血管腔内超快激光治疗系统及方法

cells in vitro[j].lasers surg med,1996,18(2):171-177.)提出单色低功率红激光通过诱发nad/nadh比值变化及cellalarredox电势波动，诱发氧化呼吸链电子能级跃迁，活化细胞线粒体内含cu色素基团，进而提高细胞活性及新陈代谢过程，达到对细胞生理过程对影响；suji等(baek s,lee kp,cui l,et al.low-power laserirradiation inhibits pdgf-bb-induced migration and proliferation via apoptoticcell death in vascular smooth muscle cells[j].lasers med sci, 2017,32(9):2121-2127.)报道低功率红激光可以抑制pdgf-bb诱导的细胞迁移与增殖； fukuzaki等(fukuzaki y,shin h,kawai hd,et al.532nm low-power laserirradiation facilitates the migration of gabaergic neural stem/progenitor cellsin mouse neocortex[j].plos one,2015,10(4):e0123833.)发现低功率红激光可以诱导鼠神经gaba神经元细胞的迁移；kipshidze等(kipshidze n,sahota h,komorowskir,et al.photoremodeling of arterial wall reduces restenosis after balloonangioplasty in an atherosclerotic rabbit model[j].journal of the americancollege of cardiology,1998,31(4):1152-1157.)通过实验证明低功率红激光可刺激血管内皮增殖继而抑制平滑肌增殖，实验条件为功率密度1mw/cm2，辐照时间为60s。但是受红光对细胞作用特性所限，当连续红光功率升高时，热效应明显升高，细胞毒性作用迅速增大，而超快激光相比于低功率连续红激光具有更高的瞬时峰值功率，对于细胞的生理过程影响更为显著且无热效应，若将激光导管结合血管内辐照处理，则可以大大提高手术质量，预防再狭窄，但是该技术目前尚未在临床中获得应用。


技术实现要素：

[0005]
为解决以上问题，本发明提供了一种血管腔内超快激光治疗系统和方法，以实现高效消蚀血管内的血栓和斑块并抑制血管腔内再狭窄的目的。
[0006]
为实现上述目的，本发明公开的血管腔内超快激光治疗系统，主要包括整机外壳、超快激光模块、光纤耦合模块、辅助瞄准模块、激光导管、导丝、检测校正模块、控制模块、人机交互界面。该系统的超快激光模块可输出单种或多种波段的超快激光，含有单个或多个输出接口，可实现光源的切换，通过光纤耦合模块将激光能量耦合到激光导管上进行传输，最终到达血管腔内血栓和斑块处进行照射消蚀，同时在激光导管末端的侧面输出低功率激光抑制血管腔内再狭窄，从而获得安全、稳定的血管腔内治疗效果。
[0007]
优选地，所述的超快激光模块采用超快光纤激光器，输出的超快激光具备飞秒量级的脉冲宽度，可采用四接口结构形式，其中三个接口输出高功率超快激光，选用波段分别为近红外及其二倍频和三倍频波段，使用光谱合成光路共轴输出，各接口通过控制模块控制使能输出，共轴输出光路与光纤耦合模块光路连接；另外一个接口输出低功率超快激光，选用波段二倍频波段，接口与光纤耦合模块光路连接；各个输出接口的重复频率、脉冲能量密度可调。
[0008]
优选地，所述的超快激光模块组成除了上述的四接口形式，还可使用三接口、双接口以及单接口形式，根据实际需要对超快激光模块组成进行调整。
[0009]
优选地，所述的光纤耦合模块中的整机输出端的耦合光路中，超快激光输出接口的共轴输出光路使用动态耦合光路，采用高速振镜和场镜通过扫描点阵的方式将光斑聚焦
