WO2008035012A2 - Pulsed-emission laser apparatus - Google Patents
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Abstract
The invention relates to an apparatus for the pulsed emission of a laser beam (6), said apparatus comprising : a laser bar (2) mounted in an optical cavity consisting of a crystal of neodymium-doped yttrium and aluminium oxide; selection means (4, 5) for enhancing the laser beam emission at a wavelength of 1.34 mm; a pump lamp (10) mounted in the optical cavity and contiguous with the laser bar; excitation means (11) for supplying the pump lamp (10) so that it can produce intermittent light emissions. According to the invention, the pulse signal (S) generated by the excitation means (11) for supplying the pump lamp (10), includes for each pulse (I) at least one first hashing pulse (i) having a duration (ti) which is longer than the duration of the following hashing pulses belonging to the same pulse.
Description
APPAREIL LASER A EMISSION PULSEE LASER APPARATUS WITH PULSE EMISSION
La présente invention concerne le domaine technique des appareils conçus pour assurer l'émission puisée d'un faisceau laser destiné à être utilisé dans le domaine médical au sens général. Dans le domaine médical, le laser est utilisé principalement soit dans un mode d'incision ou de coupe, soit dans un mode de coagulation ou de cautérisation des tissus humains.The present invention relates to the technical field of devices designed to ensure the pulsed emission of a laser beam for use in the medical field in the general sense. In the medical field, the laser is used mainly in an incision or cutting mode, or in a mode of coagulation or cauterization of human tissue.
L'état de la technique a proposé de nombreux types de laser à application médicale. Par exemple, le brevet EP 0 955 915 décrit un appareil laser comportant un barreau laser monté dans une cavité optique. Ce barreau laser est un cristal d'oxyde d'yttrium et d'aluminium dopé au Néodyme appelé aussi yttrium aluminium pérovskite ayant comme formule chimique Nd:YALθ3. Ce barreau laser YAP ou YALO est monté contiguë à une lampe de pompage constituant une source de lumière pour le transfert d'énergie au barreau laser. Cet appareil comporte également des moyens permettant de favoriser l'émission du faisceau laser à une longueur d'onde égale à 1,34 μm. Cette lampe de pompage est alimentée par des moyens d'excitation afin qu'elle produise des impulsions de lumière intermittente.The state of the art has proposed many types of laser for medical application. For example, patent EP 0 955 915 describes a laser apparatus comprising a laser bar mounted in an optical cavity. This laser bar is a neodymium-doped aluminum and yttrium oxide crystal also called perovskite yttrium aluminum having the chemical formula Nd: YALO3. This YAP or YALO laser bar is mounted adjacent to a pump lamp constituting a light source for the energy transfer to the laser bar. This apparatus also comprises means for promoting the emission of the laser beam at a wavelength equal to 1.34 microns. This pump lamp is powered by excitation means to produce intermittent pulses of light.
Un tel appareil laser fonctionnant à une longueur d'onde égale à 1,34 μm présente une polyvalence reconnue. A cette longueur d'onde, les tissus absorbent bien le rayonnement lumineux permettant d'obtenir aussi bien une coupe des tissus mous qu'une ablation des tissus durs. Un autre avantage de cet appareil laser concerne le fait que le faisceau est transmissible par une fibre optique biocompatible. Enfin, le barreau laser associé à une lampe de pompage excitée de manière impulsionnelle permet d'obtenir un appareil laser délivrant une puissance crête importante et adaptée à l'effet recherché sur les tissus.Such a laser apparatus operating at a wavelength equal to 1.34 microns has a recognized versatility. At this wavelength, the tissues absorb well the light radiation allowing to obtain a soft tissue section as well as a removal of the hard tissues. Another advantage of this laser apparatus relates to the fact that the beam is transmissible by a biocompatible optical fiber. Finally, the laser bar associated with a pulsed pulse pump lamp makes it possible to obtain a laser apparatus delivering a large peak power and adapted to the desired effect on the tissues.
