一种外科用激光系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种外科用激光系统，该激光系统包括：激光器系统、测量装置、控制装置、偏转装置和聚焦光学装置；激光器系统进一步包括：近红外脉冲激光器和由非线性晶体组成的激光波长转换装置；激光波长转换装置的输入端接收所述近红外脉冲激光器发出的近红外脉冲激光，并对近红外脉冲激光进行波长转换，激光波长转换装置输出红外脉冲激光和经波长转换获得的五倍频紫外脉冲激光；测量装置进一步包括：光学相干断层扫描系统、一个或多个测量器以及耦合器。本发明提供的外科用激光系统集成度高，稳定性好，安全可靠，有效提高了外科手术的安全性。
【专利说明】一种外科用激光系统
【技术领域】
[0001]本发明属于医用超短脉冲激光器领域，具体地说涉及一种外科用激光系统。【背景技术】
[0002]近年来，随着激光器技术的发展，并由于其具有的特殊优势，越来越多地激光器被应用于医学外科手术中。例如:目前常见的激光角膜手术；激光治疗扁平疣等皮肤疾病；激光刀等等。因其安全性和有效性，激光器在外科手术中的应用得到了科学的确认和广泛的认同。
[0003]目前普遍采用的激光切割方法是先用一种机械刀切开一个待治疗部位，该部位被切开后，再用ArF准分子激光对待治疗部位的内部组织进行切削。但是，紫外激光在一些内皮、基质组织上的穿透性很小，只适合表面切削，而且机型庞大，能量稳定性差，容易受到环境温度湿度的影像。另外，由于其设计和操作的原因，机械刀容易产生治疗后的并发症症，使激光手术的精度受到影响。
[0004]近年来，为了克服紫外激光的缺陷，科技人员推出了近红外飞秒激光微加工技术代替机械刀，利用近红外激光的可穿透性，在计算机控制下聚焦于待治疗组织中一定的深度并进行扫描，激光能量使待治疗组织产生光致裂解，已达到对待治疗部位进行切割的作用。这种激光微加工技术更加精确，术后并发症更少，获得了业界的一致好评。
[0005]但是，由于目前的飞秒激光设备依然庞大，而且和进行表面切削的准分子激光分别属于两个独立设备，互不相关。因此，在需要治疗时，要在治疗室准备两台激光器，这种做法既繁琐又容易增加人为失误率的提高，直接影响了医疗安全。
[0006]此外，在激光手术过程中，对于待治疗部位的准确定位也很重要，尤其是针对相对精细的脑外科手术和眼科手术时更是如此，不允许存在丝毫的偏差。为获得受测部位的准确的和可重复的图像和测量，需要的是在距离成像器件固定距离并在可重复的位置处将受测部位成像。因此，重要的是确定受测部位与成像器件之间合适的工作距离(也称为Z距离)。从该固定距离的位置位移可以导致不准确的和不太能重复的图像，或者甚至测量上的误差。
[0007]目前常用的减少上述误差的三个主要方式(参考成像方法、基于光束三角测量的方法和最大信号方法)均存在不同程度的缺陷。参考成像方法是高度主观的并且对于不同的待治疗部位的尺寸和轮廓难以进行。使用这种方法不能以高精度和可重复性获得所需的固定位置。基于三角测量的方法会使病人感到不适，是不友好的，且这种方法的附加复杂度较高。由于存在影响所获得的图像的品质和信号的其他因素(如环境光)，最大信号方法也不是非常可靠。
[0008]综上所述，现有技术中针对于精细部位的外科激光系统，存在着操作复杂，集成度低，定位不准确等缺陷，这些缺陷的存在直接影响着医疗安全。因此急需能解决上述问题的安全可靠，简单易用的医用外科激光系统。
【发明内容】
[0009]为了解决上述问题，本发明提供了一种可用于多种外科(如:脑外科、皮肤科、眼科和牙科等)医学手术的激光系统。该外科用激光系统结合了紫外光和超短脉冲的优势，可以用一台激光器实现对待治疗部位的切割、切削。并且通过精确定位和聚焦，显著提高手术的准确性和稳定性。
[0010]根据本发明的一个方面，提供一种外科用激光系统，所述激光系统包括:
[0011]激光器系统，用于输出外科手术中所需的激光脉冲，所述激光脉冲为近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光；
[0012]测量装置，用于对待治疗部位的特征进行实时测量；
[0013]控制装置，接收所述测量装置的测量结果，并根据所述测量结果控制所述偏转装置；
[0014]偏转装置，用于改变所述待治疗部位上和/或所述待治疗部位内的焦点的位置；
[0015]聚焦光学装置，用于将所述飞秒激光脉冲聚焦到待治疗部位的选定部分中，产生至少一个焦点；所述焦点为在所述待治疗部位上施加所述激光脉冲后所述待治疗部位所产生的二维衍射结构或全息三维衍射结构；
[0016]所述激光器系统包括:近红外脉冲激光器和由非线性晶体组成的激光波长转换装置；所述激光波长转换装置的输入端用于接收所述近红外脉冲激光器发出的近红外脉冲激光，并对所述近红外脉冲激光进行波长转换，所述激光波长转换装置的输出端用于输出红外脉冲激光和经波长转换获得的五倍频紫外脉冲激光；
[0017]所述测量装置 包括:光学相干断层扫描系统，用于对待治疗部位进行扫描；一个或多个测量器；以及耦合器，所述耦合器连接至所述光学相干断层扫描系统和所述一个或多个测量器，并提供组合束。
[0018]根据本发明的一个【具体实施方式】，所述近红外脉冲激光的波长为850nm~1080nm,所述五倍频紫外脉冲激光的波长为165nm~210nm。
[0019]根据本发明的另一个【具体实施方式】，所述聚焦光学装置的数值孔径的范围为
0.1 ~0.2。
[0020]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述待治疗部位中的焦点的直径为
0.5 y m ~2.5 y m。
[0021]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述光学相干断层扫描系统包括时域光学相干断层扫描系统、基于分光计的频域光学相干断层扫描系统以及基于扫频源的频域光学相干断层扫描系统。
[0022]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述测量器为包含有placido锥的地形图成像仪。
[0023]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述耦合器至少包括一个分束器，所述分束器用于组合所述测量器所获得的信息。
[0024]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述激光波长转换装置内包括倍频装置和混
频装置。
[0025]根据本发明的又一个【具体实施方式】，近红外脉冲激光器为半导体激光泵浦的Nd: YAG脉冲激光器或Nd: YLF脉冲激光器。[0026]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述激光系统还包括显示装置，所述显示装置与所述测量装置连接，并实时显示所述测量装置的测量结果。
[0027]本发明提供的外科用激光系统，采用倍频/混频非线性晶体实现了用一台激光器输出近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光，并结合使用两种不同频率的激光对待治疗部位进行手术。降低了设备成本，简化了程序操作。并采用OCT扫描系统对待治疗部位进行实时扫描监控，获取更准确的测量数据，并使用该数据对激光器进行控制，达到最优化的手术效果，有效提高了手术的准确性和安全性。本发明中的聚焦光学装置可以在不超过材料的“去除阈值”的情况下，使激光脉冲被聚焦的角度(即聚焦光学装置的数值孔径)更大，处于恒定脉冲持续时间的一个脉冲的能量更低，进而对待治疗部位的处理更精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0029]图1为根据本发明提供的一种外科用激光系统的一种【具体实施方式】的结构示意图。
[0030]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0031]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处 理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0032]参考图1，图1为根据本发明提供的一种外科用激光系统的一种【具体实施方式】的结构示意图。本发明提供的外科用激光系统，包括:激光器系统1，测试装置2，控制装置3，偏转装置4和聚焦光学装置5。激光器系统I发出的激光粉笔进入偏转装置2和控制装置
3。控制装置2接收到激光器系统I的发出激光，可以记录其强度、频率、波长等信息，并将激光继续发送至测量装置2。测量装置2像待治疗部位6发出激光，并接受经待治疗部位6反射的光线，并对该光线处理后反馈至控制装置3。控制装置3接收到测量装置2反馈的信息，并根据该信息对偏转装置4接收到的激光器系统I发出的激光进行偏转控制。经偏转装置4调制的激光经过聚焦光学装置5，聚焦于待治疗部位6，对待治疗部位进行治疗。
[0033]激光器系统I由激光器11和激光波长转换装置12组成。所述近红外脉冲激光器11优选为半导体泵浦的Nd = YAG脉冲激光器或Nd = YLF脉冲激光器。激光器11发出的近红外脉冲激光进入到激光波长转换装置12中，进行激光波长装换，以产生用于外科手术治疗的五倍频紫外脉冲激光。
[0034]优选的，激光波长转换装置12包括倍频装置和混频装置。倍频装置和混频装置分别对激光脉冲进行倍频操作或者混频操作。优选的，倍频操作和混频操作均由非线性晶体完成。根据不同的需要，非线性晶体可以用于对激光波长进行倍频或者混频。优选的，所述非线性晶体包括但不限于:三硼酸锂(LBO)，偏硼酸钡(BBO)，磷酸二氢钾(KDP)，六硼酸锂铯(CLBO)，磷酸二氘钾(DKDP)，磷酸钛氧钾(KTP)或碘酸锂(Li 103)等。
