專利名稱：多斑眼科激光探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在眼科處置(procedure)中使用的激光探針，更具體地涉及 一種用于在光凝術(shù)中使用的多斑(multi-spot)激光探針。
背景技術(shù)：
在解剖學(xué)上，眼睛分成兩個不同部分，即前節(jié)和后節(jié)。前節(jié)包括晶狀體并從角膜的 最外層(角膜內(nèi)皮)向晶狀體囊的后面延伸。后節(jié)包括位于晶狀體囊后面的那部分眼睛。 后節(jié)從前玻璃體面向視網(wǎng)膜延伸，玻璃體的后玻璃體面與該視網(wǎng)膜直接接觸。后節(jié)比前節(jié) 大得多。 后節(jié)包括玻璃體 一 清晰、無色、膠狀物質(zhì)。它構(gòu)成眼睛體積的約三分之二，其形狀 在出生之前形成。它由1%的膠原質(zhì)和透明質(zhì)酸鈉及99%的水組成。玻璃體的前邊界是前 玻璃體面，該前玻璃體面接觸晶狀體的后囊，而后玻璃體面形成其后邊界并與視網(wǎng)膜接觸。
黃斑變性(macular degeneration)是主要在中老年人中發(fā)現(xiàn)的醫(yī)學(xué)疾病，其中稱 為視網(wǎng)膜黃斑區(qū)的眼睛內(nèi)層的中心變薄、萎縮，并且在某些情況下充血。這可能導(dǎo)致中央視 覺的喪失，由此使得不能看清細(xì)節(jié)、閱讀、或識別人臉。根據(jù)美國眼科學(xué)會，目前在美國對于 年齡超過五十的那些人來說這是中央視覺喪失的主要原因。 當(dāng)視網(wǎng)膜下面的血管出血時，引起一種黃斑變性，稱為濕性黃斑變性。在某些情況 下，使用稱為光凝術(shù)的處置來使這種出血停止或減慢。光凝術(shù)這種技術(shù)被視網(wǎng)膜外科醫(yī)生 用來治療許多眼睛疾病，其中之一是滲出性(濕性)黃斑變性。在此治療中，將激光射線導(dǎo) 向眼睛中，集中于在視網(wǎng)膜下面生長的異常血管。此激光灼燒血管以將其封住而不再滲漏， 從而希望防止進(jìn)一步的視覺喪失。 使用具有一個發(fā)射束斑的標(biāo)準(zhǔn)激光探針，眼外科醫(yī)生通常在其于視網(wǎng)膜表面上掃 描光束時用腳踏板以射速接連地開啟和關(guān)閉激光光束以便在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生光凝激光灼斑 的一維或二維陣列。使用單束激光探針，可能需要很長時間來用光凝斑覆蓋期望的視網(wǎng)膜 區(qū)域。 多斑激光探針潛在地能夠縮短產(chǎn)生期望的激光灼斑圖案所需的時間。然而，如果 使用已在其最大激光功率設(shè)定下工作的具有有限激光光束功率的激光器，則多斑激光探針 可能不一定縮短產(chǎn)生期望激光灼斑圖案所需的時間。這是因?yàn)楣潭ǖ募す夤β蔖分配在N 個束斑之間，因此給定束斑中的功率平均僅為P/N。因此，為了產(chǎn)生等效的灼傷，所需的曝光 時間大約是單束激光探針的曝光時間的N倍。因此，雖然只存在來自單束探針的所需激光 火數(shù)目的1/N，但每個射束火的曝光時間是單束探針的N倍。因此，產(chǎn)生灼斑陣列的總時間 仍然相同。 然而，現(xiàn)在存在可用的新光凝激光器，諸如Alcon Laboratories公司的NGL (下一 代激光器)，其產(chǎn)生理想光凝斑的期望光束強(qiáng)度是最大可用光束強(qiáng)度的一小部分f 。如果f 等于1/N，則可以在激光光束處于最大功率水平的情況下使用具有N個發(fā)射光束的多斑激 光光束，且產(chǎn)生期望凝斑圖案的總時間僅僅是用單斑激光探針?biāo)钑r間的1/N。這縮短了每
4次手術(shù)的總時間，并使得能夠在給定的一天中執(zhí)行更多次手術(shù)，促使每次手術(shù)的總成本降 低。因此，期望使用多斑激光探針來執(zhí)行光凝。

發(fā)明內(nèi)容
