專利名稱：用于激光校準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光校準(zhǔn)，并且特別涉及激光系統(tǒng)的校準(zhǔn)，該激光系統(tǒng)具 有關(guān)聯(lián)的光學(xué)傳遞路徑以為治療患者的眼角膜提供激光束。
背景技術(shù)：
激光在包括外科手術(shù)、紋身去除和與視力有關(guān)的應(yīng)用的醫(yī)療程序中具 有很重要的用途。例如，在WO 02/094260(其全部內(nèi)容并入本文作為參考)所描述的程序 中，810 nm的眼科激光被用于對患者的眼睛執(zhí)行稱為p引咮青綠介導(dǎo)的光栓 療法(i-MP)的程序。這需要非常精確地將激光束的輸出功率傳送到眼睛上。 如果輸出功率與治療眼睛所需的期望輸出功率偏差超過5%，則可能導(dǎo)致不 充分曝光或過度曝光，并因而使該程序的治療效果無效。因此，用于治療目標(biāo)組織的激光通常配備稱為"功率監(jiān)視器"的反饋 裝置，以解決輸出功率的任何偏差。另外，切斷式(cut-out)安全機構(gòu)可確 保將激光功率維持在對于人類治療安全的范圍內(nèi)。激光控制臺的組件通常在售出之前在工廠中進行校準(zhǔn)。隨著時間的流 逝，這些組件可能會變得不準(zhǔn)并且還會加劇激光控制臺自身的輸出功率的 不精確性。這樣的組件包括激光源、感光二極管和其它監(jiān)視激光源輸出能 量的功率監(jiān)視器組件。這些組件造成的功率偏差被激光控制臺內(nèi)的功率監(jiān)視器檢測到，但由于根據(jù)國際電子技術(shù)協(xié)會(IEC)的要求將可容許偏差的水平設(shè)置在±20%的精確度，傳遞到患者眼睛處的激光束的功率偏差可能會 遠遠超出如i-MP等一些程序的最小安全水平。在治療患者眼睛的典型程序(如WO 02/094260中所描述的程序)中， 將多個附加組件放置在激光和患者眼晴之間的激光束路徑中。參考圖1， 一旦激光束離開激光控制臺10,激光束就傳播通過光傳遞 系統(tǒng)。該光傳遞系統(tǒng)包括，例如，通向裂隙燈適配器30的光纖，而裂隙燈 適配器30又與裂隙燈顯微鏡40和激光接觸透鏡60相連。裂隙燈適配器30 是標(biāo)準(zhǔn)單元，其自身包括纖維光纜、設(shè)計成控制激光束的光點大小的伽 利略(Galileo)型顯微鏡(未示出)；將裝置連到裂隙燈顯微鏡40的機械系統(tǒng) (未示出)，和將激光束同軸地置于裂隙燈顯微鏡40的光路中的分光鏡50。 根據(jù)要檢查和治療的眼睛IOO特征的尺寸，可使用裂隙燈適配器30調(diào)節(jié)激 光的光點尺寸。此外，如圖l所示，另一個公知為激光接觸透鏡60的光學(xué)組件被眼科 專家放置在光傳遞路徑中，并用于增加患者眼睛100的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的可見性。光傳遞路徑中的所有這些組件可能會對產(chǎn)生的實際接觸眼睛的激光束 進一步造成不可控制且不可預(yù)測的輸出能量損耗。這些損耗可能由例如以 下的原因造成分光鏡、光纖末端、物鏡和接觸透鏡的光學(xué)器件上的灰塵或污物的累積；光纖的降解或"磨損或裂縫"； 光幹的微裂隙； 光纖耦合未對齊；和激光二極管的老化。在當(dāng)前激光系統(tǒng)的激光控制臺10中的標(biāo)準(zhǔn)能量控制和監(jiān)視功能并不會考慮這些損耗。本申請的發(fā)明人估計光傳遞路徑可能造成的損耗大于io%，這被認為超過了 i-MP臨床協(xié)議規(guī)定的限制。澳大利亞或任何其它范圍內(nèi)的公知常識，或可以合理地預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人 員將確定、理解和認為該背景技術(shù)是相關(guān)的。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了校準(zhǔn)激光系統(tǒng)的方法，在該激光系統(tǒng) 中，激光單元可操作來發(fā)出沿光傳遞路徑被引導(dǎo)到位于該光傳遞路徑遠端 的輸送點(deliverypoint)的激光束，該方法包括為光傳遞路徑定義期望的激光功率；初始化光傳遞路徑的補償因子；根據(jù)期望的激光功率和補償因子驅(qū)動激光單元發(fā)出激光束； 在輸送點接收關(guān)于激光功率的測量信號； 比較測量信號和期望的激光功率以生成誤差信號；和 根據(jù)誤差信號調(diào)節(jié)補償因子。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了激光單元的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，該激光單 元可操作來發(fā)出沿著光傳遞路徑被引導(dǎo)到位于該光傳遞路徑遠端的輸送點 的激光束，所迷激光校準(zhǔn)系統(tǒng)包括激光控制器，其可操作來根據(jù)期望的激光功率和與光傳遞路徑相關(guān)的 補償因子驅(qū)動激光器單元發(fā)出激光束；檢測器，其可操作來生成關(guān)于輸送點處的激光功率的測量信號；和 激光校準(zhǔn)器，其被調(diào)節(jié)成根據(jù)期望的激光功率與所述測量信號的比較 生成誤差信號，并根據(jù)該誤差信號調(diào)整補償因子。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種激光系統(tǒng)，其包括 用于產(chǎn)生激光束的激光器；由至少 一個為給定程序選擇的組件提供的光傳遞路徑； 設(shè)置在光傳遞路徑的一端處的檢測器，用于測量該光傳遞路徑該端處 的激光束功率；用于依照所述檢測器所獲得的測量結(jié)果修正激光束功率的激光功率修 正裝置。