УСТРОЙСТВО СВЕТОВОЙ ОБРАБОТКИ ТКАНИ Российский патент 2020 года по МПК A61B18/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится к устройствам световой обработки ткани. В таких устройствах источник света служит подающим падающий световой луч для обработки ткани путем создания повреждений или других разрушений ткани (ткани организма). Одним примером является лазерно-индуцированное оптическое разрушение (LIOB), которое, например, используется для обработки ткани кожи или для удаления волос. Настоящее изобретение предназначено, в частности, для волоконных систем, таких как системы на основе катетеров.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Лазерные системы на основе катетеров, использующие оптические волокна, известны в внутриартериальных и кардиальных применениях в организме. Также может быть использована волоконная система, когда существует потребность в волокне, соединенном с источником высокоинтенсивного импульсного лазерного излучения, например, в применениях для лазерной обработки для ухода за кожей. Это может быть использовано, когда соединенное с наконечником волокно базовой станции имеет преимущество перед системами, включающими в себя шарнирные консоли для направления лазерного света.

Устройства световой обработки ткани используются, например, для обработки морщинок и для срезания волос. При световой обработке морщинок устройство создает фокальное пятно в слое дермы кожи, подлежащей обработке. Мощность и длительность импульса лазера и размер фокального пятна выбирают таким образом, чтобы на кожу воздействовало явление лазерно-индуцированного оптического разрушения (LIOB) для стимуляции возобновления роста тканей кожи и, посредством этого, уменьшения морщинок. При световом срезании волос падающий световой луч фокусируется внутри волоса, и явление LIOB вызывает срезание этого волоса.

Например, международная заявка на патент, опубликованная как WO2005/011510, описывает устройство для укорачивания волос, содержащее источник лазерного излучения для генерирования лазерного луча в течение заданной длительности импульса, оптическую систему для фокусирования лазерного луча в фокальное пятно и манипулятор лазерного луча для позиционирования фокального пятна в целевом положении. Размер фокального пятна и мощность генерируемого лазерного луча таковы, что в фокальном пятне лазерный луч имеет удельную мощность, которая выше характерного порогового значения для ткани волоса, выше которого при заданной длительности импульса в ткани волоса возникает явление лазерно-индуцированного оптического разрушения (LIOB).

В общем лазерно-индуцированное оптическое разрушение (LIOB) возникает в средах, которые являются прозрачными или полупрозрачными для длины волны лазерного луча, когда удельная мощность (Вт/см²) лазерного луча в фокальном пятне превышает пороговое значение, которое является характеристикой конкретной среды. Ниже порогового значения конкретная среда имеет относительно низкие свойства линейного поглощения для конкретной длины волны лазерного луча. Выше порогового значения среда имеет свойства сильно нелинейного поглощения для конкретной длины волны лазерного луча, которые являются результатом ионизации среды и образования плазмы. Это явление LIOB приводит к ряду механических эффектов, таких как кавитация и генерирование ударных волн, которые повреждают среду в местоположениях, окружающих местоположение явления LIOB.

Было обнаружено, что явление LIOB может быть использовано для разрушения и укорочения волос, растущих из кожи. Ткань волос является прозрачной или полупрозрачной для длин волн между приблизительно 500 нм и 2000 нм. Для каждого значения длины волны в этом диапазоне в ткани волос в местоположении фокального пятна возникает явление LIOB, когда удельная мощность (Вт/см²) лазерного луча в фокальном пятне превышает пороговое значение, которое является характеристикой ткани волос. Упомянутое пороговое значение довольно близко к пороговому значению, которое является характеристикой водных сред и тканей, и зависит от длительности импульса лазерного луча. В частности, пороговое значение требуемой удельной мощности уменьшается при увеличении длительности импульса.

