掺铥光纤激光泌尿系统治疗仪

主要用途：

增生组织切除，泌尿系统碎石。

研发背景介绍：

泌尿系统结石是最常见的疾病之一，也是泌尿外科疾病中较复杂较难以处理的疾病。近年来泌尿系统结石发病率逐渐提高，且呈年轻化趋势，结石的防治工作任重道远。相比传统的体外震波碎石、气压弹道碎石，钬激光碎石具有伤口愈合快、止血效果好、手术无渗血、视野清晰、激光可用光纤传输、可实现微创或无创手术、安全性高等优势。但目前普遍使用的钬激光碎石效率较低，且激光维护成本较高。相比于波长为2120nm的钬激光，波长为1940nm的掺铥光纤激光，其更接近于水的吸收峰，并且重复频率可调谐范围大、光束质量高，近年来国外研究发现，其可提升碎石的效率，有望成为下一代临床碎石用激光光源。国内此波段激光光源技术发展滞后，商业化产品单一，在此种激光碎石方面研究处于空白。因此，基于掺铥光纤激光碎石技术已开始成为国际研究及应用的热点。本技术基于自行开发的高功率掺铥光纤激光器，设计了可以用于泌尿系统碎石的治疗仪，为高效、免维护的激光碎石提供新技术途径。同时可运行在连续模式，可进行前列腺等增生组织的切除。

技术参数：

“专”：

本项目产品涉及到激光医疗领域，尤其是激光泌尿系统碎石及增生组织切除，目前临床使用的均为固体掺钬激光器，技术较为成熟，但其碎石效率较低、光斑大导致耦合光纤芯径大、后期维护成本高且具有一定的术后并发症，比如输尿管狭窄、粘连等。相比于波长为2120nm的钬激光，波长为1940nm的掺铥光纤激光更接近于水的吸收峰，并且脉宽、重复频率可调谐范围大、光束质量高，近年来国外研究发现，其可提升碎石的效率，有望成为下一代临床碎石用激光光源。

但目前用于碎石研究的掺铥激光主要集中在低重复频率、大脉冲宽度范围。国内此波段激光光源技术发展相对滞后，商业化产品单一，仅有连续和低功率脉冲掺铥光纤激光器产品推出，在掺铥光纤激光碎石方面的研究及应用仍处于空白。本项目结合课题组在掺铥光纤激光器方面的研究基础，采用了脉宽、重复频率大范围可调掺铥光纤激光器，对碎石机制及热效应进行了分析，优化了掺铥光纤激光碎石方案，旨在解决激光碎石用激光光源及安全、高效碎石的关键技术瓶颈。

本项目通过开发新型激光光源，进行碎石机理研究，促进安全、高效激光碎石技术的发展，促使基础研究成果早日应用，对推动我国激光碎石手术的普及以及中红外光纤激光器的发展，均具有一定的基础研究意义和潜在应用价值。

“精”：

本项目前期已经投入研发经费约150万元，解决了大功率793nm泵浦半导体激光器同步高速调制问题、掺铥光纤的低损耗熔接问题以及输出激光与小芯径医用光纤的低损耗空间耦合问题。同时已经进行了初步的体外碎石实验，搭建了两套掺铥光纤激光泌尿系统治疗仪样机。

本项目团队长期从事高功率近中红外光纤激光器及激光应用方面的研究，密切关注本领域的研究发展动态，项目团队已经实现百瓦量级连续、纳秒及皮秒掺铥光纤激光输出，300W皮秒近红外固体激光输出，100W皮秒紫外激光输出。项目团队共12人，其中教授3人、高级工程师1人、专职研究员2人、助理教授2人、中级工程师1人、实验员1人、博士后1人、实验室秘书1人，具有博士学位10人，硕士学位2人。团队成员涉及光学工程专业、机械设计专业、电路与控制、多物理场有限元仿真、泌尿外科碎石专家等。本项目组合作团队，深圳市人民医院泌尿外科，结合深圳地域结石病的高发和多发，重点发展了泌尿系结石该亚专科，治疗手段和方法的进展迅速，目前经皮肾镜取石术、输尿管镜手术是临床常规手术，年经皮肾镜和输尿管镜手术例数均超过300例，针对不同的结石采用弹道碎石、钬激光碎石、超声碎石等多种治疗方法，手术水平、临床治疗效果均处于国内领先地位。为本项目碎石实验研究提供了丰富的经验指导。

