高功率激光手术系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种高功率激光手术系统，所述激光手术系统包括：激光部分，用于产生倍频激光输出，激光部分包括半导体激光泵浦源、激光介质、倍频产生器、Q开关、折叠激光腔和光纤；减震垫，设置在激光部分的下方，用于吸收机械振动，有利于激光部分的稳定性；电控部分，设置在减震垫的下方，为激光部分和水冷却部分提供强电和弱电支持；水冷却部分，设置在电控部分的下方，用于为激光部分的半导体激光泵浦源和激光介质提供冷却支持；变压器，设置在水冷却部分的下方，为整个系统提供电源。根据本实用新型的激光手术系统将激光部分、电控部分、水冷却部分和变压器从上到下依次排列并设置了减震垫，提高了整机的温度特性和稳定性，激光输出更加稳定。
【专利说明】高功率激光手术系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种激光手术系统，特别是一种高功率绿激光手术系统。
【背景技术】
[0002]医学是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的一门边缘学科。1960年世界上第一台红宝石激光器研制成功，次年红宝石激光视网膜凝固机就在眼科获得首次应用。到目前为止，临床上使用的激光医疗设备已有几十个品种，包含了自紫外至可见光和红外的各种波长，包含了连续、脉冲、巨脉冲、超脉冲等各种输出方式。
[0003]激光手术是以激光代并刀、剪、锯、凿等常规手术器械对组织采用分离、切剂、切除、凝固、焊接、打孔、截骨等手段去除病灶，吻合组织、血管、神经等各种手术的总称。激光手术可用于普外科、肝胆外科、泌尿外科、心胸外科、烧伤外科、骨外科、神经外科、妇科、皮肤科、五官科等各科手术。激光手术具有许多其它力一法不可比拟的优点，包括:(1)对周围正常组织损伤小，比如伤口宽度可以是电刀的二分之一，因此术后反应轻，伤口愈合快，疤痕也小。(2)止血效果好，止血时间是电刀的十四分之一，止血效果是电刀的2?4倍，因此，可望达到术中极少出血甚至无血手术。还可大大缩知手术时间。(3)激光可用光纤传输，可与各种手术显微镜耦联，进行各种精细的显微手术；还可与各种内窥镜或穿刺针联合使用，进行各种介入手术。这也是电刀和机械刀所不能的。(4)激光手术对术中的各种监护仪器无干扰，这在有些手术特别是神经外科手术中是非常重要的。而电刀则不能被用于脑外科等手术。
[0004]由于不少激光手术系统具有光学系统和水循环冷却部分，而光学系统的腔镜等光学元件需要精确的角度才能稳定地输出激光，因此光学系统需要非常高的机械稳定性，但是水循环冷却系统却会给光学系统带来机械扰动，影响光学系统的稳定性。
[0005]另外，传统的激光手术系统的各部件布局不合理，并没有考虑光学系统的冷却和其他部件的散热，而且激光手术系统的整机的重心也不够稳定，从而影响整个系统的稳定性。
实用新型内容
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种考虑整机的重量分布、温度分布以及光学稳定性而对系统的所有部件进行重新排布和优化的激光手术系统，该激光手术系统能够使得机箱内温度分布在底部最高、顶部最低，降低了温度对激光部分的影响，并且增强了系统的稳定性，至少基本上解决了上述问题和/或缺点，并可提供另外的优点。
[0007]根据本发明的一方面，提供一种激光手术系统，所述激光手术系统包括:激光部分，用于产生倍频激光输出，激光部分包括激光头和光纤；电控部分，设置在激光部分下方，对激光部分和水冷却部分进行控制；水冷却部分，设置在电控部分的下方，用于为激光部分的半导体激光泵浦源和激光介质提供冷却支持；变压器，设置在水冷却部分的下方，为整个系统提供电源。
[0008]所述激光手术系统还包括减震垫，减震垫设置在激光部分与电控部分之间，用于吸收机械振动，有利于激光部分的稳定性。
[0009]所述激光手术系统还包括框架，框架为整个激光手术系统提供结构支持，激光部分设置在框架的上方，变压器设置在框架的下方。
[0010]所述激光手术系统还包括多个轮，所述多个轮设置在框架的底部，所述多个轮设置在变压器的周围。
[0011]激光部分采用高阶横模的工作方式。
