CN116322586A - 双增益光束检测 - Google Patents

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Abstract

本文披露的特定实施例提供了一种手术激光系统，所述手术激光系统包括激光源、透镜、存储器以及处理器，所述处理器与所述存储器进行数据通信并被配置成执行指令，所述指令使所述处理器基于从电路接收的检测信号来控制所述激光源。所述电路包括第一放大器、第二放大器和开关，所述开关耦接在所述第二放大器与基准电位节点之间，并且所述开关的状态是基于第一比较器的输出。所述电路进一步包括耦接到所述第二放大器的第二比较器以及耦接到所述第一比较器和所述第二比较器的逻辑门。

Description

双增益光束检测
优先权声明
本申请要求发明人为Conrad Sawicz和Derek Chenn、于2020年10月13日提交的题为“BEAM DETECTION WITH DUAL GAIN[双增益光束检测]”的美国临时专利申请序列号63/090,911的优先权权益，所述美国临时专利申请通过援引以其全文并入本文，就如同在此做了充分和完整的阐述一样。
技术领域
本披露总体上涉及一种手术激光系统，更具体地，涉及实现有双增益的激光束检测。
背景技术
在各种各样的医疗程序中，激光(例如，照明光束、激光治疗光束(“治疗光束”)、激光瞄准光束(“瞄准光束”)等)用于辅助手术和/或处理患者解剖学结构。例如，在激光光凝术中，激光探针传播治疗光束来烧灼在视网膜上的激光烧灼点处的血管。治疗光束通常通过光纤缆线从手术激光系统传输，该光纤缆线在近端终止于连接到手术激光系统的端口适配器中，并且在远端终止于由外科医生操纵的激光探针中。应注意，在本文中，部件的远端是指较靠近患者身体的端部，而部件的近端是指背离患者身体或靠近例如手术激光系统的端部。
除了烧灼激光烧灼点处的血管外，治疗光束还可能损坏视网膜中存在的提供视力的视杆细胞和视锥细胞，从而影响视力。由于在视网膜的中央黄斑处视力最敏锐，因此外科医生将激光探针布置成在视网膜周边区域中生成激光烧灼点。在手术期间，外科医生驱动带有非烧灼瞄准光束的探针，以照亮待进行光凝的视网膜区域。由于低功率红色激光二极管的可用性，瞄准光束通常为低功率红色激光。一旦外科医生已定位激光探针以便用瞄准光束照亮期望的视网膜点，外科医生就通过脚踏板或其他器件启动治疗光束，以使用治疗光束光凝所照亮区域(例如，或包围所照亮区域的区域)。烧灼了视网膜点后，外科医生重新定位探针以用瞄准光来照亮新的点、启动治疗光束以光凝该新的点、重新定位探针，以此类推，直到在视网膜上分布期望数量的烧灼激光点。
某些类型的激光探针一次会凝结或烧灼多个点，这可以实现更快速且更有效的光凝。例如，通过光纤耦接到这类激光探针之一的手术激光系统可以被配置成将单个激光束分成展现激光点图案的多个激光束。在这类示例中，手术激光系统将多个激光束传输到光缆，该光缆可以包括展现对应光纤图案的多光纤阵列或多芯光纤。
对于糖尿病性视网膜病，可以进行全视网膜光凝(PRP)手术，并且PRP所需的激光光凝次数典型地大。例如，通常烧灼1,000至1,500个点。因此，可以很容易认识到，如果激光探针是能够同时烧灼多个点的多点探针，那么光凝过程将会更快(假设激光源功率足够)。相应地，已经开发了并且在美国专利号8,951,244和8,561,280中描述了多点/多光纤激光探针，所述专利的全部内容通过援引并入本文，就如同在此做了充分和完整的阐述一样。除了瞄准光束和治疗光束外，玻璃体视网膜手术也受益于将照亮光或光束引导到眼睛和视网膜组织上。
发明内容
本披露总体上涉及一种手术激光系统，并且更具体地，涉及实现有双增益的激光束检测。
本披露的某些实施例提供了一种手术激光系统，所述手术激光系统包括激光源，所述激光源被配置成传播激光束；存储器，所述存储器包括可执行指令；以及处理器，所述处理器与所述存储器进行数据通信并被配置成执行所述指令，所述指令使所述处理器基于从电路接收的检测信号来控制所述激光源。所述电路包括：第一放大器，所述第一放大器具有输出端，所述输出端耦接到第一比较器的输入端和第二放大器的输入端；开关，所述开关耦接在所述第二放大器的输入端与基准电位节点之间，其中，所述开关的状态是基于所述第一比较器的输出；第二比较器，所述第二比较器具有耦接到所述第二放大器的输出端的输入端，其中，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第一阈值电压大于所述第二放大器的第二阈值电压；以及逻辑门，所述逻辑门具有耦接到所述第一比较器的输出端的第一输入端以及耦接到所述第二比较器的输出端的第二输入端。所述手术激光系统进一步包括透镜，所述透镜被配置成将所述激光束聚焦到光纤的近端的界面平面上，所述光纤通过端口耦接到所述手术激光系统，其中，所述光纤的远端被配置成将所述激光束投射到目标表面上。
