KR20250007671A - Method and system for estimating the distance between a fiber end and a target - Google Patents
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Abstract
본 발명은 섬유 피드백(FFB) 기술 분야에 관한 것으로, 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 방법 및 시스템을 제공한다. 방법은 상이한 레이저 광원을 사용하여 낮은 및 높은 물 흡수 계수를 갖는 상이한 파장의 레이저 광으로 표적을 광 방출, 전달 및 검출(LETD) 시스템에 의해 조명하는 단계, 상이한 파장의 입사 레이저 광에 대응하는 복귀된 신호를 수신하는 단계, 및 특정 파장의 복귀된 신호의 세기값을 측정하기 위해 복귀된 신호를 검출하는 단계를 포함한다. 측정된 세기값을 사용하여 처리 유닛은 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정할 수 있다. 본 발명은 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 정확히 추정할 수 있게 한다. 본 발명은 또한 상이한 유형의 표적과 호환되는 강력한 거리 추정 기술을 제공한다.The present invention relates to the field of fiber feedback (FFB) technology, and provides a method and system for estimating the distance between a fiber end and a target. The method comprises the steps of illuminating a target with laser light of different wavelengths having low and high water absorption coefficients by a light emission, transmission and detection (LETD) system using different laser sources, receiving returned signals corresponding to the incident laser light of different wavelengths, and detecting the returned signals to measure an intensity value of the returned signal of a specific wavelength. Using the measured intensity value, a processing unit can estimate the distance between the fiber end and the target. The present invention enables accurate estimation of the distance between the fiber end and the target. The present invention also provides a robust distance estimation technique that is compatible with different types of targets.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications
본 출원은 미국 가출원 번호 63/341,654(발명의 명칭: "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target", 출원일: 2022년 5월 13일)의 이익과 우선권을 주장하고, 미국 가출원 번호 63/118,857(발명의 명칭: "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target", 출원일: 2020년 11월 27일), 미국 특허 가출원 번호 63/118,117(발명의 명칭: "Apparatus and Method for Enhancing Laser Beam Efficacy in a Liquid Medium", 출원일: 2020년 11월 25일), 및 미국 특허 가출원 번호 63/252,830(발명의 명칭: "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target", 출원일: 2021년 10월 6일)의 이익과 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 번호 17/535,172(발명의 명칭: "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target", 출원일: 2021년 11월 24일)(이들 선출원 문헌은 모두 전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용됨)의 부분 계속 출원이고 이의 이익과 우선권을 주장한다. This application claims the benefit of and priority to U.S. Provisional Application No. 63/341,654, filed May 13, 2022, entitled "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target," which is incorporated herein by reference in its entirety. This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 63/118,857, filed November 27, 2020, entitled "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target," U.S. Provisional Patent Application No. 63/118,117, filed November 25, 2020, entitled "Apparatus and Method for Enhancing Laser Beam Efficacy in a Liquid Medium," and U.S. Provisional Patent Application No. 63/252,830, filed November 25, 2020, entitled "Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target," which is incorporated herein by reference in its entirety. This application claims the benefit and priority of U.S. patent application Ser. No. 17/535,172, filed Nov. 24, 2021, entitled “Method and System for Estimating Distance Between a Fiber End and a Target,” which is filed Oct. 6, 2021, all of which are incorporated herein by reference in their entirety.
기술 분야Technical field
본 발명은 일반적으로 의료 또는 치료용 레이저 치료에 사용되는 광학 시스템 및 광섬유에 관한 것이다. 특히, 비배타적으로, 본 발명은 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates generally to optical systems and optical fibers used in medical or therapeutic laser treatment. In particular, but not exclusively, the present invention relates to methods and systems for estimating the distance between a fiber end and a target.
의료 분야에 레이저가 도입되고 레이저를 이용한 광섬유 기술의 발달로 치료, 진단, 요법 등 다양한 분야에서 응용이 가능해졌다. 이러한 응용 분야는 침습적 및 비침습적 치료로부터 내시경 수술 및 이미지 진단에 이르기까지 다양하다. 예를 들어, 요로 결석 치료에서 결석은 더 작은 조각으로 파편화되어야 한다. 레이저 쇄석술로 알려진 기술이 이러한 파편화 과정에 사용될 수 있으며, 중소 크기의 요로 결석의 경우 강성 또는 가요성 요관경을 요로를 통해 배치하여 조명 및 이미징을 수행한다. 동시에 광섬유를 요관경의 작업 채널을 통해 표적 위치(예를 들어, 방광, 요관 또는 신장에 결석이 존재하는 위치)로 삽입한다. 그런 다음 레이저를 활성화하여 결석을 더 작은 조각으로 파편화시키거나 분진화시킨다. 다른 경우 레이저 및 광섬유 기술은 응고 또는 절제 치료에 사용된다. 절제 치료 중에 레이저 광이 조직에 전달되어 조직을 기화시킨다. 응고 치료 중 레이저 광을 사용하여 조직 내 열 손상을 유발한다. 이러한 절제 치료는 다양한 임상 상태, 예를 들어, 양성 전립선 비대증(BPH), 암, 예를 들어, 전립선암, 간암, 폐암 등을 치료하고, 심장의 조직의 일부를 절제 및/또는 응고함으로써 심장 질환을 치료하는 데 사용될 수 있다. The introduction of lasers into the medical field and the development of fiber optic technology using lasers have enabled a wide range of applications in treatment, diagnosis, and therapy. These applications range from invasive and non-invasive treatments to endoscopic surgery and imaging. For example, in the treatment of urinary stones, stones must be fragmented into smaller pieces. A technique known as laser lithotripsy can be used for this fragmentation process, in which a rigid or flexible ureteroscope is placed through the ureteroscope to illuminate and image small to medium-sized urinary stones. At the same time, an optical fiber is inserted through the working channel of the ureteroscope into the target location (e.g., where the stone is located in the bladder, ureter, or kidney). The laser is then activated to fragment or pulverize the stone into smaller pieces. In other cases, laser and fiber optic technologies are used in coagulation or ablation treatments. During ablation, laser light is delivered to the tissue to vaporize it. During coagulation, laser light is used to induce thermal damage within the tissue. These ablative treatments can be used to treat a variety of clinical conditions, such as benign prostatic hyperplasia (BPH), cancers, such as prostate cancer, liver cancer, lung cancer, and to treat heart disease by ablating and/or coagulating portions of heart tissue.
레이저 및 광섬유 기술을 사용하는 이러한 치료는 조직 절제, 응고, 결석 파편화, 분진화 등의 임상 목적을 달성하기 위해 레이저가 올바른 표적(결석, 조직, 종양 등)을 겨냥하는 것을 보장하도록 높은 정확도를 요구한다. 따라서, 레이저 광이 방출되는 표적과 광섬유의 단부(원위 단부) 사이의 거리를 아는 것이 중요하며, 이는 에너지, 펄스 폭, 레이저 전력 변조 및/또는 반복률과 같은 레이저 치료 파라미터는 종종 광섬유의 단부에서 표적까지의 거리에 따라 결정되기 때문이다. These treatments using laser and fiber optic technology require high accuracy to ensure that the laser targets the correct target (stone, tissue, tumor, etc.) to achieve clinical objectives such as tissue ablation, coagulation, stone fragmentation, and pulverization. Therefore, it is important to know the distance between the target where the laser light is emitted and the end (distal end) of the fiber optic, because laser treatment parameters such as energy, pulse width, laser power modulation, and/or repetition rate are often determined based on the distance from the end of the fiber to the target.
광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 기존 기술 중 하나는 광 빔의 반사파의 세기값을 측정하고 비교하기 위해 제공되며, 여기서 광 빔은 광 빔의 개구수를 변조하여 광섬유를 통해 전달된다. 그러나, 광 빔의 개구수를 이동시키는 것이 항상 편리한 것은 아니다. 더욱이, 이들 기술에 요구되는 상이한 개구수의 광 빔의 반사파를 분리하는 것은 어렵다. One of the existing techniques for estimating the distance between the distal end of an optical fiber and a target is to measure and compare the intensity values of the reflected wave of an optical beam, where the optical beam is transmitted through an optical fiber by modulating the numerical aperture of the optical beam. However, it is not always convenient to shift the numerical aperture of the optical beam. Moreover, it is difficult to separate the reflected waves of optical beams of different numerical apertures required in these techniques.
본 '발명의 내용'란은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 내용 중 선택된 개념을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된 것이다. 본 '발명의 내용'란은 반드시 청구된 주제의 주요 특징 또는 본질적인 특징을 식별하기 위해 의도된 것도 아니고, 청구된 주제의 범위를 결정하는 데 도움을 주기 위해 의도된 것도 아니다.This Summary section is provided to introduce, in simplified form, selected concepts that are further described in the Detailed Description below. This Summary section is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be an aid in determining the scope of the claimed subject matter.
일 실시형태는, 시스템으로서, 제1 파장의 레이저 광을 생성하기 위한 제1 레이저 소스; 제2 파장의 레이저 광을 생성하기 위한 제2 레이저 소스; 원위 단부와 근위 단부를 갖는 광섬유로서, 근위 단부에서 제1 및 제2 레이저 소스로부터 레이저 광을 수신하고, 근위 단부에서 레이저 광의 일부를 반사하고, 원위 단부로부터 레이저 광의 일부를 방출하고, 반사된 레이저 광을 원위 단부로 수신하도록 구성된, 광섬유; 반사된 광의 세기를 측정하기 위한 제1 광 검출부; 제2 광 검출부; 근위 단부에서 반사된 레이저 광의 일부를 제2 광 검출부로 보내는 거울로서, 제2 광 검출부는 근위 단부에서 반사된 레이저 광의 일부의 세기를 측정하는, 거울; 및 프로세서와 메모리를 포함하고, 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금, 제1 광 검출부에 의해 측정된 반사광의 세기와 제2 광 검출부에 의해 측정된 근위 단부에서 반사된 레이저 광의 일부의 세기에 기초하여 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하게 하는 명령어를 포함하는, 시스템을 포함한다.In one embodiment, a system comprises: a first laser source for generating laser light of a first wavelength; a second laser source for generating laser light of a second wavelength; an optical fiber having a distal end and a proximal end, the optical fiber configured to receive laser light from the first and second laser sources at the proximal end, reflect a portion of the laser light at the proximal end, emit a portion of the laser light from the distal end, and receive the reflected laser light at the distal end; a first light detector for measuring intensity of the reflected light; a second light detector; a mirror for sending a portion of the laser light reflected at the proximal end to the second light detector, the second light detector measuring an intensity of the portion of the laser light reflected at the proximal end; And a system including a processor and a memory, wherein the memory includes instructions that, when executed by the processor, cause the processor to estimate a distance between a distal end of the optical fiber and a target based on an intensity of reflected light measured by a first light detector and an intensity of a portion of laser light reflected from the proximal end measured by a second light detector.
시스템은 제1 파장이 제2 파장의 제2 물 흡수 계수보다 더 큰 제1 물 흡수 계수를 갖는 것을 포함할 수 있다.The system can include a first wavelength having a first water absorption coefficient greater than a second water absorption coefficient of the second wavelength.
시스템은 제1 물 흡수 계수 대 제2 물 흡수 계수의 비율이 적어도 2:1인 것을 포함할 수 있다.The system can include a ratio of the first water absorption coefficient to the second water absorption coefficient of at least 2:1.
시스템은 제1 파장이 대략 1330nm 내지 대략 1380nm인 것을 포함할 수 있다. The system may include a first wavelength of about 1330 nm to about 1380 nm.
시스템은 제2 파장이 대략 1260nm 내지 대략 1320nm인 것을 포함할 수 있다. The system may include a second wavelength of about 1260 nm to about 1320 nm.
시스템은 광섬유의 상태를 특성화하는 데 이용되는 제3 파장의 레이저 광을 생성하기 위한 제3 레이저 소스를 포함하고, 제3 파장은 제1 및 제2 물 흡수 계수보다 높은 제3 물 흡수 계수를 갖는 것을 포함할 수 있다.The system may include a third laser source for generating laser light of a third wavelength used to characterize a condition of the optical fiber, the third wavelength having a third water absorption coefficient higher than the first and second water absorption coefficients.
시스템은 제3 파장이 대략 1435nm, 대략 2100nm, 또는 대략 1870nm 내지 대략 2050nm의 파장을 포함하는 것을 포함할 수 있다.The system may include a third wavelength comprising a wavelength of about 1435 nm, about 2100 nm, or about 1870 nm to about 2050 nm.
시스템은 광 검출부가 제1 파장의 레이저 광에 대응하는 반사된 광의 제1 세기값, 및 제2 파장의 레이저 광에 대응하는 반사된 광의 제2 세기값을 측정하는 것을 포함할 수 있다.The system may include a light detector configured to measure a first intensity value of reflected light corresponding to laser light of a first wavelength, and a second intensity value of reflected light corresponding to laser light of a second wavelength.
시스템은 명령어가 프로세서에 의해 실행될 때 추가로 프로세서로 하여금, 제1 세기값과 제2 세기값의 비율을 연산하게 하고; 제1 세기값과 제2 세기값의 비율에 기초하여 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하게 하는 것을 포함할 수 있다.The system may further include causing the processor, when the command is executed by the processor, to compute a ratio of the first intensity value and the second intensity value; and to estimate a distance between a distal end of the optical fiber and a target based on the ratio of the first intensity value and the second intensity value.
시스템은 제1 및 제2 레이저 소스 중 하나 이상이 편광 유지 피그테일형 섬유 레이저, 단일 모드 피그테일형 섬유 레이저 또는 자유 공간 레이저를 포함하는 것을 포함할 수 있다.The system may include at least one of the first and second laser sources comprising a polarization-maintaining pigtailed fiber laser, a single-mode pigtailed fiber laser or a free-space laser.
시스템은 광섬유의 근위 단부에 결합된 파장 분할 다중화부(WDM)를 포함하고, WDM은 동일한 지점과 동일한 각도 중 하나 이상에서 광섬유의 근위 단부에 진입하도록 제1 파장의 레이저 광과 제2 파장의 레이저 광을 배열하는 것을 포함할 수 있다.The system includes a wavelength division multiplexer (WDM) coupled to a proximal end of the optical fiber, wherein the WDM can include arranging laser light of a first wavelength and laser light of a second wavelength to enter the proximal end of the optical fiber at one or more of the same point and the same angle.
일 실시형태는, 방법으로서, 복수의 상이한 파장의 레이저 광으로 표적을 조명하는 단계; 광섬유를 통해 표적으로부터 제1 반사된 광 빔을 수신하는 단계; 광섬유의 근위 단부로부터 제2 반사된 광 빔을 수신하는 단계; 복수의 광 검출부를 사용하여 제1 및 제2 반사된 광 빔의 세기를 측정하는 단계; 및 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 측정된 반사된 광 빔의 세기에 기초하여 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 단계를 포함하는, 방법을 포함할 수 있다.One embodiment may include a method, comprising: illuminating a target with laser light of a plurality of different wavelengths; receiving a first reflected light beam from the target via an optical fiber; receiving a second reflected light beam from a proximal end of the optical fiber; measuring intensities of the first and second reflected light beams using a plurality of optical detectors; and estimating a distance between a distal end of the optical fiber and the target based on the intensities of the reflected light beams measured using one or more optical detectors.
방법은 표적을 조명하기 위해 광섬유를 통해 복수의 상이한 파장의 레이저 광을 방출하는 단계를 포함하는 것을 포함할 수 있다.The method may include the step of emitting laser light of a plurality of different wavelengths through an optical fiber to illuminate a target.
