CN117562655A - 一种基于半导体激光的软组织手术系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软组织的激光消融系统，具体涉及一种基于半导体激光的软组织手术系统，为解决现有技术中近红外半导体激光器汽化组织时会产生较深的凝固层的不足之处，本发明基于半导体激光的软组织手术系统包括光源、光纤输出组件、电子控制组件、电力组件以及冷却和温控组件；光源包括第一激光器组件和第二激光器组件、激光整形组件、第一光纤耦合器；第一激光器组件用于发射可见光激光或者同时发射可见光激光和近红外激光；第二激光器组件用于产生功率为不大于5mW的低功率可见光激光，经激光整形组件将第一激光器组件和第二激光器组件发射的激光准直并合束，通过第一光纤耦合器耦合至光纤输出组件，再将激光传输到目标位置。

Description

一种基于半导体激光的软组织手术系统

技术领域

本发明涉及软组织的激光消融系统，具体涉及一种基于半导体激光的软组织手术系统。

背景技术

良性前列腺增生(BPH)可引起尿频、排尿困难和膀胱排空不全。目前治疗BPH的黄金标准是使用经尿道电切术切除前列腺增生组织。经尿道前列腺电切术(TURP)自90年前开始应用以来，已成为治疗BPH最广泛的手术方法。但是，TURP会产生许多副作用。

BPH给患有泌尿系统疾病的男性带来困扰并降低其生活质量，在过去的三十年中，激光前列腺手术已成为治疗BPH的替代选择。在激光前列腺手术中，高功率激光束通过内窥镜或膀胱镜传输到前列腺组织靶点。这种治疗BPH(或去除其他软组织)方法的有效性取决于许多因素，包括波长、功率密度、照射时间和/或其他因素。

激光还广泛应用于其他泌尿系统软组织的消融，包括膀胱肿瘤的治疗、输尿管狭窄的治疗、激光辅助肾切除术、肾肿瘤间质激光消融术、经尿道激光尿道切除术以及上尿路肿瘤。除用于泌尿科应用外，激光还应用于耳鼻喉科、妇科、胃肠科和肺脏科的软组织消融。

在激光前列腺手术中，常规可见光激光消融系统为波长为532nm的高平均功率(80～180W)倍频的绿光Nd:YAG激光器，由于其倍频的产生主要依赖磷酸盐(KTP)晶体或硼酸锂(LBO)晶体，因此绿光Nd:YAG激光器也称为KTP激光器或LBO激光器，发出的激光可将其照射的组织加热到沸腾温度，然后进一步汽化组织的顶层并凝固组织的下层。绿光Nd:YAG激光器可以有效消融软组织，但这种激光器本身是一个复杂的系统，由高功率灯或半导体激光泵浦、Q开关、精密的温控变频装置和其他复杂的子系统组成，制造成本高，可靠性低。除此之外，绿激光仍然被认为波长太长而无法有效地气化软组织。

钬激光手术系统(Ho:YAG)是另一种传统的激光系统，其波长为2140nm，远长于绿光Nd:YAG激光器的波长。通过对手术部位施加功率为60～120W的激光，钬激光系统产生的激光能量可以被水吸收，从而可以有效地汽化软组织。但钬激光系统对软组织汽化效率低，在有限情况下，钬激光前列腺剜除术(HoLEP)可以产生与TURP相当的临床效果。然而，HoLEP在技术上并不容易被普通泌尿科医生掌握，Ho:YAG自20年前被引入BPH市场以来，在全球范围内尚未被广泛接受。

铥激光手术系统是另一种常用于泌尿外科组织消融的常规激光手术系统。铥激光器一般用固体Tm:YAG棒或掺铥光纤作为增益介质，产生波长约为2000nm的连续波，最大光功率为100～200W。铥激光在水和软组织中的吸收特性与钬激光相当。由于铥激光光谱在红外区域连续，其组织消融效果不如绿激光。由于铥激光制造成本高，组织消融效率低，其应用不如绿激光和钬激光广泛。

各种近红外光半导体激光器系统均可被用于BPH治疗中的软组织消融，在这些系统中，半导体激光器以连续波模式工作，波长为近红外光谱(780～1600nm，通常为980nm和/或1470nm、1550nm)，该波长范围内的激光可以被软组织中的水和血红蛋白吸收，但吸收率不高，导致激光穿透深度超过3毫米，在功率为100～250W的情况下，半导体激光器可以有效汽化和烧蚀软组织，并达到高水平的止血效果，但与绿光Nd:YAG激光和钬激光相比，较深的穿透深度使得半导体激光器在软组织内会产生过深的凝固层，导致患者出现组织梗阻性坏死或膀胱颈狭窄等多种并发症。近红外光半导体激光前列腺汽化术，尤其是采用980nm激光导致晚期并发症发生率很高，手术重复率超过30％。

高功率可见光谱激光束有较强的软组织消融效果。为了使激光功率更高，这些常规激光仪器内部的激光功率密度很高，经常会对激光光学器件造成光学损伤，降低激光系统的工作可靠性。一旦出现光学器件损伤严重，激光手术必须立即停止。

总体来看，高功率的绿光Nd:YAG激光器、钬激光器和铥激光器等传统激光器的电光转换效率都比较低，在某些情况下，效率甚至低于3％。而且标准的墙壁插头(如110VAC/20Amp、220VAC/15Amp等)无法提供足够大的电功率，因此为了满足激光系统的工作电源，需要特殊的高功率电源插座。除了电光转换效率低，这些传统激光器以固体材料作为激光增益介质，将大量的电能作为热能耗散，热量很高，为了使传统激光器正常工作，相应的激光手术设备必须配备整体冷却系统，如大容量液体冷却器。整体冷却系统会在手术室内产生巨大的噪音，使医生和护士在长时间的手术中感到不舒服，且整体冷却系统还需要额外的动力，体积庞大和/或笨重。

近红外半导体激光器克服了传统激光器存在的众多问题，如光学元件易损坏、电光转换效率低、工作噪声大，但其主要问题是气化组织时会产生较深的凝固层，导致其不能广泛应用于软组织消融。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中近红外半导体激光器汽化组织时会产生较深的凝固层的不足之处，而提供一种基于半导体激光的软组织手术系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

一种基于半导体激光的软组织手术系统，包括光源、光纤输出组件、电子控制组件、电力组件以及冷却和温控组件；其特殊之处在于：所述光源包括第一激光器组件和第二激光器组件、激光整形组件、第一光纤耦合器；所述第一激光器组件用于发射可见光激光或者同时发射可见光激光和近红外激光；所述第二激光器组件用于产生功率为不大于5mW的低功率可见光激光；所述激光整形组件用于将可见光激光和低功率激光准直并合束，或者将可见光激光、近红外激光和低功率激光准直并合束；所述第一光纤耦合器用于将合束的激光耦合至光纤输出组件；所述光纤输出组件用于将合束的激光传输到目标位置。

进一步地，所述光纤输出组件包括光纤传输体和清洗组件，清洗组件用于连接正压流体，利用正压流体对光纤传输体的出光端进行清洗，以防止汽化的软组织碎屑沉积在光纤传输体的出光端。

