适用于降低激光束在液体介质中的衰减的装置和方法制造方法及图纸

一种对用激光照射靶向区域进行最优化的方法，该方法包括选择并安装激光照射传输设备，或者是使用导波器或者是光纤类型的仪器；同样地，选择至少以下参数的其中之一：选择将要被传输到靶向区域的至少一个序列脉冲的总能量，和选择从发射端的终部到靶向区域的距离；然后，开始对靶向区域进行照射至少一个脉冲序列，这是通过使用足够的能量(Ei)来产生第一激光脉冲从而在液体介质中形成水气泡来完成的；允许所形成的水气泡膨胀到足够的数量，从而替换介于发射端的终端和靶向区域之间的液体介质中的大部分；以及在选定的时间延迟(Td)足以形成水气泡到达其最优化的范围之后，产生第二激光脉冲(Ep)，第二激光脉冲通过所形成的水气泡传输到靶向区域。

Device and method for reducing attenuation of laser beam in liquid medium

A method for optimizing a laser-irradiated target area includes selecting and installing a laser-irradiated transmission device, or using a guided wave or fiber-optic type of instrument; similarly, selecting at least one of the following parameters: selecting at least one sequence of pulses to be transmitted to the target area Total energy, and the distance chosen from the end of the emitter to the target region; then, the target region is irradiated with at least one pulse sequence, which is accomplished by using sufficient energy (Ei) to generate a first laser pulse to form water bubbles in a liquid medium; the resulting water bubbles are allowed to expand enough The number thus replaces most of the liquid medium between the end of the transmitter and the target region; and after a selected time delay (Td) is sufficient to form water bubbles to reach its optimum range, a second laser pulse (Ep) is generated, and the second laser pulse is transmitted to the target region through the formed water bubbles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】适用于降低激光束在液体介质中的衰减的装置和方法相关申请本申请涉及的是2016年6月9日提交的第62/347685号美国临时专利申请，并在此要求享有所述临时申请的优先权，其内容通过引证并入本文。
本专利技术涉及的是激光能量源，以及涉及用于减少穿过液体环境达到靶组织的激光束的减弱的方法和装置。
技术介绍
