专利名称：医用绿激光发生装置及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医用绿激光发生装置及系统，尤其是一种使用双脉宽脉冲的绿激光，作用于富含血红细胞组织的医用绿激光发生装置及系统。
背景技术：
激光具有高亮度(高功率)、高方向性(形成高功率密度/高能量密度，易于控制并可使光聚焦到靶点上，有些波长的激光还可以用光导纤维传输，将光导入体腔)、单色性(利于不同物质的选择性吸收)以及相干性等特点，使得激光在医学中获得广泛应用。其中大多数医疗应用是利用激光能量的热效应来凝固、碳化和汽化组织，使肌体组织汽化或切割而达到治疗的目的。为此先后有许多激光器用于医疗，如Nd:YAG(1.06μm)、倍频Nd:YAG(532nm)、Ho:YAG(2.09μm)、Er:YAG(2.9μm)、CO2(10.6μm)、波长为810nm或980nm的半导体激光器等等。
人体软组织因其成分，如蛋白质、血红蛋白、含水组织及色素的不同，因此对不同波长的激光的吸收也不同。如氧基血红蛋白对532nm的光的吸收率比830nm的半导体激光高约15倍，比1064nm波长的Nd:YAG激光和2.1微米的Ho:YAG激光高约120倍。而对于含有大量的水分的软组织，水对532nm的光的吸收率比830nm的半导体激光的吸收率低约100倍，比1064nm波长的Nd:YAG激光低约500倍，比2.09微米的Ho:YAG激光低约10万倍。1.44μm波长的Nd:YAG激光与Ho:YAG激光性能相似。当组织对某种波长的激光吸收率高时，其渗透组织浅，汽化组织快，适于消融和切割该组织。当组织对某种波长的激光吸收率低时，则渗透组织较深，加热范围大，温升慢，其功能适合于凝固组织和止血。由此可见，特定组织对该波长激光的吸收率是决定其切割或止血功能的主要因素。因此用于富含血红蛋白组织汽化切割的最佳激光波长是532nm的绿色激光。这正是继1064nm Nd:YAG激光用于富含血红蛋白组织的切除术后，在脉冲绿激光器的平均功率已可达到所需功率时，选择绿激光来替代1064nm Nd:YAG应用于良性前列腺增生切割术的原因。
目前应用于富含血红蛋白组织切除术的绿激光系统都是通对NdYAG输出的1064nm波长的近红外光倍频来获得532nm波长的绿激光。但是连续输出的Nd:YAG激光的倍频效率很低，因此设备很难达到进行手术所需要的功率。而脉冲Nd:YAG激光的倍频效率很高，所以用于该手术的医用绿激光系统均是脉冲激光器，其平均功率输出可到数十瓦。
1064nm脉冲近红外激光的获得可以利用脉冲氙灯泵浦源Nd:YAG激光晶体直接产生1064nm的脉冲激光，其工作模式称为静态(非调Q状态)，脉冲宽度在百微秒量级，峰值功率在千瓦量级左右；上述脉冲激光经调Q获得脉宽更窄的1064nm激光脉冲，其脉冲宽度为10ns量级，所以峰值功率可超过兆瓦。用连续氪灯泵浦源Nd:YAG激光晶体产生连续输出的1064nm激光，再用声光调Q获得脉冲激光，但氪灯寿命仅数百小时，可用半导体激光器替代它作泵浦源，寿命可长达数千小时；用连续输出的半导体激光器泵浦Nd:YAG激光晶体，经过声光调Q获得1064nm脉冲激光。
532nm脉冲绿激光的获得可以用脉冲的1064nm基频光经KTP非线性晶体倍频获得532nm绿激光，所以又简称为KTP激光；也可以用脉冲的1064nm基频光经LBO非线性晶体倍频获得532nm绿激光。激光器产生的532nm脉冲绿激光均用光纤耦合器将激光耦合到光纤中传输到治疗组织的靶位。
目前，作用于富含血红蛋白组织的医用激光发生器都为单一波长的激光，因此对于同一组织，要么切割和汽化效果好要么凝固止血效果好。对于富含血红蛋白的软组织，使用1064nm波长的激光，凝固止血的效果好，而切割能力比较差，使用532nm波长的激光，切割和汽化作用比较好，而凝固止血能力差。但是当作用于富含水的软组织时，则正好相反。
对某一特定波长和特定组织，激光功率的高低可以改变其切割性能或止血性能。例如，连续输出波长为1.06μm的Nd:YAG、810nm或980nm的半导体激光器这样一些介于凝固止血和汽化切割功能兼得的激光器，对含水丰富的软组织渗透较深可达数毫米，因此有较好的凝固止血功能。当它们的输出为瓦级的低功率时不足以迅速汽化组织，因此凝固止血效果较好，呈现为止血刀；但当功率增加到数十瓦的高功率时可以使被照射的局部组织温升，从凝固到碳化，直至汽化而切割组织。尽管引起周围组织较大的损伤而不利于愈合，但乃呈现为切割刀性能。所以功率高低也是决定其止血或切割功能的因素之一。相对于某一特定波长的激光器而言，脉冲激光器输出脉冲的宽度较窄，峰值功率较高。由于脉冲激光作用时间短，热量来不及扩散就可使局部组织加热碳化或汽化，因此切割性能优于该波长的连续激光。如果脉冲激光再进行调Q获得巨脉冲，汽化切割性能将会更好。