本披露的某些实施例提供了一种电路，所述电路包括：第一放大器，所述第一放大器具有输出端，所述输出端耦接到第一比较器的输入端和第二放大器的输入端；开关，所述开关耦接在所述第二放大器的输入端与基准电位节点之间，其中，所述开关的状态是基于所述第一比较器的输出；第二比较器，所述第二比较器具有耦接到所述第二放大器的输出端的输入端，其中，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第一阈值电压大于所述第二放大器的第二阈值电压，以及逻辑门，所述逻辑门具有耦接到所述第一比较器的输出端的第一输入端以及耦接到所述第二比较器的输出端的第二输入端。
本披露的某些实施例提供了一种由电路检测激光脉冲的方法，所述方法包括在所述电路的输入端处接收所述激光脉冲，基于所述激光脉冲来生成电信号，放大所述电信号，在所述被放大的电信号与第一阈值电压之间进行第一比较，其中，当所述被放大的电信号大于所述第一阈值电压时，将耦接到基准电位节点的开关闭合。所述方法进一步包括，基于所述第一比较，在所述放大电信号或所述基准电位节点与第二阈值电压之间进行第二比较，其中，所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压；放大由所述第二比较生成的输出；并且基于所述第一比较的输出和所述第二比较的放大输出中的至少一个来生成指示检测到所述激光脉冲的信号。
以下描述和相关附图详细阐述了一个或多个实施例的某些说明性特征。
附图说明
附图描绘了一个或多个实施例的某些方面，因此不应视为限制本披露的范围。
图1展示了根据本披露的某些方面的实现有双增益光束检测的激光束检测的示例性系统。
图2展示了根据本披露的某些方面的实现有双增益光束检测的手术激光系统以及其中的部件的示例。
图3展示了根据本披露的某些方面的实现有双增益光束检测的示例性电路。
图4是展示了根据本披露的某些方面的通过电路检测激光脉冲的示例性操作的流程图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。设想到了，一个实施例的元件和特征可以有益地结合在其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本披露的各方面提供了一种手术激光系统，该手术激光系统具有实现有双增益的激光束检测电路。
示例性手术激光系统
图1展示了根据某些实施例的具有实现有双增益的激光束检测的示例性系统100。系统100包括手术激光系统102，该手术激光系统具有一个或多个激光源，用于生成在眼科手术期间使用的激光束。例如，手术激光系统102内的第一激光源可以生成具有第一波长(例如，约532纳米(nm))的治疗光束，而第二激光源可以生成具有第二波长(例如，约635nm)的瞄准光束。用户，比如外科医生，可以首先触发手术激光系统102(例如，经由脚踏开关、语音命令等)以将瞄准光束发射到期望的视网膜点上。一旦外科医生已定位激光探针以便用瞄准光束照亮期望的视网膜点，外科医生就比如通过脚踏板或其他器件启动治疗光束，以治疗患者解剖学结构(例如，使用治疗光束光凝期望的视网膜点)。
如图所示，手术激光系统102包括耦接到手术激光系统102的光学端口的连接器或端口适配器114。图1还示出了缆线110，该缆线具有耦接到并且延伸穿过探针108的远端和耦接到并且延伸穿过端口适配器114的近端。在一些情况下，如本文进一步所述，缆线110可以包括多于一个缆线。在图1的示例中，端口适配器114包括具有开口的套圈，该开口允许来自手术激光系统102的激光束传播到缆线110的近端的界面平面(也称为近端入射平面)中。在一些示例中，手术激光系统102可以包括多于一个端口适配器。缆线110的界面平面包括一个或多个芯的暴露近端，激光束可以指向这些暴露近端。在图1的示例中，缆线110是具有四个芯的多芯光纤缆线(MCF)。由此，缆线110的近端的界面平面包括通过套圈的开口暴露的四个芯的近端。
手术激光系统102可以被配置成将由激光源生成的单个激光束分成展现激光点图案的多个激光束。例如，手术激光系统102可以将瞄准光束分成四个瞄准光束，并且接着通过端口适配器114的套圈的开口将四个瞄准光束递送到缆线110的界面平面。手术激光系统102可以进一步被配置成将治疗光束分成四个治疗光束，并且通过套圈的开口将这四个治疗光束递送到缆线110的界面平面。在这种示例中，缆线110的每根芯将会传输多波长或组合光束，这可以是指与瞄准光束组合的治疗光束。虽然某些方面是关于缆线芯传输组合光束描述的，但注意，缆线110的芯也可以单独传输治疗光束或瞄准光束，这取决于哪种光束被激活并入射到缆线110上。
