CN112587302B - 飞秒激光实时动态定位聚焦系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞秒激光实时动态定位聚焦系统及方法，采用两种光学相干成像系统对全眼的三维图像信息进行实时采集，以能够实现对飞秒脉冲激光光束精准的实时动态定位聚焦，并能够对由飞秒脉冲激光光束诱导发出的飞秒激光诱导等离子体光信号进行分析处理，进一步判断飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时定位信息，提高了飞秒脉冲激光光束的实时动态定位聚焦的精确度。本发明的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统构成一个动态循环的测量和调节系统，能够实时测量和动态调节飞秒脉冲激光光束在眼组织的聚焦位置，确保手术进行过程中的安全性和精确度。

Description

飞秒激光实时动态定位聚焦系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备和器械技术领域，特别是涉及一种飞秒激光实时动态定位聚焦系统及方法。

背景技术

在临床眼科中，由于有着精确的切削精度和最少副作用，飞秒激光手术，包括飞秒激光角膜移植手术、飞秒激光原位角膜磨镶术、飞秒激光青光眼手术、飞秒激光治疗屈光不正手舒、飞秒激光散光手术以及飞秒激光白内障手术等，在眼科领域发展迅速。为了取得最好的手术精度和安全度，手术中使用的飞秒激光脉冲要求能够非常精确地聚焦在靶区域。现有技术中，通常在手术前的准备工作中通过激光诱导等离子体光信号测量聚焦位置，此种方法仅能够精确地测量眼表区域的聚焦位置，由于分辨率问题而无法对眼球的深度区域进行测量，因此会严重影响手术效果。另外，此种方法仅适于在手术前的准备阶段中使用，由于在手术过程中眼球会产生颤动而导致聚焦位置有所偏差，会影响手术的安全性和精确度，因此上述方法不适合在手术进行过程中使用。

换句话说，现有技术中缺乏在术中实时动态测量飞秒脉冲激光光束在眼组织的聚焦位置的系统，导致在手术过程中飞秒激光在眼组织中的聚焦位置无法精准确定和实时动态调节，从而影响手术安全性和精确度。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种飞秒激光实时动态定位聚焦系统，所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统能够精确地、实时动态地全方位测量、确定以及调节飞秒脉冲激光光束在眼组织的聚焦位置，以能够确保飞秒激光手术的安全性和精确度。

本发明在一方面提供了一种飞秒激光实时动态定位聚焦系统，包括：

激光发射单元，用于发射飞秒脉冲激光光束；

激光振镜扫描单元，所述激光振镜扫描单元设置在所述激光发射单元的光路中，用于对所述激光发射单元发射的飞秒脉冲激光光束进行位置调整，并实时动态采集眼组织的位置信息；

聚焦组件，所述聚焦组件设置在所述激光发射单元的输出光路中，用于将经所述激光振镜扫描单元进行位置调整后的飞秒脉冲激光光束聚焦照射于眼组织；

成像单元，用于实时动态采集全眼的三维图像信息；

数据分析处理模块，所述数据分析处理模块可通信地连接于所述激光振镜扫描单元和所述成像单元，用于基于所述激光振镜扫描单元采集得到的眼组织的位置信息确定眼组织的实时位置，并用于处理所述成像单元采集得到的三维图像信息；以及

控制单元，所述控制单元连接于所述数据分析处理模块，所述控制单元根据所述数据分析处理模块确定的眼组织的实时位置和全眼的三维图像信息，发出控制指令至所述激光发射单元、所述激光振镜扫描单元以及所述聚焦组件，以实时控制和调节飞秒脉冲激光光束定位和聚焦于眼组织的位置。

在本发明的一实施例中，所述激光发射单元包括飞秒激光器和设置于所述飞秒激光器的光路中的布拉格光栅，所述飞秒激光器发射的飞秒脉冲激光光束经所述布拉格光栅展宽和压缩处理后，依次传输至所述激光振镜扫描单元和所述聚焦组件。

