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一种用于治疗BPH的装置，包括用于产生峰值波长范围为920至960nm且平均输出功率大于200W的激光辐射的激光二极管模块。该装置可以以连续波模式操作并且可包括用于将由该激光二极管模块产生的激光辐射引导至人类前列腺组织的光学应用纤维，使得激光辐射在人类前列腺组织中的光点直径为0.8mm2至1.5mm2，并且激光辐射在人类前列腺组织中的穿透深度为3mm至6mm。该装置能够产生厚度为3.5mm至6mm的热损伤层。本发明还包括具有高三维气化速率的相应方法

1.  一种用于治疗良性前列腺增生的装置，包括：
激光二极管模块，其被构造为产生峰值波长范围为920nm至960nm且平均输出功率大于200W的激光辐射；以及
光学应用纤维，其被构造为将由所述激光二极管模块产生的所述激光辐射引导至人类前列腺组织，使得所述激光辐射在所述人类前列腺组织处的光点直径为0.8mm²至1.5mm²且在所述人类前列腺组织中的穿透深度为3mm至6mm，
其中，所述装置被构造为在所述人类前列腺组织中产生厚度为3.5mm至6mm的热损伤层，并且其中所述装置以连续波模式操作。

2.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光辐射的平均输出功率为大于250W。

3.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光辐射的平均输出功率为大于2kW。

4.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置被构造为以50kW/cm³至500kW/cm³的三维激光功率密度朝向所述人类前列腺组织辐照所述激光辐射。

5.  根据权利要求1所述的装置，其中，可同时治疗的人类前列腺组织的体积为1mm³至40mm³。

6.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置被构造为获得5mm³/s至100mm³/s的三维组织消融速率。

7.  利用激光辐射进行组织消融的装置，所述组织优选为人类前列腺组织，所述装置包括：
激光辐射发生器，其具有激光二极管，所述激光二极管用于产生波长为800nm至1000nm的激光辐射；
连接器(9)，其用于连接光学应用纤维(10)，所述光学应用纤维用于将所述激光辐射递送至所述组织(19)；并且所述激光辐射的平均输出功率大于150W。

8.  根据权利要求7所述的装置，其中，所述激光辐射的平均输出功率为大于200W、250W、300W、500W、1kW或2kW。

9.  根据权利要求7或8中任一项所述的装置，其中，所述峰值波长处于最小值为850或900或920或930nm和/或最大值为980或960或950nm的范围内。

10.  根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中，所述激光辐射是连续波或脉冲长度与循环时间之比大于0.9或0.95。

11.  根据权利要求7至10中任一项所述的装置，其中，所述光学应用纤维(10)连接于所述装置，利用其可以将所述激光辐射朝向所述组织(19)以小于10mm²或8mm²或6mm²或4mm²或3mm²或2mm²或1mm²和/或大于0.5mm²或0.7mm²或0.8mm²的光点直径进行辐照。

12.  根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其中，所述光学应用纤维(10)连接于所述装置(1)，利用其可以将所述激光辐射朝向所述组织(19)以小于500kW/cm³或400kW/cm³或300kW/cm³或200kW/cm³或100kW/cm³和/或大于50kW/cm³或70kW/cm³的三维激光功率密度进行辐照。

13.  根据权利要求7至12中任一项所述的装置，其中，所述激光辐射在人类前列腺组织(19)中的穿透深度优选大于2mm或3mm或4mm或5mm和/或小于6mm或5mm或4mm。

14.  根据权利要求7至13中任一项所述的装置，其中，可同时治疗的人类前列腺组织(19)的体积大于1mm³或3mm³或5mm³或10mm³或20mm³和/或小于40mm³或30mm³或20mm³或10mm³或5mm³。

15.  根据权利要求7至14中任一项所述的装置，其中，所述装置产生的三维组织消融速率为大于5mm³/s或10mm³/s或20mm³/s或30mm³/s或40mm³/s或50mm³/s或75mm³/s或100mm³/s。