Для обеспечения механических эффектов в результате явления LIOB, которые являются достаточно эффективными, чтобы вызвать значительное повреждение, т.е. по меньшей мере начальное разрушение волоса, достаточна длительность импульса порядка, например, 10 нс. Для этого значения длительности импульса пороговое значение удельной мощности лазерного луча в фокальном пятне составляет порядка 2*10¹⁰ Вт/см². Для описанной длительности импульса и при достаточно небольшого размера фокального пятна, полученного, например, посредством линзы, имеющей достаточно большую числовую апертуру, это пороговое значение может быть обеспечено за счет общей энергии импульса, составляющей всего лишь несколько десятых миллиджоуля.

Дополнительно к обработке кожи и удалению волос, также хорошо известны лазерные системы для применения внутри тела, предназначенные для многих малоинвазивных медицинских процедур. Эти процедуры обычно включают использование лазерной энергии для создания повреждений внутри целевой области ткани внутри тела, например, внутри сердца пациента.

Конкретное требование к повреждениям таких типов состоит в том, что слои эндотелия внутри сердца предпочтительно не должны подвергаться слишком сильному воздействию во избежание свертывания крови и риска эмболии (закупорок кровеносных сосудов). Общепринятые энергетические обработки, например, для лечения аритмии, обычно основаны на воздействии на ткань сердца, разрушающем или изолирующем конкретные синусные узлы, но предпочтительно избегают образования рубцов на ткани эндотелия. Поскольку большинство этих устройств подает энергию через ткань эндотелия, существует высокая вероятность того, что ткань эндотелия будет подвергаться воздействию.

Также сообщалось о внутриартериальной или внутривенной обработке посредством лазерно-индуцированного оптического разрушения (LIOB), преимуществом которой является то, что ткань эндотелия не подвергается воздействию во время этой обработки. Однако сохраняется конкретная проблема, состоящая в обеспечении того, чтобы энергия эффективно доставлялась внутрь ткани. Эффективность в этом контексте означает, что внутри ткани в местоположении, в котором должно быть создано повреждение, обеспечивается достаточная интенсивность.

Конкретная проблема состоит в том, что в случае, когда энергия подается в катетер способом, который был бы эффективным для создания повреждения внутри ткани, эта энергия обычно также разрушает катетер. Это совершенно очевидно, если учитывать, что процесс LIOB обычно является наиболее эффективным в (полу)прозрачных средах, а оптическое волокно является одной из таких (полу)прозрачных сред.

Например, если (с использованием усилителя мощности с задающим генератором (MOPA) или непосредственно с помощью лазера с накачкой импульсной лампой) обеспечивается световой импульс с интенсивностью, достаточной для генерирования LIOB внутри ткани, этот импульс может быть достаточно интенсивным для того, чтобы разрушить любое сохраняющее качество луча волокно посредством возникновения LIOB внутри этого волокна. Волоконная MOPA-конструкция обычно использует затравочный лазер и легированное волокно (например, легированное ионами Yb+ или другими легирующими добавками) для усиления затравочного лазера. Однако, как только усиление будет близко к достаточному для генерирования LIOB внутри ткани, волоконный усилитель разрушится.

Известные подходы для уменьшения мощности передаваемого импульса включают растягивание лазерного импульса в пространстве или во времени для уменьшения интенсивности в волокне. Однако для миниатюризированных волоконных систем доставки импульсов эти подходы являются непрактичными. В подходе растягивания в пространстве очень трудно или даже невозможно восстановить интенсивность впоследствии вследствие ухудшения качества луча во время распространения по волокну. В подходе растягивания во времени затем непрактично восстанавливать импульс на конце волокна вследствие размера требуемых аппаратных средств.

Следовательно, существует необходимость в решении для получения достаточно высокой интенсивности в целевом местоположении внутри ткани с использованием подхода на основе оптического волокна (например, обеспечиваемого катетером) при сохранении целостности волокна. Также существует потребность в уменьшении требований к волокну таким образом, чтобы вместо фотонных кристаллических волокон, которые иначе потребовались бы для доставки высокоинтенсивного импульсного лазерного света, могли быть использованы простые многомодовые волокна со ступенчато-изменяющимся коэффициентом преломления или подобные волокна.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение определяется формулой изобретения.