到激光导管输入端的耦合器的各个光纤上；低功率超快激光接口使用静态耦合光路，采用聚焦透镜将超快激光光场转换为一个较大的光斑充满激光导管输入端的耦合器。
[0010]
优选地，所述的光纤耦合模块中的激光导管输入端的耦合器将激光导管中的光纤束进行排列和固定，根据需要可选择设立单个或者多个耦合器接口，对应整机输出端所设立的耦合光路的种类和数量，选择高功率超快激光输出、低功率超快激光输出或者两者结合输出，并使用nfc芯片的电子方式或设定耦合器特殊外形的机械方式记录编码信息，可分辨出激光导管中的光纤数量以及导管直径，从而使系统获取激光参数的范围。
[0011]
优选地，所述的辅助瞄准模块使用波长632nm的低功率连续激光作为光源，将该光束通过分束镜等元件输入到光纤耦合模块的光路中，在激光导管输出端可使用该可见光确定输出光场的范围和位置。
[0012]
优选地，所述的激光导管使用光纤束进行激光能量的传输，在末端处可向前输出高功率激光进行消蚀，也可侧面输出低功率激光抑制血管腔内再狭窄，激光导管的结构和功能可根据实际需要进行选择，在实际使用时要在导丝腔内注入一定压力的生理盐水，以消除可能存在的热效应。
[0013]
优选地，所述的检测校正模块固定在整机外壳上，本质上为光功率计，使用前已标定，当激光导管与整机连接完毕后，使用该模块在激光导管末端所标定的一定距离内检测前端输出的激光参数是否符合预设值，若不符合则需要对系统进行校正；检测时，该模块不可与激光导管末端紧贴或者距离过近，防止该模块损坏。
[0014]
优选地，所述的人机交互界面使用脚踏开关作为开关，并配备相关数值、操作等内容的操作面板，采用防水设计，便于无菌消毒处理。
[0015]
本发明还提供一种血管腔内超快激光治疗方法，包括步骤：
[0016]
步骤s1，开机预热；
[0017]
步骤s2，将激光导管与系统连接，系统根据激光导管输入端的耦合器上的编码信息获取该型号激光导管所使用的激光参数范围；
[0018]
步骤s3，设定激光参数，利用辅助瞄准模块提供的光斑将激光导管末端对准检测校正模块，输出超快激光脉冲，检测激光参数，若检测激光参数与设定激光参数偏差过大，使用检测校正模块对激光参数进行反馈修正，重新执行步骤s3，否则执行步骤s4；
[0019]
步骤s4，设定所需的激光波长、重复频率、脉冲能量密度等激光参数，激光参数不可超过该编码激光导管的参数范围；
[0020]
步骤s5，将激光导管沿着导丝深入到人体内的血栓和斑块处，输出超快激光脉冲进行照射，由激光导管末端向前输出高功率激光对血栓和斑块进行消蚀，向侧面输出低功率激光抑制血管腔内再狭窄；
[0021]
步骤s6，若消蚀顺利进行，则继续进行消蚀操作，直到血流通路恢复到预期效果，并执行步骤s7；若消蚀难以进行，则调整激光参数，直到消蚀顺利进行；
[0022]
步骤s7，关闭向前照射的高功率激光接口，保持激光导管末端侧面输出的低功率激光，并缓慢撤出激光导管；
[0023]
步骤s8，完全撤出激光导管后，关闭低功率激光接口，关闭系统，并在术后清洁系统。
[0024]
专利效果：
[0025]
1、本发明公开的一种血管腔内超快激光治疗系统和方法采用超快激光作为激光光源，利用其等离子体效应进行消蚀，相比于传统药物和手术治疗方法，具备高度的精准性且无热损伤，可实现安全高效的血管腔内消蚀减容效果，且可对激光波长、重复频率、脉冲能量密度等参数进行灵活选择，可应用范围更加广泛，消蚀操作更可靠；且与准分子激光相比，采用光纤激光器便于集成和开发，几乎无需维护，使用成本低，光束能量稳定，具备更强的发展潜力。
[0026]
2、本发明公开的一种血管腔内超快激光治疗系统和方法在考虑高效消蚀效果的同时考虑引入低功率激光，可选择对血管内壁进行微辐照处理，预防血管壁平滑肌细胞增生而引发的血管腔内再狭窄，大大提高手术质量，减轻病人痛苦。
[0027]
专利附图
[0028]
参照附图，通过详细描述其具体实施例，本发明的上述和其他特性和优点将会更加清楚。其中：
[0029]
图1为本发明提供的一种血管腔内超快激光治疗系统实施例的结构示意图，图中含有箭头的实线为光路，含有箭头的虚线为信号传输。
[0030]
图2为本发明提供的另外三种血管腔内超快激光治疗系统实施例的结构示意图。