[0012]激光头中具有倍频产生器，倍频产生器选用LBO或者KTP 二倍频晶体。
[0013]激光介质选用Nd =YAG激光晶体，倍频产生器将波长为1064nm的红外激光转化为532nm的绿激光。
[0014]激光头包括半导体激光泵浦源、激光介质、Q开关、二倍频产生器以及折叠激光腔。
[0015]所述折叠激光腔包括第一腔镜、第二腔镜、红外反射镜以及激光输出镜，Q开关靠近第一腔镜设置，二倍频产生器靠近第二腔镜设置，第一腔镜和红外反射镜的面向腔内的一面镀有针对振荡激光波长的高反射膜，第二腔镜在面向腔内的一面镀有针对振荡激光波长和倍频激光波长两者的高反射膜，激光输出镜朝向腔内的一面镀有针对振荡激光波长的高反膜和针对倍频激光波长的增透膜，激光输出镜朝向腔外的一面镀有对振荡激光波长和倍频激光波长两者的增透膜。
[0016]电控部分包括:电路板，其上设置有激光驱动器的控制部分、首脉冲抑制器、二倍频产生器温度控制器和水冷却通信模块；第一电源和第二电源，用于向电路板上的不同电路元件供电；9开关驱动器电源，用于向射频Q开关驱动器供电；射频Q开关驱动器，能够根据来自电路板的控制信号来驱动Q开关；主电源，属于激光驱动器，能够根据来自激光驱动器的控制部分的控制信号向半导体激光泵浦源提供相应的驱动电流。
[0017]第一电源和第二电源、Q开关驱动器电源、主电源并联到变压器的输出端。
[0018]水冷却通信模块与水冷却部分进行通信，用于向水冷却部分发送所期望的目标设定水温，并可从水冷却部分接收冷却水的实际水温和实际水压，当实际水温升高到阈值温度之上或者实际水压降低到阈值水压之下时，激光驱动器将停止向半导体激光泵浦源供电或者减小供应给半导体激光泵浦源的驱动电流。
[0019]根据本发明的另一方面，提供了一种激光手术系统，所述激光手术系统包括:激光部分，用于产生倍频激光输出，激光部分包括半导体激光泵浦源、激光介质、倍频产生器、Q开关、折叠激光腔和光纤；减震垫，设置在激光部分的下方，用于吸收机械振动，有利于激光部分的稳定性；电控部分，设置在减震垫的下方，为激光部分和水冷却部分提供强电和弱电支持；水冷却部分，设置在电控部分的下方，用于为激光部分的半导体激光泵浦源和激光介质提供冷却支持；变压器，设置在水冷却部分的下方，为整个系统提供电源。
[0020]根据本实用新型的实施例，将激光部分、电控部分、水冷却部分和变压器从上到下依次排列，这种排列方式有利于机箱内温度的隔离，使得机箱内温度分布在底部最高，顶部最低，降低了温度对激光部分的影响，从而使得向激光部分提供更高的电流成为可能。本实用新型中的激光部分采用了高阶横模的工作方式，并可实现在激光的高阶横模工作方式下将高效的波长为1064nm的红外激光转化为532nm的绿激光。向激光部分提供的电流越高，绿激光的输出功率就越高。
[0021]另一方面，由于水冷却部分和变压器比较重，因此将激光部分、电控部分、水冷却部分和变压器从上到下顺序排列的排列方式使得整机的重心低，有利于提高整机的稳定性。另外，由于设置了在激光部分的下方设置了减震垫，可以使得激光部分的输出更加稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中:
[0023]图1示意性示出了根据本实用新型的实施例的激光手术系统的整体结构；
[0024]图2示意性示出了根据本实用新型的实施例的激光手术系统的激光部分和电控部分；
[0025]图3示意性示出了根据本实用新型的实施例的激光手术系统的电控部分的电路布置。
【具体实施方式】
[0026]以下，参照附图来详细说明本实用新型的实施例。
[0027]图1示意性示出了根据本实用新型的实施例的激光手术系统的整体结构。图2示意性示出了根据本实用新型的实施例的激光手术系统的激光部分I和电控部分3。
[0028]如图1和图2所示，根据本实用新型的实施例的激光手术系统包括:激光部分1，包括激光头20、光纤80以及相应的机加工零件等，用于产生绿激光；减震垫2，可以由丁橡胶等减震材料形成，设置在激光部分I的下方，有利于激光部分I的稳定性；电控部分3，为激光部分I和水冷却部分4提供强电和弱电支持，参见图3，电控部分3包括射频Q开关驱动器51、电源71-74以及电路板75等；水冷却部分4，包括水冷机和和水温控制器，用于为激光部分I的半导体激光泵浦头60提供冷却支持；框架5，为整个系统提供结构支持，激光部分设置在框架的上方，变压器设置在框架的下方；变压器6，为整个系统提供电源，并起到电气隔离作用。