Примеры согласно первому аспекту изобретения обеспечивают устройство световой обработки ткани, содержащее:

оптический волоконный световод для приема луча импульсного падающего света;

оптический прибор на конце выхода света оптического волокна, содержащий:

фокусирующую линзу, имеющую центральную область, выставленную по падающему световому лучу;

линзу с градиентным коэффициентом преломления, находящуюся ниже по ходу луча от центральной области;

лазерный генератор на микрокристалле (интегральной микросхеме), который принимает в качестве входного света накачки выходной свет линзы с градиентным коэффициентом преломления;

оптический усилитель для усиления выходного света лазерного генератора и для выдачи импульсного выходного света для лазерной обработки; и

отражатель для отражения света, проходящего через фокусирующую линзу вокруг центральной области, в оптический усилитель для образования света накачки усилителя.

Этот прибор обеспечивает усилитель мощности с задающим генератором (MOPA) на конце оптического волокна. Таким образом, максимальная мощность, обеспечиваемая вдоль оптического волокна, может быть уменьшена для предотвращения повреждения оптического волокна с обеспечением при этом достаточно высокой мощности импульсов, подаваемых для обработки ткани. Лазерный генератор объединен с оптическим усилителем для повышения выходной мощности. Лазерный генератор содержит лазерный генератор на микрокристалле (например, на основе Nd:Cr:YAG), и оптический усилитель содержит кристаллический усилитель (полупроводниковый усилитель) (например, на основе Nd:YAG). Таким образом, компоненты оптического волокна не используются для передачи высокоинтенсивных оптических импульсов. Таким образом, на конце волокна может быть обеспечена достаточная интенсивность, не вызывающая разрушения самого волокна.

Лазерный генератор на микрокристалле предпочтительно содержит лазерный генератор с кварцевой стабилизацией частоты на микрокристалле, а оптический усилитель содержит кристаллический усилитель. В этой конструкции генерирование импульсов с высокой оптической мощностью обеспечивается с использованием кристаллических компонентов. Использование центрального света из оптического волокна в качестве входного света накачки для лазера и использование периферийного света в качестве накачки для оптического усилителя обеспечивает компактный прибор, который может быть обеспечен в небольшом объеме на конце оптического волокна.

Таким образом, в этом устройстве интенсивность импульсов генерируется только на дальнем конце устройства и не передается вдоль длины волокна. Результирующие пространственные ограничения устраняются, в частности, путем обеспечения отражателя на кончике волокна, который обеспечивает то, что свет накачки образует требуемый фокус, такой как линейный фокус, внутри оптического усилителя таким образом, чтобы профиль коэффициента усиления усилителя перекрывался с центральной модой передачи (TEM00) лазерного генератора на микрокристалле. Лазерный генератор функционирует в качестве затравочного генератора.

Легирование кристалла усилителя может изменяться радиально для обеспечения хорошего модального перекрытия сигнала лазерного генератора с коэффициентом усиления кристалла усилителя.

Падающий световой луч, который переносится волокном, используется в качестве света накачки для лазерного генератора на микрокристалле (который функционирует в качестве затравочного лазера для усилителя), а также функционирует в качестве света накачки для оптического усилителя.

Отражатель, например, содержит конический отражатель для создания линейного фокуса внутри каскада оптического усилителя. Этот линейный фокус функционирует в качестве света накачки для кристаллического усилителя.

Лазерный генератор с кварцевой стабилизацией частоты, например, содержит лазерный генератор на микрокристалле с пассивной модуляцией добротности.

Лазерный генератор с кварцевой стабилизацией частоты может содержать насыщаемый поглощающий микрокристалл Cr:YAG для приема света накачки и микрокристалл (интегральную микросхему) Nd:YAG лазерного генератора для создания выходного света для лазерной обработки. Свет накачки является лучом импульсного падающего света, фокусируемым линзой с градиентным коэффициентом преломления.