进一步地，所述清洗组件包括设置在光纤传输体外侧的套管和保护管，套管与光纤传输体之间留有间隙，作为流体通道；光纤传输体的出光端设置在保护管内；

所述保护管包括大端和小端，小端伸入套管中，套设在光纤传输体上；大端沿径向与套管的直径相适配，且与其密封连接；

所述保护管上设置有过流孔，正压流体通过流体通道、过流孔流至光纤传输体的出光端。

进一步地，所述光纤传输体的出光端设置为直出光光纤；

所述保护管的外径≤2.5mm；

所述出光端距离保护管的端部0.5mm～2.0mm。

进一步地，所述光纤传输体的出光端设置为直出光光纤，保护管的大端设置有对应出光端的反射镜，其侧壁对应反射镜的反射光路设置有出光孔。

进一步地，所述反射镜与直出光光纤的中心轴线的夹角为30～60°。

进一步地，所述光纤传输体的出光端设置为侧出光光纤，侧出光光纤的端部为斜切割或抛光的侧出光端面，侧出光光纤的端部套设有保护帽；

所述清洗组件包括设置在保护帽外侧的输水管，输水管用于输送正压流体；

所述输水管、侧出光光纤及保护帽的外侧套设有热缩管，通过热缩管热缩将其固定为一体结构。

进一步地，所述输水管包括依次连通的柔性水管和刚性水管，刚性水管靠近侧出光光纤的激光发射点设置，刚性水管的出口与激光发射点轴向距离为1～2mm；

侧出光端面与侧出光光纤的中心轴线夹角为38±1°。

进一步地，还包括波长控制模块，用于对光源发射的激光波长进行调节；

所述第一激光器组件由一个或多个半导体激光器模块组成，半导体激光器模块用于独立发射可见光激光或近红外激光，多个半导体激光器模块通过光纤耦合或自由空间耦合至激光整形组件；

所述半导体激光器模块包括一个或多个单发光点半导体激光器，或者一个或多个多发光点半导体激光巴条；

所述激光整形组件包括一个或多个激光合束器，用于将可见光激光和/或近红外激光准直并耦合至光纤输出组件，所述耦合为光纤耦合或自由空间耦合。

进一步地，所述电子控制组件包括触摸屏显示控制模块、主控板、激光功率控制模块、脉冲控制模块、第一监测模块、第二监测模块、物联网模块和激光输出开关；

所述激光功率控制模块用于控制光源输出的激光功率，脉冲控制模块用于控制输出激光模式，输出激光模式包括连续波模式、斩波脉冲模式、预定脉冲模式；

所述主控板用于控制电力组件、冷却和温控组件、波长控制模块的工作状态；所述波长控制模块用于控制光源输出的激光波长；所述第一监测模块用于监测第一激光器组件和第三激光器组件的激光功率；所述第二监测模块用于监测激光整形组件和第一光纤耦合器的工作状态；

所述冷却和温控组件用于通过流体-空气冷却方式或空气冷却方式对光源冷却降温。

进一步地，所述第一激光器组件用于发射可见光激光，功率范围为100W～250W，可见光激光的波长为400～480nm；

所述光源还包括第三激光器组件，第三激光器组件与第一激光器组件的设置方式相同，用于发射近红外激光，功率范围为30W～120W，近红外激光的波长为780～1600nm。

进一步地，所述第一激光器组件发射的激光峰值功率为400-1000W，脉冲宽度为1-2ms，其占空比为10-20％，平均功率为30-120W。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用的半导体激光器模块可以提供更高功率的可见光激光和近红外激光，且具有更长的寿命、更少的散热、更紧凑的设计。半导体激光器产生的可见光激光波长范围为400～700nm，近红外激光波长范围为780～1600nm，分别可以用于对软组织进行消融和凝固。

2.本发明采用半导体激光器模块可以发射不同模式的激光，有利于对目标软组织进行高效、高精度的消融或凝固，并且通过不同模式的激光的配合提高传输至软组织的激光的光功率密度，有效地促进软组织消融，高峰值功率脉冲可见光激光有助于碎裂一些泌尿系统结石。

3.本发明采用400～480nm的蓝光激光，配合对应功率实现气化组织，同时避免产生较深的凝固层，提高治疗效果。

4.本发明的光纤输出组件可以使用直出光光纤和侧出光光纤，光纤的出光端灵活设置，提高手术系统的适用范围。

附图说明

图1是本发明实施例中第一手术系统的连接示意图；

图2是本发明实施例中设置清洗组件的第一手术系统连接示意图；

图3是本发明实施例中第二手术系统的连接示意图；

图4是本发明实施例中设置清洗组件的第二手术系统连接示意图；

图5是本发明实施例中光源的结构示意图，其中第一激光器组件包括N个半导体激光器模块，激光整形组件采用光纤耦合；N为等于或大于1的整数；

图6A是本发明实施例中光源的结构示意图，其中激光整形组件采用自由空间激光束波长多路复用器；

图6B是本发明实施例中光源的结构示意图，第一激光器组件和第三激光器组件通过自由空间耦合至自由空间激光束波长多路复用器；

图7是本发明实施例中由单发光点半导体激光器组成半导体激光器模块的结构示意图；

图8是本发明实施例中采用偏振复用方式的半导体激光器模块结构示意图；

图9是本发明实施例中由多发光点半导体激光器组成半导体激光器模块的结构示意图；

图10是本发明实施例中第一输出组件的结构示意图；

图11A是本发明实施例中第二输出组件的结构示意图；

图11B是本发明实施例中第三输出组件的结构示意图；

图12A是本发明实施例中连续波模式下的激光频率图；

图12B是本发明实施例中斩波脉冲模式下的激光频率图；

图12C是本发明实施例中预定脉冲模式下的激光频率图；

图13A是本发明实施例中液体-空气冷却和温控组件；

图13B是本发明实施例中空气冷却和温控组件；

附图标记说明：

100-光源，10-第一激光器组件，11-半导体激光器模块，12-单发光点半导体激光器，13-第七输出光束，14-第五准直器，15-准直光束，16-第一光束整形器，17-第二合束激光，18-第二光纤耦合器，19-第一输出光纤，20-光纤耦合半导体激光器模块，21-多发光点半导体激光器模块，22-多发光点半导体激光巴条，23-第五输出光束，24-第六准直器，25-准直光束，26-第二光束整形器，27-第三合束激光，28-第三光纤耦合器，30-第三激光器组件，32-第二输出光纤，33-第四输出光束，34-第二准直器，36-第一反射镜，40-第二激光器组件，42-第三输出光纤，43-第六输出光束，44-第四准直器，50-激光整形组件，51-激光合束器，52-第四输出光纤，53-第一输出光束，54-第三准直器，55-自由空间激光束波长多路复用器，56-第一波长合束器，57-第二波长合束器，58-第一准直器，59-第二输出光束，60-第一光纤耦合器，61-耦合透镜，62-第三输出光束，63-耦合状态监视器，70-冷却装置，80-运行状态监测器；5-第一手术系统，6-第二手术系统；

200-电子控制组件，205-触摸屏显示控制模块，210-主控板，220-激光功率控制模块，230-脉冲控制模块，240-第一监测模块，250-第二监测模块，260-激光输出开关，270-电力组件，280-冷却和温控组件；281-第一冷却组件，282-第二管道，283-水泵组，284-流体-空气热交换器，285-第一管道，286-第二冷却组件，287-导热装置，288-散热器，290-波长控制模块，300-物联网模块；

400-清洗组件，500-光纤输出组件，510-第一输出组件，520-第一光纤传输体，525-出光端面，526-第一出射激光，530-正压流体，533-保护管座，534-小端，535-第一保护管，536-过流孔，537-出光孔，538-大端，539-第二保护管，540-套管，542-第二反射镜，543-反射面，544-端面，550-第二光纤组件，551-第三光纤组件，560-第二光纤传输体，565-侧出光端面，566-第二出射激光，570-刚性水管，571-柔性水管，580-保护帽，582-薄热缩管。

