專利名稱：利用激光破碎結(jié)石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備工作方法的改進(jìn)，涉及光電技術(shù)領(lǐng)域。
目前破碎結(jié)石的方法有許多，①超聲碎石，是借助內(nèi)窺鏡將金屬絲通過尿道穿入到結(jié)石上，通過瞬態(tài)放電產(chǎn)生的超聲波將結(jié)石擊碎，其缺陷是適用范圍窄、須在可見監(jiān)視下進(jìn)行，同時還需不斷地灌注沖洗，并將碎石排出；②液電碎石，是借助內(nèi)窺鏡將電極導(dǎo)入體內(nèi)對準(zhǔn)結(jié)石，通過瞬態(tài)放電將結(jié)石粉碎，其缺陷與①相同，并且容易造成機(jī)體組織的損傷；③體外震波碎石，是在體外通過瞬態(tài)放電或利用壓電換能器產(chǎn)生的沖擊波，在X光的監(jiān)視下，將沖擊波的能量聚集于結(jié)石使其粉碎，與前二種方法相比它的效率更高，但仍存在有以下問題，適用范圍窄、痛苦大、由于碎石嵌入人體器官易引起高血壓、且會留有后遺癥，并且碎石速度慢、費(fèi)用高、設(shè)備復(fù)雜操作不方便、且維修保養(yǎng)困難。
多年前人們研究發(fā)現(xiàn)利用激光碎石能克服現(xiàn)有方法中的許多缺陷，其碎石效果很好，激光碎石的原理為，在結(jié)石吸收激光能量后其表面的自由電子形成等離子體，隨著勢能的增加，等離子體迅速膨脹產(chǎn)生沖擊波，沖擊波以超聲波頻率使結(jié)石表面產(chǎn)生空化泡，隨著空化泡的不斷破裂，使得結(jié)石即被粉碎。但由于激光器無法識別結(jié)石和人體組織，則容易造成機(jī)體組織的損傷，故使激光碎石技術(shù)在臨床的應(yīng)用受到了限制，也使激光碎石的方法不能得以完善。本申請人的CN98112978.1專利申請?zhí)岢鲆环N識別結(jié)石和人體組織的方法，它是把由激光照射結(jié)石所產(chǎn)生的熒光輻射信號和超聲波信號二個反饋信號的檢測結(jié)合起來，來識別結(jié)石和人體組織，從而使激光碎石在臨床的應(yīng)用成為可能。
本發(fā)明的目的就是結(jié)合所述的識別方法使激光碎石方法在臨床應(yīng)用更為完善，使之具有安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，并能克服現(xiàn)有碎石方法中的缺陷。
本發(fā)明利用激光破碎結(jié)石的技術(shù)方案如下，采用至少由二根光纖組成的工作光纖，其中一根為激光傳輸光纖，其光纖末端耦合于激光器，激光器受控于計(jì)算機(jī)；另一根為熒光反饋信號傳輸光纖，其光纖末端頭與光電轉(zhuǎn)換器(O/E)連接，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)放大處理送入計(jì)算機(jī)；并在任一光纖的末端設(shè)置有壓電陶瓷環(huán)，其產(chǎn)生的電信號經(jīng)放大處理送入計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有反饋信號識別和激光器控制的系統(tǒng)程序，且計(jì)算機(jī)能對激光器的電源和能量輸出控制調(diào)整；把工作光纖導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)結(jié)石部位定位后，當(dāng)激光器輸出低能激光沿激光光纖由工作光纖端頭輸出照射目標(biāo)。在計(jì)算機(jī)接收到所產(chǎn)生熒光信號和超聲波信號的任一反饋信號，即調(diào)整激光輸出高能量激光進(jìn)行碎石，同時計(jì)算機(jī)繼續(xù)接收反饋信號，一旦接收不到任何反饋信號立即切斷激光；其低能量激光的功率≥10mJ。本發(fā)明的特征還在于，所述系統(tǒng)程序的工作流程為，工作系統(tǒng)啟動，在工作光纖端頭導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)定位后，打開檢測開關(guān)，激光器工作輸出低能量激光，同時開始計(jì)時，在設(shè)定時間內(nèi)若系統(tǒng)未收到任何反饋信號，則激光被切斷，重新將工作光纖定位尋找結(jié)石；若在設(shè)定時間內(nèi)收到熒光反饋信號，系統(tǒng)調(diào)整激光器輸出高能量激光進(jìn)行碎石，若未收到熒光反饋信號則詢問有無超聲波反饋信號，若有則激光器輸出高能量激光碎石；在高能輸出碎石狀態(tài)激光器不受設(shè)定時間的限制，而是受反饋信號的制約。
由上述可以看出，本發(fā)明結(jié)合結(jié)石和人體組織的識別所提出的用激光破碎結(jié)石的方法，并設(shè)計(jì)出了結(jié)石識別與碎石為一體激光裝置雛形，能用儀器設(shè)備識別結(jié)石，由計(jì)算機(jī)自動控制激光器的輸出來完成結(jié)石的破碎，使激光碎石技術(shù)在臨床的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，不僅克服了現(xiàn)有技術(shù)中損傷面大、有副作用、碎石速度慢、適用范圍窄、治療費(fèi)用高等缺陷，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)施和要求。