为了提高连续激光的切割性能，可以使用声光调Q的方法使连续激光器形成强脉冲输出。由于脉冲宽度大为缩短，可使平均功率为十瓦级的脉冲激光器的脉冲峰值功率达到数百瓦甚至数千瓦。从而提高了切割能力、减少了对周围组织的损伤，但随之而来的是止血功能也被减弱。由此可见，对特定波长的激光而言，激光的工作模式(连续/脉冲)，功率高低，以及脉冲宽度的调整(峰值功率随之而变化的调整)也是决定其切割或止血功能的主要因素之一。
对某一特定波长激光的平均功率相同、重复频率也相同的脉冲激光，经过调制后脉宽窄且峰值功率高的激光切割性能好；反之，脉宽很宽，功率较低时就具有较好的止血性能。
目前，医用绿激光发生装置有如下缺点1、单一波长激光发生装置的缺点。
由于现有的医用绿激光发生装置均只能产生单一波长的激光，因此从组织对激光波长选择性吸收的分析可见，要么很适用于汽化切割，要么更适于凝固止血。如使用绿激光来汽化切割富含血红蛋白组织，汽化切割性能很好，凝固止血性能就差，因此它不能很好地凝固被切断的血管而避免术中的流血。这是单一532nm波长绿激光的不足。
2、半导体激光器泵浦源的倍频Nd:YAG医用脉冲绿激光系统存在的缺点。
半导体激光器作Nd:YAG激光的泵浦源源的优点是效率高，寿命长可达万小时，免除更换的维护。因此是先进的技术，但也有不足。因为半导体激光器的供电电流的增减必需十分缓慢，否则将损坏半导体激光器。例如要将绿激光调至手术所需功率约需20分钟，手术中需要调节功率也必须缓慢进行，不便于应用。
3、静态脉冲绿激光器的不足。
用脉冲氙灯泵浦源Nd:YAG激光晶体直接产生1064nm的静态脉冲激光，因其脉冲宽度在百微秒量级，峰值功率在千瓦量级左右。经过倍频，绿激光脉冲的峰值功率仅百瓦量级。目前平均功率为80W的绿激光发生装置的最大峰值功率不到300W。因为汽化切割的速度与峰值功率有关，由于这种结构激光器的峰值功率还不够高，因此影响了它的汽化切割性能。
4、目前医用激光系统的缺点。
目前的医用脉冲绿激光系统大多由激光器(含调Q开关、倍频晶体等)，光纤传输，激光电源，冷却水循环及制冷机等组成。而目前该系统将这些部件装在一个整机内，为缩小体积而不装制冷机，需要外接自来水冷却，如加装制冷机，则整机体积必然较大；有些将制冷机和冷却循环水另外装成独立机箱作为整机的附件。更重要的是制冷机组开启时噪声较大，排风扇热干扰大，也易扬起手术室的尘土和细菌，不利于手术环境。
实用新型内容本实用新型的目的是在激光发生装置的激光作用富含血红蛋白的组织的时候，既能实现良好的汽化切割又能实现很好的凝固止血。
本实用新型的第二个目的是实现激光发生装置的使用寿命长。
本实用新型的第三个目的是实现激光发生装置的使用功率方便的调节。
本实用新型的第四个目的是实现激光发生装置的高峰值功率，使激光器具有良好的汽化切割性能。
本使用新型的第五个目的是实现避免激光系统产生的热风和噪音的干扰。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种医用绿激光发生装置，包括激光器泵浦源和电源，以及在一条光路上的全反射镜、激光晶体、倍频晶体和输出镜，还包括有控制器、声光驱动器和同在所述光路上的Q开关，所述Q开关与声光驱动器相电气连接，所述激光泵浦源与激光晶体相电气连接，所述控制器和声光驱动器、激光泵浦源相电气连接，所述电源与声光驱动器、控制器和激光器泵浦源相电气连接。
所述输出镜外侧光路上还具有光闸。所述输出镜外侧光路上还具有与所述光路成45度的合光镜，一个与所述电源连接的指示光发生器，其产生的激光垂直于所述光路射入所述合光镜与光路的交点。所述指示光发生器为650nm指示光发生器。所述合光镜为双面镀薄膜，该薄膜对532nm的绿激光具有高透过率，650nm的指示激光具有高反射率。所述输出镜外侧光路上还具有光纤耦合器，该光纤耦合器还连接有光纤。所述输出镜外侧光路上还具有衰减片。所述衰减片为多片，各片的衰减率不同。所述激光泵浦源为半导体激光泵浦源。所述激光晶体为Nd YAG。所述倍频晶体为LBO晶体或KTP晶体。
本实用新型还提供了一种包括上述医用绿激光发生装置的系统，还包括为所述激光发生装置制冷的制冷机和制冷循环系统，所述制冷机连接和控制制冷循环系统。
因此，本实用新型医用绿激光发生装置及系统具有以下优点1、激光发生装置实现不同脉宽激光的输出，使激光作用于富含血红蛋白的组织的时候，既实现了良好的汽化切割又实现了很好的凝固止血。