在一些示例中，手术激光系统102还可以将照明光束传播到缆线110的界面平面中(例如，该缆线还可以包括将芯保持在缆线110内的包层的近端)以便照亮眼睛内部，尤其是视网膜120的待光凝的区域。在某些方面，照明光束可以由白色发光二极管(LED)传播。
缆线110将组合光束递送到探针108，所述探针将组合光束的多点图案(例如，四个点)传播到患者眼睛125的视网膜120。探针108包括容纳并保护缆线110的远端的探针本体112和探针尖端140。探针尖端140的远端部分145还可以容纳将组合光束聚焦在视网膜120上的透镜。
各种系统都可以实现有双增益激光检测电路。图2展示了可以实现有具有双增益的光束检测电路的手术激光系统202及其中的部件的一个示例。手术激光系统202包括传播治疗光束210的激光源204、分别传播瞄准光束212、240的激光源206、236、传播照明光束214的光源208、端口选择器219、以及光束检测电路207、216。
在手术开始时，外科医生可以启动光源208以便照亮眼球内部，并且使得更容易查看视网膜。如图所示，一旦由光源208发射，照明光束214(点画区段)就被准直透镜222接收，准直透镜被配置成产生具有平行光线的光束。在某些实施例中，准直透镜222可以是包括两个单合透镜和一个双合透镜的多元件消色差透镜。因此，如图所示，照明光束214与来自准直透镜222的另一侧的平行光线一起出射，并且穿过分束器226到达会聚透镜224B。在某些实施例中，会聚透镜224B可以是包括两个单合透镜和一个双合透镜的多元件消色差透镜。在这样的实施例中，除了将组件倒置(例如，旋转180度)之外，会聚透镜224B具有与准直透镜222相同的设计，从而创建一对一的放大成像系统。分束器226可以在分束器的两侧226a和226b上具有不同的涂层。例如，侧面226a被涂覆以使得该侧面允许在该侧面上传播的光穿过分束器226。由此，传播到侧面226a上的照明光束214穿过分束器226。另一方面，侧面226b被涂覆以反射光或激光束，比如治疗光束210和瞄准光束212，如下文进一步描述。但是，请注意，照明光束214的微不足道的部分被侧面226a反射到传感器227上，所述传感器被配置成感测照明光束214。
会聚透镜224B然后将照明光束214会聚到缆线(比如缆线110B)的近端的界面平面中，所述缆线通过端口适配器114B耦接到手术激光系统202的端口225B。如关于图1所描述，缆线110B可以具有四个芯。由此，会聚透镜224B将照明光束214聚焦到缆线110B的界面平面中，使得照明光束214沿着缆线110B的四个芯中的每一个的整个长度传播到耦接到缆线110B的手术探针(例如，图1的探针108)的远端。如上所述，每个缆线110A、110B的界面平面包括缆线110的四个芯的近端，所述四个芯分别经由套圈215A、215B通过端口适配器114A、114B的开口217A、217B暴露。
一旦外科医生能够查看眼球内部，外科医生就可以从探针的远端将一个或多个期望的瞄准光束点投射到视网膜上。更具体地说，在由外科医生启动之后，激光源206将瞄准光束212发射到分束器218上，该分束器将瞄准光束212反射到衍射光学元件(DOE)220上。类似地，激光源236将瞄准光束240发射到分束器221上，所述分束器使瞄准光束240的一部分传向会聚透镜224A，所述会聚透镜将瞄准光束240聚焦到缆线110A的界面平面上，使得瞄准光束240沿着缆线110A的每个芯的整个长度传播到与缆线110A耦接的手术探针(例如，图1的探针108)的远端。衍射区段在本文中也可以称为“区段”。在图2的示例中，DOE 220被定位成使得瞄准光束212与DOE 220的中间区段对准，这将瞄准光束212衍射成若干瞄准光束(例如，四个瞄准光束)。然而，外科医生可以改变DOE 220的位置，以便将光束衍射成不同数量的光束(例如，2或1个)。例如，使用语音命令或手术激光系统202的某一其他特征，外科医生可以定位DOE 220以使瞄准光束212与DOE 220的不同区段对准，这可以将瞄准光束212衍射成两个或一个或其他数量的光束。
一旦衍射，所得瞄准光束就被分束器226反射到会聚透镜224B上。会聚透镜224B接着将四个瞄准光束聚焦到缆线110B的近端的界面平面上，使得每个瞄准光束沿着缆线110B的对应芯的整个长度传播到手术探针(例如，图1的探针108)的远端。这允许外科医生从探针的远端将四个期望的瞄准光束点投射到视网膜上。
