進行分析以便使偏轉裝置4的偏轉與激光器系統(tǒng)I發(fā)出的激光脈沖同步，以避免偏轉裝置4在未接收到激光脈沖時移動，失去對激光脈沖的偏轉控制。
[0046]本發(fā)明提供的外科用激光系統(tǒng)集成度高，穩(wěn)定性好，安全可靠，有效提高了外科手術的安全性。
[0047]雖然關于示例實施例及其優(yōu)點已經(jīng)詳細說明，應當理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權利要求限定的保護范圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領域的普通技術人員應當容易理解在保持本發(fā)明保護范圍內的同時，工藝步驟的次序可以變化。
[0048]此外，本發(fā)明的應用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內容，作為本領域的普通技術人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結果，依照本發(fā)明可以對它們進行應用。因此，本發(fā)明所附權利要求旨在將這些工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內。
【權利要求】
1.一種外科用激光系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)包括: 激光器系統(tǒng)，用于輸出外科手術中所需的激光脈沖，所述激光脈沖為近紅外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光； 測量裝置，用于對待治療部位的特征進行實時測量； 控制裝置，接收所述測量裝置的測量結果，并根據(jù)所述測量結果控制偏轉裝置； 偏轉裝置，用于改變所述待治療部位上和/或所述待治療部位內的焦點的位置； 聚焦光學裝置，用于將所述飛秒激光脈沖聚焦到待治療部位的選定部分中，產(chǎn)生至少一個焦點；所述焦點為在所述待治療部位上施加所述激光脈沖后，所述待治療部位所產(chǎn)生的二維衍射結構或全息三維衍射結構； 其特征在于， 所述激光器系統(tǒng)包括:近紅外脈沖激光器和由非線性晶體組成的激光波長轉換裝置；所述激光波長轉換裝置的輸入端用于接收所述近紅外脈沖激光器發(fā)出的近紅外脈沖激光，并對所述近紅外脈沖激光進行波長轉換，所述激光波長轉換裝置的輸出端用于輸出紅外脈沖激光和經(jīng)波長轉換獲得的五倍頻紫外脈沖激光； 所述測量裝置包括:光學相干斷層掃描系統(tǒng)，用于對待治療部位進行掃描；一個或多個測量器；以及耦合器，所述耦合器連接至所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)和所述一個或多個測量器，并提供組合束。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述近紅外脈沖激光的波長為850nm~1080nm,所述五倍頻紫外脈沖激光的波長為165nm~210nm。
3.根據(jù)權利要求1所述的 激光系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦光學裝置的數(shù)值孔徑的范圍為0.1~0.2。
4.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述待治療部位中的焦點的直徑為0.5 y m ~2.5 y m。
5.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)包括時域光學相干斷層掃描系統(tǒng)、基于分光計的頻域光學相干斷層掃描系統(tǒng)以及基于掃頻源的頻域光學相干斷層掃描系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述測量器為包含有Placido錐的地形圖成像儀。
7.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合器至少包括一個分束器，所述分束器用于組合所述測量器所獲得的信息。
8.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述激光波長轉換裝置內包括倍頻裝置和混頻裝置。
9.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，近紅外脈沖激光器為半導體激光泵浦的Nd: YAG脈沖激光器或Nd: YLF脈沖激光器。
10.根據(jù)權利要求1所述的激光系統(tǒng)，其特征在于，所述激光系統(tǒng)還包括顯示裝置，所述顯示裝置與所述測量裝置連接，并實時顯示所述測量裝置的測量結果。
【文檔編號】H01S3/109GK103494640SQ201310478676
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2013年10月15日
【發(fā)明者】劉昆 申請人:劉昆