专利名称：利用激光破碎结石的方法
技术领域：
本发明属于医疗设备工作方法的改进，涉及光电技术领域。
目前破碎结石的方法有许多，①超声碎石，是借助内窥镜将金属丝通过尿道穿入到结石上，通过瞬态放电产生的超声波将结石击碎，其缺陷是适用范围窄、须在可见监视下进行，同时还需不断地灌注冲洗，并将碎石排出；②液电碎石，是借助内窥镜将电极导入体内对准结石，通过瞬态放电将结石粉碎，其缺陷与①相同，并且容易造成机体组织的损伤；③体外震波碎石，是在体外通过瞬态放电或利用压电换能器产生的冲击波，在X光的监视下，将冲击波的能量聚集于结石使其粉碎，与前二种方法相比它的效率更高，但仍存在有以下问题，适用范围窄、痛苦大、由于碎石嵌入人体器官易引起高血压、且会留有后遗症，并且碎石速度慢、费用高、设备复杂操作不方便、且维修保养困难。
多年前人们研究发现利用激光碎石能克服现有方法中的许多缺陷，其碎石效果很好，激光碎石的原理为，在结石吸收激光能量后其表面的自由电子形成等离子体，随着势能的增加，等离子体迅速膨胀产生冲击波，冲击波以超声波频率使结石表面产生空化泡，随着空化泡的不断破裂，使得结石即被粉碎。但由于激光器无法识别结石和人体组织，则容易造成机体组织的损伤，故使激光碎石技术在临床的应用受到了限制，也使激光碎石的方法不能得以完善。本申请人的CN98112978.1专利申请提出一种识别结石和人体组织的方法，它是把由激光照射结石所产生的荧光辐射信号和超声波信号二个反馈信号的检测结合起来，来识别结石和人体组织，从而使激光碎石在临床的应用成为可能。
本发明的目的就是结合所述的识别方法使激光碎石方法在临床应用更为完善，使之具有安全可靠的优点，并能克服现有碎石方法中的缺陷。
本发明利用激光破碎结石的技术方案如下，采用至少由二根光纤组成的工作光纤，其中一根为激光传输光纤，其光纤末端耦合于激光器，激光器受控于计算机；另一根为荧光反馈信号传输光纤，其光纤末端头与光电转换器(O/E)连接，转换后的电信号经放大处理送入计算机；并在任一光纤的末端设置有压电陶瓷环，其产生的电信号经放大处理送入计算机；在计算机内设置有反馈信号识别和激光器控制的系统程序，且计算机能对激光器的电源和能量输出控制调整；把工作光纤导入机体内结石部位定位后，当激光器输出低能激光沿激光光纤由工作光纤端头输出照射目标。在计算机接收到所产生荧光信号和超声波信号的任一反馈信号，即调整激光输出高能量激光进行碎石，同时计算机继续接收反馈信号，一旦接收不到任何反馈信号立即切断激光；其低能量激光的功率≥10mJ。本发明的特征还在于，所述系统程序的工作流程为，工作系统启动，在工作光纤端头导入机体内定位后，打开检测开关，激光器工作输出低能量激光，同时开始计时，在设定时间内若系统未收到任何反馈信号，则激光被切断，重新将工作光纤定位寻找结石；若在设定时间内收到荧光反馈信号，系统调整激光器输出高能量激光进行碎石，若未收到荧光反馈信号则询问有无超声波反馈信号，若有则激光器输出高能量激光碎石；在高能输出碎石状态激光器不受设定时间的限制，而是受反馈信号的制约。
由上述可以看出，本发明结合结石和人体组织的识别所提出的用激光破碎结石的方法，并设计出了结石识别与碎石为一体激光装置雏形，能用仪器设备识别结石，由计算机自动控制激光器的输出来完成结石的破碎，使激光碎石技术在临床的应用成为现实，不仅克服了现有技术中损伤面大、有副作用、碎石速度慢、适用范围窄、治疗费用高等缺陷，而且具有结构简单、操作方便、安全可靠的优点。
以下结合附图详细说明本发明技术方案的具体实施和要求。
附
图1为本发明所设计能够识别结石的激光碎石装置的结构示意图，图中1为工作光纤，2为荧光反馈信号传输光纤，3为激光传输光纤，4为压电陶瓷环；附图2为本发明所设计系统程序的工作流程图。
参见附图1，本发明提出的利用激光破碎结石的方法采用所设计的能识别结石的激光装置完成，其采用至少由二根光纤组成的工作光纤，工作光纤的端头可制成锥形或球状，其中激光传输光纤选择石英光纤，芯径为0.2-0.4mm，光纤末端耦合于激光器；计算机对激光器的控制表现在对电源和电流电压的控制和调整，计算机采用普通的单板机就足够了，甚至采用市售的控制板加入所编程序也能完成本发明的功能，这里所称计算机为泛指；所用激光器选择性能稳定的重复频率固体激光器，(如Cr3+LiSAF，Ti3+Al2O3，Cr3+Mg2SiO4等)，并要求脉冲宽度可调谐，碎石时的功率密度为0.5-6MW/cm2；另一根荧光反馈信号传输光纤的芯径为0.1-0.2mm，为增强荧光反馈信号，可增加该光纤的数量1-5根布置在激光光纤的周围，从工作光纤的末端将二类光纤分开，荧光信号光纤的末端头与PIN光电转换器连接，转换后的电信号经放大电路处理后送入计算机；在任一光纤上都能接收到超声波反馈信号，图中将压电陶瓷环设置在激光光纤上，压电陶瓷收到超声波反馈信号产生的电信号经放大电路处理后送入计算机；在计算机上接有操作用的控制面板。
