2024-09-30
掺铥光纤激光器用于激光碎石的优点
钬激光在过去的十多年内是激光碎石临床应用的主要激光器选择，而近年来，随着光纤激光器的迅猛发展，1.94um掺铥光纤激光器被广泛的重视，在诸多方面显现优势并有望在不久的将来取代钬激光的位置。
从激光碎石的工作机理来说，人体内的结石都是在水环境下存在的（如肾结石，膀胱结石）而经过聚焦的脉冲红外激光可以将待消融结石临近的水瞬间汽化，相当于在结石表面产生一系列微小的爆炸，这个爆炸的冲击波会作用到结石上面，导致结石本身的碎裂，随后结石的碎片（甚至碎裂到粉末的程度）得以排出体外。
钬激光的波长在2.1um红外段,可以脉冲形式工作，平均功率和峰值功率都足够，可以用光纤传导方便抵达患处这些优点都非常适合做体内碎石，所以一直以来成为体内碎石的金标准。近年来，由于掺铥光纤激光器在诸多方面的表现明显由于钬激光，有了取代钬激光的趋势。
1) 吸收率高带来的好处：如图1. 掺铥光纤激光的标准输出波长约1940nm，对于水的吸收系数大致是14 mm-1，钬激光的标准输出波长约2100nm，对于水的吸收系数大致是3 mm-1，掺铥光纤激光高了大致5倍，从而获得高5倍左右的将水汽化的效率。临床操作，在调校到同等参数输出时，掺铥光纤激光的融蚀速度大致是钬激光的4到5倍。
图1. 掺铥激光与钬激光对于水的吸收系数比较
2) 光斑质量高带来的好处：
光纤激光器本身的增益介质是掺杂有铥元素的特种光纤，其芯径大致是20-30um，可以输出一个出纤直径大致是20-30um很高光束质量的高斯光斑，可以很方便且高效的耦合进最小到50um的传导光纤到达工作手柄。而钬激光最小可耦合的传导光纤芯径大致是200um，最终到达工作点的光束质量也会稍差于掺铥光纤激光器。同样功率下，掺铥光纤激光汽化水产生的气泡大小仅为钬激光的1/4，更小多的气泡可以导致更高的结石粉末程度，从而更有利于结石的排出。更小气泡产生的反推力也相对更小，不容易导致结石本体和工作头的相对位移，医生就不需要频繁调整工作头的前后位置而只需要注意操作横向位移消融结石本体。
3) 灌注率高：灌注率指在光纤探入人体之后单位时间所通入的液体流量，通入液体的目的是清除碎石颗粒，同时带走碎石过程中产生的废热，避免热量过度积累损伤周围组织。掺铥光纤激光器架构的碎石机允许更高的液体灌注率，同时提高手术中的光纤活动范围和可见度。
4) 重复频率高：铥光纤激光可供调谐的重复频率上限更高，可运行超过2000 Hz的脉冲调制频率，比Ho:YAG激光最大频率(100 Hz左右)高20倍以上；掺铥光纤激光器的高重复频率设置可以做到粉末级别的碎石，更利于结石排出。
5) 掺铥光纤激光器脉宽调节范围大：增加了碎石手术的灵活性、适应性和安全性，有助于提高碎石的成功率和效果。
6) 掺铥光纤激光器的泵浦源是二极管激光，二极管激光的光泵浦效率比钬激光器的氙灯泵浦效率高约7倍，泵浦效率高还带来一个好处是同样的平均功率，掺铥光纤激光器只需要风冷而钬激光器需要水冷。总体下来，掺铥光纤激光器能耗降低7-8倍，体积降低1-2倍, 工作噪音也明显小于钬激光器。