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種包括記錄在機器可讀記錄介質(zhì)上 的機器可讀程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，其用于控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的運行， 在該數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行程序代碼以執(zhí)行校準(zhǔn)激光系統(tǒng)的方法，在該激光 系統(tǒng)中操作激光單元以發(fā)出沿. 送點的激光束，所述方法包括定義光傳遞路徑的期望激光功率；初始化光傳遞路徑的校準(zhǔn)因子；根據(jù)期望激光功率和校準(zhǔn)因子驅(qū)動激光單元以發(fā)出激光束； 接收關(guān)于輸送點處的激光功率的測量信號； 比較測量信號和期望激光功率以產(chǎn)生誤差信號；和 根據(jù)誤差信號調(diào)節(jié)校準(zhǔn)因子。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的操作的 包括機器可讀代碼的計算機程序，在該數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行程序代碼以執(zhí)行校準(zhǔn)激光系統(tǒng)的方法，在該激光系統(tǒng)中激光單元可操作來發(fā)出沿光傳遞路徑被引導(dǎo)到該光傳遞路徑遠端的輸送點的激光束，所述方法包括 定義光傳遞路徑的期望激光功率； 初始化光傳遞路徑的校準(zhǔn)因子；根據(jù)期望的激光功率和校準(zhǔn)因子驅(qū)動激光單元發(fā)出的激光束； 接收關(guān)于輸送點處的激光功率的測量信號； 比較測量信號和期望的激光功率以產(chǎn)生誤差信號；和 根據(jù)誤差信號調(diào)節(jié)校準(zhǔn)因子。


現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中 圖l顯示了包括激光單元和光傳遞路徑的現(xiàn)有技術(shù)的激光系統(tǒng)； 圖2顯示了具有置于光傳遞路徑中的檢測器并提供反饋信號以校準(zhǔn)激 光單元的激光系統(tǒng)；圖3是非常詳細地顯示圖1和圖2中的激光單元的示意性框圖； 圖4是本文中所述系統(tǒng)使用的激光控制器的功能性框圖； 圖5顯示了圖4所示激光控制器的子系統(tǒng)的功能性框圖； 圖6顯示了由于激光二極管的非線性而產(chǎn)生的誤差的曲線圖； 圖7顯示了具有自動反饋路徑的激光控制器的功能性框圖； 圖8示出了用于調(diào)節(jié)激光控制器的校準(zhǔn)因子的激光校準(zhǔn)器； 圖9示出了在自動校準(zhǔn)例行程序期間激光控制臺的顯示； 圖10A是在圖2所示系統(tǒng)中使用的檢測器的示意圖； 圖10B是檢測器的立體圖；圖10C是圖10B的檢測器的內(nèi)部組件視圖； 圖11是校準(zhǔn)激光控制器的方法的流程圖。
具體實施方式
圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)激光系統(tǒng)是激光凝固器激光系統(tǒng) (photo-coagulator laser system)的舉例。標(biāo)準(zhǔn)的激光凝固器激光系統(tǒng)包括激光 凝固器激光單元IO，其后跟隨有光傳遞路徑。只要存在激光單元IO,激光 束就會傳播通過光傳遞路徑，而光傳遞路徑會準(zhǔn)備激光束并將該激光束輸 送至光傳遞路徑遠端的輸送點。在治療期間，輸送點^皮應(yīng)用到患者眼睛100。 光輸送系統(tǒng)通常包括纖維光纜20、裂隙燈適配器30、裂隙燈顯微鏡40、分 光鏡50和輸送端(接觸透鏡60)。接觸透鏡60通常(在治療期間)接觸需 要治療的眼睛區(qū)域，并允許激光束穿過而到達眼睛。也可使用其它類型的 光傳遞路徑，包括目鏡內(nèi)部探測器(endo-ocular probe)、激光間接檢眼鏡和 外科顯微鏡適配器。圖2顯示了結(jié)合本文所述的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)的激光系統(tǒng)的總體視圖。 用于測量激光束的功率的檢測器70被置于整個光傳遞路徑的輸送點 處。這有助于正確測量對實際傳遞到患者眼睛處的光束功率。然后將輸送 端處檢測器對光束功率作出的測量結(jié)果與輸送所期望的或規(guī)定的功率水平 相比較。如以下更詳細的描述的那樣，該信息被用于調(diào)節(jié)控制激光控制臺 10生成的激光束的功率時所用的校準(zhǔn)因子。因此，功率生成補償了光傳遞 路徑的效果。這就使所生成光束的功率能被控制以向患者提供期望的激光功率水 平，即使不同程序的光傳遞路徑可能會發(fā)生顯著的變化。所描述的自動校準(zhǔn)也考慮傳遞路徑以及激光控制臺自身內(nèi)的組件變化和衰退造成的功率偏 差。激光系統(tǒng)校準(zhǔn)方法是根據(jù)操作者的判斷來執(zhí)行的，但優(yōu)選地在用于每 個患者之前進行校準(zhǔn)。在一種結(jié)構(gòu)中，激光系統(tǒng)會鎖定以防止執(zhí)行了十次以上的程序還不進行自動校準(zhǔn)。 一旦激光系統(tǒng)得到校準(zhǔn)，檢測器70從輸送 點移開以允許治療患者的眼睛100。通常，傳遞系統(tǒng)的傳輸因子的偏差會導(dǎo)致激光束功率的損耗，然而， 如果激光系統(tǒng)被校準(zhǔn)而考慮損耗，并且，例如激光系統(tǒng)組件被清潔或者在 后期階段被替換，那么在輸送端處傳遞的激光的功率可能會變得比校準(zhǔn)過 的大，從而可能對患者產(chǎn)生傷害。