生物医疗2μm光纤激光器——长进激光推出高性能掺铥光纤

2022-03-07 09:38

掺铥激光器生物医疗应用

掺铥激光组织消融

水是生物组织中的主要组成部分，由于水分子对于掺铥激光的高吸收效率，掺铥激光在人体组织消融中的应用极为广泛。当掺铥激光作用于含水量较高的生物组织时，水分子吸收激光能量迅速升温。Markolf H. Niemz等^［6］研究表明，人体正常体温在37 ℃，当组织温度在45－50 ℃时，会导致组织坏死形成热损伤区域，当超过60 ℃时，组织中的蛋白质受热性质改变导致组织凝结。当组织温度到达100 ℃甚至更高时，水分子气化，进而产生组织碳化、消融。激光与组织作用造成的各种热影响区如图1所示^［7］。

图1 激光与组织作用造成的各种热影响区［7］

掺铥激光器在组织消融中的应用研究早在上世纪90年代就有报道。通过设置不同的激光参数，研究2μm激光在不同功率、激光作用时间、光斑半径、切割速度等条件下与生物组织互作用，观察激光热效应对生物组织的影响。实验结果表明，在一定范围内，提高激光功率、照射时间等方式提高生物组织吸收到的激光能量，可以实现更快的消融速率。

掺铥激光碎石

结石是现代人常见的泌尿系统疾病，形成机理和组成成分多种多样，临床上多见为一水草酸钙结石（Calcium Oxalate Monohydrate，COM）和尿酸结石（Uric Acid，UA）^［8］。掺铥激光碎石手术除了利用之前提到的组织热消融机制之外，还包括“微爆”机制。“微爆”机制是指，激光作用于结石时，结石内部空隙内的水分子吸收能量汽化，形成局部高压^［9］，并且水分子和结石的热传递系数不同也会导致结石内的压力变化^［10］，促使结石内部脆弱部位破裂，进而达到碎石效果。掺铥光纤激光器凭借其造价低、易于集成、高能量密度、可调参数多、可以通过小芯径传输等优势逐渐成为临床碎石应用中的主力。

长进25／400掺铥光纤

与国外相比，国内高功率掺铥光纤激光器的发展相对较慢，且其核心器件掺铥光纤长期依赖于进口。因此对关键参数进行深入研究，是实现能够代替进口产品的高性能掺铥石英光纤，从而进一步实现稳定运行的高功率掺铥光纤激光器的重要途径。长进激光通过多年的技术积累和创新研发，成功研制出高性能掺铥光纤，光纤的性能及一致性均达到进口光纤水准，客户满意度高。

下图所示是长进研制25／400双包层掺铥石英光纤的技术参数，可以看出长进研制的掺铥光纤具有良好的激光性能，具备应用于高功率光纤激光器系统的潜力。基于该大模场掺铥光纤，实现了530 W全光纤结构掺铥光纤激光器。