在本发明的一实施例中，所述成像单元包括依次设置的扫频光源和扫频源光学相干断层扫描成像系统，还包括依次设置的宽带光源和谱域光学相干断层扫描成像系统，所述扫频光源发出的相干激光光束依次传输至所述扫频源光学相干断层扫描成像系统、所述激光振镜扫描单元和眼睛，以深度扫描采集全眼的三维图像信息；所述宽带光源发出的相干激光光束依次传输至所述谱域光学相干断层扫描成像系统、所述激光振镜扫描单元和眼睛，以采集全眼的高分辨率三维图像信息。

在本发明的一实施例中，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统的成像深度范围为7～10mm，所述谱域光学相干断层扫描成像系统的成像分辨率范围为5～7μm。

在本发明的一实施例中，所述成像单元还包括高速相机，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统和所述谱域光学相干断层扫描成像系统发出的相干激光光束均通过所述高速相机传输至所述激光振镜扫描单元。

在本发明的一实施例中，所述激光振镜扫描单元包括XYZ轴三向振镜和XYZ轴三向反射镜，所述成像单元发出的相干激光光束和所述激光发射单元发射的飞秒脉冲激光光束经所述XYZ轴三向振镜和所述XYZ轴三向反射镜进行位置调节后，通过所述聚焦组件聚焦于眼睛。

在本发明的一实施例中，所述XYZ轴三向振镜包括X轴振镜、Y轴振镜以及Z轴振镜，所述XYZ轴三向反射镜包括X轴反射镜、Y轴反射镜以及Z轴反射镜，所述成像单元发出的第一相干激光光束经所述X轴振镜对水平横截面位置调节后，通过所述X轴反射镜扫描输出第二相干激光光束，所述第二相干激光光束经所述Y轴振镜对Y轴水平纵面位置调节后，通过所述Y轴反射镜扫描输出第三相干激光光束，所述第三相干激光光束经所述Z轴振镜对Z轴垂直深度位置进行调节后，通过所述Z轴反射镜扫描输出第四相干激光光束，所述第四相干激光光束通过所述聚焦组件聚焦于眼睛，实时扫描采集全眼的三维图像信息。

在本发明的一实施例中，所述聚焦组件包括沿所述激光发射单元的输出光路依次设置的分光镜、激光光强调节件、扩束器以及聚焦透镜。

在本发明的一实施例中，所述激光光强调节件为偏振片或半波片或两者的组合。

在本发明的一实施例中，所述聚焦透镜包括依次设置的第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第三聚焦透镜。

本发明在另一方面还提供了一种飞秒激光实时动态定位聚焦方法，包括以下步骤：

A、激光发射单元发射飞秒脉冲激光光束，飞秒脉冲激光光束传输至激光振镜扫描单元；

B、所述激光振镜扫描单元将飞秒脉冲激光光束传输至聚焦组件，并实时动态采集眼组织的位置信息和将所采集的眼组织的位置信息传输至数据分析处理模块；

C、所述聚焦组件将飞秒脉冲激光光束定位聚焦于眼组织；

D、成像单元采用两种光学相干成像系统发出相干激光光束，对全眼进行实时动态三维扫描，并将采集得到的三维图像信息传输至所述数据分析处理模块；

E、所述数据分析处理模块处理所述激光振镜扫描单元采集的眼组织的位置信息和所述成像单元采集得到的三维图像信息，并将处理结果传输至控制单元；以及

F、所述控制单元根据所述数据分析处理模块的处理结果，实时控制调节所述激光发射单元、所述激光振镜扫描单元以及所述聚焦组件的工作，从而实时控制调节飞秒脉冲激光光束定位聚焦于眼组织的位置。

在本发明的一实施例中，所述飞秒激光实时动态定位聚焦方法进一步包括步骤：

G、眼组织受飞秒脉冲激光光束的诱导后发出飞秒激光诱导等离子体光信号，飞秒激光诱导等离子体光信号经由所述聚焦组件发送至所述数据分析处理模块；和

H、所述数据分析处理模块对飞秒激光诱导等离子体光信号进行分析处理，进一步判断飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时定位信息，并将判断结果传输给所述控制单元。