16.  根据权利要求7至15中任一项所述的装置，其中，所述装置能够产生厚度为2至6mm的热损伤层。

用于治疗BPH和用于组织消融的装置
技术领域
本发明涉及用于治疗良性前列腺增生(“BPH”)和用于组织消融的装置和方法。
背景技术
BPH是指人的前列腺增大，其经常在老年男性中发生。授予Davenport等人的美国专利公开第2003/0135205号(“Davenport”)披露了利用Nd:YAG激光在1064nm处产生激光辐射来治疗BPH。该激光的频率倍增以获得532nm的波长。为了获得合适的频率倍增效率，需要以脉冲模式操作装置。这样，激光就能够达到高峰值强度，而这会导致获得合适的频率倍增效率。
532nm的波长在存在于组织中的血红蛋白中具有高吸收率，这使得穿透深度小至0.8mm。待处理组织表面中的激光辐射的集中会导致气化速率高。在Davenport专利中，将其与1064nm波长相比较，其中在较深的穿透深度处难以发现任何气化。这是非常不希望发生的，因为这会引起组织热损伤而不是除去组织。
德国专利申请公开DE10 2006 037289 A1公开了一种通过二极管激光辐射的方式实施组织气化的装置。具体地，其公开了以可变的脉冲间歇比(pulse pause ratio)以脉冲模式或以脉冲列来发射激光。可变的脉冲结构被描述为有利于避免经辐射的组织发生不希望的碳化。这是由于特意降低辐射脉冲之间的组织温度，并在脉冲过程中同时提供高气化质量。
Wendt-Nordahl，G等的题为“980nm Diode Laser：A Novel LaserTechnology for Vaporization of the Prostate”的科学出版物，Eur Urol2007披露了在体外猪肾中以连续波(“CW”)模式凝结(coagulation)区深度显著大于脉冲模式。
此外，M.Seitz等的题为“Der Dioden Laser，Ex VivoUntersuchungen zu den Vaporisations-und Koagulationseigenschalten”的出版物，Urologe A 2007，46：1242-1247公开了对于980nm激光，当在980nm波长处使激光辐射从30瓦增加到100瓦时，凝结深度从5.7nm增加到不可接受的10.2mm。
当试图减少患者的治疗时间时，可以考虑如Davenport的专利中披露的试图增加激光系统的功率。然而，这种方法是不合乎需要的，因为其使治疗后出血的可能性增加。人们发现这是由于表面组织的爆炸样气化，其机械地影响到位于较深层的组织使得该组织开始出血。这是非常不希望发生的，因为这样的出血通常会在治疗患者后引起并发症。
由于532nm的波长被强力吸收，尤其是在(存在于血液中的)血红蛋白中，血含量高的组织会被气化并且由于爆炸样气化而被机械地破坏。这种效应还会导致不希望的出血。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种激光系统，其一方面与现有技术相比能够减少患者的治疗时间，同时还可避免发生可能性较高的不希望的出血。
本发明的目的通过用于治疗BPH的装置得以实现，该装置包括用于产生峰值波长范围为920nm至960nm且平均输出功率大于200W的激光辐射的激光二极管模块。该装置还包括用于将由激光二极管模块产生的激光辐射引导至人类前列腺组织的光学应用纤维(optical application fiber)。操作该装置以在人类前列腺组织处获得0.8mm²至1.5mm²的激光辐射光点直径(spot size)；并且在人类前列腺组织处获得3mm至6mm的激光辐射穿透深度。此外，该装置能够产生厚度为3.5mm至6mm的热损伤层，并且该装置以连续波模式操作(或运行，operate)。
本发明还包括一种治疗BPH的方法，其中用内窥(或内向，endoscopic)激光辐射引导纤维将激光辐射施加于人类前列腺组织。激光辐射的功率为至少200W并且峰值波长范围为920nm至960nm，并且该激光辐射以连续波模式施加。激光辐射在人类前列腺组织表面上的光点直径为0.8mm²至1.5mm²；在人类前列腺组织中的穿透深度范围为3mm至6mm；并且所产生的热损伤组织的厚度范围为3.5mm至6mm。
本发明还包括一种治疗BPH的方法，其中用内窥激光辐射引导纤维将激光辐射施加于前列腺组织，使得前列腺组织的表面区域被气化；而在与该表面区域相比更远离内窥激光辐射引导纤维的区域中，该组织发生热损伤。此外，三维气化速率(three dimensionalvaporization rate)为以下至少之一：大于5mm³/s；大于10mm³/s；大于20mm³/s；大于30mm³/s；大于40mm³/s；大于50mm³/s；大于75mm³/s；以及大于100mm³/s；且平均激光功率为大于100W。
本发明还包括用激光辐射实施组织消融(ablation，切除)的装置，该装置包括具有激光二极管的激光辐射发生器，该激光二极管用于产生波长为800nm至1000nm的激光辐射。该装置还包括用于连接光学应用纤维的连接器，该光学应用纤维用于将激光辐射递送至组织；并且激光辐射的平均输出功率为大于150W。
在本发明的一种实施方式中，可以用波长为920nm至960nm(例如940nm)的激光辐射来治疗BPH。在该波长范围内，与532nm的波长相比，在水中的吸收大约高100倍。然而，与532nm的波长相比，在血红蛋白中的吸收大约低50倍。
具体而言，由于在血红蛋白中的吸收减少，在该波长处光的穿透深度较高。尽管如此，我们发现对于大于150瓦的输出功率可以达到良好的气化速率。
我们发现，平均激光功率增加后，组织发生热损伤但不发生气化的区域减少。然而，在该热损伤区域中会发生凝结。为了避免组织出血，希望发生凝结，至少是在某些厚度中发生凝结。凝结的组织封住了血管并由此能够避免由于激光辐射而被气化的组织出血。我们还发现可将其中发生凝结的热损伤区域(的厚度)控制为具有3.5至6mm的值。3.5mm的值足以避免发生出血，而6mm的值足够小从而在不发生气化的情况下不会对组织构成太大的损伤。
此外，与有些公开的文献相反，我们发现，连续波模式与脉冲模式相比是有利的。在连续波模式中，平均激光功率对于给定的最大(或上线，maximum)输出功率而言是最大的。这对于获得较高的平均功率是尤其有用的，如上文所述，其能够用于获得期望范围(3.5至6mm)的热损伤区域厚度。因此，优选采用连续波的激光辐射。具体而言，对于大于150W的平均激光功率，热损伤区的厚度可以在3.5至6mm的优选范围内。
该装置提供有光学应用纤维。可以将该纤维插入到内窥镜中从而向待治疗组织提供激光辐射。该激光辐射的光点直径优选在0.8mm²至1.5mm²范围内。这一方面导致光点直径足够小从而具有足够集中可提供气化的激光辐射。而另一方面，其导致辐射覆盖的面积足够大从而提供较短的治疗时间，因为可以同时治疗较大体积量的组织。
同时治疗大量组织还借助于到达组织中3至6mm的穿透深度来实现。该穿透深度由离开组织表面的距离来限定，在此处激光辐射强度已下降到初始值的1/e。
输出功率也可以大于200、250、300、500、1000或2000瓦。由于光的穿透深度为几毫米，因此耦合(couple)于组织的能量不会导致爆炸样气化(explosion-like vaporization)，但是会导致可在显著更高的功率下进行更加可控的气化。
利用该激光装置，可将激光辐射施加于一定体积的组织。当假定治疗的组织与光点直径(或光点大小，spot size)乘上穿透深度所得到的体积基本上对应时，发现三维激光功率密度优选为小于500kW/cm³。更优选三维激光功率密度为小于100kW/cm³。可以估计在三维激光功率密度为500kW/cm³时，开始出现组织的上述机械损伤，其导致不希望的出血。为了处于不会出现这种机械损伤的范围内，其优选保持为低于500kW/cm³或者甚至低于100kW/cm³。
然而，为了具有可实现较短治疗时间的足够的气化，希望采用大于50kW/cm³的三维激光功率密度。估计气化在约40kW/cm³的三维激光功率密度下开始出现。
由于相对较高的穿透深度，能够同时治疗大于1mm²或甚至达到大于20mm²的人类前列腺组织。在该治疗涉及的体积组织内，激光辐射强度大于在具有最大强度的特定位置处的最大强度的1/e。
优选使该装置适合于具有大于5mm³/秒或甚至达到大于50或100mm³/秒的三维组织消融速率。这会导致显著缩短治疗时间。例如，如果移除10g的组织，在三维组织消融速率为100mm³/秒下，治疗将仅持续100秒。