在依照本發(fā)明的原理的一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種包括發(fā)射光纖、光學(xué)裝置、以 及兩個或更多個接收光纖的激光探針。所述發(fā)射光纖發(fā)射激光光束。所述光學(xué)裝置衍射由 所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束。所述接收光纖各自接收由所述光學(xué)裝置衍射的光束。
在依照本發(fā)明的原理的另一實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于激光探針的耦合器 (coupling)，該耦合器包括外殼、位于該外殼中的光學(xué)裝置、以及兩個連接器，所述光學(xué)裝 置的每側(cè)有一個所述連接器。所述光學(xué)裝置衍射入射光束。 在依照本發(fā)明的原理的另一實(shí)施例中，本發(fā)明是一種包括發(fā)射光纖和光學(xué)裝置的 眼科激光探針。所述光學(xué)裝置將由所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束衍射成兩個或更多個衍射光 束。 應(yīng)理解的是前述一般性說明及以下詳細(xì)說明均只是示例性和說明性的，并意圖提 供如權(quán)利要求所請求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。以下詳細(xì)說明以及本發(fā)明的實(shí)踐闡述并 提出本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和目的。


附圖被并入到本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分，附圖示出了本發(fā)明的多個實(shí)施 例，并與本說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。 圖1是依照本發(fā)明的原理的簡單的光纖到光纖(fiber to fiber)成像系統(tǒng)的截 面圖。 圖2是依照本發(fā)明的原理的使用具有衍射光柵的透鏡的光纖到光纖成像系統(tǒng)的 截面圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理的包括機(jī)頭(hand piece)和附接套管的激光探針的遠(yuǎn) 端的截面圖。 圖4表示根據(jù)本發(fā)明的原理的產(chǎn)生2X2光斑陣列的衍射光柵。 圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的原理的使用衍射光柵的成像系統(tǒng)。 圖6A和6B分別是混合表面光柵/體全息復(fù)用光柵組件的側(cè)截面圖和前視圖。 圖7是由圖6的混合表面光柵/體全息復(fù)用光柵組件產(chǎn)生的光束圖案的側(cè)截面圖。 圖8是根據(jù)本發(fā)明的原理的耦合器布置的截面圖。 圖9是根據(jù)本發(fā)明的原理的激光探針的局部視圖。 圖10示出圖9的激光探針與圖8的耦合器布置之間的連接。 圖11和12分別是根據(jù)本發(fā)明的原理的陰型連接器和陽型連接器的端視圖。 圖13是激光探針的截面圖。 圖14是根據(jù)本發(fā)明的原理的具有衍射光柵的激光探針的截面圖。 圖15是圖14的激光探針的遠(yuǎn)端的分解截面圖。 圖16是其中將光焦度結(jié)合到衍射光柵中的激光探針的遠(yuǎn)端的分解截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)參考，其示例在附圖中示出。只要可能，相 同的附圖標(biāo)記將在附圖中自始至終用來指示相同或類似的部分。 圖1是依照本發(fā)明的原理的簡單光纖到光纖成像系統(tǒng)的截面圖。在圖1的實(shí)施例 中，該系統(tǒng)具有兩個光纖110、120、以及兩個透鏡130、140。光纖IIO發(fā)射源自激光源(未 示出)的發(fā)散光束。由透鏡130使該發(fā)散光束準(zhǔn)直。如通常已知的那樣，準(zhǔn)直光是其射線 平行且具有平面波前的光。在接收光纖120的入射面處，此準(zhǔn)直光束被透鏡140聚焦成小 直徑光斑。在這種情況下，透鏡130、140各自是平凸非球面透鏡。