激光能量输出的动态腔外控制制造技术

一种激光光束发送系统，该系统包括一个激光器以及用于对由激光器产生的脉冲激光束进行脉冲成型参数监控的装置，其特征是；一个能量输出传感器接收一部分激光光束发送系统的激光光束能量，还有一个激光束强度衰减器，设置在传感器前部光路上，用来改变激光束光强，一个控制装置，用于接收来自激光能量传感器的信号，并调节激光光束强度衰减器到某一个衰减水准，以响应激光能量的输出与预置所希望能量输出值之间的偏差的传感。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使激光能量输出保持在预定限度内的一种控制系统。本专利技术提供一种简单、精确和价廉的系统和方法用于降低从脉冲激光器发射出的脉冲至脉冲之间的能量变化，这种系统和方法尤其对用在外科系统的脉冲激光器，保持它的能量输出在相当接近的容限之内是有益的。激光器用在眼科学和其它外科专业已有二十五年以上的历史，迄今他们的成功应用，部分是基于外科医生具有能用激光外科装置以一种减少或在某些情况下不再需要长期住院的方式完成各种处理的能力;部分是基于激光装置具有在透过激光的组织内产生深度组织机能损害的能力，相比于惯用的非激光处理有明显的较小的外伤或损伤，而且这种处置能以一种预期的方式进行。眼科学家是把激光广泛用于外科中的第一批专家。在传统上，他们避免把激光射到太靠近敏感的组织处，因为在该处一个误射的光脉冲，或者过量的激光脉冲有可能导致不希望的，甚至不可挽回的损伤。一种用于减小与误置照射有关的不准确性的方法记载1990年2月6目提交的，由本专利技术的受让人给出的美国专利申请U.S.No.475，657中。本专利技术论述一种为限制与不希望的脉冲至脉冲的能量变动有关的损伤所用的方法和系统。由一个激光脉冲造成组织破裂的程度其预示性在很大程度上取决于该激光脉冲的能量辐度和分布。由于认识到监视和控制激光脉冲能量变化的需要，美国器件和辐射健康中心(CDRH)和美国食品和药物管理中心(FDA)已建立用于激光发射和可重复发射的脉冲变化的容限，以及在每次激光外科处置之前测试激光发射的方法的标准和准则。FDA要求触发少量的试验脉冲，并进行取样，对激光在进行给定的外科处置之前对其性能进行评估。用于表征激光发射特性的一种常用的技术是，对大量脉冲的总的发射进行测量，如果能量的平均量和平均偏差位于预定值的预定容限之内，那么可以认为该器件满足规定的要求。换言之，这些方法视标准或平均偏差是否超过最大的脉冲至脉冲的偏差。在实际中所用的一个典型的标准是脉冲至脉冲能量的变化为20%。在光致破裂技术中，对生物组织或任何其它种类材料的损伤通常是与有多少能量从激光脉冲传递到材料成比例的。如果能量值远远超过能量密度和辐照度阈值，由20%脉冲变化所引起的损害大小的不同可能不到20%，符合一般的比例规律。然而，如果处置工作是在刚超过损伤阈值的某一值上进行。那么，甚至由20%或以下的的脉冲变化所引起的损伤损害大小的不同可能约为300%至400%，或更高一些。采用严格的平均型标准的缺点是，对一系列激光脉冲来说低的平均容值可能得到满足，但仍然存在着有害的大的最大值脉冲能量偏差。如上概述，大的脉冲至脉冲能量起伏可能造成人体组织内可观的和不希望的损害。作为这种损伤的例子是，在进行角膜屈光手术时由准分子激光器所产生的非一般大的单脉冲可能造成的内皮细胞的损失。在该例子中，从角膜的前表面上脱落处向后传布到角膜内的压力波可能变得相当强大致使内皮细胞机能障碍，在某些情况下导致视觉缺损。其它的例子是用激光进行后部晶状体囊切开术，对这种眼科医生把激光对准晶状体的膜，并用光破裂它。考虑到在美国每年大约有1200万白内障患者需进行外科手术，而患者中的20%左右需进行这种后部晶状体囊切开术，因此在进行这种手术中就需要对激光的能量进行完全的和有效的控制。许多制造者的手册建议外科医生或使用者从后面把激光射到眼玻璃体内的后晶状体囊膜上，并且从后面逐步趋近作为目标的膜层，以此来避免在进行白内障手术时任何可能造成的晶状体凹陷。如果初始激光脉冲对准得太靠后以致不能对到后晶状体囊上，或者如果所发射的脉冲能量远远超过预定的值，那么一个十分强大的压力波能传播到玻璃体视网膜交界面，在视网膜上造成足够大的牵引作用，致使视网膜脱离，这种视网膜脱离是一种采用激光对后晶状体囊切开手术后通常出现的并发症。根据本专利技术，首次认识到倘若努力去控制激光能量的发射时，激光器的内参数就受到改变，这种参数的变化经常会引入复杂的瞬态变化。