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括檢測器70，其如上所述設(shè)置在接 觸透鏡60的后面以測量輸送路徑端的激光束功率。檢測器70對激光束功 率的測量轉(zhuǎn)換成電子信號，然后經(jīng)由通信鏈路71將該電子信號供應(yīng)給激光 控制臺lO的輸入端ll。該電子信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(除非信號已經(jīng)是數(shù) 字信號)，該數(shù)字信號又被提供給激光控制臺10中的處理器。然后該處理 器計算檢測器70測量出的功率與輸送端的期望功率的偏差，并執(zhí)行適當(dāng)步 驟以補償期望的和測量出的功率之間的差異。由于這種補償，在治療期間 輸送到患者的最終功率會等于或接近治療的期望功率。對激光控制臺的描述圖3更詳細地顯示了激光控制臺10。主激光電源310供應(yīng)規(guī)定的電流 以產(chǎn)生激光。主激光功率控制器302是控制供應(yīng)給主激光器的電流使得輸 出功率等于期望的功率的模塊。激光二極管303被用于產(chǎn)生所述程序所用的激光束。激光的波長為810nm,其是紅外線不能被人眼看到。二極管303 產(chǎn)生的激光傳播通過主激光瞄準(zhǔn)儀透鏡組304，其調(diào)整激光束的形狀，使得 光束能夠聚焦到纖維光纜上。在透鏡組304之后，光束傳播通過分光鏡305，分光鏡305是將激光束 分裂開的部分反射鏡，從而將激光束的一部分提供給形成安全系統(tǒng)的部分 的光傳感器(photosensor) 312。未被分光鏡305轉(zhuǎn)向的部分光束到達瞄準(zhǔn)光束組合器306,其是將來自 二極管303的主要激光束和從激光二極管313接收的瞄準(zhǔn)激光束組合起來 的專用鏡。瞄準(zhǔn)激光束具有可見光束(紅色的)，其被醫(yī)師用來瞄準(zhǔn)激光。 在一種結(jié)構(gòu)中，瞄準(zhǔn)激光束的波長為630nm,最大功率為lmW。而主要光 束的最大功率為2.4W。在瞄準(zhǔn)光束組合器306之后，組合后的光束傳播通過光纖耦合器透鏡 組307，其將激光束聚焦到光傳遞路徑的纖維光纜上。激光諧振腔(laser cavity)311是裝有主要激光二極管303和用于調(diào)節(jié)激 光的形狀、焦點和方向的光學(xué)組件304、 305、 306和307的金屬盒。瞄準(zhǔn) 激光二極管313也可以包括在該激光諧振腔中。所迷光傳遞路徑310與該 激光諧振腔的輸出管口連接。該諧振器311被密封住以保護光學(xué)系統(tǒng)不受 到灰塵和潮濕的影響。在激光諧振腔311的輸出管口處，具有光學(xué)耦合光 纖鎖定傳感器308，其向控制器指示是否存在連接到激光控制臺IO上的纖 維光纜。機械的激光遮光器309通過鉸鏈連接到激光控制臺10上，以便在 沒有傳遞裝置連接到激光控制臺IO上時覆蓋住輸出管口。激光控制臺10可連接到光傳遞路徑310上，光傳遞路徑310包括用于 將激光束傳遞到患者眼睛處的纖維光纜。光傳遞路徑的實例包括目鏡內(nèi)部探測器、裂隙燈適配器、激光間接檢眼鏡和外科顯徵鏡適配器。分光鏡305分裂的光束部分被提供給主要激光安全光學(xué)傳感器312,其 是讀取功率水平和提供用于保證安全激光操作的電子信號的光電二極管。處理器314控制所有激光設(shè)備的功用，并與激光控制臺IO的大多數(shù)組 件電子相通。在一種結(jié)構(gòu)中，處理器314包括來自8032族的微型處理器、 閃存、e2prom和watchdog單元。連接到處理器314上的蜂鳴器314用于產(chǎn) 生警報、嘟嘟聲和其它聽得見的信號。鍵盤316被用作醫(yī)師或操作者用來控制治療的操作模式和參數(shù)的界面， 并且文字數(shù)字顯示器317被用作向使用激光控制臺10的醫(yī)師顯示治療數(shù)據(jù) 和參數(shù)的界面。激光功率旋鈕318優(yōu)選是使醫(yī)師能設(shè)置主要激光功率的旋鈕。該功率 旋鈕包括編碼器，來自該編碼器的輸出信號被處理器314讀取和解釋，并 顯示給醫(yī)師。脈沖持續(xù)時間選擇撥盤電鈕319是允許醫(yī)師設(shè)置激光發(fā)射持續(xù)時間的 旋鈕。電鈕319包括編碼器，來自該編碼器的輸出信號被處理器314讀取 和解釋，并例如在顯示器317上顯示給醫(yī)師。脈沖間隔選擇撥盤電鈕320是允許醫(yī)師設(shè)置重復(fù)間隔的旋鈕。二極管 電鈕320包括編碼器，來自該編碼器的輸出信號被處理器板314讀取和解 釋。腳踏開關(guān)321被用于發(fā)射激光束。該腳踏板321被光學(xué)偶合到激光控 制臺IO上以提供電氣上的安全性?；ユi單元322是用于提供附加激光安全性的任選裝置。互鎖輸入322 允許開關(guān)連接到激光控制臺10，以便在外門被無意中打開時使激光器無效。如果用戶選擇不使用遠端互鎖，那么必須將旁通(by-pass)連接器插入到 互鎖單元322中以便使激光器能操作。"自動鍵控器"連接器323含有用于向激光控制臺IO提供信息以指示 什么樣的光傳遞路徑310連接到激光控制臺IO上的電子電路。每個光傳遞 路徑310具有不同的傳輸特性，其會影響到達患者眼睛100的激光功率。 經(jīng)由自動鍵控器連接器323提供給激光控制臺10的信息使控制臺10能夠 識別出使用的傳遞裝置，使得處理器314能夠計算出傳輸因子(FAT)以補 償沿著光傳遞路徑310的激光功率的衰減。電子電源324將所需功率提供給功率控制器302和處理器板314的電 路。EMI/EMC線路濾波器325是將電子噪聲從主要線路中濾除以便保護激 光不會由于可能的功率振蕩而產(chǎn)生故障和損害的模塊。主要電纜326將激 光控制臺IO連接到電子引出線。