CN108463192B - 图案激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明在于一种图案激光器，其包括多个激光装置，每个激光装置将治疗激光束发射到光纤束的光纤中。光耦合模块与每个激光装置和每个光纤相关联，用于将治疗激光束耦合到相关联的光纤中。控制器通过选择性地打开或关闭一个或多个激光装置来控制激光装置的运行，从而在光纤束的远离激光装置的端部处形成激光治疗图案。输送系统将来自光纤束的输出成像到治疗区域。

Description

图案激光器
技术领域
本发明涉及激光装置领域，特别涉及用于治疗眼睛问题的眼科激光装置。本发明还涉及使用眼科激光装置的方法。
背景技术
激光治疗已被广泛接受为许多眼科问题的首选方式。例如，使用氩离子激光的全视网膜光凝(PRP)已被用于治疗糖尿病性视网膜病变。糖尿病性视网膜病变是全世界工作年龄阶段成年人视力损害的主要原因。多年以来，PRP已经提供了降低患增殖性糖尿病性视网膜病变的病人中的严重视力丧失的风险的有效疗法。最近，图案扫描激光器已经发展成为PRP的更有效的替代方案。
典型的图案扫描激光器在名称为“Patterned Laser Treatment of the Retina”并颁发给Leland Stanford Junior University的信托理事会的美国专利号7766903中进行了描述。图案扫描激光器产生输出光斑，该光斑以可选择的图案在视网膜上的位置间顺序移动。扫描仪用于引导激光光斑。治疗系统根据特定图案以光栅扫描的方式进行操作。
另一个示例在名称为“Ophthalmic Laser Treatment Apparatus”并且颁发给Nidek Co.Ltd的美国专利号8512319中进行了描述。该专利描述了一种系统，该系统包括单独的手持式机壳和容纳激光单元的主单元。光纤束将主单元连接到手持单元。控制主单元中的扫描仪以将来自激光单元的激光束以可选方式引导到光纤束的面上。图案通过手持单元中的光学元件从光纤束出口成像到视网膜上。
名称为“Multiple Spot Photomedial Treatment using a Laser IndirectOphthalmoscope”并且由Anderson等人提交的美国专利公开号20070121069描述了产生多光斑图案或扫描图案的光束倍增器。光束倍增器被描述为包括透镜和反射镜的各种组合，以将单个输入光束扫描到多个点或将单个输入光束分成多个输出光束。
转让给Reliant Technologies Inc的美国专利7090670描述了一种沿着主扫描方向扫描光束阵列同时在副扫描方向上抖动的方法。Reliant Technologies实施方式通过将激光束输送通过光纤的线性阵列并机械地扫描目标上的线性阵列来改善扫描时间。该布置比现有技术中的一些更快，但由于需要对光束的方向进行物理调整，所以缺乏灵活性。
由Reliant Technologies Inc在国际公开号WO 03/049892中描述了另一种激光治疗装置。该出版物描述了将多个激光束组合成单个治疗光束。每个激光束至少有一个不同的参数。该想法是，特定的激光束可以打开或关闭，以产生具有所需特定参数组的组合激光束。该装置不会产生图案扫描激光。
上面确认的已知的系统具有许多缺点。那些基于光束扫描的装置通常使用昂贵的电流扫描装置。将电流扫描仪维持在可靠的工作状态还有很大的维护成本。即使使用其他装置来降低成本，例如US20070121069的反射镜和透镜，扫描视网膜上的图案上的光斑所花费的时间显著限制了可用的治疗。
输送图案所需的时间受到生成该图案所花费的时间的限制，该时间是输送的光斑的数量和每个光斑的停留时间与光斑之间的扫描时间的总和的乘积。对于典型的图案扫描激光器，光斑之间的扫描时间大约需要1毫秒，并且每个光斑的典型停留时间大约为20毫秒。短于10毫秒的持续时间的停留时间不是优选的，因为短脉冲暴光导致破坏性而不是热组织相互作用。这降低了治疗窗口的范围，这意味着外科医生失去了预测用于有效光凝的剂量测定的能力。对于除了限制于少于约10个光斑的图案以外的所有图案，曝光持续时间超过30毫秒会使总治疗时间延长到超出实用限制。
需要一种替代解决方案来延伸图案扫描激光器在眼科中的有用性。
发明内容
在一种形式中，尽管它不必是唯一的或实际上最宽的形式，但本发明在于一种眼科图案激光器，包括：
多个激光组件，每个激光组件至少包括发射治疗激光束的治疗激光装置；
光纤，与每个激光组件相关联，光纤布置成光纤束；
光耦合模块，与每个激光组件和每个光纤相关联，其中光耦合模块将治疗激光束耦合到相关联的光纤中；
控制器，通过选择性地打开或关闭一个或多个激光装置来控制激光装置的运行，以便在远离治疗激光装置和瞄准激光装置的光纤束的端部处形成激光光斑的激光治疗图案；和