[0029]所述激光手术系统还包括设置在框架5的底部的多个轮，各个轮设置在变压器6的周围。
[0030]激光部分I可以为用于软组织汽化剥离的高功率半导体泵浦固体激光器。激光部分I包括激光头20和光纤80。激光头20可以为一个半导体激光泵浦的调Q的腔内倍频的Nd =YAG激光器，通过光纤80输出波长为532nm的高功率绿激光90。高功率绿激光90将照射在例如人体的软组织表面。
[0031]具体地说，激光头20包括:半导体激光泵浦头60 (具有半导体激光泵浦源和激光介质)、Q开关50、二倍频产生器40以及折叠激光腔，其中，所述折叠激光腔可由第一腔镜24、第二腔镜25、红外反射镜26以及激光输出镜27组成,Q开关50靠近第一腔镜24设置，二倍频产生器40靠近第二腔镜25设置。腔镜24和红外反射镜26镀有对1064nm波长的高反射膜。腔镜25在腔内的一面镀有对1064nm (振荡激光波长)和532nm (倍频激光波长)双波长的高反射膜。激光输出镜27朝向腔内的一面镀有对1064nm的高反膜和对于532nm的增透膜，激光输出镜27朝向腔外的一面镀有对1064nm和532nm双波长的增透膜。
[0032]半导体激光泵浦头60包括固体激光介质(例如，Nd =YAG激光棒)和位于固体激光介质的侧面的作为泵浦源的多个半导体激光器。泵浦头60中的多个半导体激光器(例如，LD阵列)对Nd =YAG激光介质棒进行侧面泵浦。激光泵浦头60在波长1064nm产生光增益。
[0033]优选用连续电流泵浦泵浦头60中的多个半导体激光器。对一台高功率半导体泵浦激光器，泵浦头是最精密的，也是最昂贵的光电元件。对连续高功率半导体激光器而言，Cff连续工作方式比脉冲工作方式要安全得多，寿命也要长的多。这也意味着CW连续工作方式比脉冲工作方式要经济的多。
[0034]对于输出功率在40W到140W的532nm绿激光，Nd =YAG激光棒的直径应在2mm或者更粗，最高直径在3_到6_之间。半导体激光器泵浦源可以从三个方向或者更多的方向侧面照射激光介质棒。对于高功率激光器，侧面泵浦比端面泵浦在结构上更合理更经济。从三个方向或者更多的方向侧面泵浦可在激光棒上得到良好的角方向均匀性，因此可以得到更好的光束质量和更高的转化效率。其他形状的泵浦结构和其他像板条形状、片形状的固体激光介质也可以产生这样高的激光输出功率。对于板条形状和片形状激光介质，泵浦结构最好是从两个方向泵浦的结构。
[0035]Q开关50是一个声光调制器，调制的频率范围一般是在5kHz到40kHz。如果用其他的固体激光介质材料，Q-开关50的调制频率范围可以在IkHz到100kHz。Q开光50调制激光腔的Q值，产生纳秒脉宽、高峰值功率的激光脉冲。高峰值功率对高效的转换基波到二倍频绿光是必要的。Q开关50放置在靠近腔镜24的地方，这里的腔内光束30几乎是准直的。这样的光束可以使Q开关50对激光腔进行最有效地开关，得到对于软组织汽化有帮助的高功率短脉冲绿激光。
[0036]二倍频产生器40将1064nm的基波转换为532nm的二次谐波。二倍频产生器40包括LBO或者KTP 二倍频晶体、机械及温度控制装置。鉴于LBO晶体的激光破坏阈值至少是KTP晶体管的破坏阈值的5倍，LBO晶体是高功率半导体泵浦绿激光器中的二倍频产生器40的首选。晶体的切割角可以是I型切割，也可以是2型切割。晶体的同光口的两个表面都镀有对1064nm近红外和532η可将光增透的多层介质膜。二倍频产生器40放置在靠近腔镜25附近的腔内光束最细的地方，也就是在光腰处。光腰处的高功率密度保证了二次谐波有效地产生。
[0037]如图2所示，腔内近红外光束30被约束在腔镜24和腔镜25之间，腔内绿光束32被约束在腔镜25和输出耦合镜27之间。532nm输出光束33从输出耦合镜27后输出。输出光束33直接射入光束发散度控制器70，然后耦合进入固定在光纤支架71上的光纤80的一端。光束发散角度控制器70和光纤支架71构成光纤稱合器。通过光纤80将激光输出，输出的激光90照明射在软组织表面。在包括激光前列腺手术在内的激光手术中，光纤80可以与内窥镜或膀胱镜一起使用。