在本发明的一实施例中，所述步骤D进一步包括步骤：

D1、所述成像单元输出第一相干激光光束；

D2、所述第一相干激光光束经X轴振镜对水平横截面位置调节后，通过X轴反射镜扫描输出第二相干激光光束；

D3、所述第二相干激光光束经Y轴振镜对Y轴水平纵面位置调节后，通过Y轴反射镜扫描输出第三相干激光光束；

D4、所述第三相干激光光束经Z轴振镜对Z轴垂直深度位置进行调节后，通过Z轴反射镜扫描输出第四相干激光光束；以及

D5、所述第四相干激光光束通过所述聚焦组件聚焦于眼睛，实时扫描采集全眼的三维图像信息。

本发明的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统采用两种光学相干成像系统对全眼的三维图像信息进行实时采集，以能够实现对飞秒脉冲激光光束精准的实时动态定位聚焦，并能够对由飞秒脉冲激光光束诱导发出的飞秒激光诱导等离子体光信号进行分析处理，进一步判断飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时定位信息，提高了飞秒脉冲激光光束的实时动态定位聚焦的精确度。换句话说，本发明的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统构成一个动态循环的测量和调节系统，能够实时测量和动态调节飞秒脉冲激光光束在眼组织的聚焦位置，确保手术进行过程中的安全性和精确度。

本发的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统采用的所述谱域光学相干断层扫描成像系统和所述扫频源光学相干断层扫描成像系统构建为一对相互协调工作的结构，利用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统的扫描速度快、扫描深度大的特点对人眼结构进行全眼实时成像，利用所述谱域光学相干断层扫描成像系统实现高分辨率、高精度成像，所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统能够在手术前实现对全眼的高分辨率、高精度三维成像，在手术中实现全眼的实时动态三维成像，以能够确保飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时动态定位聚焦的精度。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为根据本发明的一优选实施例的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统的光路结构示意图。

图2为根据本发明的上述优选实施例的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统的工作流程框图。

图3为根据本发明的上述优选实施例的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统的成像单元的工作流程框图。

附图标号说明：飞秒激光实时动态定位聚焦系统100；激光发射单元10；飞秒激光器11；布拉格光栅12；激光振镜扫描单元20；聚焦组件30；分光镜31；激光光强调节件32；扩束器33；聚焦透镜34；成像单元40；扫频光源41；扫频源光学相干断层扫描成像系统42；宽带光源43；谱域光学相干断层扫描成像系统44；高速相机45；数据分析处理模块50；控制单元60。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，根据本发明的一优选实施例的飞秒激光实时动态定位聚焦系统100及方法被阐明。如图1所示，所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100包括激光发射单元10、激光振镜扫描单元20、聚焦组件30、成像单元40、数据分析处理模块50以及控制单元60，所述激光发射单元10用于发射飞秒脉冲激光光束；所述激光振镜扫描单元20设置在所述激光发射单元10的光路中，用于对所述激光发射单元10发射的飞秒脉冲激光光束进行位置调整，并实时动态采集眼组织的位置信息；所述聚焦组件30设置在所述激光发射单元10的输出光路中，用于将经所述激光振镜扫描单元20进行位置调整后的飞秒脉冲激光光束聚焦照射于眼组织；所述成像单元40用于实时动态采集全眼的三维图像信息；所述数据分析处理模块50可通信地连接于所述激光振镜扫描单元20和所述成像单元40，用于基于所述激光振镜扫描单元20采集得到的眼组织的位置信息确定眼组织的实时位置，并用于处理所述成像单元40采集得到的三维图像信息；所述控制单元60连接于所述数据分析处理模块50，所述控制单元60根据所述数据分析处理模块50确定的眼组织的实时位置和全眼的三维图像信息，发出控制指令至所述激光发射单元10、所述激光振镜扫描单元20以及所述聚焦组件30，以实时控制和调节飞秒脉冲激光光束定位和聚焦于眼组织的位置。