输送系统，将光纤束的输出成像到治疗区域。
在本发明的优选形式中，输送系统以单次曝光同时输送激光治疗图案的所有激光光斑。在替代形式中，顺序输送激光治疗图案的激光光斑。
在本发明的另一个优选形式中，每个激光组件进一步包括瞄准激光器以及治疗激光器。治疗激光器适合在500nm至1100nm的范围内运行，最合适在510nm至690nm的范围内。瞄准激光器适合处于光谱的可见光部分，最合适在635nm处运行。光耦合模块将瞄准激光束和治疗激光束耦合到每根光纤中。
光纤在在远离所述治疗激光装置和所述瞄准激光装置的端部适当地聚集成密集包装光纤束并在输入端分离。
控制器还适当地控制其他激光参数，包括功率、脉冲持续时间、脉冲之间的时间、变焦、图案选择和图案模式(顺序或同时)。
在进一步的形式中，本发明在于一种眼科图案激光器，包括：
多个激光组件，每个激光组件至少包括发射治疗激光束的治疗激光装置和发射瞄准激光束的瞄准激光装置；
光纤，与每个激光组件相关联，光纤布置成光纤束；
光耦合模块，与每个激光组件和每个光纤相关联，其中，光耦合模块将治疗激光束和瞄准激光束耦合到相关联的光纤中；
控制器，通过选择性地打开或关闭一个或多个激光装置来控制激光装置的运行，以便在远离所述治疗激光装置和所述瞄准激光装置的光纤束的端部处形成激光光斑的激光瞄准图案或激光治疗图案；和
输送系统，将来自光纤束的输出图案成像到治疗区域，以在单次曝光中同时输送激光治疗图案的所有激光光斑。
在另一种形式中，本发明在于一种将激光图案施加到治疗区的方法，包括以下步骤：
在一端形成具有密集包装布置的光纤束，并且在另一端形成分离的光纤；
通过光耦合器将激光组件与光纤束的每根光纤相关联，每个激光组件至少包括治疗激光装置，使得从治疗激光装置发射的激光辐射耦合到光纤中；
通过选择性地打开或关闭一个或多个治疗激光装置来控制治疗激光装置的运行，以便在远离所述治疗激光装置和所述瞄准激光装置的光纤束的端部处形成激光治疗图案；并且
通过将光纤束的图案成像来将激光治疗图案输送到治疗区域。
该方法可以进一步包括使用包括在激光组件中的瞄准激光器选择治疗区域的步骤。
根据以下详细描述，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。
附图说明
为了帮助理解本发明并使本领域技术人员能够将本发明付诸实际效果，本发明的优选实施例将仅通过参考附图的示例的方式来描述，其中：
图1是图案激光器的框图；
图2是图1的图案激光器的耦合模块的示意图；
图3是图1的图案激光器的光纤束的示意图；
图4示出了各种治疗图案的示例；
图5示出了与本发明一起使用的裂隙灯组件；和
图6例示了变焦。
具体实施方式
本发明的实施例主要在于图案激光器和使用图案激光器的方法。因此，在附图中以简要的示意图形式说明了图案激光器的元件，仅示出了理解本发明的实施例所必需的那些具体细节，但是不用太多的对受益于本说明书的本领域普通技术人员而言将是显而易见的细节模糊本公开。
在本说明书中，例如第一和第二、左和右等的形容词可以仅用于将一个元件或动作与另一个元件或动作区分开，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。例如“包括”或“包含”的词旨在定义非排他性包含，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或设备不仅包括那些元素，而且可以包括未明确列出的其他元素，包括对这种过程、方法、物品或设备来说固有的元素。
参照图1，示出了可用于全视网膜光凝(PRP)和其他应用的图案激光器10的框图。图案激光器10包括激光器和光纤发射模块11，其在下面更详细地描述。来自激光器和光纤发射模块11的光纤被形成为密集包装束12，其被耦合到输送系统13，该输送系统13将来自束12的输出成像到治疗区域。激光器和光纤发射模块11中的激光器的运行由控制器14控制。用户接口15允许到控制器14的用户输入控制激光器的运行以形成图案等。用户接口15还可以允许控制输送系统13。图案激光器10的电力由电源16提供。
参照图2，更详细地示出了激光器和光纤发射模块11。为了便于解释，图案激光器10被描述为包括七对治疗和瞄准激光器以及七个相关联的光纤，该光纤在输出端处形成为密集包装束，规则间隔(例如，填充的六边形)。可以理解，对光纤和激光器的数量实际上没有除了成本之外的限制。模块11包括七对二极管激光组件111，每个二极管激光组件111包含瞄准二极管111a和治疗二极管111b，这些二极管激光组件111便利地包装成实用布置。存在与每对激光二极管组件111相关联的对应光纤121。光耦合器112将来自激光二极管组件111的输出耦合到光纤121中。光耦合器112包括准直透镜112a和112b，用于分别从瞄准二极管111a和治疗二极管111b发射的发散激光束。准直治疗光束112m被分束器112c分成两条路径。大部分反射向瞄准激光路径112p。少量112q被传输并投射到功率检测器112d上，该功率检测器112d监测治疗二极管111b的功率输出。反射治疗光束112p通过光束组合器112e与瞄准光束112n组合到同一光路112r中。组合的光束通过聚焦透镜112f以这样的方式被聚焦到输入端处的光纤121上，使得瞄准激光器和治疗激光器总是在相同的光路上，使得瞄准激光器帮助用户对准治疗部位。光耦合器112可以一旦设设定好就锁定，从而不需要进一步的调整。