2、激光发生装置的使用寿命长。
3、激光的使用功率的调节方便。
4、实现激光发生装置的高峰值功率，使得激光器具有良好的汽化切割性能。
5、避免了激光系统产生的热风和噪音所产生的干扰。
以下结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型医用绿激光发生装置的结构示意图。
图2为本实用新型医用绿激光发生装置所产生的脉冲波形图。
图3为本实用新型医用绿激光系统的结构示意图。
图4为本实用新型医用绿激光系统的另一结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型医用绿激光发生装置1的结构示意图。全反射镜10、声光Q开关11、Nd YAG激光晶体12、LBO倍频晶体13(也可以用KTP晶体)、输出镜14、衰减片15、光闸16和光纤耦合器17均在同一光路100上，光纤耦合器17连接光纤2，光闸16和光纤耦合器17之间的光路100上具有与光路100成45度的合光镜7，合光镜7与光闸16相邻的一面镀有532nm的增透膜，在与光纤耦合器17相邻的一面镀有650nm的高反膜，并且对532nm具有高透过性，650nm的指示光发生器8发出650nm的激光垂直于光路100射入合光镜7镀有650nm的高反膜一面与光路100的交点，经过合光镜7的反射通过光纤耦合器17进入光纤2中输出，在使用时，650nm的红色激光用于指示532nm的绿激光作用的靶点。半导体激光泵浦源3泵浦激光晶体12，控制器4控制声光驱动器6和激光泵浦源3，声光驱动器6驱动Q开关11，电源5为声光驱动器6、激光泵浦源3和控制器4供电。
由控制器4控制给半导体激光器供电产生近红外激光泵浦Nd:YAG激光晶体，激发钕(Nd)离子到激光上能级形成粒子数反转，上能级的粒子向基态跃迁时，产生1064nm波长的光辐射，在谐振腔内(两镜片之间)产生受激辐射振荡放大，经声光开关调制形成脉冲，再经倍频晶体倍频产生532nm的绿激光输出。
根据需要对激光输出进行调制，输出高功率窄脉冲进行汽化切割，或低功率宽脉冲/低功率连续输出进行凝固止血。
调制方法为由控制器4通过声光驱动器6驱动声光Q开关11，经声光Q开关11调制输出窄脉宽高峰值功率的绿激光进行组织的汽化切割。也可以由控制器4通过声光驱动器6驱动声光Q开关11输出高于10kHz的调制频率，增加输出激光脉冲的宽度，被调制的1064nm宽脉冲激光的倍频效率很低，因而有助于产生低功率的绿激光，用于凝固止血。
控制切换的方法可以为机械切换模式采用双脚踏开关分别切换控制窄脉宽高峰值功率激光脉冲和低功率宽脉冲或连续激光，交替实现汽化切割和凝固止血。也可以为电控切换模式由电子线路用可设置的程序控制交替输出窄脉宽高峰值功率激光脉冲和低功率宽脉冲或连续激光。输出波形如图2所示。
为了解决用调整半导体激光器电流来改变绿激光输出功率缓慢费时而不能满足手术需求的缺点，用插入不同透过率的衰减片就可以迅速调节输出功率。
因为激光晶体在泵浦源源输入大量的能量时只有一部分被吸收转换为激发能，其余部分将转变为热量使激光晶体产生热透镜效应。在用改变半导体激光器工作电流的方法调节功率时，泵浦源功率的变化会改变热量的大小，也会引起热透镜效应的变化而改变了腔振腔的工作参数，破坏了激光器的最佳工作状态和工作的稳定性。
用腔外插入衰减片来调节激光输出功率，不仅既简便快捷，可以根据手术需要随时调节；而且带来另一个好处，它不会改变谐振腔的工作参数，使激光器一直工作在额定功率的稳定的最佳状态下。这样在设计时，可根据激光器在额定输出功率时的热透镜效应的大小，调整谐振腔镜片的参数，使激光器在额定功率输出时工作状态最佳。
因此本激光发生装置实现不同脉宽激光的输出，使激光作用于富含血红蛋白的组织的时候，既实现了良好的汽化切割又实现了很好的凝固止血。还可以达到高峰值功率，使得激光器具有良好的汽化切割性能。
使用不同或相同衰减率的衰减片，可以非常方便的得到激光的各种使用功率，如使用10％、20％、30％、40％和50％的衰减片。
使用时，如输出的激光的全部功率为100W时，全部衰减器都不加入光路，激光没有经过衰减；当需要90W的功率时，将10％的衰减片放入光路中；需要80W、70W、60W或50W的功率时，使用20％、30％、40％或50％的衰减片；需要40W的功率时，同时放入20％和50％的衰减片；需要30W、20W或10W时，使用40％加50％、60％加50％或80％加50％的衰减片，所以激光的使用功率的调节方便，可以得到所需要的光功率，如图3所示，为本实用新型一种医用绿激光系统的机构示意图。医用绿激光系统包括激光发生装置1，其结构如上实施例所述，此处不再赘述，控制器4控制制冷机90和循环冷却系统91，由制冷机90带动冷却系统91给所述激光系统降温冷却。