開關(guān)327是使用戶能打開或關(guān)閉激光控制 臺10的打開/關(guān)閉開關(guān)。圖4顯示了用在激光控制臺10中的功率控制系統(tǒng)400的功能性框圖。 圖4顯示了沒有圖7中所示的自動校準(zhǔn)功能的功能性框圖。微控制器314控制安全電路414,安全電路414在檢測到故障時向激勵 器(actuator) 406發(fā)送信號以便關(guān)閉激光二極管303，這樣就能在功率水平 不在規(guī)定限制中時避免激光被發(fā)射。微控制器314是在其中存儲和執(zhí)行操 作軟件的單元。當(dāng)接收到用于激勵激光的命令時，參考功能塊402生成與 光傳遞路徑310 —端的輸送點處的期望功率水平有關(guān)的參考信號。參考功 能塊402可以是微處理器314的模塊。參考功能塊402提供的參考信號被D/A轉(zhuǎn)換器403轉(zhuǎn)換成模擬電壓。 之后，該模擬信號被提供給相減功能塊404。相減功能塊404具有另一個輸入信號，該另一個輸入信號與激光二極管303在激光諧振腔中發(fā)出的功率 的量相對應(yīng)。相減功能塊404比較它的兩個輸入以生成揭_供給PID控制器 405的誤差信號。這樣PID控制器405的輸入信號就是期望功率與激光諧振 腔311中產(chǎn)生的實際功率之間的差異?？紤]到系統(tǒng)的動態(tài)因素，PID控制器 405放大該誤差信號，并將放大后的信號發(fā)送給直接控制激光二極管303的 電流的激勵器406。如上所述，激光二極管303的輸出可由光傳遞路徑(例如，光纖20和 裂隙燈適配器30)來傳輸。雙重光電二極管312監(jiān)視激光二極管303的輸出以提供關(guān)于功率控制 和安全功能的反饋信號。其中一個光電二極管312向相減功能塊404發(fā)送 與激光諧振腔311中的功率水平相對應(yīng)的電壓信號。另一個光電二極管312 向A/D轉(zhuǎn)換器413發(fā)送電壓信號，其中A/D轉(zhuǎn)換器413向微控制器314提 供指示實際功率水平的數(shù)字信號。經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器413通過的信號不會用 在功率反饋回路中但會用在安全電路414中。如果激光諧振腔311中的功 率超過設(shè)定功率的部分高于20%,則激光二極管303立即關(guān)閉并且在文字 數(shù)字顯示器317上顯示出錯消息。當(dāng)激光束傳輸通過光傳遞路徑時，該光束被衰減并且在傳輸中丟失了 一些激光能量。有必要估計每個光傳遞路徑的衰減和光點尺寸并有必要在 對激光控制臺10的功率控制中^t用該信息。例如，如果選定光點尺寸為200 微未的裂隙燈適配器30的估計衰減為20%，則在激光諧振腔311中產(chǎn)生的 能量必須增加20%，使得擊中患者眼睛100的功率匹配醫(yī)師設(shè)置的功率。衰減的量在制造廠于生產(chǎn)光傳遞路徑期間得以注意?；谠撍p，計 算修正因子，即傳輸因子(FAT),也稱為補償因子。對于激光控制臺IO使用的每種類型的傳遞路徑和光點尺寸的傳輸因子記錄在激光控制臺10的存儲器中。以下段落描述了激光控制臺10如何使用傳輸因子來調(diào)節(jié)使用裂隙燈適 配器30時的功率。相同的系統(tǒng)被用于其它傳遞裝置，盡管目鏡內(nèi)部探測器 和激光間接檢目鏡僅具有一個固定的光點尺寸。用于i-MP程序的裂隙燈適配器30具有放大變換器，其產(chǎn)生五個不同 的激光光點尺寸。在一種結(jié)構(gòu)中，光點尺寸是0.8 mm、 1.0 mm、 1.5 mm、 2.5 mm和4.3 mm。這些值代表了在裂隙燈適配器30的聚焦點處的激光束 的直徑。對于每個選定的光點尺寸，激光束經(jīng)過不同的透鏡組。因此，激光束 的衰減對于每個光點尺寸都不同。為了補償該衰減，激光控制臺10必須知 道選定的光點尺寸，使得在計算中使用正確的傳輸因子(FAT)。圖5示出 了用于調(diào)節(jié)關(guān)于不同光點尺寸的功率的參考功能塊402的操作。參考功能 塊402可以被實現(xiàn)為徵控制器314的子系統(tǒng)。功能塊402從自動控鍵323接收輸入，該自動控鍵323使裂隙燈適配 器光束寬度檢測器508能夠識別所用的光路類型和選定的光點尺寸。檢測 器508因此是光路識別器。功能塊402使用該信息來從存儲在存儲器中的 一組傳輸因子506中選擇適當(dāng)?shù)腇AT(例如，對于4.7 mm的光點寬度的FAT 504)。功能塊402的另一個輸入使醫(yī)師能夠例如通過功率旋鈕318來規(guī)定 期望的光功率。功能塊402將期望的光功率502乘上選定的FAT504，以生 成期望的光功率輸出，其被提供給D/A轉(zhuǎn)換器403。這種控制系統(tǒng)帶來的結(jié)果是，對于任何功率水平，傳遞給患者眼睛100 的功率在理論上等于醫(yī)師設(shè)置的功率。如果PID控制器405的參數(shù)選擇得很好，則激光二極管303生成的功率不會產(chǎn)生振蕩。然而，還存在著一些 可能影響傳遞到患者眼睛的功率而不能由圖5中所示的系統(tǒng)檢測出的因素。 圖7所示的自動校準(zhǔn)裝置被設(shè)計成解決圖5所示結(jié)構(gòu)的某些限制，從而增 加功率控制的準(zhǔn)確度。對功率控制系統(tǒng)的一種限制是激光二極管303的非線性。圖6示出了 響應(yīng)給定參考電壓的激光二極管303的功率輸出。曲線圖600示出了功率 604與電壓602之間的相對關(guān)系。光二極管303的理想響應(yīng)608在最小點 612與最大點610之間是線性的。在實際中，實際的響應(yīng)碼606是圖6所示 那樣非線性的。功率傳輸中的其它誤差可能由光纖耦合造成。光纖耦合包括高精度連 接器，在該連接器中，醫(yī)師或操作者將傳輸裝置通過光纜插入到接收端口 中并順時針扭動光纖直到末端連接器到達程序的末端。然而，位置的較小 移動可能由簡單地移除纖維光纜和將其插回到端口中造成。這可能造成最 大為5%的傳輸功率誤差。由于功率控制器400在激光諧^^腔311內(nèi)運行， 該功率誤差不能被系統(tǒng)檢測到，因此不能被修正。此外，裂隙燈適配器30透鏡上的任意種灰塵或污物都可能造成系統(tǒng)傳 遞的功率的衰減。而且，因為這在激光諧振腔311的外部發(fā)生，誤差不能 被圖4所示系統(tǒng)所修正。激光二極管303的老化是造成功率控制系統(tǒng)中的誤差的主要因素。在 制造廠校正期間，激光二極管303會呈現(xiàn)出例如圖6中所示的特征曲線。 然后在最小點612和最大點610之間校準(zhǔn)該系統(tǒng)，使得在激光二極管303 的動態(tài)范圍內(nèi)誤差是可能的最小值。隨著二極管303的老化，曲線的形狀 發(fā)生改變，因此最小點和最大點可能會變化。如果激光二極管303僅僅在生產(chǎn)期間被校準(zhǔn)，該誤差趨向于隨著激光器使用時間的增長而增大。對系統(tǒng)中的誤差有貢獻的其它因素包括纖維光纜中出現(xiàn)微小的裂縫或 光纖耦合的不對齊。自動校準(zhǔn)系統(tǒng)使用自動校準(zhǔn)設(shè)備的功率控制系統(tǒng)增加了另一個補償因子(ACFAT)， 其是由自動校準(zhǔn)系統(tǒng)產(chǎn)生的。醫(yī)師選定的期望功率被乘以FAT和ACFAT, 以產(chǎn)生提供給D/A轉(zhuǎn)換器403的參考電壓。圖7所示的功能框圖與圖4所示的功能框圖相似，只是增加了檢測器 70,其讀取光傳遞路徑輸送點處的激光功率和向微控制器314返回指示激 光功率的電信號。檢測器70包括精確的光衰減器75、用于測量入射功率的 光電二極管72、和用于提供可經(jīng)由通信鏈路71反饋回給微控制器314的數(shù) 字信號的A/D轉(zhuǎn)換器74。衰減器75使入射激光功率(對于某些程序，其 例如可能是1W)衰減到光電二極管的操作范圍內(nèi)，使得光電二極管72不 會飽和或受到傷害。對于激光控制臺10的功率可以設(shè)置成的每個功率范圍，存在著特定 ACFAT,其在每次執(zhí)行自動校準(zhǔn)例程時都要計算。當(dāng)自動校準(zhǔn)完成時，激 光控制系統(tǒng)返回其如圖4所示的正常操作模式。圖8顯示了使用激光校準(zhǔn)器802的自動校準(zhǔn)。激光校準(zhǔn)器802取代了 圖7所示功能性框圖的功能塊402。如上所迷，校準(zhǔn)器802從自動控鍵323接收輸入，該自動控鍵323使 光束寬度檢測器508能夠檢測選擇了哪條光傳遞路徑和哪個光點尺寸。根 據(jù)選擇的光點尺寸，激光校準(zhǔn)器802檢索與所選的光點尺寸相應(yīng)的FAT806a-c。校準(zhǔn)器也從集合808a-c中選擇與所選的光點尺寸相應(yīng)的ACFAT。 此外，激光校準(zhǔn)器802選擇與所選的光點尺寸相應(yīng)的參考輸入804a-c。例 如，對于4，3的光點寬度，能在校準(zhǔn)程序中使用的參考輸入為1000mW。ACFAT808a被初始化成值為1.0。然后(通過操作腳踏開關(guān)321)發(fā)射 激光并且檢測器70讀取在輸送點處的接收功率并向微控制器314發(fā)送信 息。減法器功能塊810比較接收到的測量和所選的參考值804a并產(chǎn)生誤差 信號。該誤差信號被提供給PI控制器812并且PI控制器812的輸出被加到 ACFAT808a上。要注意的是，如果測量出的功率與參考功率相同，那么誤 差信號為O且不用調(diào)節(jié)ACFAT 808a。如果在裂隙燈適配器30輸出端處的 功率小于參考功率，則與誤差和外部控制環(huán)的動態(tài)響應(yīng)成正比地向ACFAT 添加正值。相反，如果測量出的功率大于參考值，則向ACFAT 808a添加負值。在許多次反復(fù)之后，ACFAT808a趨向于固定值，從而使參考信號和測 量出的功率接近于相等。根據(jù)i-MP協(xié)議，功率水平與激光光點尺寸成正比并且需要確保傳遞的 功率產(chǎn)生的偏差小于5%。根據(jù)i-MP協(xié)議，裂隙燈適配器30的傳輸端末端處的功率取決于3個 主要因素，即損傷的最大線尺寸、患者的體重和患者的皮膚色素沉積水平。 為了使由于激光二極管303的非線性造成的誤差最小化，使用了三個參考 點并且自動校準(zhǔn)裝置讀取在以下3點中的每一點處的實際傳輸功率 損傷尺寸小于1.5 mm,用戶激光光點尺寸為1.5 mm; 損傷尺寸在1.5mm和3.0mm之間，用戶激光光點尺寸為2.5 mm;和 損傷尺寸大于3.0mm，用戶激光光點尺寸為4.3mm。 圖11示出了用于自動校準(zhǔn)的方法。在步驟202中，確定將被校準(zhǔn)的光傳遞路徑的類型。這種確定可根據(jù)光束寬度檢測器508的輸出來進行。在 步驟204中，獲得與當(dāng)前光傳遞路徑相對應(yīng)的期望激光功率。在步驟206中，當(dāng)前光傳遞路徑的補償因子ACFAT被初始化成1.0。 然后，在步驟208中，激光控制器400驅(qū)動激光器根據(jù)期望激光功率進行 發(fā)射。在步驟210中，檢測器70測量在光傳遞路徑端點處的功率輸出，并 將測量出的功率提供給微控制器314。然后，在步驟212中，相減功能塊 810比較測量出的功率和期望功率以產(chǎn)生誤差信號。在步驟214中PI控制 器812調(diào)節(jié)ACFAT以便減小誤差信號。步驟216檢查誤差信號是否低于閾值。如果誤差信號仍過高(步驟216 的否選項)，那么控制流程返回到步驟210以繼續(xù)自動校準(zhǔn)。如果誤差信號 足夠小(步驟216的是選項)，那么就已經(jīng)為當(dāng)前的光傳遞路徑確定了 ACFAT并且在步驟218中激光校準(zhǔn)器802檢查是否還有光傳遞路徑要校準(zhǔn) (即，其它光點尺寸是否已經(jīng)被校準(zhǔn))。如果不再有光點尺寸那么校準(zhǔn)結(jié)束 (步驟220)。否則，處理流程返回到步驟202以為其它傳遞路徑執(zhí)行自動 校準(zhǔn)。如可在圖10A中看到的那樣，檢測器70包含精確度高的光電二極管 72,其將光電二極管72接收的激光的功率測量轉(zhuǎn)換成電子信號，然后該電 子信號被放大器73放大并且然后被ADC 74轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然后該信號 經(jīng)由通過輸入端口 11連接到控制臺10的電纜71傳輸?shù)郊す饪刂婆_10。當(dāng) 然，可以理解，可替換地在激光控制臺10自身內(nèi)或任意其它便利的位置內(nèi) 執(zhí)行ADC轉(zhuǎn)換。傳感器70具有光濾波器75,其堵塞可見波長的光，以便 僅允許接近紅外的波長的光到達光電二極管72。過濾器75將激光功率衰減 成防止光電二極管72飽和。圖10B顯示了設(shè)計成通過機械耦合系統(tǒng)76、 77連接到裂隙燈適配器的 特定檢測器70。檢測器70和裂隙燈適配器30體部上具有標(biāo)記，以便引導(dǎo) 檢測器70的適當(dāng)定位。在開始自動校準(zhǔn)以前，醫(yī)師或操作者將檢測器70連接到裂隙燈適配器 的體部上。安裝支柱(mounting post) 76和引導(dǎo)支柱77幫助操作者將檢測 器70連接到裂隙燈適配器體部上。如圖10C所示，檢測器70的組件也包 括激光束衰減過濾器75、光電二極管電子電路板73、精確的光電二極管72、 電路板固定裝配79、和電源和信號電纜保護套80。在一種結(jié)構(gòu)中，自動校準(zhǔn)的調(diào)整間隔大約為制造廠設(shè)置的3%。這就避 免了設(shè)備在校準(zhǔn)的和標(biāo)定的操作條件之外使用。在一種結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)允許 在兩次校準(zhǔn)之間執(zhí)行10次治療。如果治療的次數(shù)超過10次，則激光控制 臺將進行自鎖并且向醫(yī)師顯示需要校準(zhǔn)的消息，以防止在成功執(zhí)行新的自 動校準(zhǔn)之前醫(yī)師執(zhí)行新治療。推薦在每當(dāng)激光控制臺10在3 —5天的時期 內(nèi)不使用時或者當(dāng)傳遞裝置已經(jīng)被斷開時都執(zhí)行自動校準(zhǔn)。操作者按下模式按鈕直到顯示器317顯示消息"自動校準(zhǔn)模式"。操作 者按下選擇/確認按鈕以進入這種模式，之后操作者被提示來確認他或她是 否希望進入自動校準(zhǔn)程序。確認之后，消息將提示用戶帶上安全護目鏡并 且確認護目鏡已經(jīng)被帶上。然后用戶將檢測器70置于裂隙燈適配器30上。 瞄準(zhǔn)激光器可被自動打開以幫助用戶放置檢測器70。下一個顯示的消息將 詢問用戶檢測器70和裂隙燈適配器30處的標(biāo)記是否對齊。操作者必須按 下選擇/確認按鈕來確認。此時，程序要求用戶選擇光點尺寸，例如1.5 mm, 并且系統(tǒng)將顯示用于確認設(shè)置光點尺寸的拇指輪何時處于正確位置的消 息。然后系統(tǒng)提醒用戶通過按下腳踏開關(guān)321來發(fā)射激光。只要腳踏開關(guān)被按下，顯示器顯示校準(zhǔn)參數(shù)以允許用戶監(jiān)視校準(zhǔn)。圖9顯示了一個實例。 其中，顯示器317顯示所選的光點尺寸為1.5 mm，指定的輸出功率為348 mW。實際的輸出功率也會顯示，同時還顯示規(guī)定功率和實際功率之間的誤 差百分比。在該實例中，誤差百分比是0.2%。定義的最大接受誤差的閾值 是1%。校準(zhǔn)計數(shù)器對校準(zhǔn)所花的時間進行倒計時。
如果在校準(zhǔn)期間誤差超過0.5%或者腳踏開關(guān)321被松開，則校準(zhǔn)計數(shù) 器重新開始計數(shù)。允許校準(zhǔn)每個光點尺寸花費的最大時間為120秒。如果 激光校準(zhǔn)器802在該時限內(nèi)不能校準(zhǔn)輸出功率，則在它們的顯示器317上 顯示出錯消息并且放棄自動校準(zhǔn)程序。
在腳踏開關(guān)321被保持按下的同時，激光器被激活并且蜂鳴器315持 續(xù)發(fā)出蜂鳴音。當(dāng)校準(zhǔn)計數(shù)器到達0時，激光器被關(guān)閉并且顯示器提示用 戶將光點尺寸改變成2.5 mm。然后系統(tǒng)重復(fù)關(guān)于2.5 mm和4.3 mm光點尺 寸的程序。 一旦4.3mm的校準(zhǔn)步驟完成，顯示器317顯示確認成功完成自 動校準(zhǔn)的消息。
為了執(zhí)行所述程序，用戶將傳感器70經(jīng)由輸入端口 11和電纜連接器 71連接到激光控制臺10。操作者然后從茱單啟動自動校準(zhǔn)程序。 顯示菜單然后將提示用戶遵循所述自動程序，其中他或她將 在裂隙燈適配器30上選擇1.5mm的光點尺寸的激光，并發(fā)射激光； 切換到2.5mm的光點尺寸并再次發(fā)射； 切換到4.3 mm的光點尺寸并再一次發(fā)射。
每當(dāng)激光被發(fā)射時，自動校準(zhǔn)裝置測量光電二極管檢測到的輸出功率 并將其返回給激光控制臺10。然后操作軟件比較傳輸裝置端部處的功率和 激光諧振腔傳遞的功率并通過正比積分(PI)控制器將差異反饋回到操作軟件中。結(jié)果產(chǎn)生的數(shù)字功率差異信號用于為裂隙燈適配器計算新的補償因 子，其將補償從激光諧振腔到患者眼睛的光路中的所有損耗。可以理解，
也可使用正積分導(dǎo)數(shù)(PID)控制器。
