[发明专利]使用脉冲激光器进行组织消融的系统

说明书

用于使极高峰值功率激光器脉冲能够通过光纤输送而优选以接触模式用于消融程序的系统。该激光器有利地以355nm波长发射。其它系统使能选择性去除血管内的非期望的组织，同时最小化损坏其血管的风险，基于320至400nm激光波长的短激光脉冲的消融性质的利用，利用导管施加到组织上的激光注量和力的、构成导管的管的机械壁的选定参数。另外地，公开了校准此类导管的新颖的方法，这也实现了对消融过程的实时监控。另外，公开了保护光纤出射面的新颖的方法。

本申请是申请号为201580037816.4、申请日为2015年5月18日、发明名称为“使用脉冲激光器进行组织消融的系统”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及脉冲高功率激光器领域以及通过光纤输送其输出的问题，尤其是利用通过那些光纤传输的能量用于组织消融。

背景技术

通过光纤输送高脉冲激光功率被广泛用于组织或其他目标的消融。对于这样的消融程序，紫外(UV)光具有许多优点，因为它被生物物质和有机化合物很好地吸收。UV激光不是灼烧或切割材料，而是添加足够的能量以破坏表面组织的分子键，其通过消融而不是灼烧以紧密控制的方式有效地分解成空气。激光能量也被强烈吸收，并且导致温度的急剧局部升高，并导致产生强的机械力，导致光声和光热消融。因此，在紫外线中发射的激光具有有用的性质，使得它们可以去除表面材料的异常精细的层，几乎不加热或改变保持完好的周围材料的剩余部分。通常使用在308nm发射的准分子激光器(XeCI)。然而，这种激光器体积大，需要仔细维护和频繁校准，并且光束质量差并且可能不稳定。三次谐波，以355nm发射的Q开关Nd：YAG激光器也已经用于这种UV消融程序。

为了获得有效的组织消融，需要高于某阈值的流度，并且通常期望在低至10nsec范围内的脉冲中的50mJ/mm²量级的高峰值功率脉冲。这种注量的输送对于光纤是非常具有挑战性的，并且会由于选择性加热、等离子体产生、自聚焦或在出射面处裂纹的产生而导致在光纤的入射面或出射面处或在光纤本体中的损坏。为了克服这种损坏的挑战，在现有技术中已经提出了采用由激光器发射的高质量光束并且在输入到光纤之前均匀化光束以消除“热点”的方法。已经提出的一些这样的方法包括：

(i)使用衍射光学元件(DOE)和耦合透镜将激光器耦合到光纤。DOE使波束空间能量密度均匀化并消除激光器的“热点”。DOE可以形成不同的形状，包括适合于光纤束的输入平面的不同形状的正方形、圆形、矩形。已经使用不同的耦合透镜和DOE与耦合透镜之间的不同距离，以便获得不同的光斑尺寸。

(ii)使用微透镜阵列来实现均匀光斑。还可以使用多于一个的阵列，以便实现更好的均匀性并避免由于子束干涉引起的热点。可以通过改变间距尺寸和耦合透镜焦距来操纵光斑的尺寸和形状。这种用于执行将高峰值功率激光脉冲耦合到光纤中的微透镜阵列均化器已经在T.Schmidt-Uhlig等人的、题为“NewSimplified Coupling Scheme for theDelivery of 20MW Nd：YAG Laser Pulses byLarge Core Optical Fibers”(发表于Applied Physics B，Lasers and Optics，卷72，第183-186页(2001年))的文章中进行了说明。

(iii)使用多模光纤以使光束能量密度均匀化。正透镜用于将激光束耦合到均化器光纤中，并且第二正透镜用于将均化器光纤输出成像到将光束传送到消融目标的光纤中。一个方便的选择是使用熔融石英纤维，其更适合于高功率传输。

(iv)使用脉冲对以实现从手术部位有效移除组织，其中第一脉冲“调节”组织，然后可以通过第二、通常更长的脉冲更容易地移除组织。与使用等效的单个脉冲相比，这种布置使得能够以更少的对光纤的损坏来完成消融。这种方法在M.S.Feld等人的美国专利No.5,312,396，“Pulsed Laser System for the SurgicalRemoval of Tissue”中进行了说明。