Насыщаемый поглощающий микрокристалл, например, имеет выходную поверхность с сильноотражающим покрытием для длины волны света накачки. Это обеспечивает двойное прохождение света накачки через поглощающий микрокристалл.

Лазерный генератор на микрокристалле, например, имеет входную поверхность света накачки с просветляющим покрытием для длины волны света накачки и сильноотражающим покрытием для длины волны выходного света для лазерной обработки. Таким образом, выходной свет для лазерной обработки может выходить из лазерного генератора только на выходной стороне.

Луч импульсного падающего света, например, имеет длину волны 808 нм, и выходной свет для лазерной обработки имеет длину волны, равную 1064 нм.

Кристаллический усилитель может содержать стержень из легированного YAG.

Оптический прибор может содержать сапфировое тело, которое образует фокусирующую линзу и отражатель. Таким образом, отражатель может быть отражателем полного внутреннего отражения, что позволяет сохранять его размер минимальным и позволяет обеспечивать непосредственный контакт с тканью, подлежащей обработке.

Оптический прибор предпочтительно содержит выходную линзу на выходе каскада оптического усилителя. Её используют для образования фокального пятна в ткани, подлежащей обработке.

Изобретение также обеспечивает систему обработки, содержащую:

оптический источник для выдачи луча импульсного падающего света; и

устройство, охарактеризованное выше, для приема луча падающего света и генерирования выходного света для импульсной лазерной обработки.

В одном примере оптический волоконный световод может содержать катетер. Таким образом, упомянутая система пригодна для обработки внутренних тканей.

В другом примере оптический источник является частью базового блока, и упомянутое устройство является частью ручного блока, предназначенного для применения напротив кожи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры изобретения теперь будут описаны подробно со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематично показывает известное LIOB-устройство обработки кожи;

Фиг. 2 показывает устройство световой обработки; и

Фиг. 3 более подробно показывает оптические компоненты устройства по фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение обеспечивает устройство световой обработки, содержащее оптический прибор на конце выхода света оптического волокна. Оптический прибор включает в себя усилитель мощности с задающим генератором на основе полупроводникового оптического лазера и кристаллического оптического усилителя. Таким образом, максимальная мощность, обеспечиваемая вдоль оптического волокна, может быть уменьшена для предотвращения повреждения оптического волокна с обеспечением при этом достаточно высокой мощности импульса, подаваемого для обработки ткани. Высокая мощность импульса генерируется за пределами оптического волокна и не переносится оптическим волокном.

Перед подробным описанием изобретения будет приведено краткое описание одного примера устройства того типа, к которому относится изобретение.

Фиг. 1 показывает систему 1 для обработки кожи 3, имеющей поверхность 5.

Система 1 содержит источник 9 света для генерирования лазерного луча 11 в течение по меньшей мере заданной длительности импульса, и она содержит оптическую систему 13 для фокусирования лазерного луча 11 в фокальное пятно 15 и для позиционирования фокального пятна 15 в целевом местоположении в пределах кожи 3, которая является по меньшей мере частично прозрачной для света от источника 9 света.

Пример оптической системы 13, схематично показанной на фиг. 1, содержит систему 17 отражения луча, систему 19 формирования луча, систему 21 сканирования луча и систему 23 фокусирования, причем эти системы могут содержать одно или более зеркал, призм, делителей луча, поляризаторов, оптических волокон, линз, апертур, затворов и т.д. Например, система сканирования содержит сканирующие призмы. Система 17 отражения луча является дихроичным делителем луча. Отражение луча и формирование луча обеспечивают расширение или сжатие луча и введение дополнительной сходимости или расходимости для луча.

Система фокусирования обладает выбором глубины фокусирования, формированием и фокусированием луча, и контактным/выходным окном. Имеется следующая за контуром подвеска, предназначенная для сохранения контакта контактного/выходного окна.