特别地，在本发明的这一实施例中，所述成像单元40采用两种光学相干成像系统实时动态采集全眼的三维图像信息，具体地，所述成像单元40包括扫频源光学相干断层扫描成像系统42和谱域光学相干断层扫描成像系统44，所述成像单元40还包括扫频光源41和宽带光源43（SLD光源），其中所述扫频光源41和所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42依次设置，所述宽带光源43和所述谱域光学相干断层扫描成像系统44依次设置，所述扫频光源41发出的相干激光光束经过所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42和所述激光振镜扫描单元20后传输至眼睛，用于深度扫描采集全眼的三维图像信息；所述宽带光源43发出的相干激光光束通过所述谱域光学相干断层扫描成像系统44和所述激光振镜扫描单元20后传输至眼睛，用于实时扫描采集全眼的高分辨率的三维图像信息。

值得一提的是，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42的成像深度范围为7～10mm，因此所述成像单元40可以完成从角膜、晶状体至眼底视网膜的整个全眼的三维图像信息的实时动态采集和成像，即所述成像单元40可以对全眼进行深度三维扫描，获取全眼的三维图像信息。

此外，还值得一提的是，所述谱域光学相干断层扫描成像系统44的成像分辨率范围为5～7.5μm，因此所述成像单元40能够高分辨率地、高精度地完成全眼的三维图像信息的采集和成像，即所述成像单元40不仅可以对眼睛的深度区域进行图像信息采集，还可以获得高分辨率的三维图像信息。

应该理解的是，在本发明的这一实施例中，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42和所述谱域光学相干断层扫描成像系统44并非单独进行工作，两者之间构建一对相互协调工作的结构，即两者相互配合工作而实现所述成像单元40的高分辨率、高精度三维成像。所述成像单元40利用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42的扫描速度快、扫描深度大的特点，能够实现对人眼结构进行全眼实时动态成像，并利用所述谱域光学相干断层扫描成像系统44高分辨率、高精度的特点，能够获得高分辨率、高精度、高清晰度的全眼三维图像信息，以有利于精准地确定飞秒脉冲激光光束在眼组织定位聚焦的位置，从而确保所述飞秒激光实时动态定位系统能够在术前进行高精度检测，术中实现全眼的实时三维成像和实时动态调整飞秒脉冲激光光束在眼组织定位聚焦的位置。

值得一提的是，在本发明的这一优选实施例中，所述成像单元40的所述宽带光源43的中心波长为850nm，所述扫频光源41的中心波长为1310nm，所述成像单元40的最大功率为3.0mW，轴向分辨率为5μm，横向分辨率为10 μm，成像深度为8mm，系统灵敏度6dB/3mm，扫描频率为200KHz。

可以理解的是，在所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100实际应用于手术中时，所述成像单元40采用所述谱域光学相干断层扫描成像系统44和所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42来采集全眼动态图像信息，由此能够为手术提供飞秒脉冲激光光束定位和聚焦的精确指导，以便于所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100能够调整和验证所选手术模式的位置和方向，使得所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100能够根据所采集和确定的角膜形状改变信息将飞秒脉冲激光光束精确引导到眼晶状体内，有效用于眼内的精确手术操作。

进一步地，所述成像单元40还包括高速相机45，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42和所述谱域光学相干断层扫描成像系统44发出的相干激光光束均通过所述高速相机45传输至所述激光振镜扫描单元20。

特别地，所述激光振镜扫描单元20包括XYZ轴三向振镜和XYZ轴三向反射镜，所述成像单元40发出的相干激光光束和所述激光发射单元10发射的飞秒脉冲激光光束经所述XYZ轴三向振镜和所述XYZ轴三向反射镜进行位置调节后，通过所述聚焦组件30聚焦于眼睛。