在计算机内设置的反馈信号识别和激光器控制的系统程序，其操作与工作流程参见附图2，工作系统启动后激光器预热，工作光纤可借助于X光或B超等仪器导入机体内结石部位，定位后打开检测开关，激光器输出低能量(≥10mJ)激光，同时开始计时，在设定的1-2秒内若系统未收到任何反馈信号则激光被切断，需将工作光纤重新定位寻找结石；再次打开检测开关，在设定时间内收到荧光反馈信号时系统调整激光器输出高能量(功率密度为0.5～6MW/cm2)激光碎石，若未收到荧光反馈信号则询问有无超声波反馈信号，若有则激光器输出高能激光碎石；在激光碎石时激光器不受设定时间限制，而是受反馈信号的制约，一旦接收不到任何反馈信号，系统立即切断激光。由于结石成份及类别的不同，会对激光碎石的效果产生差异，即根据不同成份类别的结石，在碎石时调整激光的功率和脉宽，会提高碎石的效果；所以在系统程序内还可设置有结石类别的识别和指令的内容，即单一的超声波反馈信号为尿道结石，单一的荧光反馈信号为胆结石，而二个反馈信号都有为肾结石，在系统识别出结石类别后，发出的指令使激光器按相应的要求输出，此相应要求是经实验得到的不同类别结石在碎石时需要的最佳功率、脉宽、频率的组合。
可以看出，激光碎石的效率除与结石本身的特性有关外，也与激光器的选择和激光的一些参数有很大关系。激光器按前述要求的选择即可满足，但并不是其他激光器就不能采用，如NdYAG激光器也可使用。激光的脉宽设置在10～90微秒范围内可调谐，其调整是以结石种类为依据，一般是结石色浅则较宽，色深则脉宽就窄，脉宽越小其能量越大，脉宽的调整是通过对激光器Q开关的电压调整来完成；激光的重复频率设置在10～20Hz，其调整的原则是结石大则频率高，小则低，其调整是通过对电源频率的调整来完成；激光碎石的功率密度选择在0.5～6MW/cm2范围，其是通过激光工作电压的调整来控制，一般原则是在能粉碎结石的前提下尽可能地降低功率密度；由于激光在650～950nm波段时水和血红蛋白的吸收都很小，故该波段是激光碎石的首选波段，但并不意味其他波段就不能采用。对于激光参数的调整和控制在已有技术中已相当成熟，这里不再细说。
激光碎石结束后，用导管将碎石液排出、并冲洗。一般而言，粉碎一块石头不会超过20分钟，最快则需几分钟。
权利要求
1.一种利用激光破碎结石的方法，是结合结石和人体组织的识别方法而实现，采用有工作光纤、激光器、光电转换器、压电陶瓷、放大电路及计算机，其特征在于，采用至少由二根光纤组成的工作光纤，其中一根为激光传输光纤，其光纤末端耦合于激光器，激光器受控于计算机；另一根为荧光反馈信号传输光纤，其光纤末端头与光电转换器连接，转换后的电信号经放大处理送入计算机；并在任一光纤的末端设置有压电陶瓷环，其产生的电信号经放大处理送入计算机；在计算机内设有反馈信号识别和激光器控制的系统程序，且计算机能对激光器的电源和能量输出控制调整，把工作光纤导入机体内结石部位定位后，激光器输出的低能量激光照射于目标，在计算机接收到所产生荧光信号和超声波信号的任一反馈信号，即调整激光器输出高能量激光进行碎石，同时计算机继续接收反馈信号，一旦收不到任何反馈信号立即切断激光；其低能量激光的功率≥10mJ。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统程序的操作和工作流程为，工作系统启动，在工作光纤端头导入机体内定位后，打开检测开关，激光器工作输出低能量激光，同时开始计时，在设定时间内若系统未收到任何反馈信号，则激光被切断，重新将工作光纤定位寻找结石；若在设定时间内收到荧光反馈信号，系统调整激光器输出高能量激光进行碎石，若未收到荧光反馈信号则询问有无超声波反馈信号，若有则激光器输出高能量激光碎石；在高能输出碎石状态激光器不受设定时间的限制，只受反馈信号的制约。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的激光器选择性能稳定的重复频率固体激光器，要求脉冲宽度可调谐，碎石时激光的重复频率为10～20Hz，脉宽10～90微秒范围内可调谐，功率密度0.5～6MW/cm2，波长650～950nm。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在系统程序内还设有结石类别的识别和激光器相应输出参数的内容，其是依靠反馈信号的类型来确定结石的类别，并能根据不同类别的结石指令激光器输出相应参数的激光进行碎石。
全文摘要
一种利用激光破碎结石的方法,是结合结石识别的方法采用一种能够识别结石的激光碎石装置,不仅能区别结石和人体组织,而且能由计算机自动控制激光器的输出,完成结石的破碎,从而使激光碎石技术在临床应用成为现实,除能克服现有技术中损伤面大、有副作用、碎石速度慢、适用范围窄、治疗费用高等缺陷外,还具有结构简单、操作方便、安全可靠的优点。
文档编号A61B17/225GK1249198SQ9811297
公开日2000年4月5日 申请日期1998年9月25日 优先权日1998年9月25日
发明者赵卫, 孙永道 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所