手术激光系统和激光装置的制作方法

本发明的实施例通常涉及包括例如激光系统、激光条和包含激光二极管的激光模块的激光装置以及使用激光装置的方法。

背景技术：

激光已经越来越多地被用作医疗手术工具，并且光纤通常被用作递送装置。与传统手术工具相比，激光手术可以减少出血、疼痛和感染。另外，激光手术后患者的住院时间也较少。

大功率和高亮度的光纤耦合二极管激光器由于其本质上简单的设计、低成本和高电光转换效率(wallplugefficiency)而在工业和医疗应用中越来越多地采用。包括多个激光二极管的激光二极管条已经成为大功率激光系统的常见构建块。然而，对于某些波长范围，激光二极管条不可用。因此，对于这些波长范围，需要使用仅单个半导体激光二极管发射器或半导体激光器(以下称为“激光二极管”)。

由于其低功率，需要将来自多个激光二极管的输出激光能量合成到光纤中以提供期望的功率水平。然而，将来自单独的激光二极管的激光能量合成为单个复合光束可能是困难的，特别是当期望使用低功率(例如，1-3w)激光二极管得到高功率复合激光能量光束(例如，大于100w)时。

不同的手术应用经常利用具有不同特性的激光能量。例如，不同的手术应用可能需要具有不同波长、不同脉冲宽度和脉冲重复率、不同光束尺寸和形状、不同功率强度和不同反馈系统的激光能量。

本发明的实施例提供了解决这些和其它问题的方案。

技术实现要素：

实施例涉及使用多个激光二极管的手术激光系统和激光装置。手术激光系统的一个实施例包括被配置为输出激光能量的激光二极管阵列、纤维束、递送纤维和管状护套。纤维束包括多个光纤，并且具有被配置为从激光二极管阵列接收激光能量的近端。递送纤维包括被配置为从纤维束的远端接收激光能量的近端。管状护套限定内腔，其中布置了递送纤维的至少一部分。管状护套可插入到内窥镜或膀胱镜的工作通道中。管状护套的远端被配置为将从递送纤维排出的激光能量递送到患者体内。

一些实施例涉及使用上述手术激光系统治疗患者的方法。在该方法的一个实施例中，将管状护套插入患者体内。操作激光二极管的第一子阵列以将激光能量的第一光束递送到患者的组织。激光二极管的第一和第二子阵列被同时操作以将激光能量的第二光束递送到患者组织，第二光束具有与第一光束不同的尺寸或形状。

另一实施例涉及一种使用手术激光系统产生激光束的方法。在该方法中，从激光二极管的第一子阵列中的每一个输出激光能量的离散光束。纤维束的近端被光学耦合到激光能量的离散光束。激光能量的离散光束通过纤维束的远端排出。递送纤维的近端被光学耦合到通过纤维束的远端排出的激光能量的离散光束。包括激光能量的离散光束的激光能量的复合光束通过递送纤维的远端排出。在一些实施例中，通过从不同于第一子阵列的激光二极管的第二子阵列输出激光能量的离散光束来调整复合光束的形状。在一些实施例中，该方法包括通过从不同于第一子阵列的激光二极管的第二子阵列输出激光能量的离散光束来调整复合光束的尺寸。

提供本发明内容以简化的形式介绍构思的选择，在下面的具体实施方式中进一步描述构思。本发明内容并不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中记载的任何或全部缺点的实现。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的激光系统的示意图。