在过去的二十年间，在医学领域，用激光设备进行处置已经成为一种常见到的形式。新的激光技术和传输系统，伴随着低价格和高质量的激光传输系统仅仅是一种新的驱动力。某些激光处置是在自由、开发的空间内通过直射的方式来进行的，例如，在皮肤表面上进行的激光处置。然而，某些处置是需要传输系统的支持来完成的，例如，通过光纤或者光导来传输激光束。在上述处置的某些实施方案中，处置位置的体征在于气态环境(例如，在由吹入气体控制的腹腔镜检查规程中)。然而，部分激光处置是液体环境中进行的，例如，肾结石的破碎或者义肢增生的消除，在此仅仅提到上述两种。从光学透视的角度来考虑，在其他的事物中，从激光束到靶向组织的能量传输效率取决于激光束从其光源传输到靶向组织所通过的介质。一般来说，与气态介质相比，液体介质趋向于吸收更多的光并使光发生散射。液体介质可能会包括组成其中一部分的水，众所周知的是，通常情况下，水能够强烈地吸收光能，尤其是红外光的波长。红外线激光，举例来说，铥、钬、铒、二氧化碳激光，或者类似的激光通常在普通外科、整形外科、泌尿外科的规程中是常用的。由于这些规程中的大部分是在体内进行的，因此，可以预见的是从光导或者光纤的输出端发射出的激光能量中的部分甚至绝大部分在到达靶向组织之间就被液体介质吸收了。然而，正如第5,321,715号(‘715专利)美国专利所教导的那样，在某些情况下，向靶向组织发射的通过液体介质的激光能将会被吸收，但是，这样的吸收是小于预期的。这是由于所谓的“摩西影响”，其中发射出的能量的第一部分被液体吸收，并在液体介质中形成气泡，以致剩余的能量可以通过较少限制的或者吸收气体/蒸汽介质，其特征在于较低的光衰减性。‘715专利描述了一种用于增强将要到达靶向组织的激光能量的脉冲格式。根据其中所描述的内容，发射第一短且低的能量初始脉冲以便产生气泡，其后跟随的是较高能量的处置脉冲。当其穿过产生的和新形成的气泡时，第二处置脉冲经历的是较低的吸收率，这是由于气泡存在的缘故(以及缺乏液体)。而且，‘715专利教导了第一气泡的初始脉冲的能量将是足以启动水蒸汽气泡的形成的。因此，之后就会产生气泡，然后其将替代位于光线端和靶向组织之间的液体介质中的大部分。第一和第二脉冲之间的时间周期是可以计算的，并且可以在气泡的预期膨胀率和从光纤端或光导端到靶向组织之间的实际距离的基础上确定。一旦产生气泡，就会出现能够控制其自发膨胀的某些因素，而且在这之后发生出第二脉冲，根据专利‘715的教导，优先于气泡破裂。VanLeeuwen在现有技术(“Non-contactTissueAblationbyHolmium:YSGGLaserPulsesinBlood,”LasersinSurgeryandMedicine，1991年第11卷)中教导我们：气泡的直径的扩展范围是100微秒内大约1mm到200微秒内的2mm。因此，‘715专利教导的时间周期是小于气泡的初始脉冲和随后的处置脉冲之间的200微秒的。根据‘715专利，气泡的初始脉冲优选的是小于50微秒，而且更为优选的是小于30微秒。在‘715专利中所描述的一个实施例中，其中提供的是钬处置激光束而且其使用的是0.5mm光纤直径，气泡的初始脉冲将至少为0.02焦耳-能量需要通过光纤端发射的2.1微米的激光束来使水沸腾。根据这一实施例，气泡的初始脉冲的消耗为1焦耳的处置脉冲的2％。第5,632,739号美国专利教导我们，在气泡的初始脉冲和处置脉冲之间的延迟是精心确定的，以致当气泡的尺寸和所替换的液体的对应数量达到其最大范围时就可以发射第二脉冲。然而，当前的情况是脉冲能量中的大部分在其通向靶向组织的过程中仍然被水或者生物液体吸收。非最佳的光纤末端-靶向组织的距离可能极大地影响处置效率，而且在实际上会降低处置效。然而，现有技术未能提供任何一种关于如何控制和优化气泡的膨胀阶段的方法，即对第一初始脉冲进行限定、调整和最优化，第一初始脉冲是由激光系统所发射的，其作为特定参数组的函数，所述参数组限定的是由用户所选择的用于处置的特定的工作包络-总脉冲能量，处置脉冲的重复频率，光纤直径和工作距离，从光纤端或者导波器到靶向组织的距离和激光类型。除此之外，现有技术未能提供一种确定初始脉冲和处置脉冲之间的延迟的最优化方法。