具体地，所述XYZ轴三向振镜包括X轴振镜、Y轴振镜以及Z轴振镜，所述XYZ轴三向反射镜包括X轴反射镜、Y轴反射镜以及Z轴反射镜，所述成像单元40发出的第一相干激光光束经所述X轴振镜对水平横截面位置调节后，通过所述X轴反射镜扫描输出第二相干激光光束，所述第二相干激光光束经所述Y轴振镜对Y轴水平纵面位置调节后，通过所述Y轴反射镜扫描输出第三相干激光光束，所述第三相干激光光束经所述Z轴振镜对Z轴垂直深度位置进行调节后，通过所述Z轴反射镜扫描输出第四相干激光光束，所述第四相干激光光束通过所述聚焦组件30聚焦于眼睛，实时扫描采集全眼的三维图像信息。

可以理解的是，所述激光振镜扫描单元20的所述XYZ轴三向振镜和所述XYZ轴三向反射镜对所述激光发射单元10发射的飞秒脉冲激光光束进行位置调节的方式和对所述成像单元40进行位置调节的方式相同。

还可以理解的是，在所述激光振镜扫描单元20的作用下，可以对相干激光光束在XYZ轴方向的位置进行调节，利用所述激光振镜扫描单元20的振镜偏转速度极快的特点，能够缩短三维扫描测量的时间，使得所述成像单元40可以快速输出三维图像信息。

进一步地，所述激光发射单元10包括飞秒激光器11和设置于所述飞秒激光器11的光路中的布拉格光栅12，所述飞秒激光器11发射的飞秒脉冲激光光束经所述布拉格光栅12展宽和压缩处理后，依次传输至所述激光振镜扫描单元20和所述聚焦组件30。

值得一提的是，所述飞秒激光器11为全光纤飞秒激光器11。

更进一步地，所述聚焦组件30包括沿所述激光发射单元10的输出光路依次设置的分光镜31、激光光强调节件32、扩束器33以及聚焦透镜34。

可选地，所述激光光强调节件32为偏振片或半波片或两者的组合。

值得一提的是，所述聚焦透镜34包括依次设置的第一聚焦透镜34、第二聚焦透镜34以及第三聚焦透镜34。

具体地，所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100的工作流程包括：

实时确定飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时位置的工作流程：所述飞秒激光器11发射飞秒脉冲激光光束，飞秒脉冲激光光束经所述布拉格光栅12展宽和压缩处理后传输至所述激光振镜扫描单元20，所述激光振镜扫描单元20对飞秒脉冲激光光束进行位置调整后将飞秒脉冲激光光束传输至所述聚焦组件30，位置调整后的所述聚焦组件30的飞秒脉冲激光光束依次经所述分光镜31、所述激光光强调节件32、所述扩束器33以及所述聚焦透镜34后聚焦定位于眼睛，对眼睛进行实时扫描测量，以采集飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时位置信息，并实时传输所采集的位置信息至所述数据分析处理模块50，所述数据分析处理模块50基于所述激光振镜扫描单元20采集的位置信息确定飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时位置；

实时获取全眼的三维图像的工作流程：所述成像单元40的所述扫频光源41发出相干激光光束，相干激光光束依次经所述扫频源光学相干断层扫描成像系统42、所述高速相机45后传输至所述激光振镜扫描单元20，所述激光振镜扫描单元20对相干激光光束进行位置调整后将相干激光光束传输至所述聚焦组件30，位置调整后的相干激光光束依次经所述分光镜31、所述激光光强调节件32、所述扩束器33以及所述聚焦透镜34后聚焦于眼睛，对全眼进行实时深度扫描，以实时采集从角膜、晶状体至眼底视网膜的整个全眼的三维图像信息；所述成像单元40的所述宽带光源43发出相干激光光束依次经所述谱域光学相干断层扫描成像系统44、所述高速相机45后传输至所述激光振镜扫描单元20，所述激光振镜扫描单元20对相干激光光束进行位置调整后将相干激光光束传输至所述聚焦组件30，位置调整后的相干激光光束依次经所述分光镜31、所述激光光强调节件32、所述扩束器33以及所述聚焦透镜34后聚焦于眼睛，对全眼进行实时扫描，以实时采集全眼的高分辨率的三维图像信息；所述成像单元40将采集的全眼三维图像信息传输至所述数据分析处理模块50，所述数据分析处理模块50基于所述成像单元40采集的全眼三维图像信息实时输出全眼的三维图像；