[0031]
图3为本发明中使用的六种激光导管实施例头端的横截面示意图。
[0032]
图4为本发明中使用的三种多波段超快激光模块结构组成实施例示意图。
[0033]
图5为本发明中使用的两种共轴输出光路的实施例示意图。
[0034]
图6为本发明中使用的一种操作面板实施例示意图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
图1为本发明提供的一种血管腔内超快激光治疗系统实施例的结构示意图，主要包括整机外壳1、超快激光模块2、光纤耦合模块3、辅助瞄准模块4、激光导管5、导丝 34、检测校正模块6、控制模块7、人机交互界面，图中含有箭头的实线为光路，含有箭头的虚线为信号传输。图2为本发明提供的另外三种血管腔内超快激光治疗系统实施例的结构示意图，图3为本发明中使用的六种激光导管5实施例头端的横截面示意图，图4为本发明中使用的三种多波段超快激光模块结构组成实施例示意图，图5为本发明中使用的两种共轴输出光路的实施例示意图，图6为本发明中使用的一种操作面板实施例示意图。
[0037]
图1实施例的超快激光模块2采用三台独立的超快光纤激光器，可输出3种波段的超快激光，输出的超快激光具备飞秒量级的脉冲宽度，共包含四个接口，其中三个接口输出高功率超快激光，如图1中的10所示，选用波段分别为1030nm、515nm以及343nm，使用光谱合成式的共轴输出光路12共轴输出，如图5a所示，各输出接口通过控制模块 7控制使能输出，可单独或者多个接口使能，共轴输出光路12与光纤耦合模块3连接；另外一个接口11输出低功率超快激光，选用波段515nm，由其中一个超快激光器通过分束镜和衰减器提供，输出光路与光纤耦合模块3连接；各个输出接口的重复频率、脉冲能量密度可调。
[0038]
所述的光纤耦合模块3分别将接口10和接口11输出的超快激光耦合进入内层光纤 18和外层光纤17中，分别传输高功率超快激光输出和低功率超快激光。
[0039]
所述的光纤耦合模块3使用nfc芯片记录编码信息，将激光导管近端的内层光纤18 和外层光纤17插入光纤耦合模块3的接口时，系统可识别出导管出激光导管5中的光纤数量以及导管直径等信息，并传递给控制模块7，从而使系统设定激光参数的范围。
[0040]
所述的辅助瞄准模块4使用波长632nm的低功率连续激光作为光源，将该光束通过全反射镜13和分束镜14输入到光纤耦合模块的光路中，如图1所示，在激光导管5输出端可使用该可见光确定输出光场的范围和位置。
[0041]
所述的激光导管5使用光纤束进行激光能量的传输，在末端处可向前输出高功率激光进行消蚀，也可侧面输出低功率激光抑制血管腔内再狭窄，如图3a所示，中心分布的光纤为内层光纤18，传输高功率超快激光，光纤直径为125-150μm，外围环绕的光纤为外层光纤17，传输低功率超快激光，光纤直径为50-75μm，下方的偏心处为导丝 34和导丝腔33，在实际使用时要在导丝血管腔内注入一定压力的生理盐水，以消除可能存在的热效应。
[0042]
所述的激光导管5的末端在侧面约1-2mm长度具有侧面出光窗口31，该段外层光纤 17经过侧面抛磨处理，使得光纤具有侧面出光的能力，并在外层光纤17末端加装反射镜或增镀高反膜，将传输到末端的低功率激光反射回来，提高侧面出光窗口31出光的均匀性；导管侧面其他部位为不透光的外皮32，起保护作用。
[0043]
所述的检测校正模块6固定在整机外壳上，本质上为光功率计，使用前已标定，当激光导管5与整机连接完毕后，使用该模块在激光导管5末端所标定的一定距离内检测前端输出的激光参数是否符合预设值，若不符合则需要对系统进行校正；检测时，该模块不可与激光导管末端紧贴或者距离过近，防止该模块损坏。
[0044]
所述的人机交互界面使用脚踏开关9作为开关，如图1所示，并配备数值显示、操作按钮、数值设置等内容的操作面板，如图5所示，采用防水设计，便于无菌消毒处理。
[0045]
本发明还提供一种使用上述实施例进行血管腔内超快激光治疗的方法，包括步骤：
[0046]
步骤s1，按下“开/关机”按钮，开机预热；
[0047]