По меньшей мере часть оптической системы 13 и/или пути лазерного луча 11 может быть огорожена, например, для безопасности глаз, и может, например, содержать непрозрачные трубки и/или одно или более оптических волокон.

Источник 9 света выполнен с возможностью излучать заданное число лазерных импульсов на заданной длине волны и с заданной длительностью импульса и частотой повторения. Система 1 может быть выполнена таким образом, чтобы целевое местоположение фокального пятна 15 находилось ниже поверхности кожи. Размер фокального пятна 15 и мощность генерируемого лазерного луча таковы, что в фокальном пятне 15 лазерный луч 11 имеет удельную мощность, которая больше характерного порогового значения для ткани кожи, выше которого, при заданной длительности импульса, возникает событие лазерно-индуцированного оптического разрушения.

Между источником 9 света и дихроичным делителем 17 луча может находиться шарнирный манипулятор. Система 17 отражения луча и последующие компоненты образуют часть наконечника. Вследствие ошибок в выравнивании зеркал шарнирного манипулятора, луч может быть расширен перед входом в шарнирный манипулятор и затем сжат впоследствии перед управлением лучом и коррекцией аберраций.

Кожа 3 содержит несколько слоев с разными оптическими свойствами. Эпидермис состоит из самых внешних слоев и образует водонепроницаемый защитный барьер. Самым верхним слоем эпидермиса является роговой слой эпидермиса, который, вследствие его микроскопических флуктуаций по шероховатости, затрудняет оптическую связь (прохождение света) между устройством 1 и кожей 3. По этой причине, между системой фокусирования и кожей предпочтительно обеспечивается связующая текучая среда, причем ее коэффициент преломления должен соответствовать коэффициенту преломления кожи и/или выходной линзы системы фокусирования.

Под эпидермисом расположена дерма. Дерма содержит коллагеновые волокна, на которые направлена обработка кожи.

Целью обработки кожи является создание фокуса 15 импульсного лазерного луча 11 в коллагене дермы для создания микроскопических повреждений, которые приводят к образованию нового коллагена.

Источник 9 света может управляться необязательным контроллером 25, который может обеспечивать пользовательский интерфейс. Также одна или более частей оптической системы 13 могут управляться необязательным контроллером (не показан), который может быть объединен с контроллером 25 источника света для управления одним или более свойствами целевого местоположения и/или фокального пятна.

Параметры фокусирования лазерного луча могут быть определены с помощью соответствующих установочных параметров системы формирования и/или фокусирования луча, например, путем настройки числовой апертуры системы фокусирования. Пригодные значения для числовой апертуры (NA) системы фокусирования могут быть выбраны во время эксплуатации из диапазона 0,05<NA<nm, где nm является коэффициентом преломления среды для длины волны лазера.

Пригодный источник света содержит Nd:YAG-лазер в режиме модуляции добротности, излучающий лазерные импульсы на длине волны около 1064 нм с длительностью импульса около 5-10 нс, хотя также могут быть использованы другие лазеры, например, трехуровневый Nd:Cr:Yag-лазер и/или диодные лазеры. Также могут быть использованы более короткие импульсы, например, субнаносекундные импульсы, например, вплоть до десятков или сотен пикосекунд, таких как 100 пс. Небольшой размер лазера на микрокристалле это позволяет.

Система 17 отражения луча содержит дихроичный делитель луча, который отражает лазерный свет, но пропускает свет видимых длин волн. Таким образом, принимаемый свет длин волн видимого диапазона от кожи 3 захватывается оптической системой и обеспечивается в качестве сигнала 11' обратной связи, который может быть использован для управления системой либо в ручном, либо в автоматическом режиме.

Изобретение относится к системе, в которой обрабатывающая часть упомянутого устройства, вместо этого, соединена с источником лазерного излучения оптическим волокном. Таким образом, обрабатывающая часть может находиться на конце катетера, тем самым обеспечивая внутреннюю обработку, или она может быть ручным портативным устройством, в результате чего устраняется потребность в дорогостоящих и объемных шарнирных манипуляторах.