[0038]下面进一步详细介绍根据本实用新型的实施例的激光手术系统的电控部分3。
[0039]参见图1和图2，图2的下半部分示出了电控部分3所具有的各个功能模块，实际上是电控部分3的一个框图；而图3则示出了根据本实用新型的实施例的激光手术系统的电控部分3的实际电路布置。
[0040]在图2中，电控部分3包括激光驱动器61、射频Q开关驱动器51、首脉冲抑制器52、二倍频产生器温度控制器41和水冷却通信模块21。激光控制器10通过主电缆线11连接到激光头20。
[0041]激光驱动器61向安装在泵浦头60中的半导体激光器提供直流(DC)电流，激光驱动器61包括控制部分和主电源74 (参见图3)，其中，激光驱动器61的控制部分设置在电路板75上，用于控制主电源74的输出电流。射频Q开关驱动器51给Q开关提供调制过的射频信号。二倍频产生器温度控制器41用于精确控制二倍频发生器40的温度。水冷却通信模块21与水冷却部分4进行通信，用于向水冷却部分4的水温控制器发送所期望的目标设定水温，并可从水冷却部分4接收冷却水的实际水温和实际水压，对冷却水进行监控。当由于电路波动、环境温度高过高、风扇停止运行等各种因素导致水温升高到阈值温度之上或者水压降低到阈值水压之下时(此时，水温无法达到目标设定水温)，激光驱动器61将停止向半导体激光泵浦源供电或者减小供应给半导体激光泵浦源的电流，防止固体激光介质温度过高。首脉冲抑制器52调制射频Q开关驱动器51以使激光增益介质中存储的能量逐渐释放，将首脉冲峰值功率压低到不会对谐振腔中的光学元件产生破坏的程度。
[0042]参见图3，电控部分3的具体电路布置包括:电路板75，其上设置有激光驱动器61的控制部分、首脉冲抑制器52、二倍频产生器温度控制器41和水冷却通信模块21 ;第一电源71 (可以为例如5V)和第二电源72 (可以为例如12V)，第一电源71和第二电源72用于向电路板75上的不同电路元件供电；Q开关驱动器电源73 (可以为例如28V)，用于向射频Q开关驱动器51供电；射频Q开关驱动器51，能够根据来自电路板75的控制信号来驱动Q开关50 ;主电源74 (可以为例如50V),属于激光驱动器61,能够根据来自激光驱动器61的控制部分的控制信号向半导体激光泵浦源提供驱动电流。
[0043]其中，第一电源71和第二电源72属于一个开关电源模块。该开关电源模块、Q开关驱动器电源73和主电源74并联到变压器6的输出端。
[0044]根据本实用新型的实施例，将激光部分1、电控部分3、水冷却部分4和变压器6从上到下依次排列。由于水冷却部分4和变压器6会产生大量热，根据本实用新型的实施例的这种排列方式有利于机箱内温度的隔离，使得机箱内温度分布在底部最高，顶部最低。这样的设计降低了温度对激光部分I的影响，从而使得向激光部分I提供更高的电流成为可能。本实用新型中的激光部分I采用了高阶横模的工作方式，并可实现在激光的高阶横模工作方式下将高效的波长为1064nm的红外激光转化为532nm的绿激光。向激光部分提供的电流越高，绿激光的输出功率就越高。
[0045]另一方面，由于水冷却部分4和变压器6比较重，因此将激光部分1、电控部分3、水冷却部分4和变压器6从上到下顺序排列的排列方式使得系统的重心低，有利于提高整机的稳定性。另外，由于设置了在激光部分的下方设置了减震垫，可以使得激光部分的输出更加稳定。
[0046]出于促进对本实用新型的原理的理解的目的，已经对附图中示出的优选实施例进行了说明，并已经使用了特定的语言来描述这些实施例。然而，该特定的语言并非意图限制本实用新型的范围，本实用新型应被解释成包括对于本领域普通技术人员而言通常会出现的所有实施例。此外，除非元件被特别地描述为“必不可少的”或“关键的”，否则没有元件或模块对本实用新型的实施是必不可少的。
[0047]虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，但本实用新型所属【技术领域】中具有公知常识者在不脱离本实用新型的精神和范围内，可对本实用新型的实施例做出各种的修改、润饰和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改、润饰和变型仍将落入权利要求所限定的本实用新型的示例性实施例的精神和范围内。