Même si un tel appareil laser donne satisfaction en pratique, il a été constaté dans certaines conditions d'utilisation, un échauffement des tissus situés dans l'environnement des tissus traités. Il apparaît ainsi le besoin de pouvoir optimiser les avantages du laser YAP en augmentant l'efficacité du
traitement sur les tissus à traiter et en limitant réchauffement des tissus environnants.Even if such a laser device is satisfactory in practice, it has been found under certain conditions of use, a heating of tissues located in the environment of the treated tissues. It thus appears the need to be able to optimize the advantages of the YAP laser by increasing the efficiency of the treatment on the tissues to be treated and limiting warming surrounding tissues.
L'objet de l'invention vise donc à proposer un nouvel appareil laser comportant : - un barreau laser monté dans une cavité optique, ce barreau laser étant un cristal d'oxyde d'yttrium et d'aluminium dopé au Néodyme,The object of the invention is therefore to propose a new laser apparatus comprising: a laser bar mounted in an optical cavity, this laser bar being a crystal of yttrium oxide and aluminum doped with neodymium,
- des moyens de sélection pour favoriser l'émission du faisceau laser à une longueur d'onde de 1,34 μm,selection means for promoting the emission of the laser beam at a wavelength of 1.34 μm,
- une lampe de pompage montée dans la cavité optique et contiguë au barreau laser, cette lampe de pompage constituant une source de lumière pour le transfert d'énergie au barreau laser,a pump lamp mounted in the optical cavity and contiguous to the laser bar, this pump lamp constituting a light source for the transfer of energy to the laser bar,
- des moyens aptent à produire un signal impulsionnel pour alimenter la lampe de pompage et produire des impulsions de lumière intermittentes. Conformément à l'invention, le signal impulsionnel produit par les moyens d'excitation pour alimenter la lampe de pompage comporte pour chaque impulsion, au moins une première impulsion de hachage possédant une durée supérieure aux durées des impulsions de hachage suivantes appartenant à la même impulsion.means capable of producing a pulse signal for supplying the pump lamp and producing intermittent light pulses. According to the invention, the pulse signal produced by the excitation means for supplying the pump lamp comprises for each pulse, at least one first hash pulse having a duration greater than the durations of the following hashing pulses belonging to the same pulse .
Par exemple, la durée d'au moins la première impulsion de hachage est comprise entre 80 μs et 150 μs alors que la durée des autres impulsions de hachage est comprise entre 5 μs et 80 μs.For example, the duration of at least the first hash pulse is between 80 μs and 150 μs while the duration of the other hash pulses is between 5 μs and 80 μs.
Selon une variante de réalisation, les moyens d'excitation alimentent la lampe de pompage par un signal impulsionnel avec des impulsions de hachage possédant pour chaque impulsion, des durées différentes. Avantageusement, le signal impulsionnel présente une fréquence comprise entre 1 et 200 Hz, chaque impulsion étant composée d'une série d'impulsions de hachage possédant une fréquence de hachage supérieure ou égale à 10 KHz, et une durée de hachage comprise entre 5 μs et 100 μs..According to an alternative embodiment, the excitation means feed the pump lamp by a pulse signal with hash pulses having different durations for each pulse. Advantageously, the pulse signal has a frequency between 1 and 200 Hz, each pulse being composed of a series of hash pulses having a hash frequency greater than or equal to 10 KHz, and a hash duration of between 5 μs and 100 μs ..
Selon une caractéristique de réalisation, les impulsions de hachage possèdent une fréquence de hachage comprise de préférence entre 10 kHz et 100 kHz.