附

圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)能夠識別結(jié)石的激光碎石裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為工作光纖，2為熒光反饋信號傳輸光纖，3為激光傳輸光纖，4為壓電陶瓷環(huán)；附圖2為本發(fā)明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序的工作流程圖。
參見附圖1，本發(fā)明提出的利用激光破碎結(jié)石的方法采用所設(shè)計(jì)的能識別結(jié)石的激光裝置完成，其采用至少由二根光纖組成的工作光纖，工作光纖的端頭可制成錐形或球狀，其中激光傳輸光纖選擇石英光纖，芯徑為0.2-0.4mm，光纖末端耦合于激光器；計(jì)算機(jī)對激光器的控制表現(xiàn)在對電源和電流電壓的控制和調(diào)整，計(jì)算機(jī)采用普通的單板機(jī)就足夠了，甚至采用市售的控制板加入所編程序也能完成本發(fā)明的功能，這里所稱計(jì)算機(jī)為泛指；所用激光器選擇性能穩(wěn)定的重復(fù)頻率固體激光器，(如Cr3+LiSAF，Ti3+Al2O3，Cr3+Mg2SiO4等)，并要求脈沖寬度可調(diào)諧，碎石時的功率密度為0.5-6MW/cm2；另一根熒光反饋信號傳輸光纖的芯徑為0.1-0.2mm，為增強(qiáng)熒光反饋信號，可增加該光纖的數(shù)量1-5根布置在激光光纖的周圍，從工作光纖的末端將二類光纖分開，熒光信號光纖的末端頭與PIN光電轉(zhuǎn)換器連接，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)放大電路處理后送入計(jì)算機(jī)；在任一光纖上都能接收到超聲波反饋信號，圖中將壓電陶瓷環(huán)設(shè)置在激光光纖上，壓電陶瓷收到超聲波反饋信號產(chǎn)生的電信號經(jīng)放大電路處理后送入計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)上接有操作用的控制面板。
在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置的反饋信號識別和激光器控制的系統(tǒng)程序，其操作與工作流程參見附圖2，工作系統(tǒng)啟動后激光器預(yù)熱，工作光纖可借助于X光或B超等儀器導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)結(jié)石部位，定位后打開檢測開關(guān)，激光器輸出低能量(≥10mJ)激光，同時開始計(jì)時，在設(shè)定的1-2秒內(nèi)若系統(tǒng)未收到任何反饋信號則激光被切斷，需將工作光纖重新定位尋找結(jié)石；再次打開檢測開關(guān)，在設(shè)定時間內(nèi)收到熒光反饋信號時系統(tǒng)調(diào)整激光器輸出高能量(功率密度為0.5～6MW/cm2)激光碎石，若未收到熒光反饋信號則詢問有無超聲波反饋信號，若有則激光器輸出高能激光碎石；在激光碎石時激光器不受設(shè)定時間限制，而是受反饋信號的制約，一旦接收不到任何反饋信號，系統(tǒng)立即切斷激光。由于結(jié)石成份及類別的不同，會對激光碎石的效果產(chǎn)生差異，即根據(jù)不同成份類別的結(jié)石，在碎石時調(diào)整激光的功率和脈寬，會提高碎石的效果；所以在系統(tǒng)程序內(nèi)還可設(shè)置有結(jié)石類別的識別和指令的內(nèi)容，即單一的超聲波反饋信號為尿道結(jié)石，單一的熒光反饋信號為膽結(jié)石，而二個反饋信號都有為腎結(jié)石，在系統(tǒng)識別出結(jié)石類別后，發(fā)出的指令使激光器按相應(yīng)的要求輸出，此相應(yīng)要求是經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到的不同類別結(jié)石在碎石時需要的最佳功率、脈寬、頻率的組合。
可以看出，激光碎石的效率除與結(jié)石本身的特性有關(guān)外，也與激光器的選擇和激光的一些參數(shù)有很大關(guān)系。激光器按前述要求的選擇即可滿足，但并不是其他激光器就不能采用，如NdYAG激光器也可使用。激光的脈寬設(shè)置在10～90微秒范圍內(nèi)可調(diào)諧，其調(diào)整是以結(jié)石種類為依據(jù)，一般是結(jié)石色淺則較寬，色深則脈寬就窄，脈寬越小其能量越大，脈寬的調(diào)整是通過對激光器Q開關(guān)的電壓調(diào)整來完成；激光的重復(fù)頻率設(shè)置在10～20Hz，其調(diào)整的原則是結(jié)石大則頻率高，小則低，其調(diào)整是通過對電源頻率的調(diào)整來完成；激光碎石的功率密度選擇在0.5～6MW/cm2范圍，其是通過激光工作電壓的調(diào)整來控制，一般原則是在能粉碎結(jié)石的前提下盡可能地降低功率密度；由于激光在650～950nm波段時水和血紅蛋白的吸收都很小，故該波段是激光碎石的首選波段，但并不意味其他波段就不能采用。對于激光參數(shù)的調(diào)整和控制在已有技術(shù)中已相當(dāng)成熟，這里不再細(xì)說。