[0048] 最后，除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法的步骤可以以任意合适的顺序执行。
【权利要求】
1.一种激光手术系统，其特征在于，所述激光手术系统包括: 激光部分，用于产生倍频激光输出，激光部分包括激光头和光纤； 电控部分，设置在激光部分下方，对激光部分和水冷却部分进行控制； 水冷却部分，设置在电控部分的下方，用于为激光部分的半导体激光泵浦源和激光介质提供冷却支持； 变压器，设置在水冷却部分的下方，为整个系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的激光手术系统，其特征在于，所述激光手术系统还包括: 减震垫，设置在激光部分与电控部分之间，用于吸收机械振动，有利于激光部分的稳定性。
3.根据权利要求1所述的激光手术系统，其特征在于，所述激光手术系统还包括: 框架，为整个激光手术系统提供结构支持，激光部分设置在框架的上方，变压器设置在框架的下方。
4.根据权利要求3所述的激光手术系统，其特征在于，所述激光手术系统还包括: 多个轮，设置在框架的底部，所述多个轮设置在变压器的周围。
5.根据权利要求1所述的激光手术系统，其特征在于， 激光部分采用高阶横模的工作方式。
6.根据权利要求1所述`的激光手术系统，其特征在于， 激光头中具有倍频产生器，倍频产生器选用LBO或者KTP 二倍频晶体。
7.根据权利要求6所述的激光手术系统，其特征在于， 激光介质选用Nd=YAG激光晶体，倍频产生器将波长为1064nm的红外激光转化为532nm的绿激光。
8.根据权利要求1所述的激光手术系统，其特征在于， 激光头包括半导体激光泵浦源、激光介质、Q开关、二倍频产生器以及折叠激光腔。
9.根据权利要求8所述的激光手术系统，其特征在于， 所述折叠激光腔包括第一腔镜(24)、第二腔镜(25)、红外反射镜(26)以及激光输出镜(27)，Q开关靠近第一腔镜设置，二倍频产生器靠近第二腔镜设置，第一腔镜和红外反射镜的面向腔内的一面镀有针对振荡激光波长的高反射膜，第二腔镜在面向腔内的一面镀有针对振荡激光波长和倍频激光波长两者的高反射膜，激光输出镜朝向腔内的一面镀有针对振荡激光波长的高反膜和针对倍频激光波长的增透膜，激光输出镜朝向腔外的一面镀有对振荡激光波长和倍频激光波长两者的增透膜。
10.根据权利要求8所述的激光手术系统，其特征在于，电控部分包括: 电路板，其上设置有激光驱动器的控制部分、首脉冲抑制器、二倍频产生器温度控制器和水冷却通信模块； 第一电源和第二电源，用于向电路板上的不同电路元件供电； Q开关驱动器电源，用于向射频Q开关驱动器供电； 射频Q开关驱动器，能够根据来自电路板的控制信号来驱动Q开关； 主电源，属于激光驱动器，能够根据来自激光驱动器的控制部分的控制信号向半导体激光泵浦源提供相应的驱动电流。
11.根据权利要求10所述的激光手术系统，其特征在于，第一电源和第二电源、Q开关驱动器电源、主电源并联到变压器的输出端。
12.根据权利要求10所述的激光手术系统，其特征在于， 水冷却通信模块与水冷却部分进行通信，用于向水冷却部分发送所期望的目标设定水温，并可从水冷却部分接收冷却水的实际水温和实际水压，当实际水温升高到阈值温度之上或者实际水压降低到阈值水压之下时，激光驱动器将停止向半导体激光泵浦源供电或者减小供应给半导体激光泵浦源的驱动电流。
13.—种激光手术系统,其特征在于,所述激光手术系统包括: 激光部分，用于产生倍频激光输出，激光部分包括半导体激光泵浦源、激光介质、倍频产生器、Q开关、折叠激光腔和光纤； 减震垫，设置在激光部分的下方，用于吸收机械振动，有利于激光部分的稳定性； 电控部分，设置在减震垫的下方，为激光部分和水冷却部分提供强电和弱电支持； 水冷却部分，设置在电控部分的下方，用于为激光部分的半导体激光泵浦源和激光介质提供冷却支持； 变压器，设置在水冷却部分`的下方，为整个系统提供电源。
【文档编号】A61B18/22GK203619679SQ201320551833
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】穆力越, 霍明尧, 刘腾, 罗维国, 王占辉, 张鸿义 申请人:北京瑞尔通激光科技有限公司