本项目依托项目组所在的深圳技术大学“先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室”和深圳市人民医院泌尿外科。“先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室”拥有项目所需的光谱仪、功率计、光束质量分析仪、光纤熔接机、光纤涂覆机、频谱仪、示波器、高速相机、高分辨率显微镜、红外温度探测器、光纤研磨机等掺铥光纤激光器制作及测试设备；项目组与原属单位深圳大学“深圳市激光工程重点实验室”仍保持着亲密的合作关系，在资源方面实施共享，其拥有的扫描电子显微镜、拉曼光谱仪等，可为破碎结石微观形貌、成分分析等提供必要的支持；深圳市人民医院泌尿外科是深圳市优势医学重点学科（群），拥有输尿管硬镜和输尿管软镜、多尼尔小王子碎石机、钬激光碎石机、气压弹道碎石机、OEC Uroview 2800X线成像系统等泌尿系统结石治疗设备，在激光碎石方面的手术水平及临床治疗效果处于国内领先地位，可与本项目脉冲掺铥光纤激光进行对比性实验研究，同时可为本项目提供后期的临床实验研究。为本项目样机的实用化奠定了良好的基础。

“新”：

对于掺铥光纤激光泌尿系统治疗仪，目前市场上只有连续输出的用，且只用于增生组织切除，尚无碎石用治疗仪相关产品推出。结石是泌尿系统最常见的疾病之一，也是泌尿外科疾病中较复杂较难以处理的疾病之一。譬如肾结石是泌尿系统结石中最为常见的一种，未得到及时治疗的肾结石会给人的肾脏功能造成一系列危害，引起尿路梗阻，给患者带来相当程度的疼痛感，同时还会影响人机体的其他功能，诸如肾功能丧失，严重者可引发尿毒症，长期得不到治疗的肾结石最终可发展为肾功能衰竭，危及患者生命。此外，结石通常带有多种病原体，其长期存在易引发肾脏感染、肾积水、肾积脓，严重者引发败血病，严重影响人们的健康和生活质量。中国人口众多，肾结石患者的数量庞大，由广州医科大学附属第一医院曾国华教授领衔完成的一项覆盖全国的横断面流行病学研究表明：中国成人肾结石患病率为5.8%，其中男性患病率为 6.5%，女性患病率为 5.1%；并指出由于气候原因，华南及西南地区的肾结石患病率明显高于华北及西北地区，且华南地区患病率最高，为7.2% 。据深圳市相关医院泌尿外科医生介绍，在泌尿系疾病患者中，有60%是肾结石病人。发病人群一般在20-50岁之间，而且男性发病比女性高。近年来肾结石发病率逐渐提高，且呈年轻化发病趋势。有证据表明，儿童发病率也在逐年提升。由此可见，肾结石的防治工作任重道远。

目前激光碎石相关设备成本较高，钬激光进口产品售价约250万，国内普及率较低，仅有少数三甲医院拥有此类设备，多数碎石仍采用超声波碎石和气压弹道碎石，碎石不完全且容易复发。本项目研制的掺铥光纤激光治疗仪，具有高峰值功率、高的调制频率，可实现碎石的粉末化，同时可大幅度提高碎石效率，激光器采用了全光纤结构，更加稳定紧凑，降低了后期的维护成本。成熟后，预计售价可控制在100万以内，届时国内多数医院可承受此价格，将具有极大的经济和社会效益。