如上所述，一旦外科医生已定位并且启动激光探针以便将瞄准光束点投射到视网膜上，外科医生比如通过脚踏板或其他器件启动激光源204，以处理患者解剖学结构(例如，使用治疗光束光凝期望的视网膜点)。当启动时，激光源204发射偏振治疗光束210，所述偏振治疗光束的偏振轴可以通过偏振旋转器232来改变。例如，在一些实施例中，偏振旋转器232对治疗光束210进行滤波以产生竖直偏振的治疗光束，所述治疗光束相对于分束器226的入射平面被s偏振。
偏振治疗光束210可能是有利的，因为分束器226可能具有对偏振敏感的涂层，使得例如s偏振光束可以按较少的波长加宽从分束器226反射出。如上所述，分束器226被涂覆以使得分束器允许照明光束214穿过，同时反射治疗光束210和瞄准光束212。因此，为了向外科医生提供高质量和处理量的照明光束214A，使治疗光束210偏振是有利的，这允许分束器226隔离并且反射具有较窄波长带的治疗光束210。
手术激光系统还可以包括布置在激光源204与端口选择器219之间的遮板234。遮板234，可以被配置成交替地阻止或允许治疗激光束到达端口选择器219。外科医生或外科工作人员可以控制遮板234(例如，经由脚踏开关、声音命令等)以发射激光瞄准束并发出治疗激光束(即，打开遮板234)来治疗患者解剖学结构(例如光凝)。在每种情况下，分束器221和分束器218可以分别将激光束引向第一端口适配器114A和第二端口适配器114B。
一旦被偏振，治疗光束210就到达分束器213，该分束器被配置成允许治疗光束210的大部分穿过，同时将微不足道的部分231反射到传感器223上。传感器223是被配置成检测激光源204是否在作用中的光传感器。在通过分束器213后并且只要遮板234处于打开位置以允许治疗光束210进入，治疗光束210就被在端口选择器219处接收，该端口选择器被配置为将治疗光束210反射到分束器218或分束器221上。分束器218被配置成将治疗光束210的微不足道的部分233反射到光束检测电路216上，同时允许治疗光束210的大部分穿过。如本文进一步描述的，光束检测电路216是实现有双增益的光感测电路。分束器221被配置为将治疗光束210的一部分反射到会聚透镜224A上，同时允许治疗光束210的另一部分通过到光束检测电路207，该光束检测电路可以与光束检测电路216相似。
如图所示，线性偏振治疗光束210相对于分束器221以一定角度穿过分束器221，该角度等于瞄准光束240通过分束器221的角度。因此，一旦激光源204在作用中，所传输的治疗光束210与所反射的瞄准光束240就组合(例如，使得它们彼此重叠)，从而创建组合光束242，随后到达会聚透镜224A。会聚透镜224A将组合光束242聚焦到缆线110A的近端的界面平面上，使得组合光束242沿着缆线110A的芯的整个长度传播到手术探针(例如图1的探针108)的远端。
如图所示，线性偏振治疗光束210相对于分束器218以一定角度穿过分束器218，该角度等于瞄准光束212被分束器218反射的角度。因此，一旦激光源204在作用中，所传输的治疗光束210与所反射的瞄准光束212就组合(例如，使得它们彼此重叠)，从而创建组合光束211，随后到达DOE 220。DOE 220接着将组合光束211衍射成组合光束211a至211d。组合光束211a至211d中的每一个是指彼此重叠的衍射治疗光束与衍射瞄准光束。
组合光束211a至211d接着在分束器226处被接收，该分束器将组合光束211a至211d反射到会聚透镜224B上。会聚透镜224B将组合光束211a至211d聚焦到缆线110B的近端的界面平面上，使得每个组合光束211a至211d沿着缆线110B的对应芯的整个长度传播到手术探针(例如，图1的探针108)的远端。更具体地，在图2的示例中，缆线110B是具有四个芯(比如芯A、B、C和D)的MCF。在这类示例中，会聚透镜224B将组合光束211a至211d聚焦到缆线110B的近端的界面平面上，使得例如组合光束211a传播到芯A上，组合光束211b传播到芯B上，组合光束211c传播到芯C上，并且组合光束211d传播到芯D上。
示例性双增益光束检测
本披露的各方面提供了一种手术激光系统，该手术激光系统具有实现有双增益的激光束检测电路。具体地，某些方面提供了用于测量脉冲持续时间的技术，比如可以具有宽动态范围(例如1mW(毫瓦)至3.3W(瓦))的短(例如50μs(微秒))激光脉冲。
