气泡探测制造技术

本发明专利技术是分析气泡是否存在并把信息输入一反馈系统，进行光－声血栓溶解的装置。在光－声血栓溶解过程中，具有超声波频率的脉冲激光辐射在体腔内沿着一光纤发射到血栓或其它栓塞腔内。栓塞的溶解可通过传播压力或震动波的超声波效应进行调节。作为激光辐射的结果，栓塞周围的流体中会有气泡产生。该气泡可能被直接用于分解栓塞或作为产生压力波的工具。本发明专利技术需要对气泡的形成进行探测并对其进行跟踪。关于气泡的形成和寿命的知识能提供很重要的信息，如气泡的最大尺寸，被吸收辐射的密度以及吸收材料的特性。随后这些信息可用于反馈系统以便对辐射条件进行调节。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
依据美国政府能源部和加利福尼亚大学之间关于运营LawrenceLivermore国家实验室的No．W-7405-ENG-48号合同，美国政府拥有这项专利技术的权利。本专利技术涉及用激光在液体介质中产生声信号，更具体地说，该专利技术涉及诊断液体介质中是否存在气泡的多个系统。题为“用分散光的相位和密度测量球状微粒的尺寸和速率的方法”的美国专利No．4，986，659，介绍了一种改进的装置和方法，用于测定由两束交叉的激光确定的采样空间的有效截面的变化。该专利还提供了一种生成两束相干激光束的激光生成装置，介绍了改变这两束激光的间隔、交叉角和聚焦半径的方法。这两束激光沿着一条轴定向，并按给定的角度穿过该轴，从而确定构成采样空间的干涉模型。该专利介绍了一套用于感测由微粒、液滴、气泡等引起的光散射的集成装置。在目前首选的实施例中，集成装置被预设在预选的不同偏轴角度，包括预先确定角度的背散射和由光束传播方向决定的角度。收集到的散射光被导入光探测器，而光探测器与一信号相位测定装置连接，以便测量每个光探测器产生的信号间的相对相位；光探测器还与一信号振幅测定装置连接，以便测量当微粒、液滴和气泡等穿过采样空间时产生的信号的振幅。尺寸测量装置与信号相位／振幅的测定装置相连，以便根据所接收的信号的相位和振幅的变化，确定微粒、液滴和气泡等的尺寸。由于穿过干涉模型的微粒的尺寸不同，采样空间的有效截面会发生变化，该专利介绍了测定这种变化的方法和装置。题为“用激光束测试液体容器泄漏的装置”的美国专利No．5，263，361，介绍了对承受气体压力并浸没在液体中的液体容器的泄漏进行测试的方法和装置。由浸没在液体中的容器底部上升的气泡被引导穿过与光电探测器有光信号连接的多个预定点。装置将计算探测器收集的信号并在气泡的数量超过预定值时发出信号，指示容器有泄漏。通过将多个相邻的光电探测器分组集成在预定装置中，该装置可以把被浸没的容器的表面上的杂乱气泡和在给定点生成的表明容器有泄漏的气泡区分开来。光电探测器可以安装在与预定点相邻的液体中，或安装在液体外但与预定点间用光缆连接。采用这两种方法，激光束可被引导穿过预定点并由激光源对面的探测器接收。当有气泡中断激光束时，将会有信号产生。题为“测量微粒尺寸和速率的光纤探针和系统”美国专利No．4，662，749，介绍了在多相加工的环境中同步测量气泡或液滴的尺寸和速率的系统。在这种多相加工环境中，穿过Ronchi栅的光通过一束相干的光纤和指数成梯度的成像透镜，投射到测量空间内。穿过测量空间的液滴或气泡将这些光反射或折射，并被正对于成像透镜的速率和尺寸传感光纤自动检测。检测到的信号与将光信号转换为电信号的信号处理装置相连，采用一种或多种可视技术、相滞后技术或传时技术可较准确地进行尺寸和速率测量。题为“用激光对材料进行机床加工的方法和装置”的美国专利No．5，473，136，介绍了在对待加工材料进行检测的同时，用激光对材料进行机床加工的方法。其中激光通过激光光学系统引向材料，经材料反射后被引向测量光密度的第一探测器，该探测器后连着一评估回路，用来控制激光的能量。通过激光光学系统输送给材料的能量被测量后，安装的探测器给评估回路提供一个显示信号，表明电介质开始被击穿。如果在预定的时间将预定的能量输送给材料时没有信号显示，评估回路可减少激光的能量并且／或者中断激光脉冲。本专利技术的目的是提供一种以光学为基础的探测气泡的技术。本专利技术的另一目的是在探测到气泡时发出信号，表明有气泡存在。本专利技术还有一个目的，就是提供一个反馈系统，用于在气泡形成时控制激光脉冲。一种光源例如激光，与光纤连接并被发射到预定的气泡生成点。被反射回光纤远端的光在返回时被调节，从邻近的光纤端口发射出去。当气泡在远端生成时，因为折射率的差增大(nfiber-nair＞nfiber-nliquid)，反射光的数量增加。该信号可给出气泡和被辐射材料的相关信息，例如气泡形成和破裂的时间，气泡的尺寸，材料的吸收特性以及材料的机械特性。