具体实施方式

图1是基于半导体激光的软组织手术系统的第一种实施方式，记为第一手术系统5。第一手术系统5可专为消融前列腺组织或其他软组织进行特别配置。第一手术系统5包括光源100、光纤输出组件500、电子控制组件200、电力组件270、冷却和温控组件280、波长控制模块290、物联网(IoT)模块300。

光纤输出组件500包括光纤，用于将输出激光能量传递到患者的前列腺组织或其他目标软组织以消融或凝固该组织，光纤的出光端可以是直出光光纤或侧出光光纤。

电力组件270用于接收外部电源输入，用于驱动光源100和/或第一手术系统5中的其它组件。

冷却和温控组件280可以在操作期间冷却光源100。波长控制模块290用于调节光源100的激光波长。物联网模块300用于提供第一手术系统5和中央计算机或其他物联网系统之间的通信。电子控制组件200用于控制第一手术系统5的操作。

参照图1，光源100用于产生预定波长和预定输出功率的激光，包括第一激光器组件10、第三激光器组件30、第二激光器组件40、激光整形组件50以及第一光纤耦合器60。第一激光器组件10是光纤耦合或/和自由空间耦合的激光器设备，用于产生预定波长和功率的可见光激光，例如450±20nm蓝光波长，或/和520±20nm绿色波长，或/和405±5nm紫色波长；预定的可见光功率足够高，满足软组织消融和凝固。第三激光器组件30也是光纤耦合或/和自由空间耦合的激光器设备，用于发射近红外波长的激光，例如980nm±20nm，808±20nm，1470±20nm，或/和1550±20nm。对于激光前列腺切除术，第一激光器组件10输出激光的平均功率范围优选为100W～250W；近红外光波长的激光输出的平均功率范围优选为30W～120W。

第二激光器组件40为光纤耦合或/和自由空间耦合的激光器设备，用于产生不同于第一激光器组件10波长的可见光激光，可以产生功率不大于5mW的低功率激光，作为第一手术系统5的瞄准光，指示第一激光器组件10、第三激光器组件30产生的激光预定的目标位置。激光整形组件50用于把第一激光器组件10的光纤输出或/和自由空间激光器输出、第三激光器组件30以及第二激光器组件40发射的光束组合整形输出成一束准直光束到达第一光纤耦合器60，耦合进入光纤输出组件500。从光纤输出组件500发射的激光可以具有一个或多个波长。

电子控制组件200包括触摸屏显示控制模块205、主控板210、激光功率控制模块220、脉冲控制模块230、第一监测模块240、第二监测模块250以及激光输出开关260。主控板210中可以包括一个处理器或者多个处理器，多个处理器可以同时集中在主控板210上，也可以分布设置在电子控制组件200的其它模块上，对对应模块进行控制，在本实施方式中，电子控制组件200还可以包括与第一手术系统5的其它组件集成的处理器以及用于控制和/或从第一手术系统5中读取数据的主机系统或中央处理器。在其他实施方式中，电子控制组件200也可以只包括与光源100、波长控制模块290、冷却和温控组件280、电力组件270一体形成的处理器。此外，触摸屏显示控制模块205、主控板210、激光功率控制模块220、脉冲控制模块230、第一监测模块240、第二监测模块250中的每个组件都可以用硬件、软件或固件组合来实现，各模块可以本地执行，或者其中一个或多个模块与其他模块中的一个或多个模块远程执行。

触摸屏显示控制模块205用于在操作员与第一手术系统5之间提供所有需要的接口，具有一个或多个设置页面，允许操作员设置和读取第一手术系统5的操作参数和反馈。触摸屏显示控制模块205还可以允许已授权的服务工程师授权软件和固件系统升级，经由有线方式或无线方式读取、检索并传输该软组织切除系统的操作历史数据。如果是无线方式的，则物联网模块300可以提供通信协议。

主控板210包括至少一个嵌入式系统、一个或多个激光泵浦电源电路、一个或多个通信电路、一个或多个闪存存储电路、一个或多个模数(A/D)采集电路、一个或多个信号调制电路、一个或多个冷却设备驱动器以及一个或多个波长控制模块驱动器。中央处理器(CPU)包含一个或多个32位高性能微控制器，例如基于ARM Cortex M4的STM32 F4系列，或其他类型的高性能微控制器，它们可以支持100MHz以上的工作频率。主控板210可以以硬件、软件或固件组合来实现。

激光功率控制模块220用以控制第一激光器组件10和第三激光器组件30输出的激光功率并接收它们的功率反馈。例如，激光功率控制模块220可以包括一个或多个驱动器，与第一激光器组件10和第三激光器组件30通信。

脉冲控制模块230可以由功率控制板和激光脉冲调制驱动器组成，连接到一个或多个直流电源和一个包含一个或多个处理器的主控板210。脉冲控制模块230可实现连续波模式、斩波脉冲模式、预定脉冲模式或其他输出模式，通过时间调制第一激光器组件10和第三激光器组件30。

第一监测模块240用于实时监测第一激光器组件10和第三激光器组件30的激光功率状态，并将激光功率状态反馈到激光功率控制模块220。第一激光器组件10和第三激光器组件30的激光功率反馈信息来自位于激光器组件内部的激光功率传感器的电信号。激光功率传感器可以是热电堆激光传感器，光电二极管激光传感器或/和其他类型的激光传感器。

第二监测模块250接收来自激光整形组件50中设置的激光功率检测装置的信号、温度传感器的信号，以及来自第一光纤耦合器60输出的光纤耦合状态信号，并将这些信号发送到激光功率控制模块220。激光输出开关260，通常是脚踏开关，可打开或关闭光源100的激光输出。

电力组件270包括监管要求的隔离变压器、一个电源开关、一个或多个电源保护电路以及一个或多个AC电源到DC电源转换器。电力组件270可以由主控板210控制并向光源100提供电力。还可以从外部电源接收输入功率，并且可以用部分输入功率驱动光源100和/或第一手术系统5中的其它组件。

冷却和温控组件280由主控板210控制，用于冷却第一激光器组件10、第三激光器组件30、激光整形组件50、第一光纤耦合器60和/或第一手术系统5的其他组件。冷却和温控组件280可以从位于第一激光器组件10、第三激光器组件30、激光整形组件50、第一光纤耦合器60和/或第一手术系统5的其他组件内设置的温度传感器接收信息，并且基于该信息实时冷却光源100。冷却和温控组件280可以通过散热器或流体-空气热交换器进行散热。

波长控制模块290由主控板210控制，预置第一激光器组件10和/或第三激光器组件30的激光状态。波长控制模块290选择预定激光波长后，通过光纤输出组件500输出端输出激光。

物联网模块300可以由嵌入式子系统板组成，支持与外部网络的有线和无线通信，例如以太网，WiFi网络，蓝牙通信，2G/3G/4G/5G无线网络。物联网模块300可以以硬件、软件或固件组合来实现。

如图2所示的第一手术系统5的第二种实施方式，与上述第一手术系统5的区别在于，光纤输出组件500采用第一输出组件510，另外还包括了清洗组件400，清洗组件400集成在第一手术系统5中，或在外科手术期间独立施用。清洗组件400可以是主动式流体泵，优选蠕动泵，由电力组件270供电或者由泵控制器独立供电。流体组件400中的流体流入第一输出组件510，以避免手术过程中在第一输出组件510上积聚组织碎片。

如图3所示的另一种基于半导体激光的软组织手术系统，记为第二手术系统6，与第一手术系统5第一种实施方式的区别在于：取消了第三激光器组件30和波长控制模块290，第一手术系统5可以在光纤输出组件500处产生更多可见光激光。

