脉冲Nd：YAG激光综合治疗机

脉冲Nd：YAG激光综合治疗机研究报告术语和定义1光纤输出最大单脉冲能量光纤末端输出的最大单脉冲激光能量。

2指示光用于指示Nd：YAG激光束位置的光束。

3预电离治疗机脉冲氙灯处于辉光放电状态，激光器无激光输出的待机状态。

4激光器工作脉冲计数激光器输出激光脉冲的次数。

5输出能量稳定度激光输出能量随时间恒定的能力。

1激光知识介绍1.1 激光自然光是由不同波长的谱线混合而成的，这些谱线沿不同的方向传播，而激光波长是单一的，具有相干性。

相干性意味着光波的相位相对时间和空间不变的，激光的相干性也就产生了如下两个重要的性质：（1）激光是高度平行的，每一束光都互相平行，即使很远的距离光束也只有微小的发散。

（2）激光是单色的，每一束光线的波长和频率都是相同的，射线只有一种光谱。

这些性质取决于激光器的模式和光源。

目前，从波长为193nm的短波到波长为10600nm的长波都得到了广泛应用。

一般激光系统都是根据它们的受激介质来命名的。

这些介质可能是液体、固体或气体。

通过施加能量，激光介质被激发。

当再返回基态时，光子就被释放。

精确的作用过程依赖于激光器的类型，气体激光器的能量输入是通过在气体中放电而实现的，固体激光器一般是光抽运的，而半导体激光器是电激发的。

激光系统的功率级别和激光介质的效率决定了最初的成本和维护投入。

气体和固体激光器，如氩离子激光器、准分子激光器和染料激光器一般都很贵，因为介质必须时时更新。

它们通常需要一个专门的三相电流来产生所需的高压电。

一般认为固体激光器的损耗和破坏都发生在提供能量的泵浦灯上，需要复杂的冷却系统来带走额外的热能。

二极管激光器多用于小功率范围内，被认为是最便宜的，其维护投入也最低，而且它们不需要昂贵的泵浦系统，不需要强有力的冷却和专门的动力线路。

1.2 医用激光器在医学上的应用主要基于激光的可选择性和精确性。

可选择性：激光是以光谱的形式释放的，这就使之具有高度的组织效应再现性，以及生物组织对激光光谱的选择性吸收。

精确性：激光是以平行的光束发射的，因此能很好的聚集。

可得到很小的斑直径，使激光束在施用点上产生很高的功率密度。

为了激光技术在医学上能更合理实际的应用，在激光器的使用上应遵循下面的原则：z无接触治疗z组织结构有选择性的治疗z细微组织的治疗z最低程度的侵入技术相对于医学其他分支，在眼科学中应该更严格的遵循这些规则。

除要注意高度的安全性外，应用于医学上的激光器，也应注意如下几个方面。

z高激光功率和低电功率控制相结合，以保证手术成本低，对周围环境最低程度的热辐射和冷却系统的低噪声。

z在不需更换昂贵组件下保持长的平均寿命。

z紧凑设计。

z无需专业的物理知识也很容易使用。

z短的折旧周期和高回报率。

例如，通过高的使用率。

现今在医学应用上。

与染料激光器、气体激光器、半导体激光器相比较，固体激光器被认为相对便宜、结构紧凑、维修方便，因而得到广泛应用。

特别是随着计算机技术和微电子技术的高速发展，集成化、智能化、模块化、人性化的固体激光器成为激光医学的时尚。

表1.1 常见激光器种类介质类型激光器波长固体Nd:YAGNd:YAG（KTP），倍频YAGHo:YAGEr:YAGAlexandrite（紫翠宝石）1.06μm,1.32μm,1.44μm(红外线)532nm(绿光)2.1nm(红外线)2.94μm(红外线)730-780nm液体染料激光器不同的波长（在可见光范围内）气体CO2（二氧化碳）HeNe（氦－氖）Ar+（氩离子）Excimer（准分子）Cu（铜蒸气）10.6μm（红外线）633nm(红光)488nm(蓝光)，514nm(绿光)193nm,248nm,351nm(紫外线)510nm（绿光）,578nm（黄光）半导体 Ga-As(砷化镓) 810－840nm(红外线附近)1.3 激光照射在组织上的功效激光照射在生物组织上的功效来源于光子和分子或组织分子的相互作用。