在平凸非球面透鏡的情 況下，一個表面是平的而另一個表面是凸的且具有精確的非球面以便使光聚焦到最小直徑 光斑。此類布置提供最小的光束像差，并能夠在接收光纖120處得到幾近完美的衍射極限 激光光斑。 在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，光纖110、120各自是50微米、0. 15NA的光纖。所述透 鏡的尺寸被適當(dāng)?shù)卮_定為在內(nèi)部裝配諸如由AlconLaboratories公司制造并出售的具有 0. 035英寸內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)眼科機(jī)頭。 圖2是使用具有衍射光柵的透鏡的光纖到光纖成像系統(tǒng)的截面圖。在圖2中，該 系統(tǒng)包括發(fā)射光纖110、透鏡130、具有衍射光柵205的透鏡140、以及三個接收光纖220、 230、240。在圖2的實(shí)施例中，衍射光柵205位于平凸透鏡140的平面?zhèn)?。如所示，此類?射光柵能夠?qū)⑷肷涔馐苌涑删劢篂槎鄠€單獨(dú)光斑的多個出射光束。在這種情況下，透鏡/ 光柵組件210衍射入射光束，并使其聚焦成兩個不同的離散束斑。表面光柵件的深度被設(shè) 計(jì)為使得約三分之一的光被衍射成每個衍射光斑，且三分之一的光留在未衍射的零階光斑 中。在這種情況下，三個接收光纖220、230、240中的每一個載送來自入射光束的約三分之 一的激光。 此類布置由單個入射激光光束產(chǎn)生多個激光光斑?？梢詫⑼哥R/光柵組件210上 的衍射光柵205設(shè)計(jì)為產(chǎn)生可以耦合到許多接收光纖220、230、240的許多衍射束斑。在 一個示例中，可以將衍射光柵設(shè)計(jì)為衍射入射光束，使得幾乎100%的光被導(dǎo)到衍射光束中 (并抑制零階光束)。通常，此類光柵可以被設(shè)計(jì)為沿著一條線或在二維區(qū)域中產(chǎn)生光束的 衍射圖案(如圖4所示)。圖2的衍射光柵205可以與透鏡140直接物理接觸，或者可以與 之分離。在這種情況下，可以由與透鏡分離的聚合物或玻璃結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)衍射光柵。與會聚 透鏡140分離的衍射光柵205可以位于會聚透鏡140的下游、在會聚透鏡140與準(zhǔn)直透鏡 130之間、或在準(zhǔn)直透鏡130的上游。 圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的原理的包括機(jī)頭和附接套管的激光探針的遠(yuǎn)端。在圖3 中，激光探針組件300包括發(fā)射光纖110，透鏡130，具有衍射光柵210的透鏡，三個接收光 纖220、230、240，機(jī)頭310，以及套管320。三個接收光纖220、230、240中的每一個具有彎曲 的遠(yuǎn)端。這些彎曲端部將衍射的激光光斑引導(dǎo)到不同的位置，從而產(chǎn)生光斑圖案。當(dāng)將激 光探針組件300用于視網(wǎng)膜血管的光凝時，接收光纖220、230、240的彎曲端部產(chǎn)生可以用 來更快速并更高效地使血管凝固的光斑圖案。每當(dāng)激光器點(diǎn)火時，可以將多個光斑投射到 視網(wǎng)膜上，以覆蓋視網(wǎng)膜表面的較大部分。 圖4表示根據(jù)本發(fā)明的原理的產(chǎn)生2X2光斑陣列的衍射光柵。在圖4中，衍射光
6柵410在二維區(qū)域中產(chǎn)生4個光斑。這四個光斑中的每一個與接收光纖420、430、440、450 對準(zhǔn)?？梢酝ㄟ^衍射光柵410的不同設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)任何數(shù)目的不同光斑配置。
圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的原理的衍射光柵的成像系統(tǒng)。在圖5中，該系統(tǒng)包括發(fā) 射光纖510，兩個接收光纖520、530，以及衍射光柵540。在圖5中，折射透鏡已被移除，并用 衍射光柵540來替代。在這種情況下，在光柵540的邊緣，需要有約17度的傾斜角(bend angle)(對于放大率為1 : 1且NA為0. 15的光學(xué)系統(tǒng))。對于小的傾斜角，表面起伏光柵 能夠?qū)崿F(xiàn)接近100%的衍射效率，但是隨著傾斜角的增大，衍射效率趨向于迅速下降。在這 種情況下，可以使用體全息圖作為衍射光柵。 圖6A和6B分別是混合表面光柵/體全息復(fù)用光柵組件的側(cè)截面圖和前視圖。在 圖6A中，光柵組件600包括表面起伏光柵層610、粘合層620、體全息層630、以及玻璃襯底 640。光柵組件600具有中央(表面光柵衍射)區(qū)615、以及周邊(體全息衍射)區(qū)625。如 圖6B所示，光柵組件600的形狀大體是圓形。 周邊(體全息衍射)區(qū)625實(shí)現(xiàn)體全息。在體全息中，衍射光柵位于全息材料的 體塊內(nèi)。體全息適中地對于低傾斜角(例如小于10度)具有低衍射效率且對于較高傾斜 角(例如大于10度)潛在地具有100%的衍射效率。 因此，衍射組件600利用中央(表面光柵衍射)區(qū)615針對小傾斜角高效地衍射， 組件600利用周邊(體全息衍射)區(qū)625針對較高傾斜角也高效地衍射。使用此類組件 600能夠在包含于機(jī)頭或探針的有限體積中得到接近100%的衍射效率。光柵組件600的 示例性光束圖案在圖7中示出。 圖8至圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的原理的光纖耦合布置。圖8示出耦合器。光學(xué) 裝置位于將激光控制臺連接到一次性激光探針的外殼830中。在圖8中，光學(xué)裝置(在這 種情況下為透鏡130和具有衍射光柵210的透鏡，然而可以使用其它光學(xué)裝置)位于外殼 830中。陽型連接器810位于外殼830的一端上，且陰型連接器820位于外殼830的另一端 上。在一個實(shí)施例中，所述連接器是標(biāo)準(zhǔn)的SMA連接器，但可以采用其它類型的連接器。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的原理的激光探針的局部視圖。 一次性多斑激光探針包括陽 型連接器910，承載一個或多個光纖的護(hù)套920，機(jī)頭930，以及端接到三個光纖220、230、 240(每個具有彎曲尖端)的套管940。 圖10示出圖9的激光探針與圖8的連接器布置之間的連接。在圖10中，陽型連 接器910與陰型連接器820接合，從而將激光探針與激光源耦合。裝在外殼830中的光學(xué) 裝置將入射光束衍射成由光纖220、230、240載送的多個光束。 圖11和12是根據(jù)本發(fā)明的原理的連接器布置的端視圖。圖11是陰型連接器的 端視圖，而圖12是陽型連接器的端視圖。彈簧珠1110與狹槽1210接合，并適當(dāng)?shù)厥构饫w (描繪成小圓圈)對準(zhǔn)?？梢圆捎弥T如狹槽和配合突起等其它機(jī)械對準(zhǔn)特征來使光纖對準(zhǔn)。
圖13是激光探針的截面圖。在圖13中，激光探針具有PVC護(hù)套1310、機(jī)頭1320、 光纖1330、以及套管1340。從光纖1330的遠(yuǎn)端發(fā)射激光光束。 圖14是根據(jù)本發(fā)明的原理的具有衍射光柵的激光探針的截面圖。在圖14中，激 光光柵1410被裝配到套管1340的端部上。光纖1330端接于套管1340的內(nèi)部并在衍射光 柵1410前面。以這種方式，由光纖1330發(fā)射的激光光束穿過衍射光柵1410。如前文所討 論的，衍射光柵1410產(chǎn)生多個衍射光束光斑。在圖14中，示出了兩個衍射光束，但在本發(fā)
7明的其它實(shí)施例中，當(dāng)入射光束穿過衍射光柵1410時可以產(chǎn)生任何數(shù)目的衍射光束。在本 發(fā)明的各種實(shí)施例中，如上文所討論的，可以采用表面光柵、體全息圖、或兩者的組合。在其 它實(shí)施例中，如前文所討論的，可以將衍射光柵1410設(shè)計(jì)為產(chǎn)生不同的光斑圖案。