对于许多眼科应用，合适的治疗激光二极管111b在(但不限于)可见光谱的绿色部分中运行。合适的激光二极管在510-690nm的波长范围内运行。本发明不限于该特定的激光二极管或者该特定的波长范围。在可用光谱中以任何波长运行的激光二极管可以适用于某些应用。发明人已经发现，因为紧凑轻便的设计、低成本以及在易于在许多不同的运行波长下使用，激光二极管是最合适的。然而，激光源不限于二极管激光器。在635nm运行的红色激光器对于瞄准激光器111a是很好的选择。
如图3所示，光纤121形成为光纤束12。所示实施例中的束12具有七根光纤，但是发明人认为可以用3到19根中任意数量的光纤形成束，尽管甚至更多是可能的。光纤束优选以规则间隔排列，包括但不限于填充的六角形。光纤可以是单模或多模。合适的光纤是纤芯直径范围从10μm到200μm的多模光纤。束12可以通过粘合剂或其他粘合方法在远端122处保持在一起以形成密集包装尖端123。密集包装尖端123适当地封装在光纤连接器(例如SMA、ST、FC等)中。优选的包装是六边形的，因此束中光纤的优选数量是7或19。束在近端124分裂成单根光纤121，并且每根光纤终止于合适的光纤连接器以与上述光耦合器112配合。
可以通过控制激光二极管组件111的运行来产生各种输出图案。控制器14可以单独打开或关闭每个激光二极管。因此，可以通过同时关闭和打开所有选择的激光装置来同时形成光斑图案，或者通过顺序打开和关闭选择的激光装置来顺序形成光斑图案。控制器还可以改变每个激光二极管的功率输出以及其他参数，例如每个激光二极管保持打开和关闭的时长。在图4中示出了用于优选实施例的各种可能的图案。如图4中的(a)所示出的，当所有激光二极管接通时，输出将来自全部七根光纤。如果适当的单个激光二极管没有被控制器接通，则中心光纤将会如图4中的(b)所示变暗。如果四个激光二极管接通，则形成图4中的(c)、图4中的(d)或图4中的(e)的图案。仅接通三个激光二极管可以产生图4中的(f)、图4中的(g)或图4中的(h)的图案，并且仅接通一个激光二极管可以产生如图4中的(i)所示的单个光斑。图4中描绘的图案仅仅是可以产生的可用图案的一些。
可以控制选择的图案的激光二极管同时或顺序打开。在顺序模式的设置中，图案化的激光将在对准的治疗区域上扫描。
图案可以由控制器14在选择治疗模式时自动产生，或者可以由用户通过用户接口15手动选择。
用户接口15可以适合是允许用户在一系列预设应用之间进行选择的触摸屏。它还可能包括手动模式，其显示允许用户触摸单根光纤以激活输出的光纤束尖端123的表示。用户接口还允许管理其他参数，例如脉冲持续时间、脉冲之间的时间、功率水平、模式选择、图案输送模式等。
本发明的一个显着优点是可以在1毫秒至1000毫秒范围内的临床最佳脉冲持续时间内作为单个阵列同时输送所有图案光斑。大多数临床医生对该暴光范围内的凝血动力学有很好的理解，治疗窗口在该暴光范围内为最佳。利用本发明，可以容易地实现最佳性能，并且同时打开所有激光源的结果是消除了图案中每个单独光斑的停留时间的限制。使用传统的图案扫描激光器以每个光斑的最佳50ms停留时间来输送10个光斑图案花费超过500ms来输送每个图案。如果以50ms的停留时间使用本发明的10个光斑模式，则在同时模式下仅花费50ms进行图案输送。
这样做的进一步结果是阵列可以作为块被移动到新的区域，并且后续的曝光可以顺序输送，因此通过重复该过程可以很快地覆盖大面积。
可以理解的是，上述眼科图案激光器不利用任何形式的扫描或抖动来产生治疗图案。通过打开或关闭耦合到光纤束中的单根光纤的单个治疗激光器来确定治疗图案。
参照图5，光纤束12耦合到输送系统13，例如裂隙灯组件。裂隙灯输送系统由裂隙灯照明器131、变焦模块132、射束准直器133、反射镜134和聚焦透镜135组成。眼科医生138可以通过狭缝灯显微镜的目镜136观察患者眼睛139的背部，并且当激光束被反射镜134重定向到观察路径时激光图案到视网膜上的治疗区域的输送。光纤束12的远端122连接到变焦模块132，通过该变焦模块132可以根据需要放大图案的光斑尺寸和间隔。使用者能够操纵光纤束12的远端122以根据需要精确地定位光纤束的输出。大多数临床医生熟悉裂隙灯，因此其增强了图案激光器的可用性。在其他应用，其他输送系统将是适用的，例如可安装在眼科医生普遍使用的裂隙灯显微镜或激光间接检眼镜(LIO)上的裂隙灯适配器。