其功效主要决定于激光照射的功率密度和照射时间。

热效应：主要产生于组织上的热，取决于组织内的温度，并能导致组织的凝结、碳化和汽化。

光效应：是通过应用激光能量或短暂的激光脉冲使化学键分裂的一种结果，在这个过程中周围组织没有发生明显的热转换。

光离解：在可达到的强度下光离解可导致光衰弱。

1.4 激光与组织的热效应当激光辐射的能量通过组织内的吸收而转变为热时，组织上便发生热反应。

随着激光能量的增大，组织随之升温达到组织可以变化的温度。

在不同的程度上，激光穿透生物组织分别通过：*直射*散射*吸收直射、散射和吸收的水平不仅取决于激光的波长，也取决于组织本身的构成。

1.4.1直射生物组织的一个较好的直射例子是人眼的角膜和晶体，对Nd :YAG激光和在可见光谱范围内的激光波长来说它们是透明的。

1.4.2散射除了激光辐射的反射外，可能还有一些散射进入了组织，例如进入了周围的细胞，激光辐射穿透得越深散射作用就越强。

它应用于效果稍差而面积较大的治疗点上。

目前，主要用于人体组织光热理疗。

2解决的关键问题在该设备的研制过程中，我们主要解决以下关键问题：（1）利用光纤传导技术、耦合技术，实现了 突破了激光光凝术与激光泪道探通术必须单机实现的难点，研制出了一种综合治疗仪，降低了生产成本。

（2）结合先进的模块化设计技术，设计出了一种适合产业化生产的激光器结构，摸索出了一整套行之有效的激光器产业化生产工艺技术，提高了激光器的光学稳定性，减少了能量损失。

（3）研究激光电源的硬件模块划分方法及原则，探索出一套模块化软、硬件设计方法，将激光电源划分为基本功能模块部分和扩展功能模块部分，激光电源既可由基本功能模块部分组成而独立运行，又可添加部分或全部扩展功能模块而实现整体功能，提高了设计效率；同时减少了各电子元件之间的干扰，提高了激光电源的安全性、稳定性、可靠性。

（4）研究软、硬件接口技术，实现软硬件模块的无缝接插及即插即用功能，实现了激光性能的数字化显示，提高了设备的可操作性。

（5）利用 实现了高重复频率脉冲Nd:YAG激光（1－100Hz可调），实现了透巩膜睫状体光凝术的激光治疗。

（6）激光与光纤的耦合效率高低决定于有一套精密且稳定性好的调整机构。

研制出了一种能够五维精密调整光纤耦合器，同时配合国际通用SMA型耦合器，使得激光耦合效率达90%以上。

3产品构造介绍3.1 组成原理本机由脉冲Nd:YAG激光器、脉冲激光电源、半导体激光瞄准指示系统、光纤耦合系统、水冷却系统及计算机控制系统等组成（如图1所示）。

由控制系统发出指令，启动脉冲激光电源及内循环冷却系统，使脉冲Nd:YAG 激光器产生激光，经光纤耦合器耦合至光纤，半导体瞄准激光与Nd:YAG激光同轴输出，光纤末端设有操作手柄，可方便、灵活地进行光凝、汽化、切割等手术。

脉冲Nd:YAG激光器所设计平均输出激光功率为瓦级，属低能量脉冲激光，其峰值功率高达数万瓦。

治疗时，激光能量积累小，易于对局部病变进行治疗而不会损伤周围组织，因此特别适于作精细手术，术后很少引起水肿、渗出等病理改变。

因此，脉冲Nd:YAG激光对泪道、口腔等深、狭腔内的疾病治疗时，更显示出其优越性。

3.2 主要组成部分说明本产品主要由Nd:YAG宝石激光晶体等光学器件、聚光腔、脉冲激光电源、光纤及光纤耦合器系统、水冷却系统、瞄准指示系统等六个部分组成，下面给出了简单的介绍。