방법은 제1 파장의 레이저 광에 대응하는 반사된 광 빔의 제1 세기값, 및 제2 파장의 레이저 광에 대응하는 반사된 광 빔의 제2 세기값을 측정하는 단계를 포함하는 것을 포함할 수 있다.The method may include the step of measuring a first intensity value of a reflected light beam corresponding to laser light of a first wavelength, and a second intensity value of the reflected light beam corresponding to laser light of a second wavelength.
방법은 제1 세기값과 제2 세기값의 비율을 연산하는 단계; 및 제1 세기값과 제2 세기값의 비율에 기초하여 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 단계를 포함하는 것을 포함할 수 있다.The method may include the step of calculating a ratio of the first intensity value and the second intensity value; and the step of estimating a distance between a distal end of the optical fiber and a target based on the ratio of the first intensity value and the second intensity value.
일 실시형태는 적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 프로세서 회로에 의해 실행되는 것에 응답하여, 프로세서 회로로 하여금, 레이저 소스에 대응하는 제1 반사 레이저 광에 기초하여 제1 세기값을 결정하는 단계(여기서 제1 반사 레이저 광은 광섬유의 근위 단부에 들어가고, 광섬유의 원위 단부를 빠져나가고, 표적에서 반사하고, 광섬유의 원위 단부에 들어감); 레이저 소스에 대응하는 제2 반사 레이저 광에 기초하여 제2 세기값을 결정하는 단계(여기서 제2 반사 레이저 광은 광섬유의 근위 단부에서 반사됨); 제1 세기값과 제2 세기값의 비율을 연산하는 단계; 및 제1 세기값과 제2 세기값의 비율에 기초하여 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 단계를 수행하게 하는 명령어 세트를 포함하는 적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다.One embodiment includes at least one non-transitory computer-readable medium comprising a set of instructions that, when executed by a processor circuit, cause the processor circuit to perform the steps of: determining a first intensity value based on a first reflected laser light corresponding to a laser source, wherein the first reflected laser light enters a proximal end of an optical fiber, exits a distal end of the optical fiber, reflects from a target, and enters the distal end of the optical fiber; determining a second intensity value based on a second reflected laser light corresponding to the laser source, wherein the second reflected laser light is reflected from the proximal end of the optical fiber; computing a ratio of the first intensity value and the second intensity value; and estimating a distance between the distal end of the optical fiber and the target based on the ratio of the first intensity value and the second intensity value.
적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 매체는 명령어 세트가 프로세서 회로에 의해 실행되는 것에 응답하여 프로세서 회로로 하여금 제1 측정된 세기값으로부터 제1 내부 반사값을 감산하여 제1 세기값을 결정하는 단계, 및 제2 측정된 세기값으로부터 제2 내부 반사값을 감산하여 제2 세기값을 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것을 포함할 수 있다.At least one non-transitory computer-readable medium may further include instructions that, in response to the set of instructions being executed by the processor circuit, cause the processor circuit to further perform the steps of subtracting the first internal reflection value from the first measured intensity value to determine the first intensity value, and subtracting the second internal reflection value from the second measured intensity value to determine the second intensity value.
적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 매체는 명령어 세트가 프로세서 회로에 의해 실행되는 것에 응답하여 프로세서 회로로 하여금 제3 파장의 레이저 광에 대응하는 제3 반사 레이저 광에 기초하여 내부 반사값을 결정하는 단계(여기서 제3 파장의 레이저 광은 레이저 소스를 나가고 제3 반사 레이저 광의 적어도 일부는 광섬유의 원위 단부에서 반사됨)를 추가로 수행하게 하는 것을 포함할 수 있다.At least one non-transitory computer-readable medium may further include instructions that, in response to the set of instructions being executed by the processor circuit, cause the processor circuit to further perform the step of determining an internal reflection value based on a third reflected laser light corresponding to laser light of a third wavelength, wherein the laser light of the third wavelength exits a laser source and at least a portion of the third reflected laser light is reflected from a distal end of an optical fiber.
적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 매체는 명령어 세트가 프로세서 회로에 의해 실행되는 것에 응답하여 프로세서 회로로 하여금 내부 반사값을 기준 내부 반사값과 비교하는 단계; 및 기준 내부 반사값과 내부 반사값을 비교한 것에 기초하여 처리 빔의 동작 매개변수를 조정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것을 포함할 수 있다.At least one non-transitory computer-readable medium may further include instructions that, in response to the set of instructions being executed by the processor circuit, cause the processor circuit to further perform the steps of comparing the internal reflectance value to a reference internal reflectance value; and adjusting an operating parameter of the processing beam based on the comparison of the internal reflectance value to the reference internal reflectance value.
적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 매체는 명령어 세트가 프로세서 회로에 의해 실행되는 것에 응답하여 프로세서 회로로 하여금 내부 반사값을 기준 내부 반사값과 비교하는 단계; 기준 내부 반사값과 내부 반사값을 비교한 것에 기초하여 광섬유의 상태를 특성화하는 단계; 및 사용자 인터페이스를 통해 광섬유의 상태의 표시를 전달하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것을 포함할 수 있다.At least one non-transitory computer-readable medium may further include instructions that, in response to the set of instructions being executed by the processor circuit, cause the processor circuit to further perform the steps of: comparing the internal reflectance value to a reference internal reflectance value; characterizing a condition of the optical fiber based on the comparison of the internal reflectance value to the reference internal reflectance value; and communicating an indication of the condition of the optical fiber via the user interface.
적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 매체는 명령어 세트가 프로세서 회로에 의해 실행되는 것에 응답하여 프로세서 회로로 하여금 사용자 인터페이스를 통해 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 추정 거리의 표시를 전달하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것을 포함할 수 있다.At least one non-transitory computer-readable medium may further include instructions that, in response to execution by the processor circuit, cause the processor circuit to further perform the step of communicating an indication of the estimated distance between the distal end of the optical fiber and the target through the user interface.
임의의 특정 요소 또는 행위에 대한 논의를 쉽게 식별하기 위해 참조 번호에서 최상위 숫자 또는 숫자들은 이 요소가 처음 도입된 도면 번호를 나타낸다.
도 1은 일 실시형태에 따른 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시형태에 따른 광섬유 케이블을 도시한다.
도 3은 일 실시형태에 따른 LETD 시스템을 도시한다.
도 4는 일 실시형태에 따른 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 5는 일 실시형태에 따른 또 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 6은 일 실시형태에 따른 또 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 7은 일 실시형태에 따른 또 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 8은 일 실시형태에 따른 또 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 9는 일 실시형태에 따른 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 10은 일 실시형태에 따른 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 11은 일 실시형태에 따른 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 12는 일 실시형태에 따른 방법을 도시한다.
도 13은 일 실시형태에 따른 다른 방법을 도시한다.
도 14는 일 실시형태에 따른 다른 방법을 도시한다.
도 15는 일 실시형태에 따른 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 16은 일 실시형태에 따른 다른 방법을 도시한다.
도 17은 일 실시형태에 따른 다른 LETD 시스템을 도시한다.
도 18은 일 실시형태에 따른 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 도시한다.
도 19는 일 실시형태에 따른 또 다른 시스템을 도시한다.To facilitate identification of discussions of any particular element or action, the highest digit or digits in the reference number indicate the drawing number in which the element was first introduced.
Figure 1 illustrates a system according to one embodiment.
Figure 2 illustrates an optical fiber cable according to one embodiment.
Figure 3 illustrates a LETD system according to one embodiment.
Figure 4 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 5 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 6 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 7 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 8 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 9 illustrates another LETD system according to one embodiment.
FIG. 10 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 11 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 12 illustrates a method according to one embodiment.
Figure 13 illustrates another method according to one embodiment.
Figure 14 illustrates another method according to one embodiment.
FIG. 15 illustrates another LETD system according to one embodiment.
Figure 16 illustrates another method according to one embodiment.
Figure 17 illustrates another LETD system according to one embodiment.
FIG. 18 illustrates a computer-readable storage medium according to one embodiment.
Figure 19 illustrates another system according to one embodiment.
본 발명은 광섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 레이저를 사용하는 치료의 효율성은 종종 표적에 대한 광섬유 팁의 상대적인 위치와 배향에 따라 달라진다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 대상체(예를 들어, 환자)의 신체 내 위치와 배향에 대한 광섬유의 움직임, 조직 환경, 조직의 움직임, 표적의 표면, 표적의 색상, 표적의 색소, 처리 중 광섬유 팁 열화, 물 관개 및 혼탁한 환경(예를 들어, 분진화로 인해) 등 다양한 요인으로 인해, 광섬유 팁과 표적 사이의 거리를 결정하거나 추정하는 것은 매우 어렵다. 광섬유 팁과 표적 사이의 거리를 결정하는 것은 광섬유 팁이 일반적으로 대상체의 신체에 삽입되는 것에 의해 더욱 복잡해진다.The present invention provides methods and systems for estimating the distance between an optical fiber tip and a target. It should be understood that the effectiveness of a treatment using a laser often depends on the relative position and orientation of the optical fiber tip with respect to the target. However, it is very difficult to determine or estimate the distance between the optical fiber tip and the target due to various factors such as movement of the optical fiber relative to the position and orientation within the body of the subject (e.g., patient), tissue environment, movement of the tissue, surface of the target, color of the target, pigment of the target, deterioration of the optical fiber tip during treatment, water irrigation, and turbid environment (e.g., due to dusting). Determining the distance between the optical fiber tip and the target is further complicated by the fact that the optical fiber tip is typically inserted into the body of the subject.
섬유 단부와 표적 사이의 거리를 잘못 추정하고 섬유 단부의 배향을 잘못 추정하면 표적의 관심 영역이 아닌 영역으로 레이저를 조준할 수 있다. 이는 불필요한 합병증을 유발할 수 있고, 이는 또한 일부 경우에 대상체의 조직, 장기 등의 특정 부분에 영구적인 손상을 일으켜 대상체의 신체 일부를 기능 장애로 만들 수 있다. 일부 다른 시나리오에서는 잘못된 거리 측정 및 배향으로 인해 치료 기간이 증가하거나 낮은 품질의 절제/파편이 발생할 수 있다. BPH 또는 암과 같은 일부 경우에 종양이 제대로 절제되지 않으면 종양(또는 다른 바람직하지 않은 조직)이 재성장하여 추가 합병증을 유발할 수 있다. 따라서, 위에서 논의한 바와 같이 레이저와 광섬유 기술을 사용하여 특정 치료를 수행하면서 광섬유 팁과 표적 사이의 거리를 정확히 결정하는(또는 원하는 거리를 유지하는) 것이 중요하다. Incorrect estimation of the distance between the fiber tip and the target and incorrect estimation of the fiber tip orientation can result in aiming the laser at an area other than the target's region of interest. This can lead to unnecessary complications and, in some cases, can also cause permanent damage to certain parts of the target's tissues, organs, etc., rendering that part of the target's body dysfunctional. In some other scenarios, incorrect distance measurements and orientation can result in increased treatment duration or poor quality ablation/fragmentation. In some cases, such as BPH or cancer, if the tumor is not properly ablated, the tumor (or other undesirable tissue) can regrow, causing further complications. Therefore, as discussed above, it is important to accurately determine (or maintain) the distance between the fiber tip and the target while performing a particular treatment using laser and fiber technology.
방법은 상이한 레이저 광원을 사용하여 낮은 및 높은 물 흡수 계수를 갖는 상이한 파장의 레이저 광으로 표적을 광 방출, 전달 및 검출(LETD) 시스템에 의해 조명하는 단계를 포함한다. 파장은 서로 가깝고 동일한 "nm 규모"에 속하는 방식으로 선택될 수 있다. 또한, LETD 시스템은 상이한 파장의 입사 레이저 광에 대응하는 복귀된 신호를 수신한다. 복귀된 신호는 조명 후 표적에서 반사된 광 빔을 포함한다. LETD 시스템에 구성된 하나 이상의 광 검출부는 특정 파장의 복귀된 신호의 세기값을 측정하기 위해 복귀된 신호를 검출할 수 있다. 그런 다음 측정된 세기값을 사용하여 처리 유닛은 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정할 수 있다. The method comprises the steps of illuminating a target with laser light of different wavelengths having low and high water absorption coefficients using different laser sources, by a light emission, transmission and detection (LETD) system. The wavelengths can be selected in such a way that they are close to each other and fall within the same "nm scale". Additionally, the LETD system receives a returned signal corresponding to the incident laser light of the different wavelengths. The returned signal comprises a light beam reflected from the target after the illumination. One or more light detectors configured in the LETD system can detect the returned signal to measure an intensity value of the returned signal of a particular wavelength. Then, using the measured intensity value, a processing unit can estimate a distance between the fiber end and the target.
본 발명은 빔 결합부, 빔 분할부, 편광부, 시준부, 파장 분할 다중화부(WDM), 광 검출부 등과 같은 다양한 광학 구성요소의 상이한 배열을 포함하는 상이한 구성에서 설명된 LETD 시스템을 사용한다. 본 발명은 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 정확히 추정할 수 있게 한다. 추가적으로, 본 발명은 다양한 유형의 표적과 호환되는 강력한 거리 추정 기술을 제공한다. 또한, 본 발명은 하나 이상의 동작 파라미터를 제어 및/또는 조정하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 치료 동안 표적은 앞뒤로 움직이거나, 형상, 크기, 조성, 색소 및 색상 중 하나 이상을 변화시킬 수 있다. 따라서, 표적에 레이징(lasing)을 시작하기 전에 미리 설정된 레이저 소스에 대한 파라미터는 덜 효과적일 수 있다. 종래에 이러한 미리 설정된 파라미터는 수동으로 변화되어 오류가 발생하기 쉽고 시간이 많이 소요되거나, 일부 경우에 미리 설정된 파라미터가 변화 없이 남아서 광섬유가 표적으로부터 너무 가까이 있거나 너무 멀리 있는 시나리오를 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명은 광섬유 단부와 표적 사이의 거리를 자동으로 실시간으로 모니터링할 수 있고, 또한 표적 형상, 위치 등에 따라 레이징을 조정하고, 원하는 결과 또는 치료 결과를 달성할 가능성을 더 높이기 위해 미리 설정된 레이징 파라미터를 자동으로 변화시킬 수 있다. The present invention utilizes the LETD system described in different configurations including different arrangements of various optical components such as a beam combiner, a beam splitter, a polarizer, a collimator, a wavelength division multiplexer (WDM), a light detector, etc. The present invention enables accurate estimation of the distance between the fiber end and the target. Additionally, the present invention provides a robust distance estimation technique that is compatible with various types of targets. The present invention can also be used for the purpose of controlling and/or adjusting one or more operational parameters. For example, during treatment, the target may move back and forth, or change one or more of shape, size, composition, pigment, and color. Therefore, preset parameters for the laser source prior to initiating lasing to the target may be less effective. Conventionally, such preset parameters are manually changed, which is error prone and time consuming, or in some cases, the preset parameters may remain unchanged, resulting in a scenario where the fiber is too close or too far from the target. Accordingly, the present invention can automatically monitor the distance between the end of the optical fiber and the target in real time, and also adjust the lasing according to the target shape, position, etc., and automatically change the preset lasing parameters to increase the possibility of achieving the desired result or treatment result.
전술한 내용은 본 발명의 다음의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있기 위해 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 광범위하게 개략적으로 설명하였다. 당업자라면 개시된 실시형태는 본 발명의 동일한 목적을 수행하는 다른 구조를 설계하거나 수정하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 추가 목적 및 이점과 함께 그 구성 및 동작 방법에 관한 본 발명의 새로운 특징은 첨부된 도면과 관련하여 고려될 때 다음 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시 및 설명의 목적을 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아닌 것으로 명시적으로 이해된다. The foregoing has broadly outlined the features and technical advantages of the present invention in order that the following detailed description of the present invention may be better understood. It will be appreciated by those skilled in the art that the disclosed embodiments may be readily utilized as a basis for designing or modifying other structures for carrying out the same purposes of the present invention. The novel features of the present invention, both in terms of its construction and method of operation, together with further objects and advantages, will be better understood from the following description when considered in connection with the accompanying drawings. It is to be expressly understood, however, that each of the drawings is provided for the purpose of illustration and description only and is not intended to limit the present invention.