而本专利技术的某一个方面就能解决现有技术中的上述不足之处。实施方案中还包括对激光脉冲进行整形和调整从而提供更为有效的激光-组织之间的相互作用的处置参数的最优化。这可能会涉及对脉冲能，脉冲能量的水平，脉冲的数量，所使用的光纤的类型和尺寸，以及光纤端到靶向组织之间的距离的最优化。可能会使用到两个脉冲，从而第二脉冲可以穿越到由脉冲的第一部分所形成的气泡中。因此，第二脉冲的计时和第一脉冲和第二脉冲之间的任何延迟都可能会提供进一步的最优化利益。此外，最优化可以是在“闭环”模型中进行工作，从而各种可控的参数在过程中可以被控制和改变从而提供最有效的处置。
技术实现思路
从某一方面来说，用激光辐射靶向目标的最优化的照射方法，其中激光辐射与激光辐射传输设备相关，而且激光辐射通过波导或者光学纤维的方式传输到靶向目标，波导或者光学纤维中的每一个都具有远部传输末端，其中远部传输末端与靶向目标是间隔开的，其中波导的远部传输末端和靶向目标之间的间距被液体介质所占据，而且其中激光辐射是沿着至少波长的激光脉冲链的其中之一的光路径进行传输的，其至少部分地被液体介质所吸收，至少一个脉冲链具有第一激光脉冲和第二激光脉冲。方法包括的步骤有：选择并安装将要用于辐射靶向目标的激光辐射传输设备、波导或者光学纤维的类型；然后，选择至少以下参数：选择将要被传输到靶向目标的脉冲链的至少其中之一的总能量，和选择从远部传输末端到靶向目标的距离；方法还进一步包括提供控制器，该控制器对激光辐射传输设备进行控制，并执行选定由激光辐射传输设备进行传输的总能量和选定从远部传输末端到靶向目标的距离的步骤；方法进一步包括启动对靶向目标的辐射，适用于通过产生第一激光脉冲的至少一个脉冲链，其具有充足的能量(Ei)，从而可以在远部传输末端的液体介质中水汽气泡形成；允许所形成的水汽气泡膨胀到足够的数量以取代远部传输末端和靶向目标之间的液体介质的实质部分；然后，在选定足以形成水汽气泡并达到其最优化的程度的延迟时间(Td)之后，形成第二激光脉冲(Ep)，第二激光脉冲通过所形成的水汽气泡被传输到靶向目标，从而将被液体介质所吸收的激光辐射的数量最小化，并将达到靶向目标的激光辐射最大化。控制器可以进一步包括存储器，该存储器包含有检索表格，检索表格包括众多参数Ei、Ep和Td，而且其中选择波导或者光纤类型的步骤，选定将要用于辐射的总能量的步骤和选定从远部传输末端到靶向目标的距离的步骤会导致控制器加速检索表格从而为Ei、Ep和Td选定对应的参数，并导致传输设备能够产生并传输具有为Ei、Ep和Td所选定的参数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用激光辐射靶向目标的最优化照射的方法，其中所述激光辐射与激光辐射传输设备相关，而且所述激光辐射通过波导或者光学纤维的方式传输到靶向目标，波导或者光学纤维中的每一个都具有远部传输末端，其中远部传输末端与靶向目标是间隔开的，其中波导的远部传输末端和靶向目标之间的间距被液体介质所占据，而且其中所述激光辐射是沿着至少波长的激光脉冲链的其中之一的光路径进行传输的，其至少部分地被液体介质所吸收，至少一个脉冲链具有第一激光脉冲和第二激光脉冲，所述方法包括如下步骤：选择并安装将要用于辐射靶向目标的激光辐射传输设备、波导或者光学纤维的类型；选择至少以下参数：选择将要被传输到靶向目标的脉冲链的至少其中之一的总能量，和选择从远部传输末端到靶向目标的距离；所述方法进一步包括提供控制器，该控制器对激光辐射传输设备进行控制，并执行选定由激光辐射传输设备进行传输的总能量和选定从远部传输末端到靶向目标的距离的步骤；启动对靶向目标的照射，适用于通过产生第一激光脉冲的至少一个脉冲链，其具有充足的能量(Ei)，从而可以在远部传输末端的液体介质中水汽气泡形成；允许所形成的水汽气泡膨胀到足够的数量以取代远部传输末端和靶向目标之间的液体介质的实质部分；然后，在选定足以形成水汽气泡并达到其最优化的程度的延迟时间(Td)之后，形成第二激光脉冲(Ep)，第二激光脉冲通过所形成的水汽气泡被传输到靶向目标，从而将被液体介质所吸收的激光辐射的数量最小化，并将达到靶向目标的激光辐射最大化；控制器可以进一步包括存储器，该存储器包含有检索表格，检索表格包括众多参数Ei、Ep和Td，而且其中选择波导或者光纤类型的步骤，选定将要用于照射的总能量的步骤和选定从远部传输末端到靶向目标的距离的步骤会导致控制器加速检索表格从而为Ei、Ep和Td选定对应的参数，并导致传输设备能够产生并传输具有为Ei、Ep和Td所选定的参数的激光辐射。