圖15是圖14的激光探針的遠(yuǎn)端的分解截面圖。此圖更清晰地示出組件的布置和 光束的路徑。圖15還包括被設(shè)計(jì)為將光纖1330置中于套管1340中的置中圓筒1510。光 纖1330的遠(yuǎn)端被定位于與衍射光柵1410相隔一段距離，以使得如圖所示由光纖1330發(fā)射 的光束可以擴(kuò)展為充填衍射光柵1410。衍射光柵1410將光束衍射到多個方向，使得在發(fā)射 光纖的平面中出現(xiàn)大量的虛像。 圖16是其中將光焦度結(jié)合到衍射光柵1610中的激光探針的遠(yuǎn)端的分解截面圖。 衍射光柵1610被設(shè)計(jì)為使衍射光束聚焦。例如，可以將衍射光柵設(shè)計(jì)為發(fā)射大量的準(zhǔn)直 衍射光束。準(zhǔn)直衍射光束在視網(wǎng)膜上得到更集中的光斑圖案。在其它實(shí)施例中，衍射光柵 1610被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生會聚衍射光束。 根據(jù)上文，可以認(rèn)識到本發(fā)明提供一種用于視網(wǎng)膜的光凝固的改進(jìn)系統(tǒng)。利用衍 射光柵或組件，可以將單個入射激光光束衍射成適合于光凝視網(wǎng)膜血管的光斑圖案。舉例 說明了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修改。 鑒于本文所公開的本發(fā)明的說明書和實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施例對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說將是顯而易見的。意圖在于僅僅將本說明書和示例視為示例性的，而由以下權(quán) 利要求來指示本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神。
權(quán)利要求
一種激光探針，包括發(fā)射光纖，其用于發(fā)射光束；光學(xué)裝置，其位于所述發(fā)射光纖的發(fā)射側(cè)，所述光學(xué)裝置用于衍射由所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束；以及兩個或更多個接收光纖，所述兩個或更多個接收光纖中的每一個與所述發(fā)射光纖相對地放置，所述兩個或更多個接收光纖中的每一個用于接收由所述光學(xué)裝置衍射的光束。
2. 權(quán)利要求1的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置還包括 第一透鏡；以及第二透鏡，其與所述第一透鏡相對地放置，所述第二透鏡包括衍射表面。
3. 權(quán)利要求2的激光探針，其中，所述第一透鏡是非球面透鏡，而所述第二透鏡是具有 衍射表面的非球面透鏡。
4. 權(quán)利要求l的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置將由所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束衍射成 二維陣列束斑。
5. 權(quán)利要求l的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置包括衍射光柵。
6. 權(quán)利要求l的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置包括混合表面光柵/體全息復(fù)用光柵組件。
7. 權(quán)利要求6的激光探針，其中，所述光柵組件還包括位于所述光柵組件中央的大體為圓形的表面光柵部分，該表面光柵部分用于衍射較低 傾斜角的入射光束；以及圍繞所述表面光柵部分的周邊放置的大體為環(huán)狀的體全息部分，所述體全息部分用于 衍射較高傾斜角的入射光束。
8. 權(quán)利要求l的激光探針，其中，所述兩個或更多個接收光纖中的至少一個具有彎曲 遠(yuǎn)端。
9. 權(quán)利要求l的激光探針，其中，所述兩個或更多個接收光纖被定位為使得所述兩個 或更多個接收光線中的每一個被耦合到由所述光學(xué)裝置衍射的單個光束。