도 1은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 예시적인 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시형태에서, 예시적인 시스템(100)은 표적(102), 광섬유(104), 광 방출, 전달 및 검출(LETD) 시스템(106), 처리 유닛(108) 및 표시부(110)를 포함한다. 표적(102)은 치료, 절제 또는 파괴되어야 하는 대상체 내의 조직, 결석, 종양, 낭종 등일 수 있다. 일부 실시형태에서, 대상체는 인간 또는 동물일 수 있다. FIG. 1 illustrates an exemplary system (100) for estimating a distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. In some embodiments, the exemplary system (100) includes a target (102), an optical fiber (104), a light emission, transmission and detection (LETD) system (106), a processing unit (108), and a display unit (110). The target (102) can be a tissue, stone, tumor, cyst, or the like within a subject to be treated, resected, or destroyed. In some embodiments, the subject can be a human or an animal.
또한, 도 2에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 광섬유(104)는 근위 단부(202)와 원위 단부(204)를 포함한다. 근위 단부(202)는 광 빔(112)이 진입하는 광섬유(104)의 단부이고, 원위 단부(204)는 광 빔(112)이 방출되어 광 빔(112)이 표적(102)으로 보내질 수 있는 광섬유(104)의 단부이다. 예를 들어, 이 도면은 근위 단부(202)에서 광섬유(104)에 진입하는 광 빔(112)이 광섬유(104)의 길이를 따라 전파하고, 원위 단부(204)에서 광섬유(104)를 빠져나와 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 표적(102)에 입사하는 것을 도시한다. Also, as illustrated in more detail in FIG. 2, the optical fiber (104) includes a proximal end (202) and a distal end (204). The proximal end (202) is the end of the optical fiber (104) into which the light beam (112) enters, and the distal end (204) is the end of the optical fiber (104) from which the light beam (112) is emitted so that the light beam (112) can be directed to a target (102). For example, this drawing illustrates a light beam (112) entering the optical fiber (104) at the proximal end (202), propagating along the length of the optical fiber (104), exiting the optical fiber (104) at the distal end (204), and incident on the target (102) from the distal end (204) of the optical fiber (104).
도 1을 참조하면, 광 빔은 (예를 들어, LETD 시스템(106) 등에 포함된) 광원으로부터 보내지는 빔일 수 있다. 광원은 레이저 광원일 수 있다. 예로서, 이러한 레이저 광원은 솔리드-스테이트 레이저, 가스 레이저, 다이오드 레이저 및 섬유 레이저를 포함할 수 있으나 이로 제한되지 않는다. 광 빔(112)은 광섬유(104)를 통해 전달되는 조준 빔, 치료 빔 및 임의의 다른 빔 중 하나 이상을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the light beam may be a beam transmitted from a light source (e.g., included in the LETD system (106) or the like). The light source may be a laser light source. By way of example, such laser light sources may include, but are not limited to, solid-state lasers, gas lasers, diode lasers, and fiber lasers. The light beam (112) may include one or more of a targeting beam, a treatment beam, and any other beam transmitted through an optical fiber (104).
다양한 실시형태에서, 조준 빔은 광섬유 단부(예를 들어, 원위 단부(204))와 표적(102) 사이의 거리를 추정하기 위해 광섬유(104)를 통해 전달되는 낮은 세기의 광 빔을 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 치료 빔은 표적(102)을 치료하기 위해 광섬유(104)를 통해 전달되는 높은 세기의 광 빔을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상이한 광 빔은 하나 이상의 레이저 광원에 의해 생성될 수 있다. 특정 예로서, 조준 빔은 하나의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있고, 치료 빔은 다른 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. 다른 예에서, 조준 빔과 치료 빔은 모두 단일 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. 또 다른 예에서, 상이한 레이저 광원은 상이한 파장, 특성 등의 광 빔을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이것은 예를 들어 도 3 내지 도면과 관련하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. In various embodiments, the aiming beam may comprise a low intensity light beam transmitted through the optical fiber (104) to estimate the distance between the optical fiber end (e.g., the distal end (204)) and the target (102). In some embodiments, the treatment beam may comprise a high intensity light beam transmitted through the optical fiber (104) to treat the target (102). In some embodiments, the different light beams may be generated by one or more laser sources. As a specific example, the aiming beam may be generated by one laser source and the treatment beam may be generated by another laser source. In other examples, both the aiming beam and the treatment beam may be generated by a single laser source. In yet other examples, different laser sources may be used to generate light beams of different wavelengths, properties, etc. This is described in more detail below with respect to, for example, FIGS. 3 and 4 .
광섬유(104)는 도 1에 도시된 바와 같이 LETD 시스템(106)과 광 통신하고, 광 빔을 수신하고 표적(102)을 조준하고, 표적(102)의 표면 및 주변 영역으로부터 반사되는 반사된 광 빔을 전달하도록 배열될 수 있다. 일부 실시형태에서, 광섬유(104)는 포트(본 명세서의 다른 도면에 도시됨)를 통해 LETD 시스템(106)과 광학적으로, 기계적으로 및/또는 전기적으로 결합될 수 있다. The optical fiber (104) can be arranged to optically communicate with the LETD system (106), as illustrated in FIG. 1, to receive an optical beam, aim it at the target (102), and transmit a reflected optical beam that reflects from the surface and surrounding area of the target (102). In some embodiments, the optical fiber (104) can be optically, mechanically, and/or electrically coupled to the LETD system (106) via a port (as illustrated in other drawings herein).
일부 실시형태에서, LETD 시스템(106)은 본 명세서의 다른 부분에서 상세히 설명된 바와 같이 다양한 조합으로 구성된, 레이저 광원, 편광부, 빔 분할부, 빔 결합부, 광 검출부, 파장 분할 다중화부, 시준부, 서큘레이터 중 하나 이상을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는 광학 구성요소를 포함한다. In some embodiments, the LETD system (106) includes optical components including, but not limited to, one or more of a laser source, a polarizer, a beam splitter, a beam combiner, a light detector, a wavelength division multiplexer, a collimator, and a circulator, configured in various combinations as described in detail elsewhere herein.
많은 실시형태에서, 레이저 광원은 표적(102)으로 광 빔(112)을 조준하기 위한 낮은 세기의 조준 빔, 및 표적(102)을 치료하기 위한 높은 세기의 치료 빔, 및/또는 애플리케이션에 기초한 다양한 특성(예를 들어, 세기, 파장 등)을 가진 광 빔과 같은 레이저 광 빔을 생성하도록 구성된다. 각각의 레이저 광원은 상이한 파장을 갖는 레이저 광을 생성하도록 구성될 수 있으며, 여기서 상이한 파장 각각은 상이한 물 흡수 계수를 가질 수 있다. 또한, 각각의 레이저 광원은 동일한 개구 또는 상이한 개구를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 레이저 광원은 상이한 목적으로 지정될 수 있고, 예를 들어, 하나의 레이저 광원은 특정 세기의 조준 빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 하나의 레이저 광원은 특정 세기의 치료 빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 레이저 광원은 특정 물 흡수 계수를 갖는 특정 파장의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 각각의 레이저 광원은 편광된 레이저 광 또는 비편광된/편광 해제된 광을 생성하도록 구성될 수 있다. In many embodiments, the laser sources are configured to generate laser light beams, such as a low intensity aiming beam for aiming the light beam (112) toward the target (102), a high intensity treatment beam for treating the target (102), and/or light beams having various characteristics (e.g., intensity, wavelength, etc.) based on the application. Each laser source can be configured to generate laser light having a different wavelength, wherein each of the different wavelengths can have different water absorption coefficients. Additionally, each laser source can have the same aperture or different apertures. In some embodiments, each laser source can be designated for a different purpose, for example, one laser source can be configured to generate a aiming beam of a particular intensity, one laser source can be configured to generate a treatment beam of a particular intensity, and one or more laser sources can be configured to generate light beams of a particular wavelength having a particular water absorption coefficient. Additionally, each laser source can be configured to generate polarized laser light or unpolarized/depolarized light.
편광부는 광학 필터 역할을 하는 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광부는 특정 편광의 광 빔은 통과시키고, 다른 편광의 광 빔은 차단하도록 구성될 수 있다. 따라서, 한정되지 않은 광(또는 극성 혼합된 광 빔)이 편광부에 입력으로 제공되면 편광부는 잘 정해진 단일 편광된 광 빔을 출력으로 제공한다. The polarizer may include an optical component that acts as an optical filter. For example, the polarizer may be configured to allow a light beam of a particular polarization to pass through and block a light beam of a different polarization. Thus, when an unbounded light beam (or a mixed polarity light beam) is provided as an input to the polarizer, the polarizer provides a well-defined single polarized light beam as an output.
빔 분할부는 입사광을 지정된 비율로 두 개의 개별 빔으로 분할하는 데 사용되는 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 빔 분할부는 원하는 입사각(AOI)으로 입사되도록 광을 조작하도록 배열될 수 있다. 따라서, 많은 실시형태에서, 빔 분할부는 주로 2개의 파라미터, 분리 비율 및 AOI를 갖도록 구성될 수 있다. 분리 비율은 빔 분할부의 반사 대 투과 비율(반사/투과(R/T) 비율)을 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 빔 분할부의 분리 비율이 50:50으로 표시되면 빔 분할부는 50:50의 R/T 비율로 입사 광 빔을 분리한다는 것을 의미한다. 다시 말해, 빔 분할부는 50%를 반사하고 나머지 50%를 투과시켜 입사광을 변경시켜 입사 광 빔을 분할한다. 또한, 예로서, 빔 분할부의 AOI가 45도로 표시된 경우 빔 분할부는 광 빔이 45도 각도로 입사하는 것을 보장한다는 것을 의미한다. 빔 분할부는 편광 빔 분할부와 비편광 빔 분할부를 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 편광 빔 분할부는 예를 들어 광의 S-편광된 성분을 반사하고, 광의 P-편광된 성분을 투과시킴으로써(또는 그 반대로 함으로써) S-편광 성분과 P-편광 성분에 기초하여 입사 광을 분할할 수 있다. 일부 실시형태에서, 비편광 빔 분할부는 입사 광 빔의 원래 편광 상태를 유지하면서 특정 R/T 비율에 기초하여 입사 광 빔을 분할할 수 있다. A beam splitter may include optical components used to split incident light into two separate beams at a specified ratio. Additionally, the beam splitter may be arranged to manipulate the light so that it is incident at a desired angle of incidence (AOI). Thus, in many embodiments, the beam splitter may be configured primarily to have two parameters, a split ratio and an AOI. The split ratio comprises the reflection to transmission ratio of the beam splitter (the reflection/transmission (R/T) ratio). Thus, as used herein, when a split ratio of a beam splitter is indicated as 50:50, it means that the beam splitter splits the incident light beam at an R/T ratio of 50:50. In other words, the beam splitter modifies the incident light beam by reflecting 50% and transmitting the remaining 50%, thereby splitting the incident light beam. Additionally, as an example, when an AOI of a beam splitter is indicated as 45 degrees, it means that the beam splitter ensures that the light beam is incident at a 45 degree angle. The beam splitter may include, but is not limited to, a polarizing beam splitter and a non-polarizing beam splitter. The polarizing beam splitter may split the incident light based on its S-polarized component and its P-polarized component, for example, by reflecting the S-polarized component of the light and transmitting the P-polarized component of the light (or vice versa). In some embodiments, the non-polarizing beam splitter may split the incident light beam based on a particular R/T ratio while maintaining the original polarization state of the incident light beam.
빔 결합부는 위에서 설명한 바와 같이 예를 들어 투과 및 반사 원리를 사용하여 2개 이상의 광 파장을 결합하는 부분 반사기를 포함할 수 있다. 많은 실시형태에서, 빔 결합부는 2개 이상의 파장의 광을 결합하는 기능을 수행하는 빔 분할부와 거울의 결합일 수 있다. The beam combiner may include a partial reflector that combines two or more wavelengths of light, for example, using transmission and reflection principles as described above. In many embodiments, the beam combiner may be a combination of a beam splitter and a mirror that performs the function of combining two or more wavelengths of light.
광 검출부는 광 빔의 특성을 검출 및/또는 측정하고, 검출된 및/또는 측정된 특성을 전기 신호로 인코딩하는 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 검출부는 (미리 구성된) 특정 유형의 광 빔을 검출하고, 검출된 광 빔과 관련된 광 에너지를 전기 신호로 변환할 수 있다. 일부 실시형태에서, 파장 분할 다중화는 상이한 파장의 레이저 광을 사용하면서 다수의 광학 캐리어 신호를 단일 광섬유로 결합하는 기술을 포함할 수 있다. The optical detection unit may include a device that detects and/or measures a characteristic of an optical beam, and encodes the detected and/or measured characteristic into an electrical signal. For example, the optical detection unit may detect a (pre-configured) particular type of optical beam, and convert optical energy associated with the detected optical beam into an electrical signal. In some embodiments, wavelength division multiplexing may include a technique for combining multiple optical carrier signals into a single optical fiber while using laser light of different wavelengths.
시준부는 광 빔을 좁히는 디바이스를 포함할 수 있다. 광 빔을 좁히기 위해, 시준부는 움직임 방향이 특정 방향(예를 들어, 평행 광 빔)으로 보다 정렬되도록 구성되거나 빔의 공간 단면이 더 작아지도록 구성될 수 있다. 많은 실시형태에서, 시준부는 포인트 소스로부터의 발산 광을 평행 빔으로 변경하는 데 사용될 수 있다. The collimator may include a device that narrows the light beam. To narrow the light beam, the collimator may be configured such that the direction of motion is more aligned in a particular direction (e.g., a parallel light beam) or such that the spatial cross-section of the beam is smaller. In many embodiments, the collimator may be used to change diverging light from a point source into a parallel beam.
서큘레이터는 다중 포트의 미리 결정된 시퀀스를 통해 광을 수신하고 방출하도록 구성된 다중 포트 광학 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서큘레이터는 임의의 하나의 포트로 들어오는 광이 다음 포트에서 나오도록 설계된 3개(또는 4개 또는 5개 등)의 포트 광학 디바이스를 포함할 수 있다. 하나의 이러한 예에서, 제1 포트로 들어가는 광은 제2 포트를 빠져나갈 수 있고, 제2 포트로 들어가는 광은 제3 포트를 빠져나갈 수 있고, 제3 포트로 들어가는 광은 제1 포트를 빠져나갈 수 있다. 종종 서큘레이터는 광 빔이 한 방향으로만 이동할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다. A circulator may include a multi-port optical device configured to receive and emit light through a predetermined sequence of multiple ports. For example, a circulator may include a three (or four, or five, etc.) port optical device designed such that light entering any one port exits the next port. In one such example, light entering a first port may exit a second port, light entering the second port may exit a third port, and light entering the third port may exit the first port. Often, a circulator may be used to cause a light beam to travel in only one direction.
본 명세서에서 설명된 광학 구성요소는 R/T 비율이 50:50이고 AOI가 45도인 빔 분할부와 같은 특정 파라미터를 나열하고, 이러한 파라미터는 개시된 개념의 일반적인 이해를 위해 제공되며 본 발명을 제한하는 것이 아닌 것으로 이해된다. 특정 예로서, 빔 분할부는 본 명세서 및 청구범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 제시된 것과 상이한 R/T 비율 및/또는 AOI를 갖는 본 명세서에 설명된 다양한 실시형태에서 제공될 수 있다. 하나의 이러한 예에서, 40도의 AOI가 이용될 수 있다. 다른 이러한 예에서 47:53의 R/T 비율이 이용될 수 있다. While the optical components described herein list specific parameters, such as a beam splitter having an R/T ratio of 50:50 and an AOI of 45 degrees, it is to be understood that these parameters are provided for a general understanding of the disclosed concepts and are not intended to limit the present invention. As a specific example, the beam splitter may be provided in various embodiments described herein having different R/T ratios and/or AOIs than those set forth herein without departing from the scope of this specification and claims. In one such example, an AOI of 40 degrees may be utilized. In another such example, an R/T ratio of 47:53 may be utilized.
LETD 시스템(106)은 통신 네트워크(미도시) 및/또는 처리 유닛(108)과 추가로 연관된다. 일부 실시형태에서, 통신 네트워크는 유선 통신 네트워크 또는 무선 통신 네트워크일 수 있다. 처리 유닛(108)은 LETD 시스템(106)으로부터 측정값을 수신하고, 측정된 값에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 처리 유닛(108)은 거리 추정에 필요한 처리 능력을 가진 독립형 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 LETD 시스템(106)으로부터 수신된 전기 신호에 기초하여 거리를 결정하도록 배열된 회로부를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 처리 유닛(108)은 회로부 및 명령어를 포함하는 메모리를 포함할 수 있으며, 명령어는 회로부에 의해 실행될 때 회로부로 하여금 LETD 시스템(106)으로부터 수신된 전기 신호에 기초하여 거리를 결정하게 한다. 여전히, 일부 다른 실시형태에서, 처리 유닛(108)은 그 처리 능력을 사용하여 거리 추정을 수행하도록 구성된 랩탑, 데스크탑, 모바일 폰, 태블릿 폰 등과 같은 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. The LETD system (106) is further associated with a communications network (not shown) and/or a processing unit (108). In some embodiments, the communications network may be a wired communications network or a wireless communications network. The processing unit (108) may be configured to receive measurements from the LETD system (106) and estimate a distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the measurements. In some embodiments, the processing unit (108) may be a standalone device having the processing capabilities necessary for distance estimation. For example, the processing unit (108) may include circuitry arranged to determine a distance based on an electrical signal received from the LETD system (106). As another example, the processing unit (108) may include circuitry and a memory including instructions that, when executed by the circuitry, cause the circuitry to determine a distance based on the electrical signal received from the LETD system (106). Still, in some other embodiments, the processing unit (108) may be a computing device, such as a laptop, desktop, mobile phone, tablet phone, or the like, configured to perform distance estimation using its processing capabilities.
처리 유닛(108)은 광섬유(104)의 원위 단부와 표적(102) 사이의 추정된 거리를 나타내기 위해 표시부(110)와 연관될 수 있다. 표시부(110)는 추상된 거리를 표시하는 시각적 표시부, 추정된 거리를 알려주는 오디오 표시부, 또는 진동 패턴을 통해 추정된 거리를 나타내는 햅틱 표시부를 포함할 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 다양한 실시형태에서, 표시부는 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 제시될 수 있고/있거나 비디오 피드와 같은 그래픽 표현 상에 오버레이될 수 있다. 일부 실시형태에서, 처리 유닛(108)으로 구성된 컴퓨팅 디바이스는 표시부(110)의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 표시부(110)는 광섬유(104)의 원위 단부와 표적(102) 사이의 추정된 거리를 나타내도록 구성된 독립형 디바이스일 수 있다. The processing unit (108) may be associated with a display (110) to indicate an estimated distance between the distal end of the optical fiber (104) and the target (102). The display (110) may include, but is not limited to, a visual display to indicate the estimated distance, an audio display to indicate the estimated distance, or a haptic display to indicate the estimated distance via a vibration pattern. In various embodiments, the display may be presented via a graphical user interface and/or may be overlaid on a graphical representation, such as a video feed. In some embodiments, a computing device comprising the processing unit (108) may be configured to perform the functions of the display (110). In some other embodiments, the display (110) may be a standalone device configured to indicate an estimated distance between the distal end of the optical fiber (104) and the target (102).
섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 다양한 예시적인 구성이 아래에서 상세히 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 구성 각각에 사용되는 상이한 광학 구성요소와 관련된 값 및 파라미터는 순전히 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. Various exemplary configurations for estimating the distance between a fiber end and a target are described in detail below. However, the values and parameters associated with the different optical components used in each of the configurations described below should be considered purely exemplary and should not be construed as limiting the present invention.
도 3은 시스템(100)의 LETD 시스템(106)으로 구현될 수 있는 LETD 시스템(300)을 도시한다. LETD 시스템(300)은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, LETD 시스템(300)은 다수의 레이저 소스를 포함한다. 특히, 레이저 소스(302a 및 302b)가 도시되어 있다. 일부 실시형태에서, 레이저 소스(302a 및 302b)는 편광 레이저 소스일 수 있다. 추가로, LETD 시스템(300)은 빔 분할부(304), 전력 검출부(306) 및 편광부(308)를 포함한다. 레이저 소스(302a 및 302b)는 각각 광 빔(320a 및 320b)을 생성하도록 배열된다. 일부 실시형태에서, 레이저 소스(302a)는 제1 파장을 갖는 광 빔(320a)을 생성하도록 배열되고, 레이저 소스(302b)는 제1 파장과는 다른 제2 파장을 갖는 광 빔(320b)을 생성하도록 배열되고, 여기서 제1 파장은 (예를 들어, 물 등에서) 제2 파장의 흡수 계수보다 높은 흡수 계수를 갖는다. FIG. 3 illustrates an LETD system (300) that may be implemented as an LETD system (106) of the system (100). The LETD system (300) may be configured to estimate the distance between a fiber end and a target in accordance with some embodiments of the present invention. As illustrated, the LETD system (300) includes a plurality of laser sources. In particular, laser sources (302a and 302b) are illustrated. In some embodiments, laser sources (302a and 302b) may be polarizing laser sources. Additionally, the LETD system (300) includes a beam splitter (304), a power detector (306), and a polarizer (308). The laser sources (302a and 302b) are arranged to generate optical beams (320a and 320b), respectively. In some embodiments, the laser source (302a) is arranged to generate a light beam (320a) having a first wavelength, and the laser source (302b) is arranged to generate a light beam (320b) having a second wavelength different from the first wavelength, wherein the first wavelength has an absorption coefficient higher than an absorption coefficient of the second wavelength (e.g., in water).
본 명세서에 사용된 바와 같이, 레이저 소스(302a)에 의해 생성된 광 빔(320a)은 높은 물 흡수 계수 광(HI)으로 지칭될 수 있는 반면, 레이저 소스(302b)에 의해 생성된 광 빔(320b)은 낮은 물 흡수 계수 광(LO)으로 지칭될 수 있다. "높은" 및 "낮은"이라는 용어가 사용되더라도 이들 용어는 서로에 대해 해석되거나 또는 대안적으로 특정 파장의 물 흡수를 기술하는 임계값 특성에 대해 해석되도록 의도된 것으로 이해된다. 예를 들어, 높은 물 흡수 특성은 50% 이상일 수 있는 반면, 낮은 물 흡수 특성은 50% 이하일 수 있다. As used herein, the light beam (320a) generated by the laser source (302a) may be referred to as high water absorption coefficient light (HI), while the light beam (320b) generated by the laser source (302b) may be referred to as low water absorption coefficient light (LO). It is to be understood that where the terms “high” and “low” are used, these terms are intended to be interpreted interchangeably or, alternatively, with respect to a threshold characteristic describing water absorption at a particular wavelength. For example, a high water absorption characteristic may be greater than or equal to 50%, while a low water absorption characteristic may be less than or equal to 50%.
다양한 실시형태에서, 높은 물 흡수 계수 대 낮은 흡수 계수의 비율은 대략 1:2일 수 있다. 예를 들어, 레이저 광(225a)은 대략 1310nm의 파장을 이용할 수 있고 대략 0.1651의 물 흡수 계수를 가질 수 있는 반면, 레이저 광(225b)은 대략 1340nm의 파장을 이용할 수 있고 대략 0.333의 물 흡수 계수를 가질 수 있다. 높은 흡수 계수와 낮은 흡수 계수 사이의 비율이 높을수록 시스템 노이즈(예를 들어, 전기적 또는 광기계적 노이즈)에 대한 감도가 낮아질 수 있지만 결과 시스템은 3mm 초과의 거리에서 효과적이지 않을 수 있다. 높은 흡수 계수와 낮은 흡수 계수 사이의 비율이 낮을수록 시스템 노이즈에 대한 감도가 높아질 수 있지만 결과 시스템은 최대 5mm 또는 6mm 거리까지 유효할 수 있다. 일부 예에서, 레이저 소스(302a 및 302b)는 편광 유지(PM) 피그테일형 섬유 레이저일 수 있다. In various embodiments, the ratio of high to low absorption coefficients can be approximately 1:2. For example, the laser light (225a) may utilize a wavelength of approximately 1310 nm and have a water absorption coefficient of approximately 0.1651, while the laser light (225b) may utilize a wavelength of approximately 1340 nm and have a water absorption coefficient of approximately 0.333. A higher ratio between high to low absorption coefficients may result in lower sensitivity to system noise (e.g., electrical or optomechanical noise), but the resulting system may not be effective at distances greater than 3 mm. A lower ratio between high to low absorption coefficients may result in higher sensitivity to system noise, but the resulting system may be effective at distances up to 5 mm or 6 mm. In some examples, the laser sources (302a and 302b) may be polarization maintaining (PM) pigtailed fiber lasers.
레이저 소스(302a 및 302b)는 빔 분할부(304)와 연관되고 빔 분할부와 광 통신한다. 다시 말해, 각각 레이저 소스(302a 및 302b)에 의해 생성된 레이저 빔(320a 및 320b)은 입사 광 빔(320a 및 320b)이 광 빔(322)으로서 단일 광학 경로를 따라 정렬되도록, 대략 50:50(예를 들어, 47:53 또는 49:51)의 비율로 입사 광 빔(320a 및 320b)을 분할하도록 구성된 빔 분할부(304)에 입력으로서 제공된다. 그러나, 99:1 내지 1:99의 임의의 비율은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 45도의 AOI가 실시형태에서 설명될 수 있지만, 1 내지 89의 임의의 AOI, 예를 들어, 43도 내지 47도, 40도 또는 20도가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있는 것으로 이해된다. The laser sources (302a and 302b) are associated with the beam splitter (304) and are in optical communication with the beam splitter. In other words, the laser beams (320a and 320b) generated by the laser sources (302a and 302b) respectively are provided as inputs to the beam splitter (304) configured to split the incident optical beams (320a and 320b) in a ratio of approximately 50:50 (e.g., 47:53 or 49:51) such that the incident optical beams (320a and 320b) are aligned along a single optical path as the optical beams (322). However, it is understood that any ratio from 99:1 to 1:99 may be utilized without departing from the scope of the present invention. Similarly, while an AOI of 45 degrees may be described in the embodiment, it is understood that any AOI of 1 to 89 degrees, for example, 43 to 47 degrees, 40 degrees or 20 degrees, may be utilized without departing from the scope of the present invention.
전력 검출부(306)는 빔 분할부(304)와 연관되고 빔 분할부와 광 통신한다. 전력 검출부(306)는 광 빔(322)에서 광의 각 파장에 대응하는 광학 신호(예를 들어, 전력 검출부(306)로 라우팅되는 광 빔(320a 및 320b)의 일부)의 광학 전력을 측정하도록 배열된다. 일부 실시형태에서, "광학 전력"이라는 용어는 단위 시간당 특정 레이저 빔에 의해 전달되는 에너지를 의미할 수 있다. A power detector (306) is associated with the beam splitter (304) and is in optical communication with the beam splitter. The power detector (306) is arranged to measure optical power of an optical signal corresponding to each wavelength of light in the optical beam (322) (e.g., a portion of the optical beams (320a and 320b) routed to the power detector (306). In some embodiments, the term “optical power” may mean energy delivered by a particular laser beam per unit time.
빔 분할부(304)는 편광부(308)와 추가로 연관되고 편광부와 광 통신한다. 빔 분할부(304)는 편광부(308)에 대한 입력으로서 단일 광학 경로를 따라 정렬되는, 광 빔(322)으로 표시되는 광 빔(320a 및 320b)의 일부를 제공하도록 추가로 배열된다. 일부 실시형태에서, 편광부(308)의 극성은 편광된 광 빔(324)을 출력하도록 미리 구성되고 배열될 수 있다. LETD 시스템(300)은 편광부(308)와 광 통신하는 빔 결합부(310)를 추가로 포함한다. 이러한 방식으로 편광부(308)로부터의 출력으로서 얻어진 편광된 광 빔(324)은 빔 결합부(310)에 입력으로서 제공된다. The beam splitter (304) is further associated with and in optical communication with the polarizer (308). The beam splitter (304) is further arranged to provide a portion of the optical beams (320a and 320b), designated as optical beams (322), aligned along a single optical path as input to the polarizer (308). In some embodiments, the polarization of the polarizer (308) may be pre-configured and arranged to output a polarized optical beam (324). The LETD system (300) further includes a beam combiner (310) in optical communication with the polarizer (308). In this manner, the polarized optical beam (324) obtained as an output from the polarizer (308) is provided as an input to the beam combiner (310).
빔 결합부(310)는 편광된 광 빔(322)을 치료 빔(326) 및 조준 빔(328)과 결합시킬 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 치료 빔(326)은 레이저 소스(302a 및 302b) 이외의 하나 이상의 레이저 소스(도시되지 않음)에 의해 생성될 수 있다. 예로서, 치료 빔(326)은 솔리드-스테이트 레이저 또는 섬유 레이저, 예를 들어, 홀뮴(HO) 레이저 또는 튤륨 섬유 레이저(TFL)에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 치료 빔(326)은 HO 또는 TLF 이외의 레이저, 예를 들어, 네오디뮴, 에르븀, 툴륨 등과 같은 레이저에 의해 생성될 수 있으므로, 이것은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 일부 다른 실시형태에서, 치료 빔(326)과 조준 빔(328)은 레이저 소스(302a 및/또는 302b)에 의해 생성될 수 있다. The beam combiner (310) can combine the polarized light beam (322) with the treatment beam (326) and the aiming beam (328). In some other embodiments, the treatment beam (326) can be generated by one or more laser sources (not shown) other than the laser sources (302a and 302b). For example, the treatment beam (326) can be generated by a solid-state laser or a fiber laser, such as a holmium (HO) laser or a thulium fiber laser (TFL). However, this should not be considered limiting, as the treatment beam (326) can be generated by lasers other than HO or TLF, such as neodymium, erbium, thulium, etc. In some other embodiments, the treatment beam (326) and the aiming beam (328) can be generated by the laser sources (302a and/or 302b).
빔 결합부(310)는 편광된 광 빔(324)을 치료 빔(326) 및 조준 빔(328)과 결합하여 결합된 광 빔(330)을 형성할 수 있다. LETD 시스템(300)은 빔 분할부(312)와 포트(314)를 추가로 포함한다. 빔 분할부(312)는 빔 결합부(310)와 광 통신 가능하게 배열된다. 빔 분할부(312)는 편광된 광 빔(324), 치료 빔(326) 및 조준 빔(328)을 포함하는 결합된 광 빔(330)을 수신할 수 있다. 빔 분할부(312)는 50:50의 R/T 비율 및 45도의 AOI의 구성을 가질 수 있다. The beam combiner (310) can combine the polarized light beam (324) with the treatment beam (326) and the aiming beam (328) to form a combined light beam (330). The LETD system (300) further includes a beam splitter (312) and a port (314). The beam splitter (312) is arranged to be in optical communication with the beam combiner (310). The beam splitter (312) can receive a combined light beam (330) comprising the polarized light beam (324), the treatment beam (326), and the aiming beam (328). The beam splitter (312) can have a configuration of an R/T ratio of 50:50 and an AOI of 45 degrees.