如图4所示为第二手术系统6的另一种实施方式，与上述第二手术系统6的区别在于：光纤输出组件500采用第一输出组件510，同时还包括清洗组件400，清洗组件400被集成到第二手术系统6中或在外科手术期间独立使用。清洗组件400采用主动式流体泵，优选蠕动泵，其可以由第一手术系统5供电，或者由泵控制器独立供电。

如图5所示，为光源100的一种实施方式，第一激光器组件10包括N个半导体激光器模块11，分别记作11-A至11-N，N个半导体激光器模块11分别通过相应的N个第一输出光纤19输入至激光整形组件50，N个第一输出光纤19分别记作19-A至19-N，N为等于或大于1的整数。半导体激光器模块11用于发射一种或多种可见光激光，或者用于发射一种或多种可见光激光和一种或多种近红外激光，通过波长控制模块290进行调节。同时还设置有第三激光器组件30，第三激光器组件30采用半导体激光器模块11，当第一激光器组件10的输出为可见光激光时，通过第三激光器组件30输出近红外激光。第三激光器组件30的输出端连接第二输出光纤32。第二激光器组件40也是光纤耦合形式，对应设置有第三输出光纤42。激光整形组件50包括激光合束器51和第一准直器58，激光合束器51设置在第一输出光纤19、第二输出光纤32和第三输出光纤42的输出端，通过熔纤机将第一输出光纤19、第二输出光纤32和第三输出光纤42相互熔接后连接至激光合束器51的输入端，激光合束器51的输出端设置第四输出光纤52，因此，激光合束器51具有多根输入光纤和一根第四输出光纤52。在满足输入光纤数值孔径(NA)与每个输入光纤纤芯面积之和的乘积小于输出光纤NA与纤芯面积的乘积的条件下，多个输入激光束可以有效地组合为一个输出激光束。第一准直器58的输入端连接第四输出光纤52的输出端，来自第四输出光纤52的第一输出光束53是发散的，由第一准直器58对其进行准直。第一准直器58由一个或多个球面或非球面透镜组成，透镜表面镀有抗反射涂层，可以减少来自第一激光器组件10和/或第三激光器组件30耦合激光的反射。经激光合束器51和第一准直器58后产生的第二输出光束59通过第一光纤耦合器60输出。第一光纤耦合器60包括耦合透镜61和耦合状态监视器63组成。耦合透镜61可由一个或多个球面或非球面透镜组成。为了减少光能损失，耦合透镜61镀有可针对第二输出光束59的抗反射涂层。耦合透镜61耦合后输出的第三输出光束62被聚焦到光纤输出组件500。耦合状态监视器63中包括激光功率检测传感器、温度传感器，用于监测第三输出光束62的功率以及耦合透镜61温度，并将其传输至第二监测模块250。

图6A所示光源100与图5的区别在于激光整形组件50采用自由空间激光束波长多路复用器55，第一激光器组件10、第三激光器组件30和第二激光器组件40输出激光耦合至自由空间激光束波长多路复用器55，再输送至第一光纤耦合器60，激光合束器51用于将第一激光器组件10相应的N个第一输出光纤19进行合束，并输出至第四输出光纤52，其中N为等于或大于1的整数。第三激光器组件30包括一个或多个半导体激光器模块11，第三激光器组件30中的半导体激光器模块11用于发射近红外激光。半导体激光器模块11的输出端连接第二输出光纤32，第四输出光纤52和第二输出光纤32输出发散激光至自由空间激光束波长多路复用器55，其对应的发散激光分别记作第四输出光束33和第一输出光束53，发散激光的发散角度由第四输出光纤52和第二输出光纤32的NA确定。在本发明的其他实施方式中，第三激光器组件30包括多个半导体激光器模块11。

自由空间激光束波长多路复用器55包括对应第四输出光纤52和第二输出光纤32输出端分别设置第二准直器34和第三准直器54、对应第三准直器54的输出端依次设置的第一波长合束器56和第二波长合束器57、对应第二准直器34的第一反射镜36以及对应第二激光器组件40输出端设置的第四准直器44，第二准直器34和第三准直器54用于对第四输出光束33和第一输出光束53准直，第二准直器34和第三准直器54均包括一个或多个球面或非球面透镜，分别镀有针对第四输出光束33和第一输出光束53对应的抗反射涂层。准直后的第四输出光束33经过第一反射镜36反射至第一波长合束器56的反射面。准直后的第一输出光束53穿过第一波长合束器56至第二波长合束器57。第一波长合束器56是平面的光学基板，在两侧镀膜具有45°针对准直后的第一输出光束53的抗反射/增透射涂层和45°针对准直后的第四输出光束33的高反射涂层。第一波长合束器56将准直后的第四输出光束33和第一输出光束53合并形成第一合束激光。第二激光器组件40发射第六输出光束43，经第第四准直器44准直后输出至第二波长合束器57，第二波长合束器57将第一合束激光和准直后的第六输出光束43合束成第二输出光束59输出到第一光纤耦合器60，然后聚焦到光纤输出组件500上。

在本发明的其他实施方式中，第二激光器组件40也可以通过光纤输送至到第一光纤耦合器60。

图6B所示为第一激光器组件10和第三激光器组件30通过自由空间耦合至自由空间激光束波长多路复用器55，自由空间耦合输出的光束仍需要分别由第二准直器34和第三准直器54准直。

图7所示的半导体激光器模块11包括M个单发光点半导体激光器12，分别记作12-A至12-M，单发光点半导体激光器12-A至12-M用于发射可见光激光，例如450±20nm，520±20nm或405±5nm等，和/或近红外光，例如980nm±20nm，808±20nm，1470nm±20nm或1550nm±20nm等。

半导体激光器模块11使用空间复用方式将单发光点半导体激光器12-A至12-M发射的光束合束并耦合到第一输出光纤19中。单发光点半导体激光器12-A至12-M发射第七输出光束13，分别记作13-A至13-M，13-A至13-M分别由对应的第五准直器14(14-A至14-M)进行准直得到准直光束15，分别记为15-A至15-M。每个第五准直器14-A至14-M可以由一对快轴准直器(FAC)和慢轴准直器(SAC)组成，或者由一个或多个球面或非球面透镜组成。每个第五准直器14-A至14-M表面镀膜有匹配其对应的单发光点半导体激光器12发射激光波长的抗反射涂层。准直光束15-A至15-M导向第一光束整形器16，第一光束整形器16为聚光器或定向光学组件，可以由一对作为望远光路的圆柱或非圆柱透镜，或两个以上的反射镜以及/或其他光学组件组成。整形后输出第二合束激光17，第二合束激光17通过第二光纤耦合器18聚焦并耦合到第一输出光纤19中。为了在激光合束器51的第四输出光纤52处保持高激光亮度或高激光功率密度，第一输出光纤19的芯径需要在50-600μm之间，NA在0.1-0.25之间。在半导体激光器模块11中，单发光点半导体激光器12、第一光束整形器16和第二光纤耦合器18均会产生热量成为热源，因此设置有冷却装置70对其进行冷却，冷却装置70是液体冷却或/和空气冷却组件，用于将这些热点的热量传导散发到外部设置的一个或多个热交换器。在本发明的其他实施方式中，冷却装置70还可以是空气冷却装置，可以与半导体激光器模块11作为一个单元进行热组装，包括一个或多个TE冷却(TEC)装置和风扇。半导体激光器模块11中还包括一个或多个运行状态监测器80，其包括温度传感器、光电二极管激光传感器和/或光纤传感器，用于向电子控制组件200的对应模块提供实时半导体激光器模块11的温度、输出功率等信号。