这种额定值的偏离常常是非线性的，而存在采用假定迭代减小的办法来专门建立一组脉冲至脉冲可重复的输出参数。因此，本专利技术的重要之点在于激光器的参数不受到调制或控制。只有激光发射，一旦超出共振腔并进入激光系统的发送装置，就应该将该发射取样和控制在预定的限度值内。一种惯用的用于监视和控制外科激光系统中所用激光器的能量发射的方法是(1)把能量探测器放置在共振腔内的反射器后面，(2)取透过反射器传输到探测器的规定脉冲数的平均值，(3)依据这种求取的平均值，改变加到激光介质上的能量用以对所发生的变化进行补偿。对于准分子激光器，通常可以采用改变使激光介质受激的放电电极上的电压来取得能量的改变。这种电压的变化表明其足以使准分子激光器的能量发射的标准偏差，在正常良好的工作情况下，可被限制在10%的平均容差范围内，对此，可参见美国专利U.S.P.No.4，611，270。这样一段良好的外科操作条件的持续时间，或者控制最大的脉冲至脉冲的变化对准分子激光器和许多其它激光系统来说是一个未解决的问题。由于改变加到放电电极的电压可能在激光发射中引起强的非线性变化。因此，提出对这些方法予以改进，使容差进一步降低。在外科，对激光器的发射需较好控制这一要求是来自需精细地控制组织损伤的要求，对这一点，尤其在眼科手术中更为需要。对外科激光系统，要求该系统在接近介电击穿阈值处工作，或者依靠由激光感生等离子体分解的结果的产生的向外扩展的冲击波来产生均匀的激光损害。对此，紧紧地控制激光器的能量发射是实现精确、可预示的、安全的外科手术结果的关键之一。光发射的取样应该是连续的，不限于在手术处置之前的几个有代表性的脉冲，而需对整个手术处理过程的动态相互作用取样。因此，本专利技术包括动态监测和控制外科手术系统的激光器能量输出的装置和方法，以使非常窄的脉冲至脉冲误差容限可以得到满意的监控。在一个优选的实施例中，这种监控可以通过放置一个探测器在激光发射装置的分束镜的后面来取得，该探测器对从激光外科系统发射的每个激光脉冲的已知的小部分能量取样，它是完全由激光器本身受激励出来的能量。用电子学方法对探测器的信号进行放大，并把放大的信号与由操作者预选定的标准所产生的软件进行比较，以得到两个被预示的能量值，和可以接收的能量偏差，由计算机程序操作一个可变的衰减器来反复调整输出直至达到所要求的值。最好是在每个脉冲之后进行校正。在系统对容差不满意的情况下，对安全断续器或其它器件可传送指令，中断激光束的传送。因而，该系统可以重新自动连续进行指定的操作步骤。本专利技术系统，在使用高功率激光器致使生物组织和其它材料内引起光致组织机体破裂时将提供一种比较均匀的结果。本专利技术的目的在于提供一种相当简单、但是更为精确、正确、安全和可靠的用于激光束供给系统，尤其是激光外科领域的激光能量发射值的控制系统。专利技术的其它目的，优点和特性将由下述的优选实施例的说明，并结合附图予以说清楚。附图说明图1，表示使用本专利技术的能量监视和控制系统的一个激光束供给系统例子的示意图。图2，表示图1所示系统的光学部分的示意图。图3，表示可用于本专利技术系统的一种类型的能量值探测器的示意图。图4至图8表示在不同情况下，激光能量对所进行的激光射束时间的标绘图;图4至图6表示激光能量没用到本专利技术的能量控制系统;图5至图7表示激光能量使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光束发送系统，该系统包括一个激光器以及用于对由激光器产生的脉冲激光光束进行脉冲成形参数监控的装置，其特征是，一个能量输出传感器接收一部分来自激光光束发送系统的激光光束能量，该能量输出传感器安置在所有与激光器有关的经参数成形的激光脉冲输出方向上，能量输出传感器具有激光器操作期间对激光能量进行不断监测的装置，其中包括用于监测脉冲至脉冲间能量与预置的所希望的能量输出值之间偏差的装置，一个激光束强度衰减器，设置在能量传感器的前部光路上，强度衰减器具有改变激光束光强，从而改变通过衰减器的激光束能量输出的功能，一个控制装置，用于接收来自激光能量传感器的信号，并调节激光光束强度衰减器到某一个衰减水准，以响应激光能量的输出与预置的所希望能量输出值之间的偏差的传感。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：H阿尔弗雷德斯克拉，杰兹欧基泽乌斯基，安德雷M里斯特万，
申请(专利权)人：凤凰激光系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]