（1）脉冲Nd:YAG激光器件采用Nd:YAG激光晶体。

由于脉冲Nd:YAG激光器件是工作在高光泵浦水平上，有很高的增益，所以选用方向性好的平板谐振腔和高输出窗透过率，有利于提高激光的光束质量。

（2）聚光腔：采用聚四氟乙烯树脂漫反射腔，这种腔化学稳定性好，不怕酸、碱、紫外光照射，并可在250℃高温下工作。

其特点是聚光效率高、泵浦均匀，有利于改善光束质量，还具有不怕污染、寿命长等优点。

（3） 脉冲激光电源：采用直接由市电（220V）供电，无工频变压器。

它具有充电速度快、体积小、重量轻、可靠性好等特点。

本机还设计成“待机”操作方式和计算机软开关模式，即计算机控制和脚控开关连锁。

这样不仅克服了机器过热的问题，而且还可节省电能，同时保证激光辐射安全。

（4）光纤及光纤耦合器系统医用光纤，常用阶跃折射率光纤，它是由两种折射率的物质组成，中心部分物质折射率为n1，外包层为n2，且n1>n2。

当激光从光纤端面入射后，只要入射角在一定范围内，则激光在光纤内两种折射率物质交界处发生全反射，光纤导光就是根据全反射原理。

激光与光纤的耦合，本机原端激光光斑直径为4-6mm，而光纤芯径为0.4、0.6、0.8mm，通常情况下无法将全部激光束直接注入到光纤中。

因此要用一个聚焦透镜将光束聚焦后再注入光纤。

显然聚焦光斑直径大小应小于光纤芯径。

而光束的注入角，应保证光束在光纤内全反射即可（如图2所示）。

设激光束的发散角为Ω，光束截面直径为D，则激光束经透镜聚焦后，在光纤端面上的焦斑直径为d=f*Ω,此值必须小于光纤芯直径d。

，即fΩ<d。

激光与光纤的耦合效率高低决定于有一套精密且稳定性好的调整机构。

我们所生产的光纤耦合器为五维精密调整机构，同时配合国际通用SMA 型耦合器，使得激光耦合效率达90%以上。

（5）水冷却系统：脉冲Nd:YAG 激光器，工作时会产生大量的热，使工作物质及氙灯温度升高，使激光器不能正常工作，严重时可使工作物质和氙灯炸裂。

因此，脉冲Nd:YAG 激光器必须设有水冷却系统，它由不锈钢水箱和MP 型磁力循环泵，水压开关等组成。

冷却水必须采用双蒸水或去离子水，器件采用全腔水循环冷却，冷却效果好。

本机设有水压开关，若水压不够则水压开关断开，即断水保护，同时激光器停止工作，水压报警灯亮。

（6）瞄准指示系统：本机设计成半导体激光与Nd:YAG 激光同轴输出，作泪道疏通时可不用指示光。

而作口腔疾病治疗时，则用于指示目标。

图3为激光器的结构设计：图33.3 工作基本参数1)激光波长入=1064nm；2)光纤输出末端最大单脉冲能量≥350mJ；3)平均输出功率0.5W—30W；4)重复频率1-100HZ，连续可调；5)指示激光波长入=630nm或其它可见光；6)光纤芯径400μm;800μm；7)输入功率≤3.2KVA。

3.4 技术指标激光波长：1064nm激光工作频率：0-100Hz，步长为1Hz, 0Hz为单脉冲工作激光脉冲宽度：200-1000μs光纤输出最大能量：100－500mJ／脉冲, 步长为5mJ/脉冲激光辐照时间限值：由脉冲计数器自动计数光纤输出最大平均功率：18 W光纤芯径：泪道机光纤芯径ф400μm，透巩膜睫状体光凝术ф800μm （进口专用光纤及探头）引导光：半导体激光，功率1mw供电电源：交流220V 50HZ 15A 制冷方式：内循环水冷4产品适应症我国学者于九十年代首次采用脉冲Nd:YAG激光用于泪道阻塞性疾病、五官科软组织疾病的治疗，同时用于口腔科多种疾病的治疗也取得了很好的临床效果。