目前，测量短激光脉冲可以用电路来完成，这些电路通常通过仅限制电路增益而忽略脉冲幅度。增益限制电路通常有恢复时间(例如，10μs或更长)，这占据了激光脉冲持续时间的很大一部分(例如，50μs)。因此，这种恢复时间可能会造成测量实际激光脉冲持续时间的误差。光电二极管光束检测器可以在这种电路中实现，通常出于两个不同的目的。第一目的是在激光脉冲开启时检测激光脉冲，以验证激光束是否被转向到正确的输出端口。可以测量检测信号的持续时间以验证脉冲持续时间。第二目的是检测不希望的输出，这在使用微脉冲生成脉冲时有可能发生。例如，激光能量可以被引向不正确的端口，或者当激光器本应关闭时，激光器看起来是打开的。在涉及激光束的医疗过程中，对激光束的不适当或不准确的检测会对患者造成危害。
激光束的动态范围可以很大。也就是说，最大输出可以高达3.3W，并且低至1mW。适应激光束相对较大的动态范围可能会因为用于对激光束本身进行采样的分束器的不确定性而进一步复杂化。例如，分束器的制造变化可以高达100％。期望用于检测接收激光脉冲的光电二极管的输出的电路能够处理大的动态范围，同时仍然能够准确测量脉冲持续时间。
常规的增益限制电路通常会影响电路准确测量脉冲持续时间的能力。有几种方法来放大光电二极管信号；然而，高速响应通常最好使用跨阻抗(TIM)放大器实现。只要放大器保持在其操作限制内，脉冲保真度通常较高。然而，当输出信号过大时，放大器可能会饱和，从而导致恢复时间不可预测或非常长。齐纳二极管可以用来将电压增益限制为齐纳二极管击穿电压的增益，但齐纳二极管的饱和恢复时间可能等于或大于10μs。因此，为了进行正确和准确的脉冲测量，需要能够处理激光束的动态范围且不饱和的电路。
因此，本披露的某些方面提供了实现有双增益的光束检测电路的技术。具体地，某些方面涉及到在光束检测电路中使用串联的具有不同增益的两个放大器。第一放大器的增益可以被设定成使得最大的激光脉冲将在第一放大器的操作限制内。第二放大器可以具有增益，以进一步放大信号，使得低幅度脉冲可以被电路测量。第一放大器的输出可控制开关，该开关可以被配置成在检测到大脉冲(例如，大于阈值电压)时阻断到第二放大器的信号。换句话说，来自第一放大器的输出可以被分流(例如，短接)到基准电位节点(例如，地)。通过阻断到第二放大器的信号，可以防止第二放大器在特别大的信号通过电路时超过其操作限制。在某些方面，第一放大器和/或第二放大器的输出可以用于测量脉冲持续时间，使得切换放大器就不会影响测量结果。换句话说，以上述方式用两个放大器实现光束检测电路允许更准确地检测激光束。
图3展示了实现有双增益光束检测的示例性电路300。如图所示，电路300可以包括光电二极管302，放大器304、310，比较器308、312，开关314，电阻器318和逻辑门322。
如图所示，光电二极管302可以耦接在放大器304的输入端与基准电位节点316(例如，电气接地)之间。在一些实施例中，基准电位节点316可以代替为电压或电流源。放大器304的另一个输入端可以耦接到基准电位节点316。在某些方面，放大器304可以尽可能地放大光电二极管信号，而不超过放大器304的操作限制。放大器304的输出端可以耦接到放大器310的输入端，该放大器可以具有耦接到基准电位节点316的另一输入端。在某些方面，放大器310的增益可以比放大器304的增益更大。如图所示，电阻318可以耦接在放大器304、310之间。此外，开关314可以耦接在节点319(在电阻器318与放大器310之间)与基准电位节点316之间。
放大器304的输出端可以耦接到比较器308的输入端，并且该输入端可以与电压V1进行比较。如图所示，放大器310的输出端可以耦接到比较器312的输入端，并且该输入端可以与电压V2进行比较。在某些方面，V1可以大于V2，并且V2可以被选择为足够大(例如，当激光脉冲超过1mW时被超过的值)，这样噪声就不会导致误触发。V1可以被选择为大于V2，因为比较器312可以被配置成用于检测低功率光束(例如，低至1mW的激光束)，并且可能由于较高功率的光束而饱和，而比较器308可以被配置用于检测较高功率光束而不饱和(例如，高达3.3W的激光束)。如果对比较器308的输入超过电压V1，那么比较器308可以向逻辑门322以及开关314输出逻辑高电压信号(例如3.3V或5V)，如虚线320所示。如果对比较器312的输入超过电压V2，那么比较器312可以向逻辑门322输出逻辑高电压信号(例如3.3V或5V)。例如，当比较器308的输出为逻辑高时，开关314可以闭合并将放大器310的输入端耦接(例如，短接)到基准电位节点316。在某些方面，逻辑门322可以是或门，或任何其他合适的逻辑门。