图8所示为半导体激光器模块11的另一种实施方式，其设置为偏振复用方式的光纤耦合半导体激光器模块20，由两个单发光点半导体激光器12-A和12-B组成，其排列方式使得第七输出光束13-A的偏振垂直于第七输出光束13-B的偏振，分别对应第七输出光束13-A、13-B设置的第五准直器14-A、14-B对其准直之后分别得到准直光束15-A、15-B，准直光束15-A、15-B通过设置的偏振光栅29组合成第二合束激光17，第二合束激光17通过第二光纤耦合器18聚焦并耦合到第一输出光纤19中。为了获得更高的激光输出功率，单发光点半导体激光器12-A、12-B可以用多发光点半导体激光巴条22或迷你巴条代替，同时适应性改变其他对应光学元件，比如第五准直器14-A、14-B。

图9所示的多发光点半导体激光器模块21为半导体激光器模块11的另一实施方式，与图7的区别在于用多发光点半导体激光巴条22替代单发光点半导体激光器12；M个多发光点半导体激光巴条22分别记作22-A至22-M，用于发射可见光激光，例如450±20nm，520±20nm或405±5nm等，或近红外光，例如980nm±20nm，808±20nm，1470nm±20nm或1550nm±20nm等。多发光点半导体激光巴条22-A至22-M发射的第五输出光束23-A至23-M可分别由对应的第六准直器24-A至24-M准直输出准直光束25-A至25-M。第六准直器24-A至24-M可以由一对快轴准直镜(FAC)和慢轴准直镜(SAC)或组合的FAC-SAC准直镜组成。第六准直器24-A到24-M表面镀膜有匹配对应的多发光点半导体激光巴条22-A至22-M发射激光波长的抗反射涂层。准直光束25-A至25-M被引导到第二光束整形器26输出第三合束激光27，第二光束整形器26为聚光器或定向光学组件。第三合束激光27由第三光纤耦合器28聚焦并耦合到第一输出光纤19中。为了保持光纤输出组件500处保持高激光亮度或高激光功率密度，第一输出光纤19的芯径需要在100μm～600μm之间，NA在0.1～0.25之间。

在本发明的其他实施方式中，半导体激光器模块11-A到11-N和多发光点半导体激光器模块21-A至21-M由多个单发光点半导体激光器12-A至12-M组成，也可以由多发光点半导体激光巴条22-A至22-M组成，或者由多个单发光点半导体激光器12和多发光点半导体激光巴条22组合组成，可发射任何780-1600nm波长范围内的可预定可见光激光和/或近红外光。只要激光功率和波长满足软组织消融所需的能量，软组织即可被可见光激光和/或近红外光就可以消融软组织。

由于光纤输出组件500输出的高功率可见光激光可以有效地汽化目标软组织，产生大面积的软组织碎末，其中一些碎末会吸附在光纤输出组件500中的光纤传输体出光端面上，这会导致光纤输出组件500的激光能量聚集，使得第一光纤传输体520升温甚至熔化，因此，光纤输出组件500可以采用如图10所示的由正压流体530保护的第一输出组件510，包括第一光纤传输体520和设置在第一光纤传输体520外侧的套管540和位于光纤出光端的第一保护管535，第一光纤传输体520为直出光光纤，其出光端具有切割或抛光的出光端面525，出光端面525与第一光纤传输体520的轴线垂直，由可见光和/或近红外光组成的第一出射激光526从出光端面525发射。第一保护管535优选医用级不锈钢材质，其截面优选圆形，包括小端534和大端538，小端534和大端538均与第一光纤传输体520同轴，小端534的内径略大于第一光纤传输体520的外径，允许第一光纤传输体520穿过，大端538的外侧与套管540的端部密封连接，为了使第一输出组件510可以穿过外科内窥镜的工作通道，大端538的外径不大于2.5mm。小端534可以紧固或采用环氧树脂粘合到具有保护管座533的第一光纤传输体520上，小端534与保护管座533可以采用机械固定，亦可采用化学环氧树脂粘合固定，首选无环氧树脂的机械固定。环氧树脂的收缩率可能改变第一光纤传输体520的局部折射率，从而损伤光纤，如果必须在保护管座533中使用环氧树脂，可以采用紫外光固化，使其具有低的线性收缩率，环氧树脂可以是透明的允许可见光激光辐射穿过，或者可以具有颜色，优选为白色，将可见光激光反射回第一光纤传输体520。为了更好的保护出光端面免受软组织碎末的影响，出光端面525在第一保护管535的内部，距离第一保护管535的大端538端部有0.5mm-2.0mm的距离，可以防止出光端面525在激光工作期间接触到目标软组织。套管540与第一光纤传输体520之间留有间隙，形成流体通道，第一保护管535上位于靠近小端534的位置设置一个或多个过流孔536，正压流体530经流体通道、过流孔536进入大端538的内侧。流体通道的远端与可通过主动式流体泵与流体袋连接，主动式流体泵优选蠕动泵，或与高位流体储液器、高位能盐水袋连接，手术过程中，正压流体530可以是与手术所使用的流体相同的流体，优选为生理盐水，且具有比手术环境压力更高的压力。在第一光纤传输体520的出光端，正压流体530可形成包裹出光端面525的射流，防止软组织碎屑吸附，保持出光端面525的清洁。

对于一些外科应用，例如汽化前列腺组织，侧出光可以使手术更容易操作，因此光纤输出组件500还可以采用如图11A所示的第二光纤组件550，第二光纤组件550与第一输出组件510的区别在于第一光纤传输体520、第二保护管539的设置，另外，第二光纤组件550还包括了第二反射镜542。第二光纤组件550的出光端面525可以与第一光纤传输体520的轴线垂直或成一定角度，第二反射镜542为柱状，设置在第二保护管539的大端538中，第二反射镜542的一端设置有斜切的反射面543，反射面543与出光端面525相对应，用于对第一出射激光526进行反射，形成侧出光。第二保护管539上还设置有出光孔537，出光孔537足够大以允许反射的第一出射激光526通过而没有任何阻塞。正压流体530经过流孔536从小端534的外侧进入大端538的内侧，然后从出光孔537处流出。第二反射镜542可以由诸如熔融石英的光学材料或诸如铝的金属制成，反射面543的角度与第二反射镜542的中心轴线轴呈38°、45°、或30°-60°之间的任意角度，可分别产生52°、45°或60°-30°的反射角。反射面543可以被光学抛光并且具有针对第一出射激光526的所有波长的高反射涂层。第二反射镜542通过环氧树脂粘合或机械紧固的方式与大端538固连，其端面544可以不进行光学处理，如果使用环氧树脂粘合，环氧树脂可以通过紫外光固化、热固化或室温固化。套管540与第二保护管539连接，但不覆盖出光孔537。正压流体530在出光孔537处形成正压射流，防止软组织碎屑沉积在反射面543和出光端面525上。