这些数据可用于反馈控制系统，以便对辐射条件进行优化。该专利技术应用广泛，包括远程空穴探测，受激光辐射的目标材料的汽化，还可用于医疗中与激光相关的中风治疗；另外，还可在有气泡产生，尤其是在光纤的远端有气泡产生的不同实验中进行远程气泡探测。附图说明图1表示本专利技术的实施例；图2A为气泡产生和破裂时图1中的探测器的典型输出；图2B-E为分别在5微秒、55微秒、85微秒和100微秒时，气泡的生长和破裂；图3为本专利技术实施例的反馈系统的逻辑控制组件流程图；图4为气泡寿命的数据；图5为气泡的半径与能量／脉冲的关系图；图6A为本专利技术应用于以光纤为基础的光-声溶血栓导液管的简图；图6B展示了用附加流体对栓塞进行超声波溶解；图7A-C描绘了形成气泡的热塑操作；图8A-C描绘了形成气泡的过热汽体膨胀模式。尽管本专利技术可用于多种气泡探测，本专利技术只从医学应用的角度进行说明，即讨论气泡在人体深处某一点形成的情况。现有的气泡探测方法很多，但不适合医用。光学方法已被用于气泡探测，一般从发射信号的对面收集光信号。在本专利技术中，光信号可通过同一根光纤发射并接收，从而不必绕过栓塞即能进行深处非伤害性探测。而且，用于辐射治疗的光纤也可用于气泡探测。本专利技术从光源输入一光束，如氦氖激光束或二极管激光束，该光束通过一透镜进入一光纤，并被引向气泡生成点。该诊断光束所用的光纤也可用于传导生成气泡的第二激光束。光纤远端射出的诊断光束中的一部分通过反射和散射返回光纤。直接反射回光纤的光取决于光纤的折射率n1和光纤远端处材料的折射率n2之间的差异，被反射光的比率R=｜(n2-n1)／(n2+n1)｜2。而且，部分光被散射回光纤，这取决于光纤远端处材料的光学性能(散射系数，吸收系数，各向异性)。被反射和散射回光纤的反馈光在同一光纤的近端被测量，这样，就能进行待测区的深度探测。当气泡产生时，反馈光的强度将变化。被测信号的直流电平取决于光纤输出端的材料。被测信号的交流成分与气泡的动态特性相对应。气泡生长和破裂的时间，产生的单个或多个气泡的尺寸都能确定下来。由于反馈信号取决于材料的光学特性，多种波长的反馈信号可用于区分不同组织。该信息可输入调控治疗激光的辐射参数的反馈系统。该专利技术的实施例如图1所示。一激光器系统产生激光束10以生成气泡。该光束被一双色镜或分光镜12反射，穿过分光镜14(或带孔的镜14)，被透镜16聚焦至光纤18的近端。光纤远端被定位成，将激光输送到某种介质，如血管内血栓的附近。一第二激光器系统产生激光束20以探测气泡。该激光束穿过分光镜12和14，由透镜16聚焦进入光纤18。当激光束10在液体介质中产生气泡后，激光束20被光纤18远端的光纤-气泡界面漫反射(Frensnel反射)。该反射光被传回光纤18的近端，穿过透镜16并被采集。被采集的光束的一部分被分光镜14反射，由透镜22聚焦，穿过偏光镜28，穿过滤光镜24到达光栅26。该系统的其它表面也会产生回反射光，例如，主要由聚光镜16和光纤18的最近表面产生不希望出现的回反射光。合适取向的线性偏光镜28将这些表面产生的线性偏振的反射光过滤，传输光纤18产生的随机偏振光。激光束10的一部分也传回分光镜14，由透镜22聚焦，穿过偏光镜28，滤光镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测气泡的方法，包括：将光纤插入一液体环绕介质，此处所用光纤有一近端和一远端；从一高重复率的激光器系统将第一束激光引入该近端，其中所用的第一束激光由该液体环绕介质中的光纤远端发出；将第二束激光发射到光纤近端内，其中所用的第二 束激光部分由光纤远端反射，产生反射的第二光束，其中随着所述的气泡在光纤远端形成并长大，由光纤远端反射的光的数量增加；探测该反射的第二光束，产生探测信号；在高重复率的激光器系统发出第一束激光之前，储存所述探测信号的一第一个采样值； 在高重复率的激光器系统发出第一束激光之后的一个预定的延时，储存所述探测信号的一第二个采样值；从第一个采样值中去除第二个采样值以获得采样值的差异；这样处理后，若采样值差异大于预定的门槛值，继续由高重复率的激光器系统发射第一激光束；或 若该采样值差异小于预定的门槛值，根据以下方法控制高重复率的激光器系统：（ｉ）高重复率的激光器系统至少持续一段时间停止发射第一激光束，并且（ｉｉ）增大第一激光束的功率至预定功率，直至气泡形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文R维苏里，贝思M马米尼，卢兹B达席尔瓦，彼得M塞利尔斯，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]