在用于治疗BPH的方法中，激光辐射通过内窥激光辐射引导纤维被施加于前列腺组织。在表面区域中，该前列腺组织被气化而在与该表面区域相比更远离该激光辐射引导纤维的区域中，该组织发生热损伤。然而，三维气化速率大于5mm³/秒或甚至达到大于100mm³/秒。在这种情况下，激光功率应高于100W。甚至可以高达2kW。
该激光辐射优选具有800nm至1000nm的峰值波长。在该范围内，由于相对高的几毫米的穿透深度，能够实现较高的组织气化速率，这会导致可以同时治疗较大体积的组织。优选波长大于850、900或920或930nm和/或小于990nm、980nm、970nm、960nm或950nm。
激光辐射优选为连续波或脉冲长度与循环时间(cycle length)之比大于0.9或0.95。治疗过程中平均功率与最大功率之比优选大于0.9或0.95。
激光辐射朝向组织进行辐射，其中在组织表面上的光点直径小于10mm²。优选表面光点直径大于0.8mm²。在一种特定实施方式中，光点直径为约1.0mm²至1.5mm²。
穿透深度可通过改变波长(优选在800mm至1000mm的波长范围内)来控制。这里穿透深度大于2mm和/或小于6mm是优选的。
在采用激光辐射进行组织(优选人类前列腺组织)消融的一种特定实施方式中，该装置发射800mm至1000mm的二极管激光系统的激光辐射。该装置具有用于连接光学应用纤维的连接器。利用该纤维可将该辐射施加于组织。平均输出功率优选大于150W，从而具有不大于6mm的热损伤区。任何上述或下述选项也适用于该实施方式。
该组织可以是任何活组织，优选人类组织，甚至更优选形成较大体积的器官或病理学实体(pathologic entity)的任何组织，甚至更优选血液较充沛的组织。例如可以是，但不限于，任何良性或恶性增生组织，例如任何宿主器官的肌瘤，或脑瘤；而且还有具有其他病状而导致需要对其实施气化的器官体(organ mass)，优选主质器官，例如肾脏或肝脏等。
平均激光功率例如可达大于200W或甚至大于2kW。优选波长大于850nm、900nm或920nm或930nm和/或小于990nm、980nm、970nm、960nm或950nm并优选采用CW模式。
纤维可以是裸纤维或侧烧纤维(side-firing fiber)。通常优选侧烧纤维。
与现有技术相比，利用上述装置和方法可以在相对短的时间内治疗BPH患者，并同时避免出血或超过需要的过度热损伤。
附图说明
图1示出了根据本发明的一种示例性实施方式的激光装置的示意图。
图2a示出了根据本发明的一种示例性实施方式，在组织中的纤维的横截面图。
图2b示出了根据本发明的一种示例性实施方式，治疗组织中的不同区域。
图3示出了根据本发明的一种示例性实施方式，治疗后的狗前列腺的横截面图，其中标示出了不同的区域。
图4示出了根据本发明的一种示例性实施方式，关于依赖于平均激光功率的凝结区厚度d的图表。
具体实施方式
以下提供了本发明的示例性实施方式。这些实施方式包括用于治疗BPH的装置，该装置具有：用于产生峰值波长范围为920nm至960nm且平均输出功率大于200W的激光辐射的激光二极管模块，其中该装置以连续波模式操作；以及用于将由激光二极管模块产生的激光辐射引导至人类前列腺组织的光学应用纤维，使得在人类前列腺组织处获得0.8mm²至1.5mm²的激光辐射光点直径；并且在人类前列腺组织中获得3至6mm的激光辐射穿透深度；其中该装置能够产生厚度为3.5mm至6mm的热损伤层。本发明还包括一种对应的具有较高三维气化速率的方法以及一种用于消融组织的装置。
在图1中，示出了具有激光二极管模块7的装置1。激光二极管模块7的功率供给模块(或供电模块，power supply module)作为部件(或项目，item)2示出。部件3是指中央处理单元。部件4为用于为装置1提供电流的电子元件。部件6为热交换器而部件5为冷却液的容器。装置1本身不需外部液体冷却(例如水冷却器)而是可以进行空气冷却。通入到装置1中的空气通过在热交换器6中的相互作用而使冷却液冷却。部件11是显示屏和某些控制器件(或控制设备，control means)，使用者能够通过借助这些控制器件来控制该装置的操作(或运行，operation)。