作為一個實例，如果對于特定的光點尺寸，裂隙燈適配器的確定傳輸 因子(FAT)被計算為75%,則2.5W的激光控制臺在患者眼睛處的最大輸 出功率將為1875 mW，因此，這將是當(dāng)使用裂隙燈作為那個特定光點尺寸 的傳送裝置時用戶能夠把激光調(diào)節(jié)成的最大功率。在總值的最大值處，傳 輸因子為來自自動校準(zhǔn)裝置的確定補償因子(ACFAT),其可增加最多20% 的功率補償。如果在以上實例中，自動校準(zhǔn)程序被執(zhí)行并且確定的補償因 子被計算為10%，則最大可調(diào)整功率將為1687mW。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，該實施例提供了這樣一種激光系統(tǒng)，其能提 高傳送到患者眼睛的激光的期望功率的精確度。本發(fā)明并不被限制于只用 于這種特定應(yīng)用情況。本發(fā)明也可應(yīng)用于諸如光凝結(jié)器系統(tǒng)和光力學(xué)治療 激光的其它視網(wǎng)膜激光系統(tǒng)。本發(fā)明也不限于其關(guān)于本文描述和解釋的特 定元件和/或特征的優(yōu)選實施例。應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理的情況 下可作出各種修改。例如，檢測器作出的測量結(jié)果可轉(zhuǎn)換成適于無線傳輸 到激光控制臺10的數(shù)字信號。此外，包含操作軟件的CPU可配置成與激 光控制臺相分離，并且從遠程控制適當(dāng)?shù)目刂坪瘮?shù)。此外，當(dāng)傳送到患者 眼睛的激光束功率可由傳遞路徑內(nèi)的適當(dāng)組件控制時，可通過修改激光控 制臺自身的操作來等價地控制功率。因此，本發(fā)明應(yīng)被理解為包括所有在 其范圍內(nèi)的這種修改。
應(yīng)理解，在該說明書中公開和定義的發(fā)明可延伸到本文或附圖所提到 的或易于推出的兩個或多個單個特征的所有其它組合。所有這些不同組合構(gòu)成了本發(fā)明的各種其它方面。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)激光系統(tǒng)的方法，在該激光系統(tǒng)中激光單元可操作來發(fā)射激光束，該激光束沿光傳遞路徑被引導(dǎo)到該光傳遞路徑的遠端處的輸送點，該方法包括定義期望的激光功率；初始化所述光傳遞路徑的補償因子；根據(jù)所述期望的激光功率和所述補償因子驅(qū)動所述激光單元發(fā)射激光束；接收關(guān)于所述輸送點處的激光功率的測量信號；比較所述測量信號和所述期望的激光功率，以產(chǎn)生誤差信號；和根據(jù)所述誤差信號調(diào)整所述補償因子。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 識別所述光傳遞路徑。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述激光束在所述輸送點處 具有可選的光點尺寸，所述方法還包括識別所選的光點尺寸的步驟，且其 中，所述定義步驟檢索與所述所選的光點尺寸相關(guān)的期望的激光功率。
4. 如前迷權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述初始化步驟包 括檢索與所述光傳遞路徑相關(guān)的預(yù)定衰減因子。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，光傳遞路徑的所迷預(yù)定衰減因子 被乘以自動校準(zhǔn)因子，且其中所述調(diào)節(jié)步驟根據(jù)所述誤差信號調(diào)節(jié)所述自 動校準(zhǔn)因子。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所迷方法被重復(fù)應(yīng) 用來為多個光傳遞路徑校準(zhǔn)所述激光系統(tǒng)。
7. 如權(quán)利要求3所迷的方法，其中，所述方法被重復(fù)應(yīng)用來為多個 激光光點尺寸校準(zhǔn)所迷激光系統(tǒng)。
8. —種激光單元的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，該激光單元可操作來發(fā)射沿光傳遞 路徑被引導(dǎo)到該光傳遞路徑遠端處的輸送點的激光束，該激光校準(zhǔn)系統(tǒng)包 括激光控制器，其可操作來根據(jù)期望的激光功率和與所迷光傳遞路徑有 關(guān)的補償因子驅(qū)動所述激光單元發(fā)射激光束；檢測器，其可操作來產(chǎn)生關(guān)于所述輸送點處的激光功率的測量信號；和激光校準(zhǔn)器，其被調(diào)整成根據(jù)所述期望的激光功率與所迷測量信號的 比較生成誤差信號，并根據(jù)該誤差信號調(diào)整所述補償因子。
9. 如權(quán)利要求8所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其還包括 用于識別所述光傳遞路徑的路徑識別器。
10. 如權(quán)利要求9所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所迷路徑識別器識別光 傳遞路徑，該光傳遞路徑選自a)裂隙燈適配器、b)目鏡內(nèi)探測器、c) 激光間接檢眼鏡和d)外科手術(shù)顯微鏡適配器。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中所述路徑識別器還 識別為所述光傳遞路徑選擇的光點尺寸。
12. 如權(quán)利要求8至11中任一項所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其還包括數(shù)據(jù) 存儲器，該數(shù)據(jù)存儲器存儲與 一個或多個光傳遞路徑相對應(yīng)的 一 組預(yù)定衰 減因子。