Система по изобретению использует двухэтапный подход, в результате которого полный усилитель мощности с задающим генератором и оптическая система встраиваются в кончик волокна в форме так называемой компоновки усилителя мощности с задающим генератором (MOPA). Само волокно используется для направления лазерного света накачки снаружи тела к кончику, где свет накачки преобразуется в короткие интенсивные лазерные импульсы комбинацией ряда кристаллов-генераторов и оптической системы, состоящей из линз и зеркал. Хотя средняя оптическая мощность, входящая в волокно, значительно больше, максимальная мощность может быть меньшей на 6-7 порядков, обеспечивая то, что волокно может эффективно нести свет без немедленного его разрушения.

Фиг. 2 показывает пример реализации системы.

Система содержит катетер 30, содержащий световод 32, который направляет лазерный свет накачки от источника 35 на основе диодного лазера, например, при 808 нм.

Лазерный свет расходится от кончика волокна и затем падает на линзовую поверхность 34 оптического элемента 36.

Оптический элемент 36 образован в виде твердого тела, которое на стороне входа света имеет асферическую линзовую поверхность 34, и на выходной поверхности имеет конический отражатель 38. Линзовая поверхность имеет центральную область 40 и внешнюю область, находящуюся радиально за пределами центральной области. Центральная область может быть сквозным отверстием 40. Ниже по ходу луча от центральной области находится линза 42 с градиентным коэффициентом преломления (GRIN), лазерный генератор 44 на микрокристалле с пассивной модуляцией добротности и кристаллический оптический усилитель 46.

Оптический элемент может включать тело с центральным сквозным отверстием, в котором образованы линза 42, генератор 44 и усилитель 46. В результате передний конец сквозного отверстия образует центральную область, а передний конец твердого тела вокруг сквозного отверстия образует линзовую поверхность. Вместо этого, в теле может иметься отдельный линзовый элемент, который может тогда иметь плоскую переднюю поверхность.

Генерируемый лазерный свет выходит из оптического элемента 36 и фокусируется асферической линзой 48 с образованием сжатого пятна внутри ткани. Это пятно используется для создания повреждений или обеспечения LIOB.

Для генерирования лазерных импульсов центральную часть падающего света накачки собирают и фокусируют линзой 42 GRIN в кристалл 44 лазерного генератора.

Периферийную часть падающего света накачки сначала коллимируют линзовой поверхностью 34 и затем отклоняют поверхностью конического отражателя 38 с образованием линейного фокуса, центрированного внутри кристаллического оптического усилителя 46.

Линейный фокус, находящийся внутри кристаллического усилителя, обеспечивает то, что профиль коэффициента усиления усилителя будет перекрываться с центральной модой передачи (TEM00) лазерного генератора на микрокристалле. Легирование кристалла усилителя может изменяться радиально для обеспечения хорошего модального перекрытия сигнала лазерного генератора с коэффициентом усиления кристалла усилителя.

Фиг. 3 показывает эти компоненты более подробно.

Кристалл 44 лазерного генератора состоит из двойного пакета из насыщаемого поглощающего кристалла 50 Cr:YAG и сильнолегированного кристалла 52 Nd:YAG лазерного генератора, сплавленных вместе.

Поверхность 54 входа луча накачки кристалла 52 генератора отполирована и снабжена просветляющим покрытием для луча накачки с длиной волны 808 нм и имеет сильноотражающее покрытие для лазерного луча с длиной волны 1064 нм.

Выходная сторона 56 насыщаемого поглощающего кристалла 50 имеет сильноотражающее покрытие для длины волны 808 нм, обеспечивая двойное прохождение света 58 накачки через этот кристалл. Коэффициент отражения на длине волны 1064 нм может быть смоделирован для обеспечения оптимальной длительности импульса и характеристик интенсивности генерируемого света 60.