激光二极管模块7发射(或辐射、辐照，irradiate)激光辐射，其经由光学器件8连接到该装置的连接器端口9。在图1中，示出了用于引导激光辐射的纤维10。该纤维可以具有直径为400μm、500μm、600μm或更大的光导芯(light guiding core)。
激光二极管模块7包括多个激光二极管，它们的辐射一起耦合形成能够耦合至纤维10中的光束。
该激光辐射的波长为940±5、10或20nm，但也可以使用800nm-1000nm范围内的其他波长。以下对于940nm波长的阐述是800nm-1000nm波长的一个举例。
激光模块7能够以连续波模式输出高达250瓦的激光功率。然而，该输出功率可通过操作中央处理单元3而下降。
图2a中示出了纤维10的横截面。纤维10通过内窥装置16而提供。该内窥装置16能够将液体17提供于激光辐射的施加区中从而清洁该区域。还可通过内窥镜16除去液体17从而除去消融的组织残余物。纤维10伸出内窥镜16的末端之外以使能够在内窥镜16的末端前方将激光辐射施加于组织。在图2a中示出了向内窥镜的纵轴的侧面发射辐射的侧烧纤维。在伸出内窥镜16的纤维10的末端周围提供有待治疗组织19。纤维10和组织19之间具有通过内窥镜16引入的液体17，从而产生内窥镜16的末端可在其中移动的腔体。这使得可将纤维10定位于适当的区域。在图2a中，示出了零点位于组织19的表面处的轴z。
在治疗后，例如，沿着如图2a所示的方向z，前列腺组织的不同区域可如图2b所示被鉴定。在接近于初始表面处发现了气化组织的区域25，其中该组织已经被除去。该区域被称为表面区域，因为最初其紧邻组织的表面。在区域25和26之间，可以具有一些碳化的组织。在厚度为d的区域26中，组织发生热损伤，即，发生凝结。在区域27中，组织未发生变化。
在图3中，示出了经940nm和200瓦CW激光辐射治疗后的狗前列腺的横截面30的一个实施例。为了便于定向，示出了图2a和图2b中的z轴。(表面)区域25没有组织并且示出了组织被除去的位置。在区域28中可以发现气化组织的一些组织残余物或一些稍微碳化的组织。在区域26中，鉴定了凝结的(热损伤的)组织。区域27指未改变的组织。层26的厚度d范围为2-6mm。
图4a示出了以瓦特计的平均功率与热损伤或凝结区厚度d之间的关系的图表。图4a中示出的测量所基于的数据在图4b的表中示出。如所示，与连续的200瓦模式的脉冲模式相比，以CW模式能够获得显著减小的热损伤区域的厚度。在研究中，以输出功率为200瓦的连续波模式在940nm下对五只狗的前列腺进行活体内治疗，治疗时间为30秒。施加的总能量为6000焦耳。发现消融深度为5.5mm至6mm且该深度遍及约15mm的消融长度(该长度是沿纤维长度测量的)。总体上，大约600-800mm³的体积被消融。发现凝结深度为约4mm，其足以防止出血并且在不消融的情况下不会对前列腺构成严重伤害。
本发明的另一实施方式包括一种利用激光辐射消融组织的装置。该装置包括具有激光二极管的激光辐射发生器，激光二极管用于产生激光辐射，该激光辐射的波长为800nm至1000nm；以及用于连接将激光辐射递送至组织的光学应用纤维的连接器。该装置的激光辐射的平均输出功率为大于150W。
在该实施方式中，激光辐射的平均输出功率可以为大于200W和/或大于2kW。峰值波长处于最小值为850nm；900nm；920nm；和930nm之一；以及最大值为：980nm；960nm；以及950nm之一的范围内。激光辐射可以是连续波或脉冲长度与循环时间之比大于0.9或0.95的脉冲模式。光学应用纤维连接于该装置，利用光学应用纤维可使激光辐射朝向组织进行辐照，其中光点直径小于10mm²和/或大于0.5mm²。光学应用纤维连接于该装置，利用光学应用纤维可使激光辐射朝向组织进行辐照，其中三维激光功率密度小于500kW/cm³和/或大于50kW/cm³。该激光辐射在组织中的穿透深度大于2mm和/或小于6mm。可同时治疗的组织的体积大于1mm³和/或小于30mm³。而且，该装置产生的三维组织消融速率大于5mm³/s和/或大于100mm³/s。该装置还能够产生厚度为2mm至6mm的热损伤层。