이러한 배열에서, 빔 분할부(312)는 편광된 광 빔(330), 치료 빔(326) 및 조준 빔(328)이 단일 광학 경로의 라인을 따라 정렬되도록, 결합된 광 빔(330)을 50:50의 비율로 분할할 수 있다. 빔 분할부(312)는 빔 분할부(312)의 출력인 결합된 광 빔(330)의 일부가 광 빔(332)으로 표시되고 (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)를 통해 전달되도록 (예를 들어, 포트(314) 등을 통해) 광섬유(104)에 광학적으로 결합된다. 광 빔(332)은 광섬유(104)의 근위 단부(202)로 전달되고, 광섬유(104)의 길이를 통해 전파되어 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 표적(102)으로 전달된다. 예로서, 표적(102)은 치료, 절제, 파괴 등을 받을 대상체 내의 조직, 결석, 종양, 낭종 등일 수 있다. In this arrangement, the beam splitter (312) can split the combined light beam (330) in a 50:50 ratio such that the polarized light beam (330), the treatment beam (326), and the aiming beam (328) are aligned along a line of a single optical path. The beam splitter (312) is optically coupled to the optical fiber (104) (e.g., via the port (314)) such that a portion of the combined light beam (330), which is the output of the beam splitter (312), is designated as the light beam (332) and transmitted through the optical fiber (104) (e.g., via the port (314)). The light beam (332) is transmitted to the proximal end (202) of the optical fiber (104) and propagates through the length of the optical fiber (104) to be delivered from the distal end (204) of the optical fiber (104) to the target (102). For example, the target (102) may be a tissue, stone, tumor, cyst, etc. within the subject to be treated, resected, destroyed, etc.
광 빔(332)이 광섬유(104)를 통해 표적(102)으로 전달될 때, 표적(102)은 광섬유(104)로부터 멀어지는 방향으로 입사 광 빔(332)의 일부 부분을 반사할 수 있고, 광섬유(104)를 향하여 광의 일부 부분을 반사할 수 있으며, 여기서 광섬유(104)를 향해 반사된 광의 부분은 광섬유(104)의 원위 단부(204)에서 광섬유(104)에 재진입할 수 있다. 반사된 광 중 원위 단부에서 재진입하는 부분을 반사된 광 빔(334a)이라 할 수 있다. 반사된 광 빔(334a)은 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 근위 단부(202)로 광섬유(104)에서 "역방향"으로 전달될 수 있다. 반사된 광 빔(334a)이 광섬유(104)의 근위 단부(202)에 도달하면, 반사된 광 빔(334a)은 빔 분할부(312)를 거칠 수 있다. 반사된 광 빔(334a)은 예를 들어 표적(102), 광섬유(104)의 원위 단부(204), 광섬유(104)의 근위 단부(202), 포트(314) 등으로부터의 다수의 반사를 포함할 수 있다. 이로 인해 반사된 광 빔(334a)은 더 이상 편광되어 있지 않다. When a light beam (332) is transmitted through an optical fiber (104) to a target (102), the target (102) may reflect a portion of the incident light beam (332) away from the optical fiber (104) and may reflect a portion of the light toward the optical fiber (104), whereby the portion of the light reflected toward the optical fiber (104) may re-enter the optical fiber (104) at the distal end (204) of the optical fiber (104). The portion of the reflected light that re-enters the distal end may be referred to as a reflected light beam (334a). The reflected light beam (334a) may be transmitted in the “reverse” direction in the optical fiber (104) from the distal end (204) to the proximal end (202) of the optical fiber (104). When the reflected light beam (334a) reaches the proximal end (202) of the optical fiber (104), the reflected light beam (334a) may pass through the beam splitter (312). The reflected light beam (334a) may include multiple reflections from, for example, the target (102), the distal end (204) of the optical fiber (104), the proximal end (202) of the optical fiber (104), the port (314), etc. This causes the reflected light beam (334a) to no longer be polarized.
LETD 시스템(300)은 편광 빔 분할부(316), 광 검출부(318a) 및 광 검출부(318b)를 추가로 포함한다. 반사된 광 빔(334a)은 빔 분할부(312)에 대해 45도 각도로 입사하여 50:50의 비율(또는 본 명세서에 상세히 설명된 다른 비율)로 분할될 수 있으며, 그 결과 반사된 광 빔(334a)은 반사된 광 빔(334b)으로서 단일 광학 경로를 따라 정렬된다. 편광 빔 분할부(316)는 빔 분할부(312)와 광 통신 가능하게 배열되고, 반사된 광 빔(334b)을 수신하고 반사된 광 빔(334b)을 편광시키도록 배열된다. 일부 실시형태에서, 편광 빔 분할부(316)는 반사된 광 빔(334b)을 반사된 P-편광된 빔과 투과된 S-편광된 빔으로 분할할 수 있다. 광 검출부(318a 또는 318b) 중 하나는 반사된 광 빔(334b)의 P-편광된 빔을 검출하도록 구성될 수 있고, 광 검출부(318a 또는 318b) 중 다른 것은 반사된 광 빔(334b)의 S-편광된 빔을 검출하도록 구성될 수 있다. 광 검출부(318a 및 318b)는 각각 반사된 광 빔(334b)의 검출된 광 빔의 세기를 측정하고, 세기를 처리 유닛(108)으로 전달할 수 있다. 일부 실시형태에서, 처리 유닛(108)은 측정된 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 측정된 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부와 표적(102) 사이의 거리를 추정하는 방법은 아래에서 보다 상세히 설명한다. The LETD system (300) further includes a polarizing beam splitter (316), a light detector (318a), and a light detector (318b). The reflected light beam (334a) can be incident on the beam splitter (312) at a 45 degree angle and split in a ratio of 50:50 (or another ratio as described in detail herein) such that the reflected light beam (334a) is aligned along a single optical path as a reflected light beam (334b). The polarizing beam splitter (316) is arranged in optical communication with the beam splitter (312) and is arranged to receive the reflected light beam (334b) and polarize the reflected light beam (334b). In some embodiments, the polarizing beam splitter (316) can split the reflected light beam (334b) into a reflected P-polarized beam and a transmitted S-polarized beam. One of the light detectors (318a or 318b) can be configured to detect the P-polarized beam of the reflected light beam (334b), and the other of the light detectors (318a or 318b) can be configured to detect the S-polarized beam of the reflected light beam (334b). The light detectors (318a and 318b) can each measure an intensity of a detected light beam of the reflected light beam (334b) and transmit the intensity to the processing unit (108). In some embodiments, the processing unit (108) can estimate a distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the measured intensity. A method of estimating the distance between the distal end of the optical fiber (104) and the target (102) based on the measured intensity is described in more detail below.
도 4는 시스템(100)의 LETD 시스템(106)으로 구현될 수 있는 LETD 시스템(400)을 도시한다. LETD 시스템(400)은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하도록 구성될 수 있다. 편의상, LETD 시스템(400)의 구성 요소가 이전에 설명된 LETD 시스템(예를 들어, LETD 시스템(300) 또는 이와 유사한 것)의 구성 요소와 동일한 경우 동일한 참조 번호가 사용된다. FIG. 4 illustrates a LETD system (400) that may be implemented as the LETD system (106) of the system (100). The LETD system (400) may be configured to estimate the distance between a fiber end and a target in accordance with some embodiments of the present invention. For convenience, when components of the LETD system (400) are identical to components of previously described LETD systems (e.g., LETD system (300) or the like), the same reference numerals are used.
LETD 시스템(400)은 두 가지 구조적 양태에서 LETD 시스템(300)과 다르다. LETD 시스템(400)과 LETD 시스템(300) 사이에 상이한 구조적 양태 중 하나는 빔 분할부(304)가 빔 결합부(402)로 대체된다는 것이다. 빔 분할부(304)가 빔 결합부(402)로 대체되므로, LETD 시스템(300)에서 빔 분할부(304)와 연관되었던 전력 검출부(306)가 LETD 시스템(400)에서 빔 분할부(312)와 연관되도록 배열된다. 실시형태는 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. The LETD system (400) differs from the LETD system (300) in two structural aspects. One structural aspect that is different between the LETD system (400) and the LETD system (300) is that the beam splitter (304) is replaced with a beam combiner (402). Since the beam splitter (304) is replaced with the beam combiner (402), the power detector (306) that was associated with the beam splitter (304) in the LETD system (300) is arranged to be associated with the beam splitter (312) in the LETD system (400). The embodiment is not limited in this context.
LETD 시스템(400)은 하나 이상의 편광 레이저, 하나 이상의 빔 분할부, 편광부, 하나 이상의 빔 결합부 및 하나 이상의 광 검출부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 빔 분할부는 편광 빔 분할부, 비편광 빔 분할부, 또는 편광 및 비편광 빔 분할부의 조합일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, LETD 시스템(400)은 레이저 소스(302a), 레이저 소스(302b), 빔 결합부(402), 편광부(308), 빔 결합부(310), 빔 분할부(312), 전력 검출부(306), 편광 빔 분할부(316), 광 검출부(318a) 및 광 검출부(318b)를 포함한다. 이 구성에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 소스(302a)는 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 갖는 광 빔(320a)을 출력하고, 레이저 소스(302b)는 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 갖는 광 빔(320b)을 출력한다. The LETD system (400) can include one or more polarizing lasers, one or more beam splitters, a polarizer, one or more beam combiners, and one or more light detectors. The one or more beam splitters can be a polarizing beam splitter, a non-polarizing beam splitter, or a combination of polarizing and non-polarizing beam splitters. As illustrated in FIG. 4, the LETD system (400) includes a laser source (302a), a laser source (302b), a beam combiner (402), a polarizer (308), a beam combiner (310), a beam splitter (312), a power detector (306), a polarizing beam splitter (316), a light detector (318a), and a light detector (318b). In this configuration, as illustrated in FIG. 4, the laser source (302a) outputs a light beam (320a) having a wavelength with a high water absorption coefficient (HI), and the laser source (302b) outputs a light beam (320b) having a wavelength with a low water absorption coefficient (LO).
레이저 소스(레이저 소스(302a 및 302b))로부터의 입사 광 빔은 레이저 소스(302a 및 302b)에 의해 생성된 입사 광 빔(320a 및 320b)을 광 빔(322)으로 결합하도록 구성된 빔 결합부(402)에 입력으로서 제공된다. 또한, 빔 결합부(402)의 출력(예를 들어, 광 빔(322))은 편광된 광 빔(324)을 출력으로서 제공하기 위해 편광부(308)에 입력으로서 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 편광부(308)의 편광은 미리 구성될 수 있다. 이후, 편광부(308)로부터 출력으로 획득된 편광된 광 빔(324)은 빔 결합부(310)에 입력으로 제공될 수 있다. 빔 결합부(310)는 도 4에 도시된 바와 같이 편광된 광 빔(324)을 조준 빔(328) 및 치료 빔(326)과 결합시켜 결합된 광 빔(330)을 형성할 수 있다. Incident light beams from laser sources (laser sources 302a and 302b) are provided as input to a beam combiner (402) configured to combine incident light beams (320a and 320b) generated by laser sources (302a and 302b) into a light beam (322). Additionally, an output of the beam combiner (402) (e.g., light beam (322)) can be provided as input to a polarizer (308) to provide a polarized light beam (324) as an output. In some embodiments, the polarization of the polarizer (308) can be pre-configured. Thereafter, the polarized light beam (324) obtained as an output from the polarizer (308) can be provided as an input to the beam combiner (310). The beam combiner (310) can combine a polarized light beam (324) with a targeting beam (328) and a treatment beam (326) to form a combined light beam (330), as illustrated in FIG. 4.
조준 빔(328), 치료 빔(326), 및 레이저 소스(302a 및 302b)로부터의 편광된 광 빔(324)을 포함하는 결합된 광 빔(330)은, 50:50의 R/T 비율과 45도의 AOI(또는 본 명세서에서 개략적으로 설명된 임의의 다른 R/T 비율 및 AOI)의 구성을 갖는 빔 분할부(312)를 거칠 수 있다. 빔 분할부(312)는 조준 빔(328), 치료 빔(326), 및 편광된 광 빔(324)이 단일 광학 경로를 따라 정렬될 수 있도록, 결합된 광 빔(330)을 50:50의 비율로 분할할 수 있다. A combined light beam (330) comprising a targeting beam (328), a treatment beam (326), and a polarized light beam (324) from laser sources (302a and 302b) can pass through a beam splitter (312) having a configuration of a 50:50 R/T ratio and a 45 degree AOI (or any other R/T ratio and AOI outlined herein). The beam splitter (312) can split the combined light beam (330) at a 50:50 ratio such that the targeting beam (328), the treatment beam (326), and the polarized light beam (324) can be aligned along a single optical path.
빔 분할부(312)와 연관된 전력 검출부(306)는 각각의 파장에 대응하는 광학 신호(편광된 광 빔(324) 등)의 전력을 측정할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 전력 검출부(306)는 빔 분할부(312)에서 수신된 광학 신호의 누적 에너지를 검출할 수 있다. 일부 실시형태에서, "광학 전력"이라는 용어는 단위 시간당 특정 레이저 빔에 의해 전달되는 에너지를 의미할 수 있다. 그런 다음 빔 분할부(312)의 출력인 광 빔(332)은 도 3에 대해 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이 (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)로 전달된다. 추가로, 반사된 광 빔(334a)은 도 3에 대해 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이 수신되고 처리된다. A power detector (306) associated with the beam splitter (312) can measure the power of an optical signal (such as a polarized optical beam (324)) corresponding to each wavelength. In various embodiments, the power detector (306) can detect the accumulated energy of the optical signal received at the beam splitter (312). In some embodiments, the term “optical power” can mean energy delivered by a particular laser beam per unit time. The optical beam (332), which is the output of the beam splitter (312), is then transmitted into the optical fiber (104) (e.g., through the port (314)) as schematically described above with respect to FIG. 3 . Additionally, a reflected optical beam (334a) is received and processed as schematically described above with respect to FIG. 3 .
도 5는 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 LETD 시스템(500)을 도시한다. 본 발명은 편광 및 비편광 레이저 소스를 사용하여 동작할 수 있다. 따라서, LETD 시스템(500)에서, 입사 광 빔(소스 광)을 제공하는 데 사용되는 레이저 소스(502a 및 502b)는 비편광 레이저 소스이다. 예로서, 레이저 소스(502a 및 502b)는 단일 모드(SM) 섬유 피그테일형 레이저일 수 있다. 레이저 소스(502a 및 502b)가 비편광 레이저 소스인 경우, 위에서 설명된 LETD 시스템(300) 및 LETD 시스템(400)에 도시된 바와 같이, 편광부(308), 편광 빔 분할부(316), P-편광된 광 빔을 검출하기 위한 광 검출부(318a), 및 S-편광된 광 빔을 검출하기 위한 광 검출부(318b)는 필요치 않다. FIG. 5 illustrates an LETD system (500) for estimating the distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The present invention can operate using polarized and unpolarized laser sources. Thus, in the LETD system (500), the laser sources (502a and 502b) used to provide the incident optical beam (source light) are unpolarized laser sources. As an example, the laser sources (502a and 502b) can be single mode (SM) fiber pigtailed lasers. When the laser sources (502a and 502b) are unpolarized laser sources, the polarizer (308), the polarizing beam splitter (316), the optical detector (318a) for detecting the P-polarized optical beam, and the optical detector (318b) for detecting the S-polarized optical beam, as illustrated in the LETD system (300) and LETD system (400) described above, are not required.