实时动态调整飞秒脉冲激光光束的定位聚焦位置的工作流程：所述控制单元60根据所述数据分析处理模块50输出的飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时位置和实时输出的全眼三维图像，动态调节所述激光发射单元10、所述激光振镜扫描单元20以及所述聚焦组件30的工作，从而实时动态调节飞秒脉冲激光光束定位聚焦在眼组织的位置。

可以理解的是，在本发明的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100应用于眼科手术时，所述激光发射单元10发射的飞秒脉冲激光光束能够实时根据所述成像单元40和所述激光振镜扫描单元20获得的眼组织形状改变信息精准定位，不会造成眼内损伤，有利于缩短飞秒激光手术的操作时间和操作步骤，确保飞秒激光手术的安全性和精确度，使得飞秒激光手术能够成为人性化、安全有效的切割技术。

还应该理解的是，本发明的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100不仅可以应用在眼科领域中，还可以应用在激光加工、激光测量等领域，本发明对所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100的应用不作限制。

如图2和图3所示，本发明在另一方面还提供了飞秒激光实时动态定位聚焦方法，包括以下步骤：

A、激光发射单元10发射飞秒脉冲激光光束，飞秒脉冲激光光束传输至激光振镜扫描单元20；

B、所述激光振镜扫描单元20将飞秒脉冲激光光束传输至聚焦组件30，并实时动态采集眼组织的位置信息和将所采集的眼组织的位置信息传输至数据分析处理模块50；

C、所述聚焦组件30将飞秒脉冲激光光束定位聚焦于眼组织；

D、成像单元40采用两种光学相干成像系统发出相干激光光束，对全眼进行实时动态三维扫描，并将采集得到的三维图像信息传输至所述数据分析处理模块50；

E、所述数据分析处理模块50处理所述激光振镜扫描单元20采集的眼组织的位置信息和所述成像单元40采集得到的三维图像信息，并将处理结果传输至控制单元60；以及

F、所述控制单元60根据所述数据分析处理模块50的处理结果，实时控制调节所述激光发射单元10、所述激光振镜扫描单元20以及所述聚焦组件30的工作，从而实时控制调节飞秒脉冲激光光束定位聚焦于眼组织的位置。

值得一提的是，所述飞秒激光实时动态定位聚焦方法进一步包括步骤：

G、眼组织受飞秒脉冲激光光束的诱导后发出飞秒激光诱导等离子体光信号，飞秒激光诱导等离子体光信号经由所述聚焦组件30发送至所述数据分析处理模块50；和

H、所述数据分析处理模块50对飞秒激光诱导等离子体光信号进行分析处理，进一步判断飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时定位信息，并将判断结果传输给所述控制单元60。

此外，还值得一提的是，所述步骤D进一步包括步骤：

D1、所述成像单元40输出第一相干激光光束；

D2、所述第一相干激光光束经X轴振镜对水平横截面位置调节后，通过X轴反射镜扫描输出第二相干激光光束；

D3、所述第二相干激光光束经Y轴振镜对Y轴水平纵面位置调节后，通过Y轴反射镜扫描输出第三相干激光光束；

D4、所述第三相干激光光束经Z轴振镜对Z轴垂直深度位置进行调节后，通过Z轴反射镜扫描输出第四相干激光光束；以及

D5、所述第四相干激光光束通过所述聚焦组件30聚焦于眼睛，实时扫描采集全眼的三维图像信息。

总的来讲，本发明提供了一种飞秒激光实时动态定位聚焦系统100及方法，采用两种光学相干成像系统对全眼的三维图像信息进行实时采集，以能够实现对飞秒脉冲激光光束精准的实时动态定位聚焦，并能够对由飞秒脉冲激光光束诱导发出的飞秒激光诱导等离子体光信号进行分析处理，进一步判断飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时定位信息，提高了飞秒脉冲激光光束的实时动态定位聚焦的精确度。换句话说，本发明的所述飞秒激光实时动态定位聚焦系统100构成一个动态循环的测量和调节系统，能够实时测量和动态调节飞秒脉冲激光光束在眼组织的聚焦位置，确保手术进行过程中的安全性和精确度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，包括：