在使用时，可以将控制器4和光纤2放入手术室使用，而医用绿激光系统的其他结构可以置于设备间，另外，可以在两者之间通过一根带同样连接器20的光纤2传输激光200和一根控制电缆40在两个控制器4之间传输控制信号(如图4所示)，避免了噪声和热风的干扰，保持了手术室的环境。控制器小巧便于在手术室放置，同时又便于操作。或者将制冷机90置于手术室外，系统的其他结构置于手术室内，通过水管和电缆连接这样可以避免噪声和热风的干扰，保持了手术室的环境。再可以将制冷机90和循环系统91置于手术室外，系统的其他结构置于手术室内，这样可以避免噪声和热风的干扰，保持了手术室的环境。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种医用绿激光发生装置，包括激光器泵浦源和电源，以及在一条光路上的全反射镜、激光晶体、倍频晶体和输出镜，其特征在于还包括有控制器、声光驱动器和同在所述光路上的Q开关，所述Q开关与声光驱动器相电气连接，所述激光泵浦源与激光晶体相电气连接，所述控制器和声光驱动器、激光泵浦源相电气连接，所述电源与声光驱动器、控制器和激光器泵浦源相电气连接。
2.根据权利要求1所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述输出镜外侧光路上还具有光闸。
3.根据权利要求1或2所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述输出镜外侧光路上还具有与所述光路成45度的合光镜，一个与所述电源连接的指示光发生器，其产生的激光垂直于所述光路射入所述合光镜与光路的交点。
4.根据权利要求3所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述指示光发生器为650nm指示光发生器。
5.根据权利要求3所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述合光镜为双面镀薄膜，该薄膜对532nm的绿激光具有高透过率，对650nm的指示激光具有高反射率。
6.根据权利要求1所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述输出镜外侧光路上还具有光纤耦合器，该光纤耦合器还连接有光纤。
7.根据权利要求1所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述输出镜外侧光路上还具有衰减片。
8.根据权利要求7所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述衰减片为多片，各片的衰减率不同。
9.根据权利要求1所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述激光泵浦源为半导体激光泵浦源。
10.根据权利要求1所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述激光晶体为Nd YAG。
11.根据权利要求1所述的医用绿激光发生装置，其特征在于所述倍频晶体为LBO晶体或KTP晶体。
12.一种包括权利要求1所述医用绿激光发生装置的系统，其特征在于还包括为所述激光发生装置制冷的制冷机和制冷循环系统，所述制冷机连接和控制制冷循环系统。
专利摘要本实用新型涉及一种医用绿激光发生装置，包括激光器泵浦源和电源，以及在一条光路上的全反射镜、激光晶体、倍频晶体和输出镜，还包括有控制器、声光驱动器和同在光路上的Q开关，Q开关与声光驱动器相电气连接，激光泵浦源与激光晶体相电气连接，控制器和声光驱动器、激光泵浦源相电气连接，电源与声光驱动器、控制器和激光器泵浦源相电气连接。本实用新型还涉及包括上述医用绿激光发生装置的医用绿激光系统，还包括为激光发生装置制冷的制冷机和制冷循环系统，制冷机连接和控制制冷循环系统。因此本医用绿激光发生装置及系统的激光作用于富含血红蛋白组织的时候，实现了良好的汽化切割和凝固止血，避免了激光系统产生的热风和噪音的干扰。
文档编号A61N5/067GK2762395SQ20052000074
公开日2006年3月1日 申请日期2005年1月12日 优先权日2005年1月12日
发明者梁志远 申请人:北京光电技术研究所