激光碎石結(jié)束后，用導(dǎo)管將碎石液排出、并沖洗。一般而言，粉碎一塊石頭不會超過20分鐘，最快則需幾分鐘。
權(quán)利要求
1.一種利用激光破碎結(jié)石的方法，是結(jié)合結(jié)石和人體組織的識別方法而實(shí)現(xiàn)，采用有工作光纖、激光器、光電轉(zhuǎn)換器、壓電陶瓷、放大電路及計(jì)算機(jī)，其特征在于，采用至少由二根光纖組成的工作光纖，其中一根為激光傳輸光纖，其光纖末端耦合于激光器，激光器受控于計(jì)算機(jī)；另一根為熒光反饋信號傳輸光纖，其光纖末端頭與光電轉(zhuǎn)換器連接，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)放大處理送入計(jì)算機(jī)；并在任一光纖的末端設(shè)置有壓電陶瓷環(huán)，其產(chǎn)生的電信號經(jīng)放大處理送入計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有反饋信號識別和激光器控制的系統(tǒng)程序，且計(jì)算機(jī)能對激光器的電源和能量輸出控制調(diào)整，把工作光纖導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)結(jié)石部位定位后，激光器輸出的低能量激光照射于目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)接收到所產(chǎn)生熒光信號和超聲波信號的任一反饋信號，即調(diào)整激光器輸出高能量激光進(jìn)行碎石，同時計(jì)算機(jī)繼續(xù)接收反饋信號，一旦收不到任何反饋信號立即切斷激光；其低能量激光的功率≥10mJ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)程序的操作和工作流程為，工作系統(tǒng)啟動，在工作光纖端頭導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)定位后，打開檢測開關(guān)，激光器工作輸出低能量激光，同時開始計(jì)時，在設(shè)定時間內(nèi)若系統(tǒng)未收到任何反饋信號，則激光被切斷，重新將工作光纖定位尋找結(jié)石；若在設(shè)定時間內(nèi)收到熒光反饋信號，系統(tǒng)調(diào)整激光器輸出高能量激光進(jìn)行碎石，若未收到熒光反饋信號則詢問有無超聲波反饋信號，若有則激光器輸出高能量激光碎石；在高能輸出碎石狀態(tài)激光器不受設(shè)定時間的限制，只受反饋信號的制約。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的激光器選擇性能穩(wěn)定的重復(fù)頻率固體激光器，要求脈沖寬度可調(diào)諧，碎石時激光的重復(fù)頻率為10～20Hz，脈寬10～90微秒范圍內(nèi)可調(diào)諧，功率密度0.5～6MW/cm2，波長650～950nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在系統(tǒng)程序內(nèi)還設(shè)有結(jié)石類別的識別和激光器相應(yīng)輸出參數(shù)的內(nèi)容，其是依靠反饋信號的類型來確定結(jié)石的類別，并能根據(jù)不同類別的結(jié)石指令激光器輸出相應(yīng)參數(shù)的激光進(jìn)行碎石。
全文摘要
一種利用激光破碎結(jié)石的方法,是結(jié)合結(jié)石識別的方法采用一種能夠識別結(jié)石的激光碎石裝置,不僅能區(qū)別結(jié)石和人體組織,而且能由計(jì)算機(jī)自動控制激光器的輸出,完成結(jié)石的破碎,從而使激光碎石技術(shù)在臨床應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí),除能克服現(xiàn)有技術(shù)中損傷面大、有副作用、碎石速度慢、適用范圍窄、治療費(fèi)用高等缺陷外,還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號A61B17/225GK1249198SQ9811297
公開日2000年4月5日 申請日期1998年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月25日
發(fā)明者趙衛(wèi), 孫永道 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所