Selon une autre variante de réalisation, le signal impulsionnel possède une fréquence comprise de préférence entre 1 et 100 Hz, la durée de chacune des impulsions étant comprise entre 100 μs et 0,999 s.According to an embodiment characteristic, the hash pulses have a hash frequency of preferably between 10 kHz and 100 kHz. According to another variant embodiment, the pulse signal has a frequency preferably comprised between 1 and 100 Hz, the duration of each of the pulses being between 100 μs and 0.999 s.
De préférence, la différence entre les valeurs de la période d'une impulsion de hachage et de la durée de hachage est inférieure au temps de relaxation du barreau laser.Preferably, the difference between the values of the period of a hash pulse and the hash duration is less than the relaxation time of the laser bar.
Par exemple, la différence entre les valeurs de la période d'une impulsion de hachage et de la durée de hachage est inférieure ou égale à 100 μs. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.For example, the difference between the values of the period of a hash pulse and the hash duration is less than or equal to 100 μs. Various other features appear from the description given below with reference to the accompanying drawings which show, by way of non-limiting examples, embodiments of the object of the invention.
La Figure 1 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un appareil laser conforme à l'invention. Les Figures 2A et 2B sont des courbes illustrant respectivement la forme du signal d'alimentation de la lampe de pompage associée au barreau laser et du faisceau laser.Figure 1 is a schematic view of an exemplary embodiment of a laser apparatus according to the invention. Figures 2A and 2B are curves respectively illustrating the shape of the power supply signal of the pump lamp associated with the laser bar and the laser beam.
Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 1, l'objet de l'invention concerne un appareil laser 1 comportant un barreau laser 2 monté dans une cavité optique 3. Conformément à l'invention, le barreau laser 2 est un cristal d'oxyde d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme ayant comme formule chimique Nd:YALU3. Ce barreau laser est désigné également sous le nom de YALO (Yttrium aluminium oxyde) ou YAP (yttrium aluminium pérovskite). Un tel barreau laser rayonne normalement à des valeurs de longueur d'onde égale à 1,07 ou 1,34 μm.As is more particularly apparent from FIG. 1, the subject of the invention relates to a laser apparatus 1 comprising a laser bar 2 mounted in an optical cavity 3. According to the invention, the laser bar 2 is a doped aluminum and yttrium oxide crystal with neodymium having the chemical formula Nd: YALU 3 . This laser bar is also referred to as YALO (Yttrium Aluminum Oxide) or YAP (Yttrium Aluminum Perovskite). Such a laser bar normally radiates at wavelengths of 1.07 or 1.34 μm.
L'appareil laser 1 comporte également des moyens 4, 5 de sélection pour favoriser l'émission d'un faisceau laser 6 à une longueur d'onde de 1,34 μm. Ces moyens de sélection comportent par exemple un résonateur constitué de deux miroirs 4 et S disposés de part et d'autre du barreau laser 2. Ce résonateur 4, 5 est conçu pour sélectionner la longueur d'onde du
rayonnement lumineux émis par le barreau laser 2 de manière à favoriser l'émission à la longueur d'onde de 1,34 μm. Les miroirs 4 et 5 possèdent ainsi des coefficients de réflexion optimisés pour respectivement favoriser l'émission à 1,34 μm et empêcher l'émission à 1,07 μm. Le barreau laser fonctionne en émission libre dite relaxée avec des impulsions de durée proche de la durée d'excitation et toute énergie laser est émise à la longueur d'onde de 1,34 μm.The laser apparatus 1 also comprises means 4, 5 of selection to promote the emission of a laser beam 6 at a wavelength of 1.34 microns. These selection means comprise for example a resonator consisting of two mirrors 4 and S disposed on either side of the laser bar 2. This resonator 4, 5 is designed to select the wavelength of the light radiation emitted by the laser bar 2 so as to promote the emission at the wavelength of 1.34 microns. The mirrors 4 and 5 thus have reflection coefficients optimized to respectively promote the emission at 1.34 microns and prevent emission to 1.07 microns. The laser bar operates in so-called free emission relaxed with pulses of duration close to the duration of excitation and all laser energy is emitted at the wavelength of 1.34 microns.