[0035]激光器11发出的近红外激光脉冲的波长为850nm~1080nm，例如:850nm，950nm或1080nm。通常情况下，Nd: YAG激光器发出的脉冲激光的波长为1064nm ;而Nd: YLF脉冲激光器发出的激光的波长为1053nm。将激光器11发出的近红外激光脉冲的波长转换成五倍频紫外脉冲激光，可选的，可以直接使用倍频晶体进行五倍频操作；可选的，还可以对近红外脉冲激光进行两次倍频获得四倍频激光输出，所获得的四倍频激光与倍频前的近红外脉冲激光再进行混频，获得五倍频紫外脉冲激光；可选的，还可以对激光器11输出的近红外脉冲激光依次进行倍频和三倍频，然后将所获得的倍频激光和三倍频激光进行混频，获得五倍频紫外脉冲激光输出。所述五倍频紫外脉冲激光的波长为165nm~210nm，例如:165nm, 185nm或210nm。其脉冲频率在IHz至IGHz之间，脉冲宽度在IOfs至IOOns之间。
[0036]经过激光波长转换装置12处理后的五倍频紫外脉冲激光和未经处理的近红外脉冲激光同时从激光器系统输出，控制装置3和偏转装置4对激光器系统I输出的激光进行接收并对其进行后续操作。
[0037]控制装置3接收到激光器系统I发出的激光，其内部的传输装置会将激光传输至测量装置2中，激光测量装置2接收所述激光，并使用其对待治疗部位6的信息进行探测。控制装置2与激光器系统I是双向通信，其即可以接收激光器系统I发出的激光，也可以根据测量装置2的测量结果，对激光器系统I进行控制，例如控制激光器系统I向偏转装置4发出的激光的脉冲强度、脉宽、时间等。
[0038]测量装置2包括光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography, OCT)系统21、一个或多个测量器22(图1中以两个测量器22为例)以及耦合器23。光学相干断层扫描系统21、测量器22并联设置。控制装置3输出的激光进入测量装置2，分别经过光学相干断层扫描系统21和测量器22，经过二者处理后，通过耦合器23照射至待治疗部位6 ;激光照射到待治疗部位6后产 生反射光，反射光又进入耦合器23，耦合器23耦合后，将激光分别传回光学相干断层扫描系统21和测量器22 ;最终反射光的相干结果传输至控制装置
3。优选的，测量装置2还包括处理装置25，所述处理装置优选为可编程微处理器等。处理装置25对光学相干断层扫描系统21和测量器22返回的激光束进行分析，获取分析结果，并将结果反馈至控制装置3。
[0039]光学相干断层扫描技术通常用于成像和测量生物组织，因此其非常适用于精细的外科手术中，例如:脑外科手术，眼外科手术等。可选的，所述光学相干断层扫描系统21包括但不限于时域光学相干断层扫描系统、基于分光计的频域光学相干断层扫描系统以及基于扫频源的频域光学相干断层扫描系统。光学相干断层扫描系统21可以与其他摄影系统一起应用以提供在单独的成影系统中不可得的另外的有价值信息以关联、登记和提高测量以及分析。例如，可以通过结合光学相干断层扫描系统21确定受测组织与成像系统之间的精确工作距离。众所周知，光学相干断层扫描技术可产生高分辨率图像，并且该高分辨率可用于极其准确的距离测量。因此，光学相干断层扫描系统21和测量器22相结合可以得到待治疗部位6的精确位置，以便对待治疗部位6进行准确的定位和精确的治疗。可选的，测量器22包括但不限于:波前系统、生物统计学测量系统、激光手术系统、地形测量系统等。
[0040]可选的，光学相干断层扫描系统21可以使用各种扫描模式,例如:曲折扫描、不连续逐行扫描、连续逐行扫描、螺旋扫描和/或圆形扫描。此外，扫描速度可以在扫描之间或扫描期间被调节。扫描可以进一步重复一次或几次。可选的，扫描速度在80微秒到120微米每秒之间，例如:80微秒，100微秒或者120微秒。[0041]以测量器22为包含有placido锥的地形图成像仪为例。将光学相干断层扫描系统21发出的激光和地形图成像仪发出的激光组合在一起通过耦合器23 (所述耦合器23中的分束器)。可选的，可以在稱合器23与待治疗部位6之间放置一光学系统(如placido锥)，以便更好地获得OCT信息(如待治疗部位6的深度或者成像信息)。测量器22的光路可获得投影至待治疗部位上的placido锥的图像。在该实施例中，待治疗部位6的信息可以使用来自光学相干断层扫描系统21的信息明确定义的距离使用来自地形测量系统的placido锥的信息计算。光学相干断层扫描系统21获得的干涉信号可以计算出待治疗部位6相对于参考位置的距离。优选的，可以使用处理装置25来分析光学相干断层扫描系统21获得的干涉信号，并将计算出的待治疗部位6的参考位置等信息反馈至控制装置3。
[0042]可选的，所述激光系统还包括显示装置，所述显示装置与所述测量装置连接，用于显示待治疗部位6的实时图样。控制装置3获取到测量装置2发送的关于带治疗部位6的各种信息(例如，带治疗部位6的位置，角度，与激光器系统I的距离等)，并根据上述信息控制偏转装置4。