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 US 62/347,6851.一种用激光辐射靶向目标的最优化照射的方法，其中所述激光辐射与激光辐射传输设备相关，而且所述激光辐射通过波导或者光学纤维的方式传输到靶向目标，波导或者光学纤维中的每一个都具有远部传输末端，其中远部传输末端与靶向目标是间隔开的，其中波导的远部传输末端和靶向目标之间的间距被液体介质所占据，而且其中所述激光辐射是沿着至少波长的激光脉冲链的其中之一的光路径进行传输的，其至少部分地被液体介质所吸收，至少一个脉冲链具有第一激光脉冲和第二激光脉冲，所述方法包括如下步骤：选择并安装将要用于辐射靶向目标的激光辐射传输设备、波导或者光学纤维的类型；选择至少以下参数：选择将要被传输到靶向目标的脉冲链的至少其中之一的总能量，和选择从远部传输末端到靶向目标的距离；所述方法进一步包括提供控制器，该控制器对激光辐射传输设备进行控制，并执行选定由激光辐射传输设备进行传输的总能量和选定从远部传输末端到靶向目标的距离的步骤；启动对靶向目标的照射，适用于通过产生第一激光脉冲的至少一个脉冲链，其具有充足的能量(Ei)，从而可以在远部传输末端的液体介质中水汽气泡形成；允许所形成的水汽气泡膨胀到足够的数量以取代远部传输末端和靶向目标之间的液体介质的实质部分；然后，在选定足以形成水汽气泡并达到其最优化的程度的延迟时间(Td)之后，形成第二激光脉冲(Ep)，第二激光脉冲通过所形成的水汽气泡被传输到靶向目标，从而将被液体介质所吸收的激光辐射的数量最小化，并将达到靶向目标的激光辐射最大化；控制器可以进一步包括存储器，该存储器包含有检索表格，检索表格包括众多参数Ei、Ep和Td，而且其中选择波导或者光纤类型的步骤，选定将要用于照射的总能量的步骤和选定从远部传输末端到靶向目标的距离的步骤会导致控制器加速检索表格从而为Ei、Ep和Td选定对应的参数，并导致传输设备能够产生并传输具有为Ei、Ep和Td所选定的参数的激光辐射。2.根据权利要求1中的方法，其中Ei/Ep的比率可以从10:1到1:10。3.根据权利要求1中的方法，其中脉冲链的至少其中之一包括两个脉冲。4.根据权利要求1中的方法，其中脉冲链的至少其中之一包括两个以上脉冲。5.根据权利要求1中的方法，其中脉冲链的至少其中之一多于一个脉冲链，而选择的步骤进一步包括为所述多于一个脉冲链的传输选择重复频率。6.根据权利要求5中的方法，进一步包括如下步骤：测量由激光器照射的实际能量；将实际测量到的照射能量与选定的总能量进行对比；以及，如果对比的结果证实实际测量到的能量与选定的总能量之间存在差异，就需要对随后的任何一个脉冲链的一个或多个选定的参数进行判断，从而获得传输到靶向目标的选定能量。7.根据权利要求1中的方法，其中靶向目标可以是人体内的组织、器官或者已经形成的结石。8.根据权利要求1中的方法，其中检索表格包括一个或多个数据库，其中包含的Ei、Ep和Td最优化数值，适用于数量众多的波导或者光纤类型和从远部传输末端到靶向目标的距离，而且选择波导或者光纤类型的步骤会导致控制器加速检索表格从而确定Ei、Ep和Td的最优化数值。9.根据权利要求1中的方法，其中波导的类型和光...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·威斯曼，A·卡恰图罗夫，A·普瑞斯，
申请(专利权)人：鲁美斯有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL