包括用于联接至激光装置的接口的测量模块的制作方法

提供超短脉冲持续时间的脉冲激光辐射的激光装置已经得到了许多应用，包括例如激光辅助治疗领域。在本披露的背景内，超短脉冲持续时间旨在是指在阿秒、皮秒、飞秒或纳秒范围中的脉冲持续时间。

在人眼的激光辅助治疗领域中，为了在眼部组织中产生一个或多个切口的目的而经常使用超短脉冲激光辐射。在现有技术中，用于在人眼组织中产生切口的激光装置有时候与附件模块一起部署，该附件模块配备有一个接触件，该接触件对于该激光装置的激光辐射是透射的并为待治疗的眼睛提供接触面。这个附件模块经常被称为患者接口。通常，它是在一次使用后丢弃的一次性物品。考虑到一次性使用的需要，规定必须将该患者接口用可拆卸的方式与该激光装置联接。为此，该激光装置可提供合适的联接端口。

在WO 2012/041347 A1中描述并示出现有技术中的患者接口的示例性实施例，其全部内容通过引用结合在此。

当部署激光装置用于治疗眼睛时(或用于任何其他类型的应用时)，应该确保该激光装置发出的激光辐射符合特定的预定要求。决定辐射质量、并因而决定治疗的质量和成功的一个辐射参数是激光辐射的单个辐射脉冲的持续时间。其不仅需要能够在激光装置的生产过程中测量脉冲持续时间而用以适当地确配置该激光装置，而且还能够在将该激光装置交付给客户之后不时地检查脉冲持续时间以便确定与一个或多个标称值的潜在偏差。这类偏差可以是由于激光装置的老化，或可能是由改变激光装置的环境条件引起的，例如环境温度或空气湿度的改变。如果每当希望检查该激光装置的部署部位处的脉冲持续时间时都必须召集制造商的服务人员，这将是效率很低的。优选的是，可以不时地由客户/使用者自己来执行必需的测量或测试。为此，理想的是提供给使用者易于操作的设备，其可以在需要时安装到激光装置，用以执行该激光装置的激光辐射的测量。特别希望的是，不需要对激光装置进行结构修改即可安装测量设备，并且不需要使激光装置从其正常使用的地方转移到远处的专用测量站。

为此目的，本披露提供了一种用于激光辅助眼部治疗的设备，包括：激光装置，被配置成用于提供聚焦激光辐射并且具有联接端口；第一附件模块，具有用于眼睛的接触面并且被配置成用于在该联接端口处可拆卸地联接至该激光装置；以及第二附件模块，包括执行激光辐射的测量的测量装置，该第二附件模块被配置成用于在该联接端口处可拆卸地联接至该激光装置而代替该第一附件模块。

该设备允许利用激光装置的一个相同的联接端口，用于将该第一附件模块(其可包括或形成更上文描述的这类患者接口)或该第二附件模块选择性地安装到该激光装置上。使用该第二附件模块则要求该联接端口是自由的、并且已经移除了预先附接的患者接口。该第二附件模块(其可以被称为测量模块)需要与该第一附件模块基本上相同的附接和脱离的作用。考虑到激光装置是市售的，其具有用于患者接口的联接件的易于使用的联接端口，本发明允许具有这类激光装置的测量模块同样地容易使用，其中，该测量模块可以被设计成用于日常使用。

在本披露的范围内，该联接端口包含任何一个或多个结构，该结构促成在该激光装置的侧面上第一附件模块与第二附件模块的联接。例如，该联接端口可包括一个或多个联接元件，确保与该第一附件模块或第二附件模块的形状配合、力配合以及磁力接合中的至少一种。例如通过螺钉或夹具可以实现力配合连接。对于力配合连接，该联接端口可提供滑入结构，允许该第一附件模块或第二附件模块在横向于辐射传播方向的方向上滑动插入。当插入该滑入结构时，该第一附件模块或第二附件模块通过形状配合而在辐射传播方向上在位置上被固定。与该滑入结构相关联的一个或多个止动表面还可确保该第一附件模块或第二附件模块在插入方向上的位置上的形状配合固定。

该联接端口可包括该第一附件模块和该第二附件模块常用的至少一个联接结构。另外，该联接端口可包括这些附件模块之一专用的至少一个另外的联接结构。因而，本披露提供了该联接端口的一部分被该第一附件模块和第二附件模块中的一者使用、但不被另一者使用的可能性。在其他实施例中，该第一附件模块和该第二附件模块都使用整个联接端口。

根据实施例，该联接端口可包括适于滑动地接收第一附件模块和第二附件模块中的所选择的一者的滑入结构。该滑入结构可包括至少一个槽，并且该第一附件模块和该第二附件模块可各自包括用于滑动插入该槽的至少一个边缘部分。

如WO 2012/041347 A1中披露的患者接口是该第一附件模块的一个可能的实施例。而这个文件披露了患者接口的一种单件式(即整合式)配置，应理解的是，这绝不是旨在对本披露进行限制。在本披露的范围内同样地可以想到该患者接口的多件式配置。在某些实施例中，该第二附件模块包括至少一个测量传感器以及在激光辐射的传播方向上布置在该测量传感器的上游的一个或多个透镜，该一个或多个透镜适于改变或成形激光辐射的发散。在一些实施例中，该一个或多个透镜可适于使激光辐射准直。使用超短脉冲激光辐射以切进人眼组织的激光装置通常具有的特征在于该激光装置传送的(聚焦)激光束的相对较大的数值孔径。也就是说，光束在其离开该激光装置时的发散是相对较大的。在这种情况下，可能有利的是对聚焦的激光束进行准直(即使之平行或基本上平行)，用以实现在该测量传感器的部位尽可能高的辐射强度。在某些实施例中，用于改变或成形激光辐射的发散的一个或多个透镜可由单个透镜组成。在其他实施例中，可以想到一个或多个透镜的多透镜配置。在某些实施例中，该一个或多个透镜布置在激光辐射在其传播方向上的焦点的上游，并且具有发散的特性。然而，应理解的是，其中在激光辐射的传播方向上的焦点的下游布置一个或多个透镜的实施例也旨在落入本披露的范围内。在这类实施例中，该一个或多个透镜将具有激光辐射的会聚特征。

根据某些实施例，该第二附件模块可包括彼此可释放连接的多个段，其中，该多个段中的第一段容纳一个或多个透镜，并且该多个段中的第二段容纳至少一个测量传感器，并且其中，该第一段包括用以与该激光装置的联接端口接合的联接结构。具有多个段的第二附件模块的配置开辟了以下可能性：依靠市售的测量装置，并且设计合适的接口，使得该接口与该激光装置的联接端口匹配并适于与该测量装置连接。该第二附件模块的第一段和第二段的连接可以是例如通过螺纹接合。

在某些实施例中，该测量装置被配置成用于测量激光辐射的辐射强度并基于测得的辐射强度确定激光辐射的脉冲持续时间。为此，该测量装置可包括基于双光子吸收而工作的第一光检测器。该第一光检测器可输出检测器信号，因为通常是从双光子吸收的理论得知的，该检测器信号可能与在该第一光检测器的检测表面上入射的辐射强度的平方成正比。进一步地，入射强度与恒定几何辐射条件的脉冲峰值功率成正比，并且脉冲峰值功率与给定脉冲能量和给定脉冲重复率下的脉冲持续时间成反比，即与给定的平均功率成反比。以上关系可以在数学上表达如下：

在以上等式中，表示脉冲峰值功率，E_p表示脉冲能量，τ表示脉冲持续时间，表示激光装置的平均功率，并且f表示该脉冲重复率。因此，可以基于测得的脉冲峰值功率来确定脉冲持续时间。进而，基于对所确定的脉冲持续时间的分析，可以检测不希望的双脉冲的发生。这种双脉冲可能是例如激光装置的模式锁定操作的故障的指示。

在某些实施例中，该测量装置包括基于单光子吸收而工作的第二光检测器。该第二光检测器因而能够获得该激光装置的平均激光功率的测量值。

本披露还提供了一种用于操作被适配为提供聚焦激光辐射的激光装置的方法，该激光装置包括联接端口，其中，该方法包括以下步骤：在该联接端口将可拆卸地联接至该激光装置的第一附件模块从该激光装置上取下，该第一附件模块包括用于眼睛的接触面，其中，取下步骤包括使该联接端口的联接结构从该第一附件模块的互补的联接结构机械地脱离；在取下该第一附件模块之后，使第二附件模块在该联接端口处联接至该激光装置，该第二附件模块包括测量装置，其中，联接步骤包括使该联接端口的联接结构与该第二附件模块的互补的联接结构机械地相接合；并且同时该第二附件模块处于与该激光装置联接的状态，操作该测量装置以用于执行对激光辐射的测量。

从以下附图的说明中，本发明的某些实施例将会变得更清楚，在附图中：

图1示出了根据一个实施例的眼科激光设备的示意图，该眼科激光设备处于测量模块附接至激光装置的聚焦物镜的第一配置中；

图2展示了根据一个实施例的患者接口的部分剖开的透视图，其中，该患者接口可以附接至图1的激光装置的聚焦物镜，代替该测量模块；并且

图3是示出了根据一个实施例的图1的测量模块的细节的部分剖开的视图。

首先参照图1。这张图以高度示意性的方式绘制了被设计用于激光辅助眼科手术的激光设备10。更具体地，激光设备10被设计用于使用超短脉冲激光辐射在人眼组织中形成切口，其中，辐射的中心波长可位于红外线波长范围中(例如像在约800nm与约1300nm之间)或位于约300nm以上的紫外线波长范围中，其中，约300nm的限制旨在确保辐射充分透射进入或穿过待治疗眼睛的角膜。在眼睛中形成切口可用的示例性UV范围是从约340nm到360nm。

激光设备10包括激光装置12以及多个附件模块，这些附件模块可以每次一个与激光装置12联接。这些附件模块包括不同类型的附件模块，其中，每种类型被设计用于不同的目的和功能。激光装置12具有所有附件模块共用的联接端口14。因此，每当激光设备10的使用者(例如医师或助手)想要使用具有激光装置12的第一种类型的附件模块并随后使用第二种类型的附件模块时，他或她都必须将第一种类型的附件模块从联接端口14上取下来然后才能在联接端口14处附接第二种类型的附件模块。

在某些实施例中，该不同类型的附件模块包括测量模块16(还在图3中示出)以及患者接口(如图2所示)。测量模块16允许对激光装置12的安装部位产生的激光辐射进行测量。更具体地，测量模块16被配置成用于基于双光子吸收的效应来确定激光辐射的脉冲峰值功率。如本领域熟练的技术人员可以理解的，双光子吸收指的是，当分子同时吸收两个光子时，分子从基态过渡到激发态。通过使用在基态与激发态之间具有适当选择的带隙的TPA(双光子吸收)检测器，可以确保，对于给定的激光辐射的波长，TPA检测器将只在TPA事件的情况下输出检测器信号。

与单光子足以使分子过渡到激发态的单光子吸收相比，TPA事件的概率是大幅降低的。通常，TPA事件的数量、并且因而TPA检测器的信号幅值具有对激光辐射的入射强度的平方依赖性，而SPA(单个光子或单光子吸收)的检测器信号将示出对该入射强度的线性依赖性。对于给定的检测器且对于给定的激光辐射的辐射参数，强度与脉冲峰值功率成正比，并且对于给定的脉冲能量和给定的脉冲重复率，即对于给定的激光辐射的平均功率，脉冲峰值功率与脉冲持续时间成反比。因而有可能从TPA检测器的信号强度来确定脉冲持续时间，例如当涉及SPA检测器的信号强度时。

在图1的示例性实施例中，测量模块16包括包括可拆卸地彼此连接的多个段(或子模块)。更具体地，测量模块16包括检测器段18和接口段20。例如，检测器段18和接口段20以螺纹方式彼此连接。因而，检测器段18可具有一个或多个螺纹结构(图1中未示出)，并且接口段20可具有一个或多个互补的螺纹结构(同样在图1中未示出)，使得检测器段18和接口段20可以用例如滑动或螺接动作的方式彼此连接和分离。应理解的是，本披露并不限于检测器段18与接口段20之间的螺纹连接或滑动连接，并且可以设想各种其他类型的可释放连接，例如卡口连接。

在某些实施例中，检测器段18是或包括市售的检测器装置，例如峰值功率检测器。接口段20可以被看作形成匹配工具，其使得检测器段18与激光装置12机械地和/或光学地匹配。根据检测器段18的具体设计，接口段20可以采取不同的配置。

激光装置12包括产生激光束24的激光源22。扩束器26用于扩展激光束24。通过扩束器26进行的光束扩展之后，激光束24进入扫描装置28，在此光束24受到X-Y扫描，即在与光束24的传播方向正交的方向上进行扫描。例如，以本领域本身公知的方式，扫描装置28可包括一对扫描镜，例如一对电流计致动的扫描镜，被支持而围绕相互正交的倾斜轴倾斜或可电光控制激光束的电光晶体。布置在扫描装置28的下游(即相对于光束24的传播方向)的聚焦物镜30用于将激光束24聚焦到焦点上。聚焦物镜30可以例如是F-θ型或可以是任何其他类型。

提供控制单元32用于在图1中示意性地表示为34的控制程序的控制下对激光源22和扫描装置28的操作进行控制。控制程序34可包括被设计成在经受眼睛外科手术的患者的眼部组织中造成一个或多个切口。例如，可在角膜组织中做一个切口，作为LASIK(激光原位角膜切削术)治疗的一部分，以便制备角膜瓣，该角膜瓣是与周围的角膜组织保持连接的盘状组织，使其可以折叠在旁边，并且在位于瓣下的基质组织的烧蚀激光治疗之后可以折回而用以覆盖治疗部位。需要产生一个或多个角膜切口的其他类型的治疗包括角膜微透镜切除术和角膜成形术(层式或穿透式)。人眼的其他组织部分可同样需要在手术治疗的过程中产生一个或多个切口。例如，白内障手术可能需要在人晶状体中产生一个或多个切口。

毋庸质疑，本披露并不意图以任何方式被限定为特定类型的治疗，并且上述类型的治疗仅是通过示例的方式给出的。另外，本发明还可适用于在工件上制成切口或切割口，即当处理非生物材料时。

激光装置12还可配有用于激光束24的焦点的Z扫描能力，即配有用于使焦点沿着光束24的传播方向偏移的能力。可以在扫描装置28或扩束器26中实施Z扫描能力，例如通过位置可变的或折光力可变的可控光学元件起效。在Z扫描能力在扩束器26中实施时，控制单元32还将具有与扩束器26的控制连接。例如，扫描装置28可包括可纵向调整的透镜、电动可变折光力的透镜、或可以控制光束聚焦的Z位置的可变形反射镜29。

在聚焦物镜30的输出侧上，即在聚焦物镜30的、激光束24离开物镜30的一侧上，形成联接端口14。更具体地，联接端口14包括一个或多个联接结构，这个或这些联接结构与容纳聚焦物镜30的光学系统的壳体(图1中未详细示出)连接或在该壳体上形成。在图1所示的示例性实施例中，联接端口14包括一对联接槽36，这对联接槽彼此间隔地设置并具有彼此面对的开放槽侧。槽36限定滑入结构，允许接口段20以平行于X-Y平面的滑动运动的方式进行滑动插入。在此，X-Y平面指的是当激光束离开聚焦物镜30时与激光束24的传播方向正交的平面。如图1所示，接口段20包括肋状缘部分(或凸缘部分)38，其用作接合到联接槽36中的接口段20的联接结构。通过将边缘部分38插到联接槽36中并将接口段20沿着X-Y平面从插入起始位置推到插入结束位置来将接口段20附接到激光装置12，其中，该插入结束位置可以由与每个联接槽36相关联的联接端口14提供的一个或多个止动表面(附图中没有示出)限定的。

联接槽36和边缘部分38具有合适的大小和形状，以便确保在激光束24的传播方向上边缘部分38在联接槽36中的足够紧密的配合，以由此避免接口段20在该光束传播方向上相对于聚焦物镜30的不希望的运动游隙。

在这些示例性实施例中，检测器段18包括TPA检测器40、SPA检测器42、评估单元44以及分束器46。在离开聚焦物镜30并行进穿过接口段20之后，激光束24进入检测器段18，在此该激光束被分束器46(例如半透明镜)分成第一部分光束24’和第二部分光束24”。第一部分光束24’被引导到SPA检测器42上，该SPA检测器基于单光子吸收而工作并传送表示第一部分光束24'的且因此激光束24的的平均功率检测器信号。第二部分光束24"被引导到TPA检测器40上，该TPA检测器传送代表第二部分光束24'的且因此激光束24的脉冲峰值功率检测器信号。评估单元44接收由检测器40、42产生的检测器信号，并且基于这些检测器信号确定激光束24的脉冲持续时间。在替代的实施例中，控制单元32可被配置成用于接收并处理来自检测器40、42的检测器信号并计算脉冲持续时间。

希望的是，在激光束24进入检测器段18时对其进行准直。检测器段18可具有给定大小的进入窗或开口48(在图1示意性地绘出)，激光束24通过该进入窗或开口48进入检测器段18。为了确保激光束24在其通过进入窗或开口48进入检测器段18时是准直的光束，接口段20容纳可有效引起激光束24的所希望的准直的透镜50。在图1所示的示例性实施例中，透镜50被配置成发散透镜，如果离开聚焦物镜30的激光束24的焦点在该光束传播方向上位于透镜50的下游时，该透镜可以实现所希望的准直。在替代的实施例中，聚焦物镜30可将激光束24聚焦到位于透镜50上游的一个点，在此情况下透镜50将会被配置成会聚透镜。应理解的是，尽管图1显示透镜50是单一透镜，可代替地可以提供(两个或更多个)透镜的系统用于激光束24的准直。

现在另外参照图2，图2示出了具有主体部分54的患者接口52、接触件56以及抓握和联接段58。在图2的示例性实施例中，主体部分54形成为具有轴60、较窄的轴向端部分62以及较宽的轴向端部分64的大体上锥形的套筒状构件。当安装在图1的激光装置12上时，即当联接至联接端口14时，患者接口52使其轴60定向在光束传播的方向上。为了说明的目的，图2示出了从聚焦物镜30传递的聚焦激光束24。

接触件56布置在主体部分54的较窄的轴向端部分62的区域中，并且提供用于与要进行治疗的眼睛邻接的接触面66。虽然在图2的示例性实施例中接触件56形成为具有平行的主表面的扁平板，应理解的是，在替代的实施例中接触件56可具有不同的表面设计。例如，接触面66形成有凹形的形状或凸形的形状或任何其他非平面形状。至少接触件56的材料对光束24的激光辐射是透射的，使得辐射可以穿透到靠在接触面66上的眼睛的组织中。

抓握和联接段58包括板件68，该板件在主体部分54的较宽的轴向端部分64的区域中与主体部分54连接并定向为在与轴60正交的平面中延伸。板件68提供抓握凸起70，允许激光设备10的使用者抓握患者接口52而不污染患者接口52的重要部件，如接触件56。板件68过渡成沿着主体部分54的外周的至少一部分延伸的径向(相对于轴60)伸出的凸缘72。凸缘72形成了边缘部分74，这些边缘部分被设计成当患者端口52安装到激光装置12上时接合在联接端口14的联接槽36中。边缘部分74旨在在功能和设计上与图1的边缘部分38对应。

图3示出了图1的测量模块16的示例性实施例的细节。可以看到，接口段20包括具有轴78的圆柱形的接口主体76以及第一轴向端部分和第二轴向端部分80、82。在第一轴向端部分80的区域中，抓握和联接84与接口主体76连接。抓握和联接段84的设计与患者接口52的抓握联接段58的设计相对应。更具体地，接口段20的抓握和联接段84包括提供抓握凸起88的板件86，其中，板件86和抓握凸起88在功能上和结构上与患者接口52的板件68和抓握凸起70相似或完全相同。再有，抓握联接段84包括径向伸出的凸缘90，该凸缘在功能和结构上与患者接口52的凸缘72相似或完全相同，并且形成了图1所示的边缘部分38。在图3中，由于接口段20的剖开的图示，可以只看到这些边缘部分38之一。

在其第二轴向端部分82的区域中，接口主体76与保持环92配合，该保持环具有与检测器段18的外壳97的环状螺纹部分96螺纹接合的螺纹环部分94。保持环92因而允许通过将螺纹部分94、96拧接在一起而使接口段20与检测器段18连接，并且允许通过拧下螺纹部分94、96而使接口段20与检测器段18分离。

透镜50借助于支撑件98支撑在接口主体76内侧，该支撑件在图示的示例性实施例中是与接口主体76分离的构件并且可替换地和/或可调整地连接至接口主体76。通过使用不同大小的支撑件98进行测试和/或在支撑件98和接口主体76不同的相对轴向位置上进行测试，接口主体76与支撑件98分开的配置可用于标识透镜50的合适的轴向位置的目的。例如，支撑件98与接口主体76之间的连接可以是拧接，借此通过使支撑件98围绕轴78进行旋转可以相对于接口主体76调整支撑件98的轴向位置，并因而调整透镜50的轴向位置。在替代的实施例中，支撑件98与接口主体76一体地形成。