激光发射单元，用于发射飞秒脉冲激光光束；

激光振镜扫描单元，所述激光振镜扫描单元设置在所述激光发射单元的光路中，用于对所述激光发射单元发射的飞秒脉冲激光光束进行位置调整，并实时动态采集眼组织的位置信息；

聚焦组件，所述聚焦组件设置在所述激光发射单元的输出光路中，用于将经所述激光振镜扫描单元进行位置调整后的飞秒脉冲激光光束聚焦照射于眼组织；

成像单元，用于实时动态采集全眼的三维图像信息，所述成像单元包括依次设置的扫频光源和扫频源光学相干断层扫描成像系统，还包括依次设置的宽带光源和谱域光学相干断层扫描成像系统，所述扫频光源发出的相干激光光束依次传输至所述扫频源光学相干断层扫描成像系统、所述激光振镜扫描单元和眼睛，以深度扫描采集全眼的三维图像信息；所述宽带光源发出的相干激光光束依次传输至所述谱域光学相干断层扫描成像系统、所述激光振镜扫描单元和眼睛，以采集全眼的高分辨率三维图像信息，所述成像单元还包括高速相机，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统和所述谱域光学相干断层扫描成像系统发出的相干激光光束均通过所述高速相机传输至所述激光振镜扫描单元；所述扫频源光学相干断层扫描成像系统和所述谱域光学相干断层扫描成像系统并非单独进行工作，两者构建一对相互协调工作的结构，相互配合而实现所述成像单元的高分辨率、高精度三维成像；

数据分析处理模块，所述数据分析处理模块可通信地连接于所述激光振镜扫描单元和所述成像单元，用于基于所述激光振镜扫描单元采集得到的眼组织的位置信息确定眼组织的实时位置，并用于处理所述扫频源光学相干断层扫描成像系统深度扫描采集得到的三维图像信息和所述谱域光学相干断层扫描成像系统实时采集的全眼的高分辨率的三维图像信息，以输出全眼三维图像信息；以及

控制单元，所述控制单元连接于所述数据分析处理模块，所述控制单元根据所述数据分析处理模块确定的眼组织的实时位置和全眼的三维图像信息，发出控制指令至所述激光发射单元、所述激光振镜扫描单元以及所述聚焦组件，以实时控制和调节飞秒脉冲激光光束定位和聚焦于眼组织的位置。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述激光发射单元包括飞秒激光器和设置于所述飞秒激光器的光路中的布拉格光栅，所述飞秒激光器发射的飞秒脉冲激光光束经所述布拉格光栅展宽和压缩处理后，依次传输至所述激光振镜扫描单元和所述聚焦组件。

3.根据权利要求1所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统的成像深度范围为7～10mm，所述谱域光学相干断层扫描成像系统的成像分辨率范围为5～7μm。

4.根据权利要求1所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述激光振镜扫描单元包括XYZ轴三向振镜和XYZ轴三向反射镜，所述成像单元发出的相干激光光束和所述激光发射单元发射的飞秒脉冲激光光束经所述XYZ轴三向振镜和所述XYZ轴三向反射镜进行位置调节后，通过所述聚焦组件聚焦于眼睛。