图11B所示的第三光纤组件551是光纤输出组件500的另一种设置方式。第三光纤组件551由第二光纤传输体560、柔性水管571、刚性水管570、保护帽580、薄热缩管582组成。第二光纤传输体560具有斜切割或抛光的侧出光端面565，其可以在内部全反射由可见光和/或近红组成的第二出射激光566，然后在发射点射出。为了更好的内部全反射，侧出光端面565与第二光纤传输体560的轴线夹角为38±1°。保护帽580优选由石英或熔融石英制成，具有12±5mm的长度，1.5-2.2mm的外径，内径大于第二光纤传输体560的外径。保护帽580一端封闭，另一端开口。第二光纤传输体560插入到保护帽580中，侧出光端面565靠近封闭端。粘性环氧树脂涂抹到保护帽580的开口端和第二光纤传输体560的接合处。为了防止由于环氧树脂区域周围的可见光激光泄漏而对第二光纤传输体560造成任何可能损坏，环氧树脂优选经紫外光固化，具有较低的线收缩率，优选地其线收缩率小于0.08％，可以防止在紫外光固化之后第二光纤传输体560的折射率变化。柔性水管571优选热缩管，一端与正压流体530连接，另一端与刚性水管570连接，刚性水管570设置在保护帽580的侧面，材质优选医用不锈钢，比保护帽580的直径更小、壁厚更薄。热缩管582是薄壁结构，并且是透明色或白色，能够防止高功率可见光激光对其产生损伤，热缩管582将保护帽580、柔性水管571、刚性水管570和第二光纤传输体560套在一起，通过热收缩将其固定。刚性水管570的出口设置在距离激光发射点1-2mm处，在刚性水管570的出口处，正压流体530形成流过激光发射点的射流，防止软组织碎屑沉积，保持保护帽580清洁。

图12是不同电控模式下的手术激光输出状态。电子控制组件200以及其子模块脉冲控制模块230可以以连续波模式、斩波脉冲模式、预定脉冲模式或其他模式的电控模式实时调制第一激光器组件10和第三激光器组件30。通过触摸屏显示控制模块205，操作员或外科医生可以设置第一手术系统5、或第二手术系统6的激光发射模式。图12A示出了连续波(CW)模式下的手术激光发射频率图。通常，连续波模式具有较高的平均激光功率，可进行有效的软组织汽化，软组织去除和止血手术。CW模式下较低的激光功率有益于软组织凝血。图12B示出了斩波脉冲模式下的手术激光发射频率图。高峰值功率和低平均功率的斩波脉冲模式或脉冲模式可使外科医生受益于精确的组织切除和组织凝固。在脉冲峰值功率400-1000W、平均功率30-120W、脉宽1-2ms、占空比10-20％的可见光手术激光系统条件下，第一手术系统5和第二手术系统6的激光脉冲能量可以达到0.4J～2.0J，足以打碎普通泌尿系统结石。除了斩波脉冲模式外，脉冲控制模块230还可以产生任何形式的预定脉冲，如图12C所示。

图13A是冷却和温控组件280的一种实施方式，记为第一冷却组件281，第一冷却组件281通过流体-空气热交换器284减少第一激光器组件10和第三激光器组件30产生的热量，优选的流体为水，流体-空气热交换器284可以由金属管，金属壳和/或金属板，以及一个或多个风扇组成。流体-空气热交换器284通过第一管道285连通一个或多个液体容器，液体容器中设置有水泵组283，水泵组283通过第二管道282将循环冷却水输送至第一激光器组件10和第三激光器组件30。水泵组283可以包括一个或多个液体泵，液体容器中设置有温度传感器、液压传感器、液位传感器。在其他实施方式中，第一冷却组件281可以不与温度传感器连接，不被温度调节。在其他实施方式中，第一冷却组件281还可以是通过温度调节的液体冷却器，根据温度传感器反馈信息实时工作进行冷却，采用制冷压缩机，包括冷凝器、制冷剂如R134a、液体泵、储液器、一种或多个制冷剂空气热交换器和/或一种或多种热电冷却装置和其他部件。

图13B是第二冷却组件286，为冷却和温控组件280的另一种实施方式，通过导热装置287将热源与散热器288连接，通过热传递进行散热。在上述实施方式中，第一激光器组件10、第三激光器组件30、激光整形组件50、第一光纤耦合器60以及其他组件或模块都会产生热量，激光整形组件50中的激光合束器51或第二光纤耦合器18或第三光纤耦合器28都是可能的热源。导热装置287可以是热管、均温板、热板或其他类型的导热组件，散热器288包括一个或多个TEC温度调节和风扇。导热装置287热源中的一个或多个可能不需要进行温度调节，散热器288可以是用于散热的带有风扇或不带有风扇的常规散热器。

本发明的工作原理具体如下：

可见光激光采用蓝激光，激光波长为400-480nm。蓝色光子的能量高至2.59～3.11eV，人体内的血液和软组织都可以有效地吸收蓝色光子，血红蛋白对450nm蓝光和532nm绿光的光吸收系数相当(～200/cm)，这意味着450nm蓝光和532nm绿光都可有效消融血液中所含的软组织。对于含血量不高的软组织，如凝固组织，根据生物有机分子光吸收理论，此类软组织对蓝光的光吸收系数普遍高于绿光，因此，在相同的光功率密度下，蓝激光比绿激光具有更快的组织消融速度。一份体外实验报告显示，在组织去除率方面(以mm³/s为单位)，在相同组织块上，120W蓝激光汽化人体前列腺组织的速度是同功率532nmLBO绿激光的两倍。

当输出激光的平均功率需超过100W，第一激光器组件10有两种设置方式，方式一是基于图7所示的结构，设置有至少一个半导体激光器模块11，由于单发光点半导体激光器12的光功率通常都小于10W，因此半导体激光器模块11包括数量大于8个的单发光点半导体激光器12，将其通过空间排列、光束整形、耦合后，实现大于100W的输出功率。方式二基于图9所示的结构，设置有至少一个多发光点半导体激光器模块21，包括一个或多个多发光点半导体激光巴条22。

在多个单发光点半导体激光器12光纤耦合中，超过8个单发光点半导体激光器12在空间上排列成一排或多排，然后在每个发光点前面使用准直透镜以光束快轴或光束的方式准直激光束。快轴和慢轴均准直。对于多发光点激光巴条配置光纤耦合，使用快轴准直器(FAC)和慢轴准直器(SAC)进行光束准直。这些准直光束25通过光学聚光器进一步会聚，然后通过聚焦透镜聚焦到光纤上。为了保持合理的高激光亮度，光纤的芯径小于600μm。

对于激光前列腺切除术，激光器输出激光的平均功率范围最好为100W～300W，如果使用单个光纤耦合半导体激光器模块20无法达到此最佳光功率范围，则可使用多个光纤耦合半导体激光器模块20来提高激光功率输出。光纤合束整形器，可以是光纤合束器或自由空间合束器，可以帮助激光合束。光纤合束整形器具有多个输入和一个输出。对于光纤合束器，在输入光纤NA与每根输入光纤纤芯面积之和小于输出光纤NA与纤芯面积乘积的情况下，可将多个输入激光束组合成一个输出激光束，其合束效率高，通常在85％以上。尽管光纤合束器无法增强激光亮度，但可以显著提高光功率。

当单个半导体激光器模块11能够产生超过100W的可见光功率时，也可以只需要一个半导体激光器模块11，半导体激光器模块11可以是光纤耦合或自由空间耦合。最终的激光可以直接输出或通过第一光纤传输体520或第二光纤传输体560耦合后输出，传送到目标组织进行消融和/或凝固，第一光纤传输体520或第二光纤传输体560可以使用一次性手术光纤。

众所周知，进行激光手术时，对组织、血红蛋白或水具有高吸收率的激光可以产生较薄的凝固层。较薄凝固层可以使患者术后恢复快，但不方便止血，然而在激光前列腺切除术中出血是不可避免的，为了给外科医生提供一种容易止血的工具，需要使用能产生高功率近红外激光的半导体激光器。本发明也可以只提供近红外激光，近红外激光由波长在780-1600nm之间的近红外半导体激光器产生，特别是市售的810±20nm、980±20nm和1470±20nm近红外半导体激光器，是最佳选择。高功率光纤耦合或自由空间耦合的近红外半导体激光器，通过光纤合束整形器组合，最终通过一次性手术光纤将近红外激光传送到目标软组织。为了有更好、更有效的激光凝固效果，近红外激光可以在连续波模式或脉冲模式下产生30-120W的光功率，这对于止血至关重要。