步骤s2，将激光导管5与系统连接，系统根据激光导管插入耦合器模块3上识别出的编码信息获取激光参数范围；
[0048]
步骤s3，根据辅助瞄准模块4提供的光斑，将激光导管5末端对准检测校正模块6，按下操作面板上的“检测”按钮，踩下脚踏开关9进行检测，若激光参数偏差过大，重新执行步骤s3，否则执行步骤s4；
[0049]
步骤s4，在操作面板上输入选定所用接口的激光的波长、重复频率、脉冲能量密度，激光参数不可超过该编码激光导管的参数范围；
[0050]
步骤s5，将激光导管5沿着导丝34深入到人体内的血栓和斑块处，按下“输出”按钮，踩下脚踏开关9进行照射，由激光导管5末端向前输出高功率激光对血栓和斑块进行消蚀，向侧面输出低功率激光抑制血管腔内再狭窄；
[0051]
步骤s6，若消蚀顺利进行，则继续进行，直到血流通路恢复到预期效果，并执行步骤s7；若消蚀难以进行，则按下操作面板上的“暂停”按钮，调整激光参数，再按下“输出”按钮，再次踩下脚踏开关9进行消蚀操作，直到消蚀顺利进行；
[0052]
步骤s7，按下操作面板上的“暂停”按钮，将“前向输出”的重复频率或脉冲能量密度设为0，保持“侧面输出”的低功率激光参数，再按下“输出”按钮，踩下脚踏开关9并缓慢撤出激光导管；
[0053]
步骤s8，完全撤出激光导管后，按下“开/关机”按钮，关闭系统，等待系统关闭后，在术后清洁系统。
[0054]
除了上述实施例所用结构，根据实际需求还可对系统组成重新配置，形成新的系统结构实施例。
[0055]
如图2a所示的系统结构实施例，整机采用双耦合模块3结构，所述的超快激光模块2采用双接口结构，可由单台单波段超快激光器构成，如1030nm波段超快光纤激光器，并分出一路光束结合衰减器作为低功率输出接口11的输出；也可由单台多波段超快激光构成，超快激光模块2结构如图4b所示，可在输出接口10选用如图5b的共轴输出光路12，通过控制模块7旋转滤波片轮盘，包含输出1030nm、525nm、343nm以及三种波段的混合输出四种输出波端类型。
[0056]
如图2b所示的系统结构实施例，整机采用单耦合模块3结构，所述的超快激光模块2采用单接口结构，可由单台单波段超快激光器构成，如1030nm波段超快光纤激光器，当设计为仅使用高功率超快激光前向照射消蚀时，保留辅助瞄准模块4，当设计为仅使用低功率超快激光侧向辐照抑制再狭窄时，可移除辅助瞄准模块4及相关光路。
[0057]
如图2c所示的系统结构实施例，整机采用单耦合模块3结构，所述的超快激光模块2采用三接口结构，主要用于仅使用高功率超快激光前向照射消蚀的系统设计，可使用如图4a和图4c的多波段超快激光模块2结构形式，并结合如图5a的共轴输出光路 12进行输出，其中，图4c所示的组成结构中的41和42为电动转镜，由控制模块7进行控制，从而使得所需波段反射输出。
[0058]
在上述各实施例中，激光导管5的选择可根据系统结构实施例的具体组成进行选择，图1和图2a所示的系统结构可使用图3中所有类型的激光导管5结构，主要使用图3a 和图3d所示的兼具消蚀血栓和斑块并抑制再狭窄功能的激光导管5结构，图2b所示的系统结构主要使用图3c和图3e所示的具有使用低功率超快激光侧面辐照抑制再狭窄功能的激光导管5结构，图2c所示的系统结构主要使用图3b和图3f所示的具有使用高功率超快激光前向照射消蚀血栓和斑块功能的激光导管5结构。
[0059]
本发明采用超快激光作为激光光源，利用其等离子体效应进行消蚀，相比于传统药物和手术治疗方法，具备高度的精准性且无热损伤，可实现安全高效的血管腔内消蚀减容效果，且可对激光波长、重复频率、脉冲能量密度等参数进行灵活选择，可应用范围更加广泛，消蚀操作更可靠；且与准分子激光相比，采用光纤激光器便于集成和开发，几乎无需维护，使用成本低，光束能量稳定，具备更强的发展潜力。
[0060]
本发明在考虑高效消蚀效果的同时考虑引入低功率激光，可选择对血管内壁进行微辐照处理，预防血管壁平滑肌细胞增生而引发的血管腔内再狭窄，大大提高手术质量，减轻病人痛苦。
[0061]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。