除了如上述参照图4改变激光光斑图案，用户还可以通过调整变焦模块132来缩放光斑图案的尺寸。图6中示出了变焦调整的效果。图案尺寸可以通过固定步长来缩放，例如2x、4x、6x、10x、20x等，或者可以连续可调。将会注意到，光斑尺寸和图案尺寸都被缩放。
提供本发明的各种实施例的以上描述是为了向相关领域的普通技术人员描述的目的。这并非旨在穷举或将本发明限制于单个公开的实施例。如上所述，本发明的许多替换和变化对于上述教导的领域的技术人员将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些替代实施例，但是其他实施例对本领域的普通技术人员将是显而易见或相对容易开发的。因此，本发明旨在涵盖已经在本文中讨论的本发明的所有替代、修改和变化以及落入上述发明的精神和范围内的其他实施例。

Claims (15)

1.一种眼科图案激光器，包括：
多个激光组件，每个激光组件至少包括发射治疗激光束的治疗激光装置和发射瞄准激光束的瞄准激光装置；
光纤，每个激光组件与一个光纤相关联，所述光纤布置成光纤束；
光耦合模块，每个激光组件和每个光纤与一个光耦合模块相关联，其中所述光耦合模块将治疗激光束和瞄准激光束耦合到相关联的光纤中；
控制器，通过选择性地打开或关闭所述治疗激光装置和所述瞄准激光装置中的一个或多个来控制所述治疗激光装置和所述瞄准激光装置的运行，而无需利用任何形式的扫描或者抖动，以便在远离所述激光组件的所述光纤束的端部处形成激光光斑的激光治疗图案或激光瞄准图案；和
输送系统，将所述光纤束的输出引导到治疗区域。
2.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述输送系统以单次曝光同时输送所述激光治疗图案的所有激光光斑。
3.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述输送系统顺序输送所述激光治疗图案的所有激光光斑。
4.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述治疗激光装置发射具有500nm至1100nm范围内的波长的治疗激光束。
5.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述治疗激光装置发射具有510nm至690nm范围内的波长的治疗激光束。
6.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述瞄准激光装置发射具有可见光谱中的波长的所述瞄准激光束。
7.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述瞄准激光装置发射具有波长为635nm的所述瞄准激光束。
8.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述光耦合模块包括准直透镜、光束组合器和聚焦透镜，以组合所述瞄准激光束和治疗激光束并将组合的光束引导至所述光纤。
9.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述光纤在远离所述治疗激光装置和所述瞄准激光装置的端部聚集成密集包装光纤束，并分成单根光纤，每一单根光纤在输入端由光纤适配器端接。
10.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，包括七对治疗和瞄准激光装置以及七根光纤，其中，在所述光纤束的远离所述治疗和瞄准激光装置的端部，所述七根光纤捆成填充的六边形形状。
11.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述控制器还控制其他激光参数，包括以下中的一个或多个：功率；脉冲持续时间；脉冲之间的时间；变焦；图案选择；和图案模式。
12.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，其中，所述激光装置是激光二极管。
13.根据权利要求1所述的眼科图案激光器，进一步包括用户接口，允许用户输入到所述控制器。
14.裂隙灯组件和根据权利要求1所述的眼科图案激光器的组合。
15.根据权利要求14所述的组合，其中，所述裂隙灯组件包括变焦调整，并且所述激光治疗图案的尺寸通过所述裂隙灯组件的所述变焦调整来调整。
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