Le faisceau laser 6 est focalisé par l'intermédiaire d'une lentille 7 sur l'entrée d'une fibre optique 8 qui le transmet jusqu'au tissu à traiter. L'appareil laser 1 comporte également une lampe de pompage 10 montée dans la cavité optique 3 de manière contiguë au barreau laser 2. Cette lampe de pompage 10 constitue ainsi une source de lumière pour le transfert d'énergie au barreau laser 2. La lampe de pompage 10 est une lampe flash ou toute autre source de lumière adaptée. L'appareil laser 1 comporte également des moyens d'excitation 11 pour alimenter la lampe de pompage 10 en vue qu'elle produise des impulsions de lumière intermittente. Ces moyens d'excitation 11 comportent de manière classique, une source d'alimentation 13 à courant continu raccordée aux bornes de la lampe de pompage 10 à l'aide d'un interrupteur électronique commandé 15. La commande de l'interrupteur électronique 15 permet d'assurer le fonctionnement du faisceau laser en régime impulsionnel. Un condensateur de filtrage 16 est monté en parallèle sur la lampe de pompage 10 afin de lisser le courant délivré par la source d'alimentation 13. Conformément à l'invention, les moyens d'excitation 11 alimentent la lampe de pompage 10 à l'aide d'un signal impulsionnel S tel qu'illustré à la Fig. 2A. Le signal impulsionnel S est constitué par une série d'impulsions I présentant une fréquence F égale à 1/T, comprise entre 1 et 200 Hz et comprise avantageusement entre 1 et 100 Hz avec T la période d'une impulsion I. La durée t de chaque impulsion I est comprise entre 100 μs et 0,999 s.
Conformément à l'invention, il doit être considéré que chaque impulsion I est composée d'une série d'impulsions de hachage i possédant une fréquence de hachage f égale 1/Ti supérieure ou égale à 10 KHz et de préférence comprise entre 10 kHz et 100 kHz, avec Ti, la période d'une impulsion de hachage. Les impulsions de hachage i possèdent une durée de hachage ti comprise entre 5 μs et 100 μs.The laser beam 6 is focused by means of a lens 7 on the input of an optical fiber 8 which transmits it to the tissue to be treated. The laser apparatus 1 also comprises a pump lamp 10 mounted in the optical cavity 3 contiguously to the laser bar 2. This pump lamp 10 thus constitutes a light source for the energy transfer to the laser bar 2. The lamp pump 10 is a flash lamp or any other suitable light source. The laser apparatus 1 also comprises excitation means 11 for supplying the pump lamp 10 with a view to producing pulses of intermittent light. These excitation means 11 comprise, in a conventional manner, a DC power source 13 connected to the terminals of the pump lamp 10 by means of a controlled electronic switch 15. The control of the electronic switch 15 enables to ensure the operation of the laser beam in pulsed mode. A filtering capacitor 16 is connected in parallel with the pump lamp 10 in order to smooth the current delivered by the supply source 13. According to the invention, the excitation means 11 supply the pump lamp 10 to the pump 10. using a pulse signal S as illustrated in FIG. 2A. The pulse signal S is constituted by a series of pulses I having a frequency F equal to 1 / T, between 1 and 200 Hz and advantageously between 1 and 100 Hz with T the period of a pulse I. The duration t each pulse I is between 100 μs and 0.999 s. According to the invention, it must be considered that each pulse I is composed of a series of hashing pulses i having a hash frequency f equal to 1 / Ti greater than or equal to 10 KHz and preferably between 10 kHz and 100 kHz, with Ti, the period of a hash pulse. The hash pulses i have a hash duration ti between 5 μs and 100 μs.