Кристаллический усилитель 46 накачивается периферийной частью света, излучаемого волокном, которая коллимируется линзовой поверхностью 34 и отклоняется поверхностью конического зеркала 38. Коническое зеркало либо может иметь покрытие, обеспечивающее отражение лазерного света накачки с длиной волны 808 нм, либо может использовать принцип полного внутреннего отражения, в зависимости от разницы в коэффициенте преломления между средой оптического элемента 36 и окружающей средой.

Если оптический элемент 36 выполнен из сапфира (коэффициент преломления n=1,76), можно использовать упомянутый кончик в непосредственном контакте с кровью и тканью без каких-либо покрытий на основе только принципа полного внутреннего отражения для отклонения света.

Кристалл усилителя сам по себе может быть стержнем из YAG, слаболегированного неодимом. Легирование может быть однородным или, альтернативно, оно может использовать либо радиально, либо продольно изменяющиеся концентрации легирующей добавки. В частности, для ограничения коэффициента усиления центром кристалла могут быть использованы радиальные распределения для обеспечения хорошего перекрытия света накачки с легированной областью кристалла и для обеспечения надлежащего перекрытия мод света накачки и лазерного света. Различные поверхности стержня могут иметь покрытия, обеспечивающие минимальные потери на длинах волн накачки и лазера, где целесообразно.

Отношение количества периферийного света к количеству центрального света накачки может быть легко настроено путем изменения расстояния от оптического элемента 36 до волокна 30. Необязательно, линзовые поверхности 34 и 48 могут быть реализованы непосредственно в оптическом элементе 36 или они могут быть изготовлены отдельно и сплавлены/склеены с телом во время изготовления.

Эта конструкция может быть легко миниатюризирована и ее очень просто выравнивать, и она является термостабильной вследствие ее симметрии. Кроме того, использование сапфира в качестве основного тела лазерного генератора обеспечивает то, что он будет легко охлаждаться окружающим потоком крови. Типичные диаметры оптического элемента 4 будут меньше 1 см.

Конструкция с установленным на кончик волокна MOPA-лазером может быть эффективно использована для генерирования субнаносекундных лазерных импульсов с энергиями импульсов от несколько десятков микроджоулей до нескольких миллиджоулей на импульс, для излучения от единственного лазерного импульса до нескольких сотен импульсов в секунду.

Круговая симметричная и оптимизированная тепловая конструкция обеспечивают хорошее качества луча, что существенно для получения плотного фокусирования, которое необходимо для создания события LIOB в ткани.

Изобретение может быть применено везде, где есть потребность в лазерных импульсах с высокой максимальной мощностью и высокой интенсивностью в областях, которые могут быть доступны через волоконно-оптические эндоскопы и/или волоконные световоды. Эти области применения могут, например, относиться к эндоскопическим применениям в живых организмах. В области ручных устройств изобретение может обеспечить использование связанного с волокном лазерного диода в базовой станции, который соединен посредством волокна с облегченным наконечником, который вмещает лазерные кристаллы и фокусирующую оптику. Таким образом можно избежать использования громоздких и дорогостоящих шарнирных манипуляторов для направления лазерных импульсов высокой интенсивности.

Вышеприведенный пример основан на насыщаемом поглощающем кристалле 50 на основе кристалла Cr:YAG и на кристалле лазерного генератора на основе сильнолегированного Nd:YAG. Однако могут быть использованы другие лазеры на основе микрокристаллов и другие насыщаемые поглотители. Также могут быть использованы полупроводниковые насыщаемые поглотители.

Вышеприведенный пример основан на стержне из YAG, легированного неодимом, используемом в качестве кристаллического усилителя. Другими примерами являются Yb:YAG, Nd:Yb:YAG и Yb:Cr:YAB.