LETD 시스템(500)은 하나 이상의 비편광 레이저, 하나 이상의 빔 분할부, 빔 결합부 및 광 검출부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 빔 분할부는 비편광 빔 분할부일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, LETD 시스템(500)은 비편광 레이저 소스(502a), 비편광 레이저 소스(502b), 빔 분할부(304), 전력 검출부(306), 빔 결합부(310), 빔 분할부(312), 및 광 검출부(512)를 포함한다. The LETD system (500) may include one or more unpolarized lasers, one or more beam splitters, a beam combiner, and a light detector. The one or more beam splitters may be unpolarized beam splitters. As illustrated in FIG. 5, the LETD system (500) includes a unpolarized laser source (502a), a unpolarized laser source (502b), a beam splitter (304), a power detector (306), a beam combiner (310), a beam splitter (312), and a light detector (512).
이전 구성과 같이, LETD 시스템(500)에서, 비편광 레이저 소스(502a)는 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 가질 수 있는 반면, 비편광 레이저 소스(502b)는 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 가질 수 있다. 레이저 소스(502a 및 502b)로부터의 광 빔(504a 및 504b)은 빔 분할부(304)에 입력으로서 제공되고, 이 빔 분할부는 입사 광 빔(504a 및 504b)이 광 빔(506)으로서 단일 광학 경로를 따라 정렬되는 방식으로, 입사 광 빔을 50:50의 비율로 분할하도록 구성된다. As in the previous configuration, in the LETD system (500), the unpolarized laser source (502a) may have a wavelength having a high water absorption coefficient (HI), while the unpolarized laser source (502b) may have a wavelength having a low water absorption coefficient (LO). Optical beams (504a and 504b) from the laser sources (502a and 502b) are provided as inputs to a beam splitter (304), which is configured to split the incident optical beams in a ratio of 50:50 such that the incident optical beams (504a and 504b) are aligned along a single optical path as an optical beam (506).
빔 분할부(304)와 연관된 전력 검출부(306)는 각각의 파장에 대응하는 광학 신호(광 빔(506))의 전력을 측정할 수 있다. LETD 시스템(500)이 비편광 환경에서 구현되기 때문에, 편광부 및 편광 빔 분할부와 같은 편광 기반 광학 구성요소는 이 구성에서 필요치 않다. 따라서, 광 빔(506)으로서 단일 광학 경로를 따라 정렬된 입사 광 빔(504a 및 504b)인 빔 분할부(304)의 출력은 빔 결합부(310)에 입력으로 제공될 수 있다. 빔 결합부(310)는 도 5에 도시된 바와 같이 빔 분할부(304)로부터 나오는 광 빔(506)을 조준 빔(328) 및 치료 빔(326)과 결합시킬 수 있다. The power detector (306) associated with the beam splitter (304) can measure the power of the optical signal (optical beam (506)) corresponding to each wavelength. Since the LETD system (500) is implemented in a non-polarized environment, polarization-based optical components such as a polarizer and a polarizing beam splitter are not required in this configuration. Accordingly, the output of the beam splitter (304) as incident optical beams (504a and 504b) aligned along a single optical path as the optical beam (506) can be provided as input to the beam combiner (310). The beam combiner (310) can combine the optical beam (506) from the beam splitter (304) with the aiming beam (328) and the treatment beam (326), as illustrated in FIG. 5 .
일부 실시형태에서, 조준 빔(328)과 치료 빔(326)은 레이저 소스(502a 및 502b) 이외의 하나 이상의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 조준 빔(328)과 치료 빔(326)은 레이저 소스(502a 및 502b)에 의해 생성될 수 있다. 조준 빔(328), 치료 빔(326), 및 비편광된 광 빔(광 빔(506))을 포함하는 결합된 광 빔(508)은 50:50의 비율과 45도의 AOI(또는 본 명세서에서 개략적으로 설명된 임의의 다른 R/T 비율 및 AOI)의 구성을 갖는 빔 분할부(312)를 거칠 수 있다. 빔 분할부(312)는 조준 빔(328), 치료 빔(326) 및 비편광된 광 빔(광 빔(506))이 단일 광학 경로를 따라 정렬되도록, 결합된 광 빔(508)을 50:50의 비율로 분할할 수 있다. 그런 다음 빔 분할부(312)의 출력인 광 빔(510)은 도 5에 도시되고 위에서 설명된 바와 같이, (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)로 전달되고, 반사된 광 빔(514a)은 역방향으로 전달된다.In some embodiments, the aiming beam (328) and the treatment beam (326) can be generated by one or more laser sources other than the laser sources (502a and 502b). In some other embodiments, the aiming beam (328) and the treatment beam (326) can be generated by the laser sources (502a and 502b). The combined light beam (508) comprising the aiming beam (328), the treatment beam (326), and the unpolarized light beam (light beam (506)) can pass through a beam splitter (312) having a configuration of a 50:50 ratio and a 45 degree AOI (or any other R/T ratio and AOI outlined herein). The beam splitter (312) can split the combined light beam (508) in a 50:50 ratio so that the aiming beam (328), the treatment beam (326), and the unpolarized light beam (light beam (506)) are aligned along a single optical path. The light beam (510), which is the output of the beam splitter (312), is then transmitted into the optical fiber (104) (e.g., through the port (314)) as illustrated in FIG. 5 and described above, and the reflected light beam (514a) is transmitted in the reverse direction.
LETD 시스템(500)은 비편광 환경에서 구현되기 때문에, 반사된 광 빔(334a)은 반사된 광 빔(514a)의 광학 경로를 정렬하기 위해 제2 빔 분할부(312)만을 거치므로, LETD 시스템(300) 및 LETD 시스템(400)에 도시된 바와 같은 편광 빔 분할부는 필요치 않다. 반사된 광 빔(514a)은 빔 분할부(312)에 45도 각도로 입사되어 50:50의 비율로 분할될 것이다. 빔 분할부(312)에서 나온 반사된 광 빔(334b)은 단일 검출부에 의해 직접 검출될 수 있다. 그리하여, LETD 시스템(500)은 광 검출부(512)를 제공한다. Since the LETD system (500) is implemented in a non-polarized environment, the reflected light beam (334a) only passes through the second beam splitter (312) to align the optical path of the reflected light beam (514a), and therefore, a polarizing beam splitter as illustrated in the LETD system (300) and the LETD system (400) is not required. The reflected light beam (514a) will be incident on the beam splitter (312) at a 45 degree angle and split at a ratio of 50:50. The reflected light beam (334b) emerging from the beam splitter (312) can be directly detected by a single detector. Thus, the LETD system (500) provides a light detector (512).
광 검출부(512)는 반사된 광 빔(514b)의 검출된 광 빔의 세기를 각각 측정하고, 이 세기를 처리 유닛(108)으로 전달할 수 있다. 일부 실시형태에서, 처리 유닛(108)은 측정된 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 측정된 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부와 표적(102) 사이의 거리를 추정하는 방법은 아래에서 보다 상세히 설명된다. The light detection unit (512) can measure the intensity of each detected light beam of the reflected light beam (514b) and transmit the intensity to the processing unit (108). In some embodiments, the processing unit (108) can estimate the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the measured intensity. A method of estimating the distance between the distal end of the optical fiber (104) and the target (102) based on the measured intensity is described in more detail below.
도 6은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 예시적인 LETD 시스템(600)을 도시한다. LETD 시스템(600)은 광섬유 상태를 실시간으로 교정하기 위해 도입된 제3 편광 레이저 소스(302c)를 포함한다. 예로서, 광섬유(104)의 상태는 광섬유(104)의 원위 또는 근위 단부의 임의의 변화 또는 열화, 편광 스크램블링에 대한 섬유 굴곡 효과, 또는 광섬유(104)에서 발생하는 임의의 다른 열화 및 변화를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 광섬유(104)의 상태 변화, 특히 광섬유(104)의 팁/단부(예를 들어, 입력 및 출력 패싯)의 상태 변화는 전달 및 반사된 광 빔에 악영향을 미쳐 많은 수의 반사, 에너지 손실 및 부정확한 측정을 유발할 수 있다. 이것은 거리 추정의 정확성에 영향을 미칠 수 있고, 이에 따라 치료 동안 광섬유(104)의 위치 설정을 부정확하게 할 수 있다. FIG. 6 illustrates an exemplary LETD system (600) for estimating the distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The LETD system (600) includes a third polarization laser source (302c) introduced to correct the condition of the fiber in real time. For example, the condition of the fiber (104) may include, but is not limited to, any change or degradation of the distal or proximal end of the fiber (104), fiber bending effects on polarization scrambling, or any other degradation or change occurring in the fiber (104). Changes in the condition of the fiber (104), particularly changes in the tip/end (e.g., input and output facets) of the fiber (104), can adversely affect the transmitted and reflected light beams, resulting in a large number of reflections, energy loss, and inaccurate measurements. This can affect the accuracy of the distance estimation and, therefore, can cause inaccurate positioning of the fiber (104) during treatment.
LETD 시스템(600)은 하나 이상의 편광 레이저, 하나 이상의 빔 분할부, 편광부, 빔 결합부 및 하나 이상의 광 검출부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 빔 분할부는 편광 빔 분할부, 비편광 빔 분할부, 또는 편광 및 비편광 빔 분할부의 조합일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, LETD 시스템(600)은 편광 레이저 소스(302a), 편광 레이저 소스(302b) 및 편광 레이저 소스(302c), 빔 분할부(304), 빔 분할부(602), 전력 검출부(306), 편광부(308), 빔 결합부(310), 빔 분할부(312), 빔 분할부(604), 광 검출부(318a), 및 광 검출부(318b)를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 소스(302a 및 302b)로부터의 광 빔(320a 및 320b)은 빔 분할부(304)에 입력으로서 제공되고, 이 빔 분할부는 광 빔(320a 및 320b)이 광 빔(322)을 형성하는 단일 광학 경로를 따라 정렬되도록 광 빔(320a 및 320b)을 50:50의 비율로 분할하도록 구성된다. 또한, 단일 광학 경로를 따라 정렬된 광 빔(320a 및 320b)(예를 들어, 광 빔(322))인 빔 분할부(304)의 출력은 빔 분할부(602)에 입력으로서 제공될 수 있고, 이 빔 분할부는 또한 입사 광 빔을 50:50의 비율로 분할하여 광 빔(320a, 320b 및 320c)을 포함하는 편광된 광 빔(606)을 형성하도록 구성된다. The LETD system (600) can include one or more polarizing lasers, one or more beam splitters, a polarizer, a beam combiner, and one or more light detectors. The one or more beam splitters can be a polarizing beam splitter, a non-polarizing beam splitter, or a combination of polarizing and non-polarizing beam splitters. As illustrated in FIG. 6, the LETD system (600) includes a polarizing laser source (302a), a polarizing laser source (302b), a polarizing laser source (302c), a beam splitter (304), a beam splitter (602), a power detector (306), a polarizer (308), a beam combiner (310), a beam splitter (312), a beam splitter (604), a light detector (318a), and a light detector (318b). As illustrated in FIG. 6, light beams (320a and 320b) from laser sources (302a and 302b) are provided as inputs to a beam splitter (304), which is configured to split the light beams (320a and 320b) in a ratio of 50:50 such that the light beams (320a and 320b) are aligned along a single optical path forming a light beam (322). Additionally, the output of the beam splitter (304), which is the light beams (320a and 320b) (e.g., light beam (322)) aligned along the single optical path, can be provided as inputs to a beam splitter (602), which is also configured to split the incident light beams in a ratio of 50:50 to form a polarized light beam (606) including light beams (320a, 320b, and 320c).
빔 분할부(602)에서, 편광 레이저 소스(302c)로부터의 입사 광 빔(320c)(예를 들어, 교정을 위한 광)은 빔 분할부(304)(예를 들어, 광 빔(322))의 출력과 함께 입력으로서 제공된다. 빔 분할부(602)와 연관된 전력 검출부(306)는 빔 분할부(602)에 도달하는 각각의 파장에 대응하는 광학 신호(예를 들어, 광 빔(606))의 전력을 측정할 수 있다. 빔 분할부(304)의 출력과 함께, 빔 분할부(602)는 편광 레이저 소스(302c)로부터 입사 광 빔을 수신한다. In the beam splitter (602), an incident light beam (320c) (e.g., light for calibration) from a polarizing laser source (302c) is provided as an input together with an output of the beam splitter (304) (e.g., light beam (322)). A power detector (306) associated with the beam splitter (602) can measure the power of an optical signal (e.g., light beam (606)) corresponding to each wavelength reaching the beam splitter (602). Along with the output of the beam splitter (304), the beam splitter (602) receives the incident light beam from the polarizing laser source (302c).
일부 실시형태에서, 편광 레이저 소스(302c)는 레이저 소스(302a 및 302b)에 의해 방출되는 광의 파장에 비해 매우 높은 물 흡수 계수(예를 들어, 실질적으로, 완전히, 또는 거의 완전히, 물에 흡수됨)를 갖는 파장을 가진다. 예로서, 편광 레이저 소스(302c)의 파장은 대략 1435nm일 수 있고 대략 31.55(또는 "높은" 물 흡수 소스의 약 100배)의 물 흡수 계수를 가질 수 있다. 0.5mm 거리에서 1435nm 파장의 광의 약 98% 내지 99%가 흡수된다. 일부 실시형태에서, 교정 광원은 대략 1420 내지 대략 1440의 파장을 가질 수 있다(결과적으로 대략 30의 물 흡수 계수가 된다). 물 흡수 계수가 매우 높은 대체 또는 추가 파장을 사용할 수 있다(예를 들어, 1870nm 내지 2070nm). 그러나, 파장이 HI 및 LO 파장(예를 들어, 각각 1310nm 및 1340nm)에서 멀수록 광학 설계가 더 복잡해질 수 있다. 예를 들어, 검출부는 대략 1100nm 내지 1600nm의 범위를 커버할 수 있으며, 매우 높은 물 흡수 계수 레이저가 2000nm의 파장을 갖는 경우 고유한 또는 추가 검출부가 필요할 것이다. 일부 실시형태에서, 교정 레이저는 대략 1435nm, 대략 2100nm의 파장 또는 대략 1870nm 내지 대략 2050nm의 파장을 가질 수 있다. In some embodiments, the polarizing laser source (302c) has a wavelength that has a very high water absorption coefficient (e.g., substantially, completely, or nearly completely absorbed by water) compared to the wavelength of light emitted by the laser sources (302a and 302b). For example, the wavelength of the polarizing laser source (302c) may be about 1435 nm and may have a water absorption coefficient of about 31.55 (or about 100 times that of a “high” water absorption source). At a distance of 0.5 mm, about 98% to 99% of light at a wavelength of 1435 nm is absorbed. In some embodiments, the correction light source may have a wavelength of about 1420 nm to about 1440 nm (resulting in a water absorption coefficient of about 30). Alternative or additional wavelengths that have very high water absorption coefficients may be used (e.g., 1870 nm to 2070 nm). However, the optical design can become more complex as the wavelength gets further from the HI and LO wavelengths (e.g., 1310 nm and 1340 nm, respectively). For example, the detector may cover a range of about 1100 nm to 1600 nm, and a unique or additional detector may be required if the very high water absorption coefficient laser has a wavelength of 2000 nm. In some embodiments, the calibration laser can have a wavelength of about 1435 nm, about 2100 nm, or about 1870 nm to about 2050 nm.