Selon une caractéristique préférée de réalisation, la durée Ti - ti de chaque impulsion i, c'est-à-dire la différence entre les valeurs de la période Ti d'une impulsion de hachage i et de la durée de hachage ti est inférieure au temps de relaxation du faisceau laser. Par exemple la durée Ti - ti est inférieure ou égale à 100 μs.According to a preferred embodiment, the duration Ti - ti of each pulse i, that is to say the difference between the values of the period Ti of a hash pulse i and the hash duration ti is less than relaxation time of the laser beam. For example, the duration Ti - ti is less than or equal to 100 μs.
Il doit être compris que chaque impulsion I du signal de commande S est en réalité une succession d'impulsions de hachage i. Tel que cela ressort clairement de la Hg. 2B, chaque impulsion de commande I permet d'obtenir une onde O du faisceau laser 6, présentant une valeur déterminée quasi- continue. Ce type de commande permet de tenir compte du temps de relaxation des tissus afin d'optimiser les actions du faisceau laser.It should be understood that each pulse I of the control signal S is actually a succession of hashing pulses i. As is clear from the Hg. 2B, each control pulse I makes it possible to obtain a wave O of the laser beam 6, having a determined value that is almost continuous. This type of control makes it possible to take into account the relaxation time of the tissues in order to optimize the actions of the laser beam.
Selon une caractéristique préférée de réalisation, les moyens d'excitation 11 alimentent la lampe de pompage par un signal impulsionnel avec des impulsions de hachage i possédant pour chaque impulsion, des durées ti différentes. Selon une caractéristique préférée de réalisation, au moins la première impulsion de hachage i possède pour chaque impulsion I, une durée ti supérieure aux durées ti des autres impulsions de hachage appartenant à la même impulsion. Par exemple, pour chaque impulsion I, la durée de la première impulsion de hachage i est comprise entre 80 μs et 150 μs, alors que la durée des autres impulsions de hachage i est comprise entre 5 μs et 80 μs. Une impulsion de hachage i présentant une telle durée supérieure aux impulsions de hachage i suivantes permet d'obtenir un effet anesthésiant suivi par un effet de traitement. L'appareil laser 1 présente par exemple une puissance de sortie de l'ordre de 30 Watts et une puissance crête de 3 kW.
L'appareil laser 1 selon l'invention permet d'optimiser le compromis entre la longueur d'onde fixée à 1,34 μm, la forme de l'onde du faisceau laser et la puissance délivrée. L'appareil laser 1 selon l'invention présente ainsi une polyvalence sur l'ensemble des tissus à traiter. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
According to a preferred embodiment, the excitation means 11 supply the pump lamp with a pulse signal with chopping pulses i having different times ti for each pulse. According to a preferred embodiment, at least the first hash pulse i has for each pulse I, a duration ti greater than the durations ti of the other hash pulses belonging to the same pulse. For example, for each pulse I, the duration of the first hash pulse i is between 80 μs and 150 μs, while the duration of the other hash pulses i is between 5 μs and 80 μs. A hash pulse i having such a duration greater than the following hashing pulses i provides an anesthetic effect followed by a treatment effect. The laser device 1 has for example an output power of the order of 30 Watts and a peak power of 3 kW. The laser apparatus 1 according to the invention makes it possible to optimize the compromise between the wavelength set at 1.34 μm, the shape of the wave of the laser beam and the power delivered. The laser apparatus 1 according to the invention thus has a versatility on all the tissues to be treated. The invention is not limited to the examples described and shown because various modifications can be made without departing from its scope.