Вышеописанные примеры используют лазерный генератор с кварцевой стабилизацией частоты и усилитель, в частности, для обеспечения требуемой энергии импульса. Однако вместо этого могут быть использованы полупроводниковые лазерные генераторы на микрокристалле (и соответствующие полупроводниковые оптические усилители), если текущие или будущие конструкции будут иметь пригодные характеристики.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать многие альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения никакие ссылочные позиции, помещенные в скобки, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от элементов или этапов, указанных в пункте формулы изобретения. Элемент в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратного средства, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного средства. Тот факт, что некоторые меры изложены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что не может быть использована с преимуществом комбинация этих мер.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство световой обработки содержит оптический прибор на конце выхода света оптического волокна. Оптический прибор включает в себя усилитель мощности с задающим генератором на основе полупроводникового оптического лазера и кристаллический оптический усилитель. Максимальная мощность, обеспечиваемая вдоль оптического волокна, таким образом может быть уменьшена для предотвращения повреждения оптического волокна с обеспечением при этом достаточно высокой мощности импульса для обработки ткани. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство световой обработки ткани, содержащее:

оптический волоконный световод (30) для приема луча импульсного падающего света;

оптический прибор (36) на конце выхода света оптического волокна, содержащий:

фокусирующую линзу (34), имеющую центральную область (40), выставленную по лучу падающего света;

линзу (42) с градиентным коэффициентом преломления, находящуюся ниже по ходу луча от центральной области;

лазерный генератор (44) на микрокристалле, который принимает в качестве входного света накачки выходной свет линзы с градиентным коэффициентом преломления;

оптический усилитель (46) для усиления выходного света лазерного генератора на микрокристалле и для выдачи импульсного выходного света для лазерной обработки; и

отражатель (38) для отражения света, проходящего через фокусирующую линзу вокруг центральной области, в оптический усилитель для образования света накачки усилителя.

2. Устройство по п. 1, в котором лазерный генератор на микрокристалле содержит лазерный генератор с кварцевой стабилизацией частоты, а оптический усилитель содержит кристаллический усилитель.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором отражатель (38) содержит конический отражатель для создания линейного фокуса внутри оптического усилителя (46).

4. Устройство по п. 3, в котором профиль коэффициента усиления оптического усилителя перекрывается с центральной модой передачи лазерного генератора на микрокристалле.

5. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором лазерный генератор (44) на микрокристалле содержит лазерный генератор на микрокристалле с пассивной модуляцией добротности.

6. Устройство по п. 5, в котором лазерный генератор содержит насыщаемый поглощающий кристалл (50) Cr:YAG для приема света накачки и кристалл (52) Nd:YAG лазерного генератора для создания выходного света для лазерной обработки.

7. Устройство по п. 6, в котором насыщаемый поглощающий кристалл (50) имеет выходную поверхность (56) с сильноотражающим покрытием для длины волны света (58) накачки.

8. Устройство по п. 6 или 7, в котором лазерный генератор (52) на микрокристалле имеет поверхность (54) входа света накачки с просветляющим покрытием для длины волны света (58) накачки и сильноотражающим покрытием для длины волны выходного света (60) для лазерной обработки.

9. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором луч импульсного падающего света имеет длину волны 808 нм, а выходной свет (60) для лазерной обработки имеет длину волны 1064 нм.

10. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором оптический усилитель (46) содержит стержень из легированного YAG.

11. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором оптический прибор (36) содержит сапфировое тело, которое образует фокусирующую линзу и отражатель.

12. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором оптический прибор (36) содержит выходную линзу (48) на выходе кристаллического оптического усилителя (46).

13. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором центральная область содержит апертуру.

14. Система обработки, содержащая:

оптический источник (35) для выдачи луча импульсного падающего света; и

устройство (30, 36) по любому предшествующему пункту для приема луча падающего света и генерирования импульсного выходного света для лазерной обработки.

15. Система по п. 14, в которой:

оптический волоконный световод (30) содержит катетер; или

оптический источник (35) является частью базового блока, а упомянутое устройство является частью ручного блока для применения в отношении кожи.