本发明的手术系统可以同时提供可见光和近红外激光，由多个可见光单发光点半导体激光器和多个近红外光单发光点半导体激光器在空间上排列成一排或多排，光束成形、会聚，然后聚焦于单根光纤，或在自由空间准直。这种单个半导体激光器模块11对于可见光谱的平均光功率可超100W，对于近红外光谱的平均功率可达120W。最终的激光输出可以直接或再次光纤耦合后通过一次性手术光纤将激光传送到目标软组织进行消融或/和凝固。

高效的激光软组织消融会产生大量碎屑，其中一些会沉积在光纤出光端，导致激光吸收，甚至造成光纤损伤。蓝色光子比波长更长的光子具有更高的光子能量。与较长波长的光相比，软组织碎片对蓝光的吸收更高。对于低光子能量的激光器，如高功率绿光激光器和高功率红外激光器，光纤出光端碎屑吸收产生的热量不足以导致光纤出光端快速熔化，但蓝光并非如此。一些实验表明，蓝光功率超过80W，光纤出光端碎屑吸收蓝光后产生的热量会引发光纤出光端灾难性的熔化。为了避免组织碎屑沉积在光纤出光端上，特别是对于高功率蓝色激光软组织消融，因此需要光纤出光端具有自动清洁机制。在本发明中，使用正压流体530射流流过高功率可见光激光光纤出光端以防止碎屑沉积。流体可以是与外科手术中所使用的流体相同，优选盐水。为了形成流体射流以很好地覆盖激光的发射点，射流流体压力必须高于周围环境的流体压力，并且流体必须在激光发射点上方保持恒定的射流。为了产生期望的射流流体压力，可以应用清洗组件400，清洗组件400可以包含有源流体泵，或者悬挂在相对较高位置的一个或多个无源流体袋。在本发明中，光纤输出组件500采用第一光纤组件的形式时，直出光光纤的出光端在保护管内居中，优选不锈钢管，保护管内的高压射流流体可以流过直出光光纤的出光端。为获得更好的保护，光纤出光端的激光发射点可位于保护管出口后面约0.5至2mm处。光纤输出组件500采用第二光纤组件的形式时，装有反射镜的直出光光纤可将激光束引导到所需的角度，形成侧出光，反射镜与其对应直出光光纤中心轴线的夹角为30～60°，且涂有用于响应波长激光的高反射涂层，光纤出光端和反射镜镜面均被高压射流流体包围。光纤输出组件500采用第三光纤组件551的形式时，刚性水管570采用不锈钢管，不锈钢管安装在侧出光光纤出光端保护帽580的正下方，在激光发射点后面大约1到2mm。流经不锈钢管的流体射流可以防止任何碎屑沉积在保护帽580上。

发射可见光的半导体激光器模块11可以以连续波模式或脉冲模式工作，其中，连续波模式工作可以具有较高的平均功率，主要用于软组织快速消融，脉冲模式工作具有较高的峰值功率和较低的平均功率，这有利于精准的消融软组织和泌尿系统碎石。当发射可见光的半导体激光器模块11由一个或多个脉冲电源供电时，电泵浦脉冲电流可达其最大连续模式电流的1.5至10倍，从而可产生峰值功率为连续波功率数倍的可见光激光脉冲。激光脉冲宽度、脉冲重复率和占空比可以通过泵浦电流脉冲特性进行调节。通过控制可见光激光脉冲能量，外科医生可以在需要时精确去除软组织。由于可见光，尤其是蓝光波长，会被包括泌尿系统结石在内的许多固体材料强烈吸收，因此高峰值功率蓝色激光脉冲能够打破泌尿系统结石。在400-1000W的峰值功率和1-2ms的脉冲宽度下，激光脉冲能量可达0.4-2.0J，足以打碎普通泌尿系统结石，其占空比为10-20％，平均功率在30-120W范围内。

发射可见光的半导体激光器模块11可以进一步提高电光转换效率。在一些实施方式中，GaN蓝光半导体激光器模块11通常具有超过25％的直流电光转换效率，其从输出光纤组件输出时，综合电光转换效率高达15％以上，即使使用交流电源为发射可见光的半导体激光器模块11供电，最终电光转换效率也会大于10％。高电光转换效率的优点之一是有利于该软组织切除系统在各种治疗环境中实施，尤其是一些不容易获得大功率电源的环境中(例如在医院病房、医生办公室、病人的家里等)。

TO9或TO56封装的单发光点GaN蓝色半导体激光器模块11作为可见光源100被光纤耦合。TO封装的半导体激光器模块11可以在外壳温度高达65℃的环境下工作。GaN基发射可见光的半导体激光器模块11利用高功率转换效率，即低热量散发、高工作环境温度的优势，可以让非温控调节的水-空气交换器将热量散发到空气中。尽管可以使用液体冷却器来稳定冷却液温度，但多个非温控调节的水-空气的水冷方式可以显著降低手术系统的噪音，从而在手术室中提供安静的环境。

半导体激光器模块11可由一个或多个TE冷却(TEC)设备或液体冷却器冷却和调节温度。一方面，所有固态风冷TEC设备可以消除手术激光系统中任何与液体相关的不可靠性。另一方面，液体冷却器可以使手术激光系统的物理尺寸更加紧凑。

在一些实施方式中手术系统包括封装在光纤耦合组件、自由空间耦合组件或光纤耦合和自由空间耦合组件组合中的可见光半导体激光器模块11，以及光纤输出组件500、电力组件270、冷却组件和电子控制组件200。激光可以以预定波长和预定输出功率输出。光纤输出组件500将激光传送到患者的软组织以消融目标组织，可见光半导体激光器模块11包括紫色405±5nm半导体激光器模块11、绿色520±20nm半导体激光器模块11或其他可见颜色半导体激光器模块11，光纤输出组件500包括光纤传输体。在一些情况下，光纤的出光端包括前向发射尖端或侧向发射尖端，这些光纤发射尖端上设置有允许正压流体530在激光消融期间洗出组织碎片的主动清洁组件。电力组件270可以从外部接收输入电源，并且部分或全部输入手术系统。冷却组件可以在操作期间冷却各热源。电子控制组件200可以控制手术系统的各种组件和部件的工作状态。

半导体激光器模块11包括各种高功率光纤耦合或自由空间耦合半导体激光器，其中半导体激光器模块11具有不同的封装方式(例如，TO封装、COS封装、C-mount封装、巴条封装等)。半导体激光器模块11还可包括电源组件、控制组件、波长选择控制组件、冷却组件。激光发生组件可产生一种或多种预定波长的激光。电源组件可以向激光发生组件供电，并且电子控制组件200确保从源以预定输出功率输出的激光。波长控制模块290可以与激光发生组件和电力组件270一起工作以产生用于组织消融和/或用于组织凝固所需的激光波长，在一些情况下，组织消融和组织凝固的输出波长不同。冷却组件确保激光输出稳定可靠。