Claims
1. Appareil pour assurer l'émission puisée d'un faisceau laser (6), l'appareil comportant :Apparatus for the pulsed emission of a laser beam (6), the apparatus comprising:
- un barreau laser (2) monté dans une cavité optique, ce barreau laser étant un cristal d'oxyde d'yttrium et d'aluminium dopé au Néodyme,a laser bar (2) mounted in an optical cavity, this laser bar being a crystal of yttrium oxide and aluminum doped with neodymium,
- des moyens (4, 5) de sélection pour favoriser l'émission du faisceau laser à une longueur d'onde de 1,34 μm,selection means (4, 5) for promoting the emission of the laser beam at a wavelength of 1.34 μm,
- une lampe de pompage (10) montée dans la cavité optique et contiguë au barreau laser, cette lampe de pompage (10) constituant une source de lumière pour le transfert d'énergie au barreau laser,a pump lamp (10) mounted in the optical cavity and contiguous to the laser bar, this pump lamp (10) constituting a light source for the transfer of energy to the laser bar,
- des moyens d'excitation (11) aptent à produire un signal impulsionnel (S) pour alimenter la lampe de pompage (10) et produire des impulsions de lumière intermittentes, caractérisé en ce que le signal impulsionnel (S) produit par les moyens d'excitation (11) pour alimenter la lampe de pompage (10) comporte pour chaque impulsion (I), au moins une première impulsion de hachage (i) possédant une durée (ti) supérieure aux durées des impulsions de hachage suivantes appartenant à la même impulsion.- excitation means (11) capable of producing a pulse signal (S) for supplying the pump lamp (10) and producing intermittent light pulses, characterized in that the pulse signal (S) produced by the pulse means excitation (11) to supply the pump lamp (10) comprises for each pulse (I), at least one first hash pulse (i) having a duration (ti) greater than the duration of the following hash pulses belonging to the same impulse.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal impulsionnel (S) comporte des impulsions de hachage (i) possédant pour chaque impulsion (I), des durées (ti) différentes.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pulse signal (S) has hash pulses (i) having different durations (ti) for each pulse (I).
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal impulsionnel (S) présentant une fréquence (F) comprise entre 1 et 200 Hz, chaque impulsion (I) étant composée d'une série d'impulsions de hachage (i) possédant une fréquence de hachage (f) supérieure ou égale à 10 KHz, et une durée de hachage (ti) comprise entre 5 μs et 100 μs.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse signal (S) having a frequency (F) between 1 and 200 Hz, each pulse (I) being composed of a series of hashing pulses ( i) having a hash frequency (f) greater than or equal to 10 KHz, and a hash duration (ti) of between 5 μs and 100 μs.
4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour chaque impulsion (I), la durée d'au moins la première impulsion de hachage (i) est comprise entre 80 μs et 150 μs alors que la durée des autres impulsions de hachage est comprise entre 5 μs et 80 μs. 4. Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that for each pulse (I), the duration of at least the first hash pulse (i) is between 80 μs and 150 μs while the duration other hash pulses are between 5 μs and 80 μs.
5. Appareil selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les impulsions de hachage (i) possèdent une fréquence de hachage (f) comprise de préférence entre 10 kHz et 100 kHz.5. Apparatus according to one of claims 3 or 4, characterized in that the hash pulses (i) have a hash frequency (f) preferably between 10 kHz and 100 kHz.
6. Appareil selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le signal impulsionnel (S) possède une fréquence (F) comprise de préférence entre 1 et 100 Hz, la durée (t) de chacune des impulsions (I) étant comprise entre 100 μs et 0,999 s.6. Apparatus according to one of claims 3 to 5, characterized in that the pulse signal (S) has a frequency (F) preferably between 1 and 100 Hz, the duration (t) of each of the pulses (I). being between 100 μs and 0.999 s.
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la différence entre les valeurs de la période (ti) d'une impulsion de hachage (i) et de la durée de hachage (ti) est inférieure au temps de relaxation du barreau laser (2).7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the difference between the values of the period (ti) of a hashing pulse (i) and the hash duration (ti) is less than the relaxation time of the laser bar. (2).
8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la différence entre les valeurs de la période (ti) d'une impulsion de hachage (i) et de la durée de hachage (ti) est inférieure ou égale à 100 μs. 8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the difference between the values of the period (ti) of a hash pulse (i) and the hash duration (ti) is less than or equal to 100 μs.
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