5.根据权利要求4所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述XYZ轴三向振镜包括X轴振镜、Y轴振镜以及Z轴振镜，所述XYZ轴三向反射镜包括X轴反射镜、Y轴反射镜以及Z轴反射镜，所述成像单元发出的第一相干激光光束经所述X轴振镜对水平横截面位置调节后，通过所述X轴反射镜扫描输出第二相干激光光束，所述第二相干激光光束经所述Y轴振镜对Y轴水平纵面位置调节后，通过所述Y轴反射镜扫描输出第三相干激光光束，所述第三相干激光光束经所述Z轴振镜对Z轴垂直深度位置进行调节后，通过所述Z轴反射镜扫描输出第四相干激光光束，所述第四相干激光光束通过所述聚焦组件聚焦于眼睛，实时扫描采集全眼的三维图像信息。

6.根据权利要求1至5中任一所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述聚焦组件包括沿所述激光发射单元的输出光路依次设置的分光镜、激光光强调节件、扩束器以及聚焦透镜。

7.根据权利要求6所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述激光光强调节件为偏振片或半波片或两者的组合。

8.根据权利要求6所述的飞秒激光实时动态定位聚焦系统，其特征在于，所述聚焦透镜包括依次设置的第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第三聚焦透镜。

9.飞秒激光实时动态定位聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、激光发射单元发射飞秒脉冲激光光束，飞秒脉冲激光光束传输至激光振镜扫描单元；

B、所述激光振镜扫描单元将飞秒脉冲激光光束传输至聚焦组件，并实时动态采集眼组织的位置信息和将所采集的眼组织的位置信息传输至数据分析处理模块；

C、所述聚焦组件将飞秒脉冲激光光束定位聚焦于眼组织；

D、成像单元的扫频光源发出相干激光光束，所述扫频光源发出的相干激光光束依次经扫频源光学相干断层扫描成像系统、高速相机后传输至所述激光振镜扫描单元进行位置调整，调整后的相干激光光束传输至所述聚焦组件后聚焦于眼睛，对全眼进行实时深度扫描，以实时采集全眼的三维图像信息；所述成像单元的宽带光源发出相干激光光束，所述宽带光源发出的相干激光光束依次经谱域光学相干断层扫描成像系统、所述高速相机后传输至所述激光振镜扫描单元进行位置调整，调整后的相干激光光束传输至所述聚焦组件后聚焦于眼睛，对全眼进行实时扫描，以实时采集全眼的高分辨率的三维图像信息，并将采集得到的三维图像信息传输至所述数据分析处理模块；

E、所述数据分析处理模块处理所述扫频源光学相干断层扫描成像系统成像单元深度扫描采集得到的三维图像信息和所述谱域光学相干断层扫描成像系统实时采集的全眼的高分辨率的三维图像信息，输出全眼三维图像信息至控制单元；以及

F、所述控制单元根据所述数据分析处理模块输出的全眼三维图像信息，实时控制调节所述激光发射单元、所述激光振镜扫描单元以及所述聚焦组件的工作，从而实时控制调节飞秒脉冲激光光束定位聚焦于眼组织的位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：

G、眼组织受飞秒脉冲激光光束的诱导后发出飞秒激光诱导等离子体光信号，飞秒激光诱导等离子体光信号经由所述聚焦组件发送至所述数据分析处理模块；和

H、所述数据分析处理模块对飞秒激光诱导等离子体光信号进行分析处理，进一步判断飞秒脉冲激光光束在眼组织的实时定位信息，并将判断结果传输给所述控制单元。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括步骤：

D1、所述成像单元输出第一相干激光光束；

D2、所述第一相干激光光束经X轴振镜对水平横截面位置调节后，通过X轴反射镜扫描输出第二相干激光光束；

D3、所述第二相干激光光束经Y轴振镜对Y轴水平纵面位置调节后，通过Y轴反射镜扫描输出第三相干激光光束；

D4、所述第三相干激光光束经Z轴振镜对Z轴垂直深度位置进行调节后，通过Z轴反射镜扫描输出第四相干激光光束；以及

D5、所述第四相干激光光束通过所述聚焦组件聚焦于眼睛，实时扫描采集全眼的三维图像信息。

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