(예를 들어, 전력 검출부(306)에 의해 측정된) 편광 레이저 소스(302c)의 판독값에 기초하여 처리 유닛(108)은 광섬유(104)의 원위 단부(204)에서 섬유 팁의 "품질"의 광학 기준 특성을 한정할 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저 소스(302c)가 물에 많이 흡수되기 때문에, 레이저 소스(302c)로부터의 광은 표적 조직에 거의 도달하지 않을 것이며, 그 결과 레이저 소스(302c)로부터 오는 광이 반사된 광 빔(334a)의 일부로서 광섬유(104)로 다시 반사되는 일은 거의 없을 것이다. 따라서, 레이저 소스(302c)와 연관된 광의 파장을 갖는 반사된 광 빔(334c)(예를 들어, 광 반사(610))의 성분은 주로 광섬유(104)의 원위 단부(204)의 광학 특성에 기인한다. 광섬유(104)의 원위 단부(204)는 예를 들어 발열 및 공동화로 인해 레이저 치료 동안 열화를 겪는 것으로 이해된다. 많은 실시형태에서, 후방 광 반사(610)의 세기 판독값이 증가하면 광섬유 팁이 열화된 것을 나타낼 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 특정 섬유에 대한 기준 판독값(예를 들어, 10% 내지 50%, 25% 이상, 50%, 75%, 90%, 10%와 100% 사이, 등)으로부터 세기 변화의 특정 임계값에서 처리 유닛(108)은 예를 들어 사용자 인터페이스 및/또는 가청 경보를 통해 광섬유(104)를 점검하거나 교체해야 함을 나타낼 수 있다. 또한, 광섬유 팁의 열화는 편광 레이저 소스(302a 및 302b)로부터의 광의 섬유의 원위 단부로부터 더 높은 내부 반사를 야기할 수 있다. 레이저 소스의 편광 여부는 광이 섬유에서 임의로 편광 해제되기 때문에 내부 반사에 최소한의 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 매우 높은 흡수 계수 레이저(예를 들어, 1435nm 레이저)에 의한 섬유 원위 단부로부터의 반사를 모니터링하는 것은 원위 단부 반사의 변화(실시간 반사에 대한 1435의 초기 반사의 백분율)를 결정하는 데 이용될 수 있다. 또한, 원위 단부 반사의 변화는 초기 반사를 업데이트하기 위해 LO 레이저(예를 들어, 1310nm 레이저) 및 HI 레이저(예를 들어, 1340nm 레이저)에 대한 원위 단부로부터의 초기 반사에 적용될 수 있다. Based on the readings of the polarization laser source (302c) (e.g., as measured by the power detector (306)), the processing unit (108) can define an optical reference characteristic of the “quality” of the fiber tip at the distal end (204) of the optical fiber (104). More specifically, since the laser source (302c) is highly absorbed by water, little light from the laser source (302c) will reach the target tissue, and as a result, little light from the laser source (302c) will be reflected back into the optical fiber (104) as part of the reflected light beam (334a). Therefore, the component of the reflected light beam (334c) (e.g., the light reflection (610)) having a wavelength of light associated with the laser source (302c) is primarily due to the optical characteristics of the distal end (204) of the optical fiber (104). The distal end (204) of the optical fiber (104) is understood to experience degradation during laser treatment, for example, due to heating and cavitation. In many embodiments, an increase in the intensity reading of the back light reflection (610) may indicate degradation of the optical fiber tip. In some embodiments, at a certain threshold of intensity change from a baseline reading for a particular fiber (e.g., between 10% and 50%, greater than 25%, 50%, 75%, 90%, between 10% and 100%, etc.), the processing unit (108) may indicate, for example, via a user interface and/or an audible alarm, that the optical fiber (104) needs to be inspected or replaced. Additionally, degradation of the optical fiber tip may result in higher internal reflections of light from the polarized laser sources (302a and 302b) from the distal end of the fiber. The polarization of the laser source may have minimal effect on the internal reflections since the light is randomly depolarized in the fiber. However, monitoring the reflection from the distal end of the fiber by a very high absorption coefficient laser (e.g., a 1435 nm laser) can be used to determine the change in the distal end reflection (the percentage of the initial reflection at 1435 vs. the real-time reflection). Additionally, the change in the distal end reflection can be applied to the initial reflection from the distal end for the LO laser (e.g., a 1310 nm laser) and the HI laser (e.g., a 1340 nm laser) to update the initial reflection.
더욱이, 섬유 팁의 열화는 반사된 광 빔(334a) 또는 광 반사(610)에서 극성(P)과 극성(S) 간의 비율을 변화시킬 수 있다. 따라서, 현재 사용 중인 특정 광섬유(104)에 대한 기준 판독값을 생성하고 이러한 기준을 즉석에서 모니터링하면 섬유의 팁이 열화될 때 및 열화되는 동안 그리고 열화가 광섬유(104)가 교체되어야 함을 나타내는 임계 레벨에 도달할 때까지 거리 추정을 보다 정확히 수행할 수 있다. 또한, 단일 광학 경로를 따라 정렬된 광 빔(320a, 320b 및 320c)을 포함하는 광 빔(606) 또는 빔 분할부(602)의 출력은 출력으로서 단일 편광된 광 빔(608)을 얻기 위해 편광부(308)에 입력으로서 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 편광부(308)의 편광은 미리 구성될 수 있다. Moreover, degradation of the fiber tip can change the ratio between polarity (P) and polarity (S) in the reflected optical beam (334a) or the optical reflection (610). Therefore, generating a reference reading for a particular optical fiber (104) currently in use and monitoring this reference on the fly can allow for more accurate distance estimation when and while the tip of the fiber degrades and until the degradation reaches a critical level indicating that the optical fiber (104) should be replaced. Additionally, the output of the optical beam (606) or beam splitter (602) comprising the optical beams (320a, 320b and 320c) aligned along a single optical path can be provided as input to the polarizer (308) to obtain a single polarized optical beam (608) as output. In some embodiments, the polarization of the polarizer (308) can be pre-configured.
편광부(308)로부터 출력으로 획득된 편광된 광 빔(608)은 빔 결합부(310)에 입력으로 제공될 수 있다. 빔 결합부(310)는 도 6에 도시된 바와 같이 편광된 광 빔(608)을 조준 빔(328) 및 치료 빔(326)과 결합시켜 결합된 광 빔(612)을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 레이저 소스(302a, 302b 또는 302c) 이외의 하나 이상의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있고, 또는 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 이들 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. A polarized light beam (608) obtained as an output from the polarizer (308) may be provided as an input to a beam combiner (310). The beam combiner (310) may combine the polarized light beam (608) with the aiming beam (328) and the treatment beam (326) to form a combined light beam (612), as illustrated in FIG. 6. As described above, the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) may be generated by one or more laser sources other than the laser sources (302a, 302b, or 302c), or the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) may be generated by these laser sources.
조준 빔(328), 치료 빔(326) 및 편광된 광 빔(608)을 포함하는 결합된 광 빔(612)은 50:50의 비율과 45도의 AOI의 구성을 갖는 빔 분할부(312)를 거칠 수 있다. 빔 분할부(312)는 조준 빔(328), 치료 빔(326) 및 편광된 광 빔(608)이 단일 광학 경로를 따라 정렬되도록, 결합된 광 빔(612)을 50:50의 비율로 분할할 수 있다. 그런 다음 빔 분할부(312)의 출력인 광 빔(614)은 (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)로 전달된다. A combined light beam (612) comprising a targeting beam (328), a treatment beam (326), and a polarized light beam (608) can pass through a beam splitter (312) having a 50:50 ratio and a 45 degree AOI configuration. The beam splitter (312) can split the combined light beam (612) at a 50:50 ratio such that the targeting beam (328), the treatment beam (326), and the polarized light beam (608) are aligned along a single optical path. The light beam (614), which is the output of the beam splitter (312), is then transmitted into an optical fiber (104) (e.g., through a port (314)).
도 7은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 예시적인 LETD 시스템(700)을 도시한다. LETD 시스템(500)과 같이 LETD 시스템(700)은 비편광 환경에서 구현된다. 또한, LETD 시스템(700)은 이전 구성(예를 들어, LETD 시스템(600)의 구성)에서 볼 수 있는 2개의 입력 빔 분할부가 파장 분할 다중화부(WDM)로 대체되는 "반섬유 기반 설계"이다. WDM 전력 손실은 대략 20%인 반면, 빔 분할부 전력 손실은 대략 50%일 수 있어, WDM을 사용하면 LETD 시스템(700)의 효율이 향상된다. 추가적으로, WDM은 3개의 레이저 소스 각각을 광학 경로에 완벽하게 또는 거의 완벽하게 정렬할 수 있다. 그러나, 빔 분할부와 빔 결합부는 3개의 레이저 소스 각각을 단일 빔으로 정렬할 때 정확성이 상당히 떨어진다. FIG. 7 illustrates an exemplary LETD system (700) for estimating the distance between a fiber end and a target, in accordance with some embodiments of the present invention. Like the LETD system (500), the LETD system (700) is implemented in a non-polarized environment. Additionally, the LETD system (700) is a "semi-fiber based design" in which the two input beam splitters seen in previous configurations (e.g., the configuration of the LETD system (600)) are replaced with wavelength division multiplexing (WDM). Since the WDM power loss is approximately 20%, while the beam splitter power loss can be approximately 50%, the use of WDM improves the efficiency of the LETD system (700). Additionally, the WDM allows each of the three laser sources to be perfectly or nearly perfectly aligned in the optical path. However, the beam splitter and beam combiner suffer from significant inaccuracy in aligning each of the three laser sources into a single beam.
LETD 시스템(700)은 제1 비편광 레이저 소스(502a) 및 제2 비편광 레이저 소스(502b)와 함께 제3 비편광 레이저 소스(502c)를 이용한다. 제3 비편광 레이저 소스(502c)는 전술한 바와 같이 실시간으로 광섬유 상태를 교정하기 위한 목적으로 도입된다. 교정 레이저는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 편광되거나 비편광될 수 있는 것으로 이해된다. LETD 시스템(700)은 하나 이상의 비편광 레이저, 하나 이상의 빔 분할부, 빔 결합부, 하나 이상의 광 검출부, WDM 및 시준부를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, LETD 시스템(700)은 비편광 레이저 소스(502a), 비편광 레이저 소스(502b), 비편광 레이저 소스(502c), 레이저 소스(702), 파장 분할 다중화부(WDM)(704), 빔 분할부(706), 전력 검출부(306), 시준부(708), 빔 결합부(310), 빔 분할부(312), 및 광 검출부(512)를 포함한다. LETD 시스템(700)의 구성에서, 비편광 레이저 소스(502a)는 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 갖는 광을 방출할 수 있는 반면, 비편광 레이저 소스(502b)는 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 또한, 비편광 레이저 소스(502c)는 레이저 소스(502a 및 502b)에 의해 방출되는 광의 파장에 비해 매우 높은 물 흡수 계수(예를 들어, 완전히 또는 거의 완전히 물에 흡수됨)를 갖는 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 예로서, 비편광 레이저 소스(502c)의 파장은 1435nm일 수 있다. The LETD system (700) utilizes a third unpolarized laser source (502c) along with a first unpolarized laser source (502a) and a second unpolarized laser source (502b). The third unpolarized laser source (502c) is introduced for the purpose of correcting the fiber condition in real time as described above. It is understood that the correction laser can be polarized or unpolarized without departing from the scope of the present invention. The LETD system (700) can include one or more unpolarized lasers, one or more beam splitters, a beam combiner, one or more photodetectors, a WDM, and a collimator. As illustrated in FIG. 7, the LETD system (700) includes a non-polarized laser source (502a), a non-polarized laser source (502b), a non-polarized laser source (502c), a laser source (702), a wavelength division multiplexer (WDM) (704), a beam splitter (706), a power detector (306), a collimator (708), a beam combiner (310), a beam splitter (312), and a light detector (512). In the configuration of the LETD system (700), the non-polarized laser source (502a) can emit light having a wavelength having a high water absorption coefficient (HI), while the non-polarized laser source (502b) can emit light having a wavelength having a low water absorption coefficient (LO). Additionally, the unpolarized laser source (502c) can emit light having a wavelength that has a very high water absorption coefficient (e.g., completely or nearly completely absorbed by water) compared to the wavelength of light emitted by the laser sources (502a and 502b). As an example, the wavelength of the unpolarized laser source (502c) can be 1435 nm.
위에서 언급된 바와 같이, LETD 시스템(700)의 구성에서, 도 6에 도시된 빔 분할부(304)와 빔 분할부(602)는 WDM(704)으로 대체된다. 일부 실시형태에서, 비편광 레이저 소스(502c)를 실시간 교정부로 올바르게 사용하는 것을 보장하기 위해, 각각의 비편광 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터 오는 입사 광 빔은 동일한 지점과 동일한 각도에서 광섬유(104)의 근위 단부에서 들어가도록 배열될 수 있다. 많은 실시형태에서, 각각의 비편광 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터의 입사 광 빔을 결합부/분할부와 동일한 지점과 동일한 각도에서 들어가도록 정렬하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다. 동일한 지점과 동일한 각도의 이 조건을 준수하기 위해 LETD 시스템(700)에 도시된 구성은 WDM(704)을 이용한다. WDM(704)은 각각의 비편광 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터 오는 모든 입사 광 빔이 광섬유(104)의 근위 단부(202)에 동일한 지점과 동일한 각도로 들어가는 것을 보장하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 다양한 실시형태에서, WDM(704)를 사용하면 예를 들어 50% 내지 75%의 전력 손실을 유발하는 일부 빔 분할부에 비해 전력 손실을 낮출 수 있다. As mentioned above, in the configuration of the LETD system (700), the beam splitter (304) and the beam splitter (602) illustrated in FIG. 6 are replaced with a WDM (704). In some embodiments, to ensure that the unpolarized laser source (502c) is properly used as a real-time correction unit, the incident light beams from each of the unpolarized laser sources (502a, 502b, and 502c) can be arranged to enter the proximal end of the optical fiber (104) at the same point and at the same angle. In many embodiments, it may be difficult or impossible to align the incident light beams from each of the unpolarized laser sources (502a, 502b, and 502c) to enter the combiner/splitter at the same point and at the same angle. To comply with this condition of the same point and the same angle, the configuration illustrated in the LETD system (700) utilizes a WDM (704). The WDM (704) can be configured to ensure that all incident optical beams from each of the unpolarized laser sources (502a, 502b and 502c) enter the proximal end (202) of the optical fiber (104) at the same point and at the same angle. Moreover, in various embodiments, the use of the WDM (704) can reduce power loss compared to some beam splitters which cause power losses of, for example, 50% to 75%.