在某些方面，对光电二极管信号进行放大可能是有利的，使得大约1mW的信号超过阈值。然而，功率明显高于1mW的信号(例如，高电平信号)，当被放大器304放大时，将导致放大器310超过其操作限制。因此，可以选择比较器308的电压V1，使得电压V1小于放大器310的饱和电压。当高电平信号随后通过电路300时，这种信号可能导致比较器的逻辑高输出，并且随后在放大器310达到饱和电压之前闭合开关314。低电平激光脉冲(例如，低功率激光脉冲)可以被施加到光电二极管并通过放大器304、310中的两个来放大。这种技术可以防止放大器310明显过载，因此放大器310可以例如足够快速地返回到零输出而不影响脉冲测量。由于放大器304具有有限的上升时间，比较器312可能在信号具有足够的幅度来触发比较器308之前输出一逻辑高信号，并且因此导致开关314闭合。在一个或多个比较器308、312输出逻辑高信号的情况下，逻辑门322可以输出逻辑高信号。逻辑门322的输出可以使计时器启动，例如以测量激光脉冲的持续时间。因此，对于大幅度和小幅度的脉冲(例如，高电平或低电平信号)，可以以类似的精度来测量激光脉冲的起始。在一些实施方式中，激光脉冲可以独立于电路300进行计时和/或控制。例如，这可以由遮板(例如，图2的遮板234)或电源来完成。在这种情况下，电路300可以用作用于激光脉冲计时的双重检查。此外，在独立脉冲计时/控制的一些示例中，光电二极管的计时可以由两个独立的电路来测量，使得用于创建/测量脉冲的时钟是独立的。
图4是展示了由电路检测激光脉冲的示例性操作400的流程图。操作400可以在图3的电路300的范围内理解和实施。
在框405处，操作400通过在电路的输入端处接收激光脉冲而开始。在410处，电路基于激光脉冲(例如，经由光电二极管302)生成电信号。在415处，电路(例如，经由放大器304)放大电信号。
在420处，电路在放大的电信号与第一阈值电压(例如，电压V1)之间进行第一比较(例如，经由比较器308)，其中，当放大的电信号大于第一阈值电压时，耦接到基准电位节点(例如，基准电位节点316)的开关(例如，开关314)闭合。
在425处，基于第一比较，电路(例如，经由放大器310)再次放大被放大的电信号或与基准电位节点相关联的电压。在某些方面，当被放大的电信号的电压小于第一阈值电压时，可以再次放大被放大的电信号。当被放大的电信号的电压大于第一阈值电压时，将被放大的电信号耦接到基准电位，从而有效地使被放大的电信号分流/短路。因此，被放大的电信号不被传递到第二放大器。相反，因此，可以将与基准电位节点(例如，地)相关联的电压输入到第二放大器。
在430处，基于第一比较，电路执行重新放大的电信号或与基准电位节点相关联的电压与第二阈值电压(例如电压V2)之间的第二比较(例如经由比较器312)，其中，第一阈值电压大于第二阈值电压。
在435处，电路基于第一比较的输出和第二比较的输出中的至少一个来生成(例如，经由逻辑门322)指示检测到激光脉冲的信号。
提供前面的描述是为了使本领域的任何技术人员能够实践本文所描述的各种实施例。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且本文所定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，权利要求不旨在限于本文所示的实施例，而是被赋予与权利要求的语言一致的全部范围。
示例性实施例
实施例1：一种手术激光系统，所述手术激光系统包括激光源，所述激光源被配置成传播激光束；存储器，所述存储器包括可执行指令；处理器，所述处理器与所述存储器进行数据通信并被配置成执行所述指令，所述指令使所述处理器基于从电路接收的检测信号来控制所述激光源。所述电路包括：第一放大器，所述第一放大器具有输出端，所述输出端耦接到第一比较器的输入端和第二放大器的输入端；开关，所述开关耦接在所述第二放大器的输入端与基准电位节点之间，其中，所述开关的状态是基于所述第一比较器的输出；第二比较器，所述第二比较器具有输入端，所述输入端耦接到所述第二放大器的输出端，其中，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第一阈值电压大于所述第二放大器的第二阈值电压；以及逻辑门，所述逻辑门具有耦接到所述第一比较器的输出端的第一输入端以及耦接到所述第二比较器的输出端的第二输入端。所述手术激光系统进一步包括透镜，所述透镜被配置成将所述激光束聚焦到光纤的近端的界面平面上，所述光纤通过端口耦接到所述手术激光系统，其中，所述光纤的远端被配置成将所述激光束投射到目标表面上。
实施例2：如实施例1所述的手术激光系统，其中，所述电路进一步包括光电二极管，所述光电二极管耦接在所述第一放大器的输入端与基准电位节点之间，所述光电二极管被配置成接收所述激光束。
实施例3：如实施例1或2所述的手术激光系统，其中，所述处理器被配置成当所述处理器接收到来自所述电路的所述检测信号时启动计时器，并且所述处理器被配置成当所述计时器达到计时阈值时停止所述激光束的传播。