图2是根据本发明的示例性实施例的纤维束的简化端视图。

图3是根据本发明的示例性实施例的纤维束的简化端视图，其示出了功率强度可伸缩性。

图4是可以使用图3的示例性纤维束产生的输出激光束的简化截面图。

图5是根据本发明的示例性实施例的纤维束的简化端视图，其示出了线形光束。

图6是根据本发明的实施例的具有矩形芯的光纤的简化端视图。

图7示出了从图6的光纤输出的线形光束。

图8是根据本发明的实施例的纤维束的简化端视图，其示出了环状或环形激光束的产生。

图9是根据本发明的实施例的多包层光纤的简化截面图。

图10示出了可以使用图9的光纤产生的环形或环状激光束。

图11是纤维束的简化端视图，其示出了承载由具有不同操作模式的激光二极管产生的激光能量光束的激光束的光纤。

图12是根据本发明的实施例的示例性多包层光纤的简化截面图。

图13示出了从图12的光纤输出的示例性激光束。

图14是根据本发明的实施例的示出了具有不同波长的能量的递送的纤维束的简化端视图。

图15是根据本发明的实施例的示出了激光反馈的纤维束的简化端视图。

图16是根据本发明的实施例的简化电路图。

图17是根据本发明的实施例的激光条的一部分的简化图，其中激光二极管的慢轴对准。

图18示出了图17的表面1处的激光能量光束的示例性轮廓。

图19示出了图17的表面2处的激光能量光束的示例性轮廓。

图20示出了图17的表面3处的示例性激光能量光束轮廓。

图21是根据本发明的实施例的激光条的简化图，其中激光二极管的慢轴对准。

图22示出了图21的表面1处的激光能量光束轮廓。

图23示出了图21的表面2处的激光能量光束的示例性轮廓。

图24示出了图21的表面3处的激光能量光束的示例性轮廓。

图25和图26分别示出了根据本发明的实施例的激光模块的简化侧视图和俯视图。

图27示出了图25和图26的表面1处的激光能量的示例性轮廓。

图28示出了图25和图26的表面2处的激光能量的示例性轮廓。

图29是根据本发明的实施例的具有矩形芯的光纤的简化截面图。

图30示出了从图29的光纤排出的激光能量的示例性轮廓。

图31是根据本发明的实施例的示例性激光模块。

图32示出了图31的系统的表面2处的激光能量的示例性轮廓。

图33是根据本发明的实施例的激光系统的简化图。

图34和图35是根据本发明的实施例的激光系统的简化图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施例进行更全面的说明。使用相同或相似的附图标记识别的要素是指相同或相似的要素。然而，本发明的各种实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。而是提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。

在以下描述中给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员可以理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，电路、系统、网络、过程、帧、支架、连接器、电动机、处理器和其他组件可能不被显示或以框图形式示出，以便不必要的细节模糊了实施例。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或可以存在中间元件。相反，如果元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件，则不存在中间元件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解，诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的背景下的含义一致的意义，并且不会以理想化或过度正式的方式解释，除非明确如此定义。

如本领域技术人员将进一步理解的，本发明可以被实施为例如方法、系统、装置和/或计算机程序产品。因此，本发明可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式。本发明的计算机程序或软件方面可以包括存储在计算机可读介质或存储器中的计算机可读指令或代码。由一个或多个处理器(例如，中央处理单元)执行程序指令导致一个或多个处理器执行本文所述的一个或多个功能或方法步骤。可以使用任何合适的专利主题合格的计算机可读介质或存储器，包括例如硬盘、cd-rom、光存储设备或磁存储设备。这样的计算机可读介质或存储器不包括瞬态波或信号。

计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备、装置或传播介质。计算机可读介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下：具有一条或多条线的电连接、便携式计算机软盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤和便携式光盘只读存储器(cd-rom)。请注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是打印程序的纸张或其他合适介质，因为可以通过例如纸张或其他介质的光学扫描，然后编译、解释或必要时以其他适当方式处理，然后存储在计算机存储器中来电子捕获程序。

也可以使用流程图和框图来描述本发明的实施例。虽然流程图可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。此外，可以重新布置操作的顺序。当其操作完成时，过程终止，但是可以具有附图中未包括的或在本文中未描述的附加步骤。

应当理解，(流程图和框图中的)一个或多个块可以由计算机程序指令来实现。这些程序指令可以被提供给诸如微处理器、微控制器或其他处理器的处理器电路，其执行指令以通过要由(多个)处理器和相应的硬件组件执行的一系列操作步骤来实现在块或多个块中指定的功能。

图1是根据本发明的实施例的示例性激光系统100的示意图。在一些实施例中，激光系统100被配置为作为手术激光系统进行操作，该手术激光系统产生激光能量102的输出光束，其可用于对患者的组织进行手术激光治疗，例如切割、消融、凝固、碎石术或其他手术激光治疗。

在一些实施例中，系统100包括多个激光二极管104，每个激光二极管104被配置为输出离散的激光能量106。在一些实施例中，系统100包括纤维束108，纤维束108包括多个光纤110，如图2的纤维束108的简化端视图或截面图所示。纤维束108和光纤110具有通过光纤连接器113耦合到从激光二极管104输出的激光能量106的近端112。在一些实施例中，系统100包括递送纤维114，其具有近端116，其耦合(即，光学耦合)到通过纤维束108的远端120排出的激光能量118，其包括从激活的激光二极管104输出的激光能量106。在一些实施例中，包括从激活的激光二极管104输出的激光能量106的复合或输出激光能量102通过递送纤维114的远端122排出。

在一些实施例中，系统100包括管状护套123，管状护套123具有其中布置递送纤维114的内腔。在一些实施例中，管状护套可插入到内窥镜或膀胱镜的工作通道中。管状护套123的远端125被配置为促进在手术激光治疗期间将从递送纤维114的远端122排出的激光能量102递送到患者体内。

在一些实施例中，使用合适的光学器件124将从每个激光二极管104输出的激光能量106光学耦合到纤维束108的激光纤维110中的一个或多个。在一些实施例中，使用光学器件124将纤维束108的光纤110中的至少一个耦合到包括一个或多个激光二极管104的系统100的激光二极管104的子集(激光二极管子集或子阵列)。在一些实施例中，光学器件124包括一个或多个光学透镜。在一些实施例中，光学透镜包括单个非球面透镜和/或双透镜。

在一些实施例中，纤维束108的光纤110可以包括不同的光纤子集，每个光纤子集具有与其它光纤子集的光纤110不同的光纤特性。纤维束108的光纤110的纤维特性可以包括例如光纤110的芯的尺寸、光纤110的芯的形状和光纤110的数值孔径。图2所示的示例性纤维束108包括三个光纤子集：包括光纤110a的第一光纤子集；包括光纤110b的第二光纤子集；以及包括单个光纤110c的第三光纤子集。在该示例性实施例中，光纤子集110a-110c包括不同尺寸的光芯。

在一些实施例中，激光系统100被配置为排出具有不同特性的激光能量102，以适应不同的应用，例如不同的激光手术治疗。例如，激光系统100可以被配置为改变波长、功率水平或强度、操作模式(例如，连续波或调制/脉冲的)、光束轮廓的形状和/或输出激光能量102的其它特性。

在一些实施例中，光学器件150被配置为将递送纤维114的近端116耦合到从纤维束108的远端120排出的激光能量118，如图1所示。在一些实施例中，光学器件150包括一个或多个透镜152。

在一些实施例中，使用具有不同激光特性的激光二极管104来促进该可变输出激光能量102。激光特性的示例性实施例包括由激光二极管104输出的激光能量106的波长、由激光二极管104输出的激光能量106的强度水平、从激光二极管104输出的激光能量106的图案、从激光二极管104输出的激光能量的占空比、激光二极管104的操作模式以及其他激光特性。

在一些实施例中，系统100包括激光二极管104的两个或更多个子集或子阵列(激光二极管子集)，子集或子阵列中的每一个包括具有相同或相似激光特性的激光二极管104中的一个或多个。在一些实施例中，每个激光二极管子集的一个或多个激光二极管104的激光特性与其它激光二极管子集的激光二极管104的激光特性不同。结果，每个激光二极管子集能够产生相对于其它激光二极管子集具有独有特性的激光能量106。在一些实施例中，输出激光能量102的特性通过激光二极管子集中的一个或多个的选择性激活和停用来调节。

诸如不同激光手术治疗的输出激光能量102的不同应用通常需要激光能量102来覆盖不同的波长范围。例如，用于在良性前列腺增生(bph)激光治疗中消融组织的激光能量可能与选择来切割组织、消融组织、蒸发组织、凝固血液或分解肾或膀胱结石的激光能量不同。具有波长范围在300-600nm(例如532nm)的绿色或蓝色激光能量可用于进行组织消融治疗，例如用于治疗bph的那些，而具有约2000nm波长的激光能量可用于碎石术治疗以分解肾或膀胱结石。

在一些实施例中，基于一个或多个激光二极管子集的激活来设置复合激光能量102的(多个)波长。例如，在一些实施例中，包括一个或多个激光二极管104(标记为“ld1”)的激光二极管子集104a被配置为输出具有第一波长范围(λ1)的激光能量106，而激光二极管子集104b包括一个或多个激光二极管104(标记为“ld2”)，其被配置为输出具有不同于第一波长范围的第二波长范围(λ2)的激光能量106。其他激光二极管子集也可用于输出具有其它独有波长范围的激光能量106。输出激光能量102可以被配置为通过激光二极管子集104a的激活来包括第一波长范围，并且输出激光能量102可被配置为通过激光二极管子集104b的激活来包括第二波长范围。因此，输出激光能量102可以被配置为通过激光二极管子集104a和104b中的一个或多个的适当激活来包括激光能量106的第一和第二波长范围中的一个或两个。

在一个示例性外科应用中，第一激光二极管子集104a可以产生具有被血红蛋白强烈吸收的波长(例如，波长为300-600nm，诸如532nm)的激光能量106，因此可以用于蒸发包含较高百分比血红蛋白的组织。激光二极管子集104b可以产生不容易被血红蛋白吸收的波长的激光能量106，并可用于更有效地凝固组织并阻止出血。因此，可以使用系统100进行激光手术治疗，以通过激活激光二极管子集104a来产生由组织内的血红蛋白强烈吸收的输出激光能量102，以最初蒸发目标组织。然后，系统100可以停用激光二极管子集104a并激活激光二极管子集104b以产生可用于凝固组织并阻止出血的激光能量102。

输出激光能量102的强度或功率水平也可以通过选择性激活和停用激光二极管子集中的一个或多个来调节。例如，当每个激光二极管子集包括一个或多个激光二极管104时，单个激光二极管子集的激活可以产生具有低功率的输出激光能量102。可以激活附加的激光二极管子集以增加由激活的激光二极管104的数量的增加而导致的输出激光能量102的强度或功率水平。结果，可以通过激光二极管子集的激活或停用来缩放输出激光能量102的强度或功率水平。通常，系统100的功率能力是由系统的各激光二极管104(并因此，是各激光二极管子集)产生的激光能量106的功率之和。因此，当共同激活时，可以使用相对低功率的激光二极管(例如，1-3w)来产生大致更高功率的激光束102。

系统100的激光二极管104或激光二极管子集也可以被配置为输出不同图案的激光能量106。例如，激光二极管104中的一个或多个可以被配置为输出具有特定周期性图案的激光能量106，诸如激光能量106的强度水平变化的周期性图案(例如，升高和/或降低强度)、激活和停用激光能量106的输出的周期性图案、或其他周期性图案。

激光二极管104或激光二极管子集也可以被配置为在不同的操作模式下操作。例如，激光二极管104或激光二极管子集可以被配置为以连续波(cw)操作模式、脉冲波或调制操作模式或其它常规操作模式操作。在一些实施例中，包括激光二极管104的激光二极管子集被配置为以脉冲波操作模式操作，其中每个激光二极管子集可以被配置为具有独有的占空比。占空比通常操作来控制输出激光能量106的平均功率水平，然而，由占空比确定的脉冲的频率也可用于某些激光手术治疗，诸如激光碎石术。结果，系统100的一些实施例包括在独有的操作模式下操作的激光二极管104或激光二极管子集，并且产生具有独有的占空比的激光能量106和输出激光能量102。

因此，可以通过光纤束108a的不同光纤110递送具有不同特性的激光能量106。图3是根据本发明的另一实施例的纤维束108a的简化端视图或截面图，其中每个光纤110已经被标记为数字1-5以表示它们被耦合到的激光二极管子集或子阵列。也就是说，编号为“4”的光纤110每个均耦合到从一个激光二极管子集或子阵列的激光二极管104排出的激光能量106，而编号为“5”的光纤每个均耦合到从另一激光二极管子集或子阵列的激光二极管104排出激光能量106。因此，激光二极管104的子集中的一个或多个的激活通过对应的光纤110并通过递送纤维114将相应的激光能量106递送为输出激光能量102。

结果，可以通过激光二极管104或激光二极管子集的激活和停用来定制或调谐输出激光能量102的特性。例如，系统100可以被操作以激活激光二极管子集，如阴影光纤110(光纤1、2、3和5)所示，而对应于光纤4的激光纤维子集被停用。这导致了从递送纤维114排出的复合或输出激光能量102，其包括由对应于光纤1-3和5的激光二极管子集产生的激光能量106。

在一些实施例中，不同激光二极管子集的激活和停用控制从激光纤维114排出的输出激光能量102的光束的尺寸。例如，对应于光纤1和2(图3)的激光二极管子集可以产生具有相对小直径的输出激光束102，直径可以通过激活其它激光二极管子集(诸如对应于光纤3-5的激光二极管子集)来增加，如图4所示。在一些实施例中，当从激光二极管104输出的激光能量106具有大致相同的强度水平时，排出激光能量102的直径尺寸的增加维持激光能量的大致均匀的分布。较大直径的光束可用于更快地去除组织，而较小尺寸的光束可用于更精确地去除组织。

在一些实施例中，可以通过激活所选择的激光二极管子集和/或递送纤维114的配置来选择或调整从递送纤维114排出的输出激光束102的形状。在一些实施例中，递送纤维114包括诸如常规光纤的具有圆芯的光纤，其以圆形光束102来排出激光能量102。

图5是根据本发明的示例性实施例的纤维束108b的简化端视图或截面图。如图5所示，激光二极管子集1和2的激活通过定向在一行中的光纤110递送激光能量106。在一些实施例中，递送纤维114a包括具有被包层132包围的矩形芯130的光纤，如图6的简化端视图或截面图所示。在一些实施例中，芯130的折射率(n1)大于包层132的折射率(n2)。矩形芯130允许递送纤维114a将线形输出光束102递送到期望的目标。图7示出了如使用zemax(光学仿真软件)仿真的可以从图6的光纤排出的示例性线形输出光束102。在一些实施例中，线形激光束102可用于手术激光进程以去除组织。当线形输出光束102扫过组织时，其还可以用于比圆形激光束更精确地蒸发组织。

在一些实施例中，系统100被配置为排出环形或环状输出光束102。在一些实施例中，这通过激活与形成环形或环状图案的纤维束108c的光纤110对应的激光二极管子集来实现。例如，将激光能量106递送到纤维束108c(图8)的相应光纤110的激光二极管子集4和5的激活导致激光能量118的环形或环状光束递送到递送纤维114。在一些实施例中，递送纤维114被配置为将环形激光能量作为环形、环状或圆环形光束102排出。

在一些实施例中，递送纤维114b可以包括多包层光纤，如图9的简化截面图所示。在一些实施例中，多包层光纤133包括具有低于环形光递送介质136的折射率(n2)的折射率(n1)的中心包层134。另外，环形光递送介质136的折射率(n2)大于外包层138的折射率。在一些实施例中，从纤维束108c排出的环形能量106光学耦合到递送纤维114b的环形光递送介质136，并且通过远端122作为环形或环状输出光束102排出，其仿真使用zemax软件如图10所示。在一些实施例中，环状输出光束102用于手术激光进程以去除组织。

图11是根据本发明的实施例的递送激光能量的纤维束108d的简化端视图或截面图。在一些实施例中，激光二极管子集1、2、4和5被激活，而激光二极管子集3被停用。因此，由子集1、2、4和5产生的激光能量106通过纤维束108d的对应光纤110递送。

在一些实施例中，递送纤维114c是多包层纤维140的形式，其简化截面图在图12中提供。在一些实施例中，多包层光纤140包括中心光递送介质142、包层144、环形光递送介质146和包层148，如图12所示。在一些实施例中，中心光递送介质142和环形光递送介质146包括玻璃。在一些实施例中，包层144围绕中心光递送介质142并且具有小于中心光递送介质142的折射率(n1)的折射率(n2)。环形光递送介质146围绕包层144，并且包层148围绕环形光递送介质146。在一些实施例中，包层144和包层148的折射率(n2)小于环形光递送介质146的折射率。

在一些实施例中，为了从图11所示的纤维束108d的实施例递送激光能量，使用图12所示的递送纤维114c。在该实施例中，由对应于激光二极管子集1和2(图11)的纤维束108d的光纤110递送的激光能量106被耦合到中心光递送介质142，并且由对应于激光二极管子集4和5的纤维束108d的光纤110递送的激光能量106被耦合到环形光递送介质146。这种配置允许递送纤维114c以具有中心圆形部分和环形部分的光束102的形式递送激光能量106，如图13所示，这是使用zemax应用产生的仿真。

如上所述，激光二极管104或激光二极管子集可以被操作以产生具有不同特性的激光能量106。例如，一个或多个激光二极管子集可以以连续波模式或高占空比操作，以产生高强度或高平均功率激光能量106，而其它激光二极管104或激光二极管子集可以以某一频率或占空比调制，以产生具有较低平均功率或强度的激光能量106。在一些实施例中，激光二极管子集1和2(图11)可以以高功率模式(连续波或高占空比)操作，而激光二极管子集4和5可被调制以产生相对低的平均功率激光能量106。结果，高功率激光能量位于纤维束108d的中心，而低功率激光能量位于纤维束108d的周边。当使用图12的递送纤维114c时，高功率激光能量106耦合到中心光递送介质142，而较低功率的激光能量106耦合到环形光递送介质146。所得到的输出光束102可以用于外科手术进程，其中中心光束切割或蒸发组织，而外环形光束同时凝固组织。

在一些实施例中，系统100被配置为递送由具有被配置为蒸发组织的波长的激光二极管104的一个或多个子集产生的激光能量106，而光纤110的内部簇被配置为递送来自具有被配置为凝固组织的波长的激光二极管104的一个或多个子集的激光能量106，如图14所示，其是根据本发明的实施例的示例性纤维束108e的简化端视图或截面图。

在一些实施例中，系统100被配置为提供用于识别、诊断或其他目的的电磁能量反馈。在一些实施例中，一个或多个激光二极管104包括激发激光二极管104e(图1)，其被配置为输出具有激发光谱中的波长的激发激光能量106，如图1和图14所示，其是根据本发明的实施例的纤维束108e的简化端视图或截面图。由激光二极管104e产生的激发激光能量106通过诸如图15所示的激光纤维110e之类的纤维束108f的光纤110中的至少一个以及递送纤维114而递送到目标。在一些实施例中，激发激光能量与从激光二极管104的一个或多个其它子集产生的激光能量合成，并且作为来自递送纤维114的激光能量102而被输出。

在一些实施例中，由激发激光二极管104e产生的激光能量通过带通滤波器154(图1)传输，以确保激发激光能量在激发光谱的期望波长范围内。在一些实施例中，激发光谱在300-420纳米的范围内。

在一些实施例中，激发激光能量被配置为瞄准响应于暴露于可用于识别组织或物质、诊断组织或物质的状况或用于其他目的的激发激光能量而产生自发荧光电磁能或反馈电磁能158的组织或其它物质。反馈电磁能158由远端122处的递送纤维114捕获，并通过递送纤维114和纤维束108f的光纤110中的至少一个(诸如图15所示的光纤110f)传输。于2014年10月20日提交的共同待决的、共同转让的国际申请no.pct/us14/61319公开了用于识别在治疗部位处的状况的另外的装置和方法，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。

在一些实施例中，如图2所示，系统100包括被配置为分析反馈电磁能量158的光谱仪156。在一些实施例中，系统100包括滤波器160，滤波器160被配置为对反馈电磁能量158进行滤波，然后由光谱仪156分析滤波后的反馈电磁能量158。在一些实施例中，滤波器160被配置为去除激发光谱和/或隔离反馈电磁能量158的期望的自发荧光光谱。

图16是用于促进上述系统100的一个或多个实施例的示例性电路的示意图。在一些实施例中，通过将来自供电装置170(其从适当的电源171接收电力)的电流耦合到单独的激光二极管104或一组激光二极管104通过对来自包括一个或多个处理器的控制器174的控制信号进行响应而使用适当开关172(例如，mosfet)将单独的激光二极管或激光二极管的组(子集)短路，来将激光二极管104设置为用于单独或组激活。在一些实施例中，用于mosfet或开关172(例如光隔离器)的控制电路173可以用于处理来自控制器174的控制信号。

在一些实施例中，提供监视电路176以光学地或通过测量跨二极管104的电压降来监视每个激光二极管104的性能。这使得能够检测和隔离缺陷激光二极管104。在一些实施例中，电路176测量跨单独的激光二极管104或一组激光二极管104的电压降作为用于激光二极管104的性能的反馈。

在一些实施例中，电路包括开关178(例如，mosfet)，其被配置为启用或禁用通过该组激光二极管104的电流。

在一些实施例中，系统100包括用于控制供电装置170的控制回路电路180。在一些实施例中，控制回路电路180接收跨电流感测电阻器182的电压降，诸如4端子或2端子电阻器，其用于确定通过激活的激光二极管104的电流。在一些实施例中，控制回路电路180包括光学功率反馈，其指示被递送到目标的激光能量102的强度或功率。在一些实施例中，控制回路电路180包括来自控制器174的设定点，其指示期望的功率设定。

本发明的一些实施例涉及使用根据本文所述的一个或多个实施例的激光系统100来产生激光束102的方法。在该方法的一些实施例中，从系统100的多个激光二极管104中的每一个输出激光能量106的离散光束。纤维束108的近端112光学耦合到激光能量106的离散光束。激光能量106的离散光束通过纤维束108的远端120(激光能量118)被排出。递送纤维114的近端116光学耦合到通过纤维束108的远端120排出的激光能量106的离散光束。包括激光能量106的离散光束的激光能量102的复合光束通过递送纤维114的远端122排出，其光学耦合到纤维束108。

在一些实施例中，从系统100的多个激光二极管104的每一个输出或产生激光能量106的离散光束包括从激光二极管104的第一子集输出激光能量106的光束。

在一些实施例中，通过从与激光二极管104的第一子集不同的激光二极管104的第二子集输出或产生激光能量106的离散光束来调整复合光束102的强度。根据该方法的该步骤，由系统100激活以产生激光能量106的离散光束的激光二极管104的总数可以被增加或减小以调节从递送纤维114排出的激光能量102的复合光束的总功率水平。该实施例允许外科医生将激光能量102在高和低强度模式之间转换，诸如从凝固模式转换到蒸发或切割模式，或者从瞄准光束模式(其中激光能量102缺乏足够的强度来损伤患者的组织)转换到活动模式(其中激光能量102具有足够的强度以在患者的组织上切割、蒸发或执行另一激光进程)。

在该方法的一些实施例中，通过从不同于第一子集的第二组激光二极管输出或产生能量106的离散光束来调整激光能量102的复合光束的一个波长或多个波长。在该实施例中，第一激光二极管子集可以产生跨越第一组波长的激光能量102的复合光束，而第二激光二极管子集的激活导致跨越不同组的波长的复合激光束102。该实施例允许外科医生在例如用于一种类型的激光进程的波长与用于执行另一种类型的激光进程的波长之间转换激光能量102。例如，激光能量102的一些波长可用于蒸发组织(例如532nm)，而激光能量102的其它波长可更用于消融或切割组织。

在该方法的一些实施例中，通过从不同于第一激光二极管子集的激光二极管104的第二子集输出激光能量106的离散光束来调整复合激光束102的尺寸。如上参考图3和图4所讨论的，这允许激光系统100调整复合激光束102的直径。用于调整从递送纤维114排出的复合激光束102的尺寸和形状的其它技术涉及选择具有导致排出复合激光束102的期望尺寸和形状的光纤的递送纤维114。

在该方法的一些实施例中，通过从不同于第一激光二极管子集的激光二极管104的第二子集输出激光能量106的离散光束来调整复合激光束102的形状。例如，具有圆形(图3和图4)、环形(图8-图10)、线形(图5-图7)、正方形、矩形和同心环形或圆形(图11-图13)的形状或用于复合激光束102的其它期望形状的复合光束102可以通过所选择的激光二极管104的子集的激活和停用来实现。

在该方法的一些实施例中，可以通过从不同于第一激光二极管子集的激光二极管的第二子集输出激光能量106的离散光束来调整复合激光束102的图案。如上所述，与第二激光二极管子集的激光二极管104相比，这可能涉及从第一激光二极管子集的激光二极管104排出的激光能量106的周期性变化。

在该方法的一些实施例中，通过使用包括一个或多个透镜的光学器件124将纤维束108的近端112光学耦合到激光能量106的离散光束来将纤维束108的近端112光学耦合到激光能量106的离散光束。在该方法的一些实施例中，激光能量106的离散光束通过纤维束108的一个或多个光纤110的远端120排出。

在该方法的一些实施例中，将递送纤维114的近端116光学耦合到通过纤维束108的远端120排出的激光能量106(激光能量118)的离散光束包括使用包括一个或多个透镜152的光学器件150来将递送纤维114的近端116光学耦合到通过纤维束108的远端120排出的激光能量106的离散光束。

在该方法的一些实施例中，从系统100的多个激光二极管104的每一个输出激光能量106的离散光束包括输出具有在激发光谱内的波长的激发激光能量106的一个或多个离散光束。在一些实施例中，该方法包括输出具有在激发光谱内的波长的激光能量106的一个或多个离散光束。在一些实施例中，激光能量106的一个或多个离散光束通过滤波器154，滤波器154对激光能量106的一个或多个离散光束106进行滤波，使得它们在激发光谱内。在一些实施例中，激发光谱为300-420纳米。

在该方法的一些实施例中，响应于组织或物质暴露于激发激光能量，反馈电磁能158从递送纤维114的远端122传输通过递送纤维114和纤维束108。在一些实施例中，反馈电磁能158被递送到光谱仪156(图1)。在一些实施例中，在将反馈电磁能158递送到光谱仪156之前，使用滤波器160对反馈电磁能158进行滤波。

图17和图21是根据本发明的实施例的激光条200的简化图。激光条200被配置为排出由从多个激光二极管204排出的激光能量形成的激光能量202的复合光束。在一些实施例中，激光条200包括多个准直透镜208，每个准直透镜208被配置为使从激光二极管204之一输出的激光能量206准直成为激光能量的准直光束210。在一些实施例中，准直透镜208是具有较大数值孔径(na>0.6)的非球面透镜。

在一些实施例中，激光条200包括被配置为反射准直光束210的至少一个反射镜212。在一些实施例中，激光条200包括被配置为将反射的准直光束210聚集成复合光束202(其可以从激光条200排出到光纤以用于递送到目标)中的光学器件214。在一些实施例中，至少一个反射镜212包括用于每个激光二极管204的单独反射镜，其被配置为将对应的准直光束210朝向光学器件214反射，如图17和图21所示。在一些实施例中，每个反射镜212与对应的准直光束210成大约45度的角度。

在一些实施例中，在x方向上每个激光二极管204之间的间隔(如图中所示)被制造得尽可能小，并且通常由激光二极管204的封装确定。在一些实施例中，每个激光二极管204的封装具有大约5.6毫米的直径，并且在单独激光二极管204之间沿x轴的间隔约为6毫米。

在一些实施例中，激光二极管204及其对应的反射镜212被定位成使得从每个激光二极管204排出的激光能量206从激光二极管204到光学器件214行进大致相同的总距离。在一些实施例中，反射镜212沿着z轴从激光二极管204移位，并且反射镜212沿着垂直于z轴的x轴从光学器件214移位，如图17和21所示。

在一些实施例中，从激光二极管204输出的激光能量是不对称的。在一些实施例中，从每个激光二极管204排出的激光能量206的光束形状是椭圆形的，因为沿着pn结的快轴与垂直于pn结的慢轴相比具有大得多的发散角。

在一些实施例中，激光二极管的快轴在x-z平面中对准，如图17所示，并且从每个激光二极管204输出的激光能量206和对应的准直光束210在x-z平面中大致对准。这导致在表面215处的椭圆形光束轮廓，如图18所示，其是使用zemax软件生成的光束轮廓的仿真。图17的表面217处的光束轮廓如图19所示。

在一些实施例中，激光二极管204的慢轴在x-z平面中对准，如图21所示，并且激光能量206和对应的准直光束210在x-z平面中大致对准。这导致在表面215处的图22所示的光束轮廓以及在表面217处的图23所示的光束轮廓。

在一些实施例中，光合成光学器件214操作以减少从反射镜212反射的准直光束210的不对称性。在一些实施例中，光合成光学器件214包括柱面透镜216和218，其操作以减小每个光束210的快轴光束发散角并使其与慢轴光束发散角相同。结果，从表面219处的光束聚集光学器件214输出的单独光束具有大致圆形的轮廓，如图20(图17的表面219处的光束轮廓)和图24(图21的表面219处的光束轮廓)所示。

本发明的一些实施例涉及激光模块，其包括根据本文所述的一个或多个实施例形成的两个或更多个激光条200。图25和图26分别示出了根据本发明的实施例的示例性激光模块300的简化侧视图和顶视图，其包括八个激光条200。然而，本发明的实施例包括具有更多或更少激光条200的激光模块300。

在一些实施例中，激光模块300包括被配置为反射激光条200的复合光束202的至少一个反射镜302。在图25和图26的表面303处的每个光束条200的反射的复合光束202的示例性轮廓如图27所示。在一些实施例中，至少一个反射镜302包括多个反射镜302，每个反射镜302被配置为反射复合光束202之一，如图26所示。在一些实施例中，每个反射镜302与其对应的复合光束202成大约45度的角度。在一些实施例中，每个激光条200和对应的反射镜302的光学距离被优化，使得从每个激光条200到表面303的光学距离是相同的。

在一些实施例中，每个反射镜302在x方向上相对于其它反射镜302移位。优选地，每个反射镜302的该高度差尽可能小，并且通常由条200的直径确定。在一些实施例中，每个激光条200具有大约1.2毫米的直径，并且反射镜302在x方向上相互分开约1.4毫米。

在一些实施例中，激光模块300包括被配置为将反射的复合光束202聚焦成会聚光束306的光聚焦光学器件304。在一些实施例中，光聚焦光学器件304包括单个球面透镜，如图25和图26所示。在表面307处的会聚光束306的合成轮廓如图28所示。由于与沿着慢轴的分散角相比沿着光束102的快轴的激光能量的分散角较宽，导致会聚光束306的轮廓在球形聚焦透镜304之后是椭圆形的。

在一些实施例中，激光模块300包括具有光学耦合到会聚光束306的近端310的光纤308。光纤308可以类似于上述递送纤维114进行操作，并且包括会聚光束306被排出所通过的远端312。取决于所执行的激光治疗/进程，本文公开的递送纤维的远端可以具有端点烧制结构或侧面烧制结构(即，带斜角的远端)。

在一些实施例中，光纤308具有由包层322围绕的矩形芯320，如图29的简化截面图所示。这种光纤308可以用于在光纤308的近端310处递送椭圆形会聚光束306，其可以从光纤308的递送端排出。在一些实施例中，矩形芯320具有750μm×200μm的大小。从具有矩形芯320的光纤308排出的光束的示例性轮廓如图30所示。这种矩形或线形光束可以用作用于组织切割的光学刀具。此外，通过扫描线形光束，其可以用于蒸发组织。

在一些实施例中，如图31所示，光聚焦光学器件304包括两个柱面透镜304a和304b，以增加在接收光纤308前面的发射光束(launchingbeam)面积，并且使得光束306的形状大致为正方形或矩形。图31的表面307处的光束306的示例性轮廓如图32所示。在一些实施例中，圆形芯状光纤308可以用于在近端310处接收光束306，并且在光纤308的输出端处排出圆形光束。

本发明的一些实施例涉及激光系统400，其中合成了两个或更多个激光模块300。图33是根据本发明的实施例的这种激光系统400的简化图。在一些实施例中，激光系统400包括偏振光束合成立方体402，其从模块300接收复合输出光束306中的每一个，并输出包括每个光束306的合成光束404，如图33所示。在一些实施例中，激光模块300中的一个或多个被配置为在y方向上输出它们的光束306，并且激光模块300中的一个或多个被配置为在x方向上输出它们的光束306，如图33所示。

在一些实施例中，x方向光束306和y方向光束306是其间具有90度偏振方向差的线性偏振光束。这可以通过使一组模块300使用快轴光束对准条200而另一组模块300使用慢轴光束对准条200来实现。

在一些实施例中，激光系统400包括聚焦光学器件406，其被配置为将复合光束404耦合到光纤410的近端408，然后可以将光束404排出到期望的目标。

由激光系统400实现的自由空间光束合成可用于制造模块化装置。这些激光系统的示例的简化图如图34和图35所示。例如，如图34所示，可以使用m个子模块(每个子模块具有nx1个光束条200)来形成光束阵列(mxn)。为了制造该系统400，基于客户要求制造具有nx1个光束条200(其中n为2、3、4...n)的子模块，m个子模块(其中m为1、2、3，...m)被插入激光控制台以获得所需的输出功率(单个二极管功率的mxn倍)。功率强度取决于输出功率和递送纤维芯形状和尺寸。

如图35所示，另一个选择是基于输出功率要求，使该模块的激光条200的nxn个子模块和插头m成为激光控制台。整体功率是单个激光二极管功率的mxnxn倍。

如上所述，上述激光系统和装置可用于产生和递送可用于对患者执行手术激光治疗的激光能量。示例性的手术激光治疗包括切割、消融、凝固、碎石术或其它治疗。本发明的实施例包括使用本文所述的系统或装置的实施例对患者进行这种手术激光治疗。

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。