[0043]偏转装置4通常包括旋转轴线彼此垂直的两个旋转镜，可以借助于旋转镜的旋转运动使来自于激光器系统I的激光束横向偏转。也就是说，借助于偏转装置4以及聚焦光学装置5可以二维地改变激光脉冲在待治疗部位6上的焦点的位置，使得焦点可以被置于待治疗部位6内的任意点。可选的，所述聚焦光学装置的数值孔径的范围为0.1~0.2，例如:0.1,0.15 或 0.2。
[0044]聚焦光学装置5也可以包括致动元件,该致动元件能够改变焦点的尺寸和/或焦点5在z方向(垂直于待治疗部位6前表面的方向)上的位置。因此，可以通过偏转装置4和聚焦光学装置5协同操作而三维地改变激光束在带治疗部位6上形成的焦点的位置。优选的，所述待治疗部位6中的焦点的直径为0.5 ii m~2.5 ii m，例如:0.5 y m，1.5 y m或2.5 u m0
[0045]控制装置3接收到激光器系统I的激光脉冲，并对该激光脉冲的频率、时间等信息进行分析以便使偏转装置4的偏转与激光器系统I发出的激光脉冲同步，以避免偏转装置4在未接收到激光脉冲时移动，失去对激光脉冲的偏转控制。
[0046]本发明提供的外科用激光系统集成度高，稳定性好，安全可靠，有效提高了外科手术的安全性。
[0047]虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
[0048]此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
1.一种外科用激光系统，所述激光系统包括: 激光器系统，用于输出外科手术中所需的激光脉冲，所述激光脉冲为近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光； 测量装置，用于对待治疗部位的特征进行实时测量； 控制装置，接收所述测量装置的测量结果，并根据所述测量结果控制偏转装置； 偏转装置，用于改变所述待治疗部位上和/或所述待治疗部位内的焦点的位置； 聚焦光学装置，用于将所述飞秒激光脉冲聚焦到待治疗部位的选定部分中，产生至少一个焦点；所述焦点为在所述待治疗部位上施加所述激光脉冲后，所述待治疗部位所产生的二维衍射结构或全息三维衍射结构； 其特征在于， 所述激光器系统包括:近红外脉冲激光器和由非线性晶体组成的激光波长转换装置；所述激光波长转换装置的输入端用于接收所述近红外脉冲激光器发出的近红外脉冲激光，并对所述近红外脉冲激光进行波长转换，所述激光波长转换装置的输出端用于输出红外脉冲激光和经波长转换获得的五倍频紫外脉冲激光； 所述测量装置包括:光学相干断层扫描系统，用于对待治疗部位进行扫描；一个或多个测量器；以及耦合器，所述耦合器连接至所述光学相干断层扫描系统和所述一个或多个测量器，并提供组合束。
2.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述近红外脉冲激光的波长为850nm~1080nm,所述五倍频紫外脉冲激光的波长为165nm~210nm。
3.根据权利要求1所述的 激光系统，其特征在于，所述聚焦光学装置的数值孔径的范围为0.1~0.2。
4.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述待治疗部位中的焦点的直径为0.5 y m ~2.5 y m。
5.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述光学相干断层扫描系统包括时域光学相干断层扫描系统、基于分光计的频域光学相干断层扫描系统以及基于扫频源的频域光学相干断层扫描系统。
6.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述测量器为包含有Placido锥的地形图成像仪。
7.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述耦合器至少包括一个分束器，所述分束器用于组合所述测量器所获得的信息。
8.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述激光波长转换装置内包括倍频装置和混频装置。
9.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，近红外脉冲激光器为半导体激光泵浦的Nd: YAG脉冲激光器或Nd: YLF脉冲激光器。
10.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述激光系统还包括显示装置，所述显示装置与所述测量装置连接，并实时显示所述测量装置的测量结果。
【文档编号】H01S3/109GK103494640SQ201310478676
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】刘昆 申请人:刘昆