13. 如權(quán)利要求12所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述激光校準(zhǔn)器可操 作來調(diào)整自動校準(zhǔn)因子，該自動校準(zhǔn)因子與所述光傳遞路徑的預(yù)定衰減因 子相乘。
14. 如權(quán)利要求8至13中任一項所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述檢 測器包括光電二極管，該光電二極管產(chǎn)生與入射到該光電二極管上的激光 功率有關(guān)的信號。
15. 如權(quán)利要求14所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述檢測器還包括光 衰減器，以衰減入射到所述光電二極管上的激光功率。
16. 如權(quán)利要求8至15中任一項所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括定位裝置，以將所迷檢測器定位在所述光傳遞路徑的組件上，從 而使得在所述輸送點處發(fā)出的激光束入射到所迷光電二極管上。
17. 如權(quán)利要求16所迷的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述定位裝置包括從 所述檢測器體部延伸出的一個或多個引導(dǎo)支柱。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述光傳遞路 徑的組件是裂隙燈適配器。
19. 如權(quán)利要求8至18中任一項所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其還包括用于 顯示關(guān)于所述激光系統(tǒng)的校準(zhǔn)的信息的顯示器。
20. 如權(quán)利要求8至19中任一項所述的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)，其中，所述激 光校準(zhǔn)器包括處理所述誤差信號的正比積分(PI)控制器。
21. —種激光系統(tǒng)，其包括 用于產(chǎn)生激光束的激光器；由至少 一 個為給定程序選擇的組件提供的光傳遞路徑；放置在所迷光傳遞路徑的端部處用于測量所迷傳遞路徑的端部處的激光束功率的檢測器；和激光功率修改裝置，用于依照所述檢測器獲得的測量修改所述激光束的功率。
22. —種計算機程序產(chǎn)品，其包括記錄在機器可讀介質(zhì)上的機器可讀 程序代碼，該計算機程序產(chǎn)品用于控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的操作，在該數(shù)據(jù)處 理設(shè)備上執(zhí)行所述程序代碼以執(zhí)行校準(zhǔn)激光系統(tǒng)的方法，在該激光系統(tǒng)中點的激光束，所述方法包括為所述光傳遞路徑定義期望的激光功率； 為所述光傳遞路徑初始化校準(zhǔn)因子；根據(jù)所述期望的激光功率和所述校準(zhǔn)因子驅(qū)動所述激光單元發(fā)射激光束；接收關(guān)于所述輸送點處激光功率的測量信號； 比較所述測量信號和所述期望的激光功率，以產(chǎn)生誤差信號；和 根據(jù)所述誤差信號調(diào)整所述校準(zhǔn)因子。
23. —種計算機程序，其包括用于控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的操作的機器可 讀程序代碼，在該數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行所述程序代碼以執(zhí)行校準(zhǔn)激光系統(tǒng)光傳遞路徑遠端處的輸送點的激光束，所述方法包括 為所述光傳遞路徑定義期望的激光功率； 為所述光傳遞路徑初始化校準(zhǔn)因子；根據(jù)所述期望的激光功率和所述校準(zhǔn)因子驅(qū)動所述激光單元發(fā)射激光束；接收關(guān)于所述輸送點處激光功率的測量信號； 比較所迷測量信號和所迷期望的激光功率，以產(chǎn)生誤差信號；和根據(jù)所述誤差信號調(diào)整所述校準(zhǔn)因子。
24. —種校準(zhǔn)實質(zhì)上如本申請參考圖2、 7、 8、 10A—10C和11所描述 的激光系統(tǒng)的方法。
25. —種實質(zhì)上如本申請參考圖2、 7、 8、 10A—lOC和ll所描述的激 光校準(zhǔn)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于激光單元(10)的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法，該激光單元(10)可操作來發(fā)射沿光傳遞路徑(310)被引導(dǎo)到光傳遞路徑遠端的輸送點的激光束。該激光校準(zhǔn)系統(tǒng)包括激光控制器，其可操作來驅(qū)動激光單元(10)根據(jù)期望的激光功率和與光傳遞路徑相關(guān)的補償因子發(fā)射激光束。檢測器(70)生成關(guān)于輸送點處功率的測量信號；激光校準(zhǔn)器(802)根據(jù)對期望的激光功率和測量信號的比較生成誤差信號，以根據(jù)誤差信號調(diào)整補償因子。
文檔編號G01J1/10GK101228419SQ200680027073
公開日2008年7月23日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者亞歷山德羅·達米阿尼·莫特, 扎巴斯·凱亞都-德-卡斯特羅-奈托, 朱里安諾·羅斯伊, 馬里奧·安東尼奧·史蒂芬尼 申請人:奧普托全球控股有限公司