实施例4：如实施例1至3中任一项所述的手术激光系统，其中，所述处理器被配置成除了在基于所述检测信号确定以下各项时停止所述激光束的传播：所述激光束被引导到所述端口；当所述手术激光系统被指示传播所述激光束时传播所述激光束，而当所述手术系统未被指示传播所述激光束时不传播所述激光束；以及在阈值持续时间内传播所述激光束。
实施例5：如实施例1至4中任一项所述的手术激光系统，进一步包括光电二极管，所述光电二极管耦接在所述第一放大器的输入端与所述基准电位节点之间。
实施例6：如实施例1至5中任一项所述的手术激光系统，其中，所述第一放大器具有小于所述第二放大器的第二增益的第一增益。
实施例7：如实施例1至6中任一项所述的手术激光系统，其中，所述第二放大器的饱和电压电平大于所述第一比较器的第一阈值电压。
实施例8：如实施例1至7中任一项所述的手术激光系统，其中，所述第二比较器的第二阈值电压为至少1mW。
实施例9：如实施例1至8中任一项所述的手术激光系统，其中，所述开关被配置成如果所述第一比较器的输入端处的电压超过所述第一比较器的第一阈值电压则将所述第二放大器的输入端短接到所述基准电位节点。
实施例10：如实施例1至9中任一项所述的手术激光系统，其中，所述开关是模拟开关或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的一个。
实施例11：如实施例1至10中任一项所述的手术激光系统，其中，所述第一放大器是跨阻抗放大器。
实施例12：如实施例1至11中任一项所述的手术激光系统，其中，所述逻辑门是或门。
实施例13：如实施例1至12中任一项所述的手术激光系统，进一步包括电阻器，所述电阻器耦接在所述第一放大器的输出端与所述第二放大器的输入端之间。
实施例14：一种通过电路检测激光脉冲的方法，所述方法包括：在所述电路的输入端处接收所述激光脉冲；基于所述激光脉冲生成电信号；放大所述电信号；在所述被放大的电信号与第一阈值电压之间进行第一比较，其中，当所述被放大的电信号大于所述第一阈值电压时，将耦接到基准电位节点的开关闭合；基于所述第一比较：再次放大所述被放大的电信号；或者将所述被放大的电信号分流到所述基准电位节点；当所述被放大的电信号被再次放大时，在所述被再次放大的电信号与第二阈值电压之间进行第二比较，其中，所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压；并且基于所述第一比较的输出和所述第二比较的输出中的至少一个来生成指示检测到所述激光脉冲的信号。
实施例15：一种电路，所述电路包括：第一放大器，所述第一放大器具有输出端，所述输出端耦接到第一比较器的输入端和第二放大器的输入端；开关，所述开关耦接在所述第二放大器的输入端与基准电位节点之间，其中，所述开关的状态是基于所述第一比较器的输出；第二比较器，所述第二比较器具有输入端，所述输入端耦接到所述第二放大器的输出端，其中，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第一阈值电压大于所述第二放大器的第二阈值电压；以及逻辑门，所述逻辑门具有耦接到所述第一比较器的输出端的第一输入端以及耦接到所述第二比较器的输出端的第二输入端。
实施例16：如实施例15所述的电路，进一步包括光电二极管，所述光电二极管耦接在所述第一放大器的输入端与所述基准电位节点之间。
实施例17：如实施例15或16所述的电路，其中，所述第一放大器具有小于所述第二放大器的第二增益的第一增益。
实施例18：如实施例15至17中任一项所述的电路，其中，所述第二放大器的饱和电压电平大于所述第一比较器的第一阈值电压。
实施例19：如实施例15至18中任一项所述的电路，其中，所述第二比较器的第二阈值电压为至少1mW。
实施例20：如实施例15至19中任一项所述的电路，其中，所述开关被配置成如果所述第一比较器的输入端处的电压超过所述第一比较器的第一阈值电压则将所述第二放大器的输入端短接到所述基准电位节点。
实施例21：如实施例15至20中任一项所述的电路，其中，所述开关是模拟开关或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的一个。
实施例22：如实施例15至21中任一项所述的电路，其中，所述第一放大器是跨阻抗放大器。
实施例23：如实施例15至22中任一项所述的电路，其中，所述逻辑门是或门。
实施例24：如实施例15至23中任一项所述的电路，进一步包括电阻器，所述电阻器耦接在所述第一放大器的输出端与所述第二放大器的输入端之间。

Claims (15)

1.一种手术激光系统，包括：
激光源，所述激光源被配置成传播激光束；