作为通过使用高于100W的高功率光纤耦合或/和自由空间耦合发射可见光的半导体激光器模块11的另一个实施方式，蓝色半导体激光器模块11不会像其他类似输出功率的常规可见光激光器系统那样以热量的形式耗散那么多的能量。其他用于软组织消融效果的可见光激光器系统一般使用固态晶体作为激光增益介质(如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG))，产生的热量作为电光转换的副产物，需要广泛的冷却系统才能确保激光器系统不会被大量热量损坏，而高功率光纤耦合或/和自由空间耦合可见光半导体激光器模块11，特别是光纤耦合蓝色半导体激光器模块11中的冷却组件通过低冷却能力的液体冷却器将其保持在安全的工作温度，例如多个非温控调节的水-空气热交换器、小型温度调节冷却器或多个TEC温度调节装置。这可以降低手术系统的噪声，优化总体尺寸和重量，从而使系统的使用更加方便。

本发明中的第一激光器组件10由一个或多个光纤耦合或/和自由空间耦合半导体激光器模块11组成。来自半导体激光器模块11的波长可以是可见光波长，也可以是可见光和近红外波长的组合。为了获得更高的光输出功率，每个光纤耦合或/和自由空间耦合半导体激光器模块11还包括两个以上的单发光点半导体激光器12，或/和一个或多个具有预定波长的多发光点半导体激光巴条22，通过空间复用、偏振复用或/和波长复用使激光束进入纤芯直径小于600μm的单根光纤，或直接注入纤芯直径小于1000μm的一次性手术光纤。

在一些实施方式中，第一激光器组件10可以包括一个或多个光纤耦合或/和自由空间耦合的半导体激光器模块11、一个或多个脉冲控制模块230。第一激光器组件10可以通过将光纤耦合半导体激光器模块20组合成一个输出来生成一个或多个预定波长的高功率激光。脉冲控制模块230以脉冲或其他模式调整泵浦电流，以将激光输出调制为时间特性，可以以预定频率和预定脉冲宽度提供激光脉冲。电子控制组件200可以控制激光的峰值功率和平均功率，通过控制可见光激光脉冲能量，外科医生可以在需要时精确消融软组织。可见光激光脉冲峰值功率大于400W，脉冲宽度小于5ms，占空比小于20％，手术激光系统可以打碎常见的泌尿系统结石。

在本发明的一些实施方式中，从可见光半导体激光器模块11产生激光不需要块状光学组件，常规固态激光器系统形成共振腔需要高反射块状光学组件，如使用形成激光腔的高反射体光学部件，以及像钛酸钾这样的激光波长转换器晶体磷酸盐(KTP)或硼酸锂(LBO)。本发明的可见光半导体激光器模块11内没有这些块状光学组件可以大大提高手术室系统的可靠性。

Claims (12)

1.一种基于半导体激光的软组织手术系统，包括光源(100)、光纤输出组件(500)、电子控制组件(200)、电力组件(270)以及冷却和温控组件(280)；其特征在于：

所述光源(100)包括第一激光器组件(10)和第二激光器组件(40)、激光整形组件(50)、第一光纤耦合器(60)；

所述第一激光器组件(10)用于发射可见光激光或者同时发射可见光激光和近红外激光；

所述第二激光器组件(40)用于产生功率为不大于5mW的低功率可见光激光；

所述激光整形组件(50)用于将可见光激光和低功率激光准直并合束，或者将可见光激光、近红外激光和低功率激光准直并合束；

所述第一光纤耦合器(60)用于将合束的激光耦合至光纤输出组件(500)；

所述光纤输出组件(500)用于将合束的激光传输到目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述光纤输出组件(500)包括光纤传输体和清洗组件(400)，清洗组件(400)用于连接正压流体(530)，利用正压流体(530)对光纤传输体的出光端进行清洗，以防止汽化的软组织碎屑沉积在光纤传输体的出光端。

3.根据权利要求2所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述清洗组件(400)包括设置在光纤传输体外侧的套管(540)和保护管，套管(540)与光纤传输体之间留有间隙，作为流体通道；光纤传输体的出光端设置在保护管内；

所述保护管包括大端(538)和小端(534)，小端(534)伸入套管(540)中，套设在光纤传输体上；大端(538)沿径向与套管(540)的直径相适配，且与其密封连接；

所述保护管上设置有过流孔(536)，正压流体(530)通过流体通道、过流孔(536)流至光纤传输体的出光端。

4.根据权利要求3所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述光纤传输体的出光端设置为直出光光纤；

所述保护管的外径≤2.5mm；

所述出光端距离保护管的端部0.5mm～2.0mm。

5.根据权利要求3所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述光纤传输体的出光端设置为直出光光纤，保护管的大端(538)设置有对应出光端的反射镜，其侧壁对应反射镜的反射光路设置有出光孔(537)。

6.根据权利要求5所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述反射镜与直出光光纤的中心轴线的夹角为30～60°。

7.根据权利要求2所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述光纤传输体的出光端设置为侧出光光纤，侧出光光纤的端部为斜切割或抛光的侧出光端面(565)，侧出光光纤的端部套设有保护帽(580)；

所述清洗组件(400)包括设置在保护帽(580)外侧的输水管，输水管用于输送正压流体(530)；

所述输水管、侧出光光纤及保护帽(580)的外侧套设有热缩管，通过热缩管热缩将其固定为一体结构。

8.根据权利要求7所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述输水管包括依次连通的柔性水管(571)和刚性水管(570)，刚性水管(570)靠近侧出光光纤的激光发射点设置，刚性水管(570)的出口与激光发射点轴向距离为1～2mm；

侧出光端面(565)与侧出光光纤的中心轴线夹角为38±1°。

9.根据权利要求1至8任一所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

还包括波长控制模块(290)，用于对光源(100)发射的激光波长进行调节；

所述第一激光器组件(10)由一个或多个半导体激光器模块(11)组成，半导体激光器模块(11)用于独立发射可见光激光或近红外激光，多个半导体激光器模块(11)通过光纤耦合或自由空间耦合至激光整形组件(50)；

所述半导体激光器模块(11)包括一个或多个单发光点半导体激光器(12)，或者一个或多个多发光点半导体激光巴条(22)；

所述激光整形组件(50)包括一个或多个激光合束器(51)，用于将可见光激光和/或近红外激光准直并耦合至光纤输出组件(500)，所述耦合为光纤耦合或自由空间耦合。

10.根据权利要求9所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述电子控制组件(200)包括触摸屏显示控制模块(205)、主控板(210)、激光功率控制模块(220)、脉冲控制模块(230)、第一监测模块(240)、第二监测模块(250)、物联网模块(300)和激光输出开关(260)；

所述激光功率控制模块(220)用于控制光源(100)输出的激光功率，脉冲控制模块(230)用于控制输出激光模式，输出激光模式包括连续波模式、斩波脉冲模式、预定脉冲模式；

所述主控板(210)用于控制电力组件(270)、冷却和温控组件(280)、波长控制模块(290)的工作状态；所述波长控制模块(290)用于控制光源(100)输出的激光波长；所述第一监测模块(240)用于监测第一激光器组件(10)和第三激光器组件(30)的激光功率；所述第二监测模块(250)用于监测激光整形组件(50)和第一光纤耦合器(60)的工作状态；

所述冷却和温控组件(280)用于通过流体-空气冷却方式或空气冷却方式对光源(100)冷却降温。

11.根据权利要求10所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述第一激光器组件(10)用于发射可见光激光，功率范围为100W～250W，可见光激光的波长为400～480nm；

所述光源(100)还包括第三激光器组件(30)，第三激光器组件(30)与第一激光器组件(10)的设置方式相同，用于发射近红外激光，功率范围为30W～120W，近红外激光的波长为780～1600nm。

12.根据权利要求10所述的一种基于半导体激光的软组织手术系统，其特征在于：

所述第一激光器组件(10)发射的激光峰值功率为400-1000W，脉冲宽度为1-2ms，其占空比为10-20％，平均功率为30-120W。