10. 權(quán)利要求1的激光探針，還包括 外殼，其至少部分地容納所述兩個或更多個接收光纖。
11. 一種用于激光探針的耦合器，包括 外殼；位于所述外殼中的光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置用于衍射入射光束； 第一連接器，其位于所述光學(xué)裝置的一側(cè)；以及 第二連接器，其位于所述光學(xué)裝置的另一側(cè)。
12. 權(quán)利要求11的耦合器，其中，所述光學(xué)裝置還包括 第一透鏡；以及第二透鏡，其與所述第一透鏡相對地放置，所述第二透鏡包括衍射表面。
13. 權(quán)利要求12的耦合器，其中，所述第一透鏡是非球面透鏡，而所述第二透鏡是具有 衍射表面的非球面透鏡。
14. 權(quán)利要求ll的耦合器，其中，所述光學(xué)裝置將由所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束衍射成 二維陣列束斑。
15. 權(quán)利要求ll的耦合器，其中，所述光學(xué)裝置包括衍射光柵。
16. 權(quán)利要求ll的耦合器，其中，所述光學(xué)裝置包括混合表面光柵/體全息復(fù)用光柵組件。
17. 權(quán)利要求16的耦合器，其中，所述光柵組件還包括位于所述光柵組件中央的大體為圓形的表面光柵部分，該表面光柵部分用于衍射較低 傾斜角的入射光束；以及圍繞所述表面光柵部分的周邊放置的大體為環(huán)狀的體全息部分，所述體全息部分用于 衍射較高傾斜角的入射光束。
18. 權(quán)利要求ll的耦合器，其中，所述第一和第二連接器是SMA連接器。
19. 權(quán)利要求ll的耦合器，其中，所述第一和第二連接器中的至少一個包括用于使光 纖對準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)。
20. —種眼科激光探針，包括 發(fā)射光纖，其用于發(fā)射光束；以及光學(xué)裝置，其位于所述發(fā)射光纖的發(fā)射側(cè)，所述光學(xué)裝置用于至少將由所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束衍射成兩個或更多個衍射光束。
21. 權(quán)利要求20的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置包括衍射光柵。
22. 權(quán)利要求20的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置包括混合表面光柵/體全息復(fù)用光柵 組件。
23. 權(quán)利要求22的激光探針，其中，所述光柵組件還包括位于所述光柵組件中央的大體為圓形的表面光柵部分，該表面光柵部分用于衍射較低 傾斜角的入射光束；以及圍繞所述表面光柵部分的周邊放置的大體為環(huán)狀的體全息部分，所述體全息部分用于 衍射較高傾斜角的入射光束。
24. 權(quán)利要求20的激光探針，其中，所述光學(xué)裝置包括具有準(zhǔn)直能力的衍射光柵。
25. 權(quán)利要求20的激光探針，還包括 外殼，其至少部分地容納所述發(fā)射光纖。
26. 權(quán)利要求20的激光探針，還包括 套管，其至少部分地容納所述發(fā)射光纖。
27. 權(quán)利要求20的激光探針，還包括位于所述套管中的置中圓筒，該置中圓筒用于將所述發(fā)射光纖置中于所述套管中。
全文摘要
一種激光探針，包括發(fā)射光纖、光學(xué)裝置、以及兩個或更多個接收光纖。所述發(fā)射光纖發(fā)射激光光束。所述光學(xué)裝置衍射由所述發(fā)射光纖發(fā)射的光束。所述接收光纖各自接收由所述光學(xué)裝置衍射的光束。
文檔編號A61B18/22GK101754726SQ200880019369
公開日2010年6月23日 申請日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者J·R·奧爾德, R·T·史密斯 申請人:愛爾康公司