存储器，所述存储器包括可执行指令；
处理器，所述处理器与所述存储器进行数据通信并被配置成执行所述指令，所述指令使所述处理器基于从电路接收的检测信号来控制所述激光源，所述电路包括：
第一放大器，所述第一放大器具有输出端，所述输出端耦接到第一比较器的输入端和第二放大器的输入端；
开关，所述开关耦接在所述第二放大器的输入端与基准电位节点之间，其中，基于所述第一比较器的输出来控制所述开关的状态；
第二比较器，所述第二比较器具有输入端，所述输入端耦接到所述第二放大器的输出端，其中，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第一阈值电压大于所述第二比较器的第二阈值电压；以及
逻辑门，所述逻辑门具有耦接到所述第一比较器的输出端的第一输入端以及耦接到所述第二比较器的输出端的第二输入端，其中，所述逻辑门的输出是所述检测信号；
透镜，所述透镜被配置成将所述激光束聚焦到光纤的近端的界面平面上，所述光纤通过端口耦接到所述手术激光系统，其中，所述光纤的远端被配置成将所述激光束投射到目标表面上。
2.如权利要求1所述的手术激光系统，其中，所述电路进一步包括光电二极管，所述光电二极管耦接在所述第一放大器的输入端与基准电位节点之间，所述光电二极管被配置成接收所述激光束。
3.如权利要求1所述的手术激光系统，其中：
所述处理器被配置成当所述处理器接收到来自所述电路的所述检测信号时启动计时器；并且
所述处理器被配置成当所述计时器达到计时阈值时停止所述激光束的传播。
4.如权利要求1所述的手术激光系统，其中，所述处理器被配置成除了在基于所述检测信号确定以下各项时停止所述激光束的传播：
所述激光束被引导到所述端口；
当所述手术激光系统被指示传播所述激光束时传播所述激光束，而当所述手术系统未被指示传播所述激光束时不传播所述激光束；以及
在阈值持续时间内传播所述激光束。
5.一种通过电路检测激光脉冲的方法，包括：
在所述电路的输入端处接收所述激光脉冲；
基于所述激光脉冲生成电信号；
放大所述电信号；
在所述被放大的电信号与第一阈值电压之间进行第一比较，其中，当所述被放大的电信号大于所述第一阈值电压时，将耦接到基准电位节点的开关闭合；
基于所述第一比较：
再次放大所述被放大的电信号；或者
将所述被放大的电信号分流到所述基准电位节点；
当所述被放大的电信号被再次放大时，在所述被再次放大的电信号与第二阈值电压之间进行第二比较，其中，所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压；以及
基于所述第一比较的输出和所述第二比较的输出中的至少一个来生成指示检测到所述激光脉冲的信号。
6.一种电路，包括：
第一放大器，所述第一放大器具有输出端，所述输出端耦接到第一比较器的输入端和第二放大器的输入端；
开关，所述开关耦接在所述第二放大器的输入端与基准电位节点之间，其中，基于所述第一比较器的输出来控制所述开关的状态；
第二比较器，所述第二比较器具有输入端，所述输入端耦接到所述第二放大器的输出端，其中，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第一阈值电压大于所述第二比较器的第二阈值电压；以及
逻辑门，所述逻辑门具有耦接到所述第一比较器的输出端的第一输入端以及耦接到所述第二比较器的输出端的第二输入端。
7.如权利要求6所述的电路，进一步包括光电二极管，所述光电二极管耦接在所述第一放大器的输入端与所述基准电位节点之间。
8.如权利要求6所述的电路，其中，所述第一放大器具有小于所述第二放大器的第二增益的第一增益。
9.如权利要求6所述的电路，其中，所述第二放大器的饱和电压电平大于所述第一比较器的第一阈值电压。
10.如权利要求6所述的电路，其中，所述第二比较器的第二阈值电压是在所述电路检测到具有至少1mW的功率的激光束时被超过的值。
11.如权利要求6所述的电路，其中，所述开关被配置成如果所述第一比较器的输入端处的电压超过所述第一比较器的第一阈值电压则将所述第二放大器的输入端短接到所述基准电位节点。
12.如权利要求6所述的电路，其中，所述开关是模拟开关或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的一个。
13.如权利要求6所述的电路，其中，所述第一放大器是跨阻抗放大器。
14.如权利要求6所述的电路，其中，所述逻辑门是或门。
15.如权利要求6所述的电路，进一步包括电阻器，所述电阻器耦接在所述第一放大器的输出端与所述第二放大器的输入端之间。
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