레이저 소스(502a, 502b, 502c)로부터의 입사 광 빔과 조준 빔(328)은 WDM(704)에 입력으로서 제공되고, WDM은 광 빔이 동일하게 이동하는 방식으로 입사 광 빔을 결합시키도록 구성된다. 또한, WDM(704)의 출력은 섬유 기반 빔 분할부(예를 들어, 제4 빔 분할부(706))에 입력으로서 제공될 수 있으며, 이 빔 분할부는 도 7에 도시된 바와 같이 높은 투과율 대 반사율(예를 들어, 95:5 또는 99:1)에서 입사 광 빔을 분할하도록 배열될 수 있다. 일부 실시형태에서, 빔 분할부(706)는 섬유 기반 빔 분할부이다. 빔 분할부(706)와 연관된 전력 검출부(306)는 각각의 파장에 대응하는 광학 신호(예를 들어, 광 빔(710))의 전력을 측정할 수 있다. 또한, 단일 광학 경로를 따라 정렬된 입사광인 빔 분할부(706)(예를 들어, 광 빔(710))의 출력은 광 빔(710)을 평행 빔으로 좁히기 위해 시준부(708)에 입력으로서 제공될 수 있다. Incident optical beams and a collimated beam (328) from laser sources (502a, 502b, 502c) are provided as inputs to a WDM (704), which is configured to couple the incident optical beams in such a way that the optical beams travel in the same manner. Additionally, the output of the WDM (704) can be provided as inputs to a fiber-based beam splitter (e.g., a fourth beam splitter (706)), which can be arranged to split the incident optical beams at a high transmission to reflection ratio (e.g., 95:5 or 99:1), as illustrated in FIG. 7 . In some embodiments, the beam splitter (706) is a fiber-based beam splitter. A power detector (306) associated with the beam splitter (706) can measure the power of an optical signal (e.g., an optical beam (710)) corresponding to each wavelength. Additionally, the output of the beam splitter (706) (e.g., the light beam (710)) aligned along a single optical path can be provided as input to the collimator (708) to narrow the light beam (710) into a parallel beam.
이후, 시준부(708)의 출력(예를 들어, 광 빔(712))은 빔 결합부(310)에 제공될 수 있고, 이 빔 결합부는 도 7에 도시된 바와 같이 시준부(708)로부터 나오는 광 빔(712)을 조준 빔(328) 및 치료 빔(326)과 결합시킨다. 몇몇 실시형태에서, 조준 빔(328)은 WDM(704)에 도입될 수 있다. 많은 실시형태에서, 조준 빔(328)은 빔 결합부(310)에서 도입될 수 있다. 여전히, 일부 실시형태에서, 조준 빔(328)은 WDM(704)과 제1 빔 결합부(310) 모두에 도입될 수 있다. 일부 실시형태에서, 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 레이저 소스(502a, 502b 및 502c) 이외의 하나 이상의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있고, 또는 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)에 의해 생성될 수 있다. Thereafter, the output of the collimator (708) (e.g., the light beam (712)) may be provided to the beam combiner (310), which combines the light beam (712) from the collimator (708) with the aiming beam (328) and the treatment beam (326), as illustrated in FIG. 7 . In some embodiments, the aiming beam (328) may be introduced into the WDM (704). In many embodiments, the aiming beam (328) may be introduced at the beam combiner (310). Still, in some embodiments, the aiming beam (328) may be introduced to both the WDM (704) and the first beam combiner (310). In some embodiments, the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) may be generated by one or more laser sources other than the laser sources (502a, 502b, and 502c), or the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) may be generated by the laser sources (502a, 502b, and 502c).
조준 빔(328), 치료 빔(326) 및 광 빔(712)을 포함하는 결합된 광 빔(508)(예를 들어, 시준부(708)로부터 수신된 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터의 광)은 50:50의 R/T 비율과 45도의 AOI의 구성을 갖는 빔 분할부(312)를 거칠 수 있다. 빔 분할부(312)는, 조준 빔(328), 치료 빔(326), 및 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터의 비편광된 광 빔(결합된 광 빔)(508)이 단일 광학 경로를 따라 정렬될 수 있도록, 결합된 광 빔(508)을 50:50의 비율로 분할할 수 있다. 그런 다음 빔 분할부(312)의 출력인 광 빔(510)은 도시되고 위에서 보다 상세히 설명된 바와 같이 (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)로 전달된다. A combined light beam (508) comprising a collimating beam (328), a treatment beam (326), and a light beam (712) (e.g., light from the laser sources (502a, 502b, and 502c) received from the collimating portion (708)) can pass through a beam splitter (312) having an R/T ratio of 50:50 and an AOI configuration of 45 degrees. The beam splitter (312) can split the combined light beam (508) in a 50:50 ratio such that the collimating beam (328), the treatment beam (326), and the unpolarized light beams (combined light beam) (508) from the laser sources (502a, 502b, and 502c) can be aligned along a single optical path. The light beam (510), which is the output of the beam splitter (312), is then transmitted to the optical fiber (104) as illustrated and described in more detail above (e.g., via the port (314)).
도 8은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하기 위한 예시적인 LETD 시스템(800)을 도시한다. LETD 시스템(500) 및 LETD 시스템(700)과 같은 LETD 시스템(800)은 비편광 검출부를 갖도록 구현된다. 그러나, 소스는 비편광이거나 또는 편광일 수 있다. 이러한 예시적인 구성에서, LETD 시스템(800)은 하나 이상의 비편광 레이저(또는 편광 레이저), 하나 이상의 빔 분할부, 빔 결합부, 하나 이상의 광 검출부, WDM, 서큘레이터 및 시준부를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, LETD 시스템(800)은 비편광 레이저 소스(502a), 비편광 레이저 소스(502b), 비편광 레이저 소스(502c), 레이저 소스(702), 파장 분할 다중화부(WDM)(704), 빔 분할부(706), 전력 검출부(306), 서큘레이터(802), 광 검출부(512), 시준부(708) 및 빔 결합부(310)를 포함한다. LETD 시스템(800)의 구성에서, 비편광 레이저 소스(502a)는 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 갖는 광을 방출할 수 있는 반면, 편광 레이저 소스(502b)는 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 또한, 비편광 레이저 소스(502c)는 물에 실질적으로 흡수되는 매우 높은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 가질 수 있다. FIG. 8 illustrates an exemplary LETD system (800) for estimating the distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The LETD system (800), such as the LETD system (500) and the LETD system (700), is implemented with an unpolarized detector. However, the source may be unpolarized or polarized. In this exemplary configuration, the LETD system (800) may include one or more unpolarized lasers (or polarized lasers), one or more beam splitters, a beam combiner, one or more photodetectors, a WDM, a circulator, and a collimator. As illustrated in FIG. 8, the LETD system (800) includes a non-polarized laser source (502a), a non-polarized laser source (502b), a non-polarized laser source (502c), a laser source (702), a wavelength division multiplexer (WDM) (704), a beam splitter (706), a power detector (306), a circulator (802), a light detector (512), a collimator (708), and a beam combiner (310). In the configuration of the LETD system (800), the non-polarized laser source (502a) can emit light having a wavelength having a high water absorption coefficient (HI), while the polarized laser source (502b) can emit light having a wavelength having a low water absorption coefficient (LO). Additionally, the non-polarized laser source (502c) can have a wavelength having a very high water absorption coefficient that is substantially absorbed by water.
위에서 설명된 바와 같이, LETD 시스템(800)에서, 도 6에 도시된 빔 분할부(304)와 빔 분할부(602)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 WDM(704)으로 대체된다. 또한, LETD 시스템(800)에서, 전술한 모든 예시적인 구성에서 광 빔을 포트(314)로 전달하도록 배열된 빔 분할부(312)도 제거된다. 빔 분할부는 출력 전력을 최대 50%(또는 그 이상)까지 줄이고, 복귀 신호를 수신할 때 출력 전력을 추가로 50%(또는 그 이상) 줄인다. 따라서, LETD 시스템(800)에서 빔 분할부(312)를 제거하면 반사된 신호와 출력 전력이 크게 증가할 수 있다. As described above, in the LETD system (800), the beam splitter (304) and beam splitter (602) illustrated in FIG. 6 are replaced with a WDM (704) as illustrated in FIGS. 7 and 8. Additionally, in the LETD system (800), the beam splitter (312) arranged to direct the optical beam to the port (314) in all of the exemplary configurations described above is also eliminated. The beam splitter reduces the output power by up to 50% (or more), and further reduces the output power by 50% (or more) when receiving a return signal. Therefore, eliminating the beam splitter (312) in the LETD system (800) can significantly increase the reflected signal and output power.
레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터 각각 입사 광 빔(504a, 504b 및 504c)뿐만 아니라 조준 빔(328)이 WDM(704)에 입력으로서 제공되고, WDM은 광 빔이 동일하게 이동하는 방식으로 입사 광 빔을 결합시키도록 구성된다. 또한, WDM(704)의 출력은 빔 분할부(706)에 입력으로 제공될 수 있고, 이 빔 분할부는 입사 광 빔을 95:5의 비율로 분할한다. 이전에 언급된 바와 같이, 99:1과 같은 다른 비율이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 빔 분할부(706)는 섬유 기반 빔 분할부이고, 이에 의해 LETD 시스템(800)의 구성을 모두 섬유 기반 설계로 렌더링한다. 빔 분할부(706)와 연관된 전력 검출부(306)는 각각의 파장에 대응하는 광학 신호(예를 들어, 광 빔(710))의 전력을 측정할 수 있다. 또한, 단일 광학 경로를 따라 정렬된 입사광인 빔 분할부(706)의 출력(예를 들어, 광 빔(710))은 서큘레이터(802)에 입력으로 제공될 수 있다. 서큘레이터(802)는 모든 광 빔이 하나의 방향으로 진행하는 것을 보장하도록 구성된다. 추가적으로, 서큘레이터(802)는 광 빔(710)이 들어가는 포트 이외의 포트로부터 광 빔(804)을 시준부(708)로 제공한다. 시준부(708)는 광 빔을 평행 광 빔(804)으로 좁힐 수 있다. 서큘레이터(802)는 빔 분할부에 비해, (1) 더 낮은 전력 손실(빔 분할부의 손실은 각각의 방향으로 약 50%임) 및 (2) 보다 유연한 광학 설계(자유 공간 광학 기기에는 직선이 필요한 반면, 섬유 기반 설계는 원하는 대로 접을 수 있음)를 제공할 수 있다.Incident optical beams (504a, 504b, and 504c) from laser sources (502a, 502b, and 502c) as well as a collimating beam (328) are provided as inputs to the WDM (704), which is configured to couple the incident optical beams in such a way that the optical beams travel equally. Additionally, the output of the WDM (704) may be provided as input to a beam splitter (706), which splits the incident optical beams in a ratio of 95:5. As previously noted, other ratios, such as 99:1, may be utilized without departing from the scope of the present invention. In some embodiments, the beam splitter (706) is a fiber-based beam splitter, thereby rendering the configuration of the LETD system (800) an all-fiber-based design. A power detector (306) associated with the beam splitter (706) may measure the power of an optical signal (e.g., the optical beam (710)) corresponding to each wavelength. Additionally, the output of the beam splitter (706), which is the incident light aligned along a single optical path (e.g., the optical beam (710)), can be provided as an input to the circulator (802). The circulator (802) is configured to ensure that all of the optical beams propagate in a single direction. Additionally, the circulator (802) provides the optical beam (804) from a port other than the port through which the optical beam (710) enters to the collimator (708). The collimator (708) can narrow the optical beam into a parallel optical beam (804). The circulator (802) can provide (1) lower power loss (loss of the beam splitter is about 50% in each direction) and (2) more flexible optical design (free-space optics require straight lines, whereas fiber-based designs can be folded as desired) compared to the beam splitter.
시준부(708)의 출력(예를 들어, 평행 광 빔(804))은 도 8에 도시된 바와 같이 빔 결합부(310)에 제공될 수 있고, 이 빔 결합부는 시준부(708)로부터 나오는 광 빔(804)을 조준 빔(328) 및 치료 빔(326)과 결합시켜 결합된 광 빔(806)을 형성한다. 일부 실시형태에서, 조준 빔(328)은 처음에 (예를 들어, WDM(704)으로) 도입되거나, 빔 결합부(310)로 도입되거나, WDM(704)과 빔 결합부(310) 모두로 도입될 수 있다. 일부 실시형태에서, 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 이 도면에 도시된 레이저 소스 이외의 하나 이상의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있고, 또는 조준 빔(328) 또는 치료 빔(326)은 이 도면에 도시된 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. 조준 빔(328), 치료 빔(326), 및 빔 결합부(310)로부터 수신된 광 빔(806)(예를 들어, 광 빔(504a, 504b 및 504c))을 포함하는 결합된 광 빔(광 빔(806))은 도 8에 도시된 바와 같이 (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)로 전달될 수 있다. 결합된 광 빔(806)은 광섬유(104)의 근위 단부(202)로 전달되고, 이후 광섬유(104)의 길이를 통해 전파되고 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 표적(102)으로 전달된다. The output of the collimator (708) (e.g., a parallel light beam (804)) may be provided to a beam combiner (310), as illustrated in FIG. 8 , which combines the light beam (804) from the collimator (708) with the aiming beam (328) and the treatment beam (326) to form a combined light beam (806). In some embodiments, the aiming beam (328) may be introduced initially (e.g., into the WDM (704)), introduced into the beam combiner (310), or introduced into both the WDM (704) and the beam combiner (310). In some embodiments, the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) may be generated by one or more laser sources other than the laser sources illustrated in this figure, or the aiming beam (328) or the treatment beam (326) may be generated by the laser sources illustrated in this figure. A combined light beam (light beam (806)) comprising the aiming beam (328), the treatment beam (326), and the light beams (806) received from the beam combiner (310) (e.g., light beams (504a, 504b, and 504c)) can be transmitted into an optical fiber (104) (e.g., through a port (314)) as illustrated in FIG. 8. The combined light beam (806) is transmitted to a proximal end (202) of the optical fiber (104), and then propagates through the length of the optical fiber (104) and is transmitted from the distal end (204) of the optical fiber (104) to a target (102).
위에서 개략적으로 설명된 바와 같이, 광 빔(806)이 광섬유(104)의 원위 단부(204)를 통해 표적(102)으로 전달될 때, 표적(102)은 광섬유(104)로부터 멀어지는 방향으로 광의 일부 부분을 반사할 수 있고, 광섬유(104)를 향하여 광의 일부 부분을 반사할 수 있고, 여기서 광섬유(104)를 향해 반사된 광의 부분은 원위 단부(204)에서 광섬유(104)에 재진입할 수 있다. 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이 원위 단부(204)에 재진입하는 반사된 광의 부분은 반사된 광(반사된 광 빔(334a))이라고 한다. 반사된 광 빔(334a)은 원위 단부(204)로부터 근위 단부(202)로 광섬유(104)를 통해 "역방향"으로 전달될 수 있다. 반사된 광 빔(334a)이 광섬유(104)의 근위 단부(202)에 도달하면, 반사된 광 빔(334a)은 빔 결합부(310)와 시준부(708)를 통과하여 서큘레이터(802)를 거칠 수 있고, 여기서 도 7과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 광 검출부(512)로 라우팅되어 측정된다. As schematically described above, when a light beam (806) is transmitted through a distal end (204) of an optical fiber (104) to a target (102), the target (102) may reflect a portion of the light away from the optical fiber (104) and may reflect a portion of the light toward the optical fiber (104), whereby the portion of the light reflected toward the optical fiber (104) may re-enter the optical fiber (104) at the distal end (204). The portion of the reflected light that re-enters the distal end (204) as schematically described above is referred to as reflected light (reflected light beam (334a)). The reflected light beam (334a) may be transmitted “reversely” through the optical fiber (104) from the distal end (204) to the proximal end (202). When the reflected light beam (334a) reaches the proximal end (202) of the optical fiber (104), the reflected light beam (334a) may pass through the beam coupling unit (310) and the collimating unit (708) and then through the circulator (802), where it is routed to the light detection unit (512) and measured as described above with respect to FIG. 7.
도 9는 일부 이전 구성과 같이 비편광 환경에서 구현될 수 있는 LETD 시스템(900)을 도시한다. 몇몇 실시형태에서, LETD 시스템(900)은 단일 빔 분할부 기반 광학 설계를 포함할 수 있다. LETD 시스템(900)의 구성에서, WDM(704)은 다수의 빔 분할부(예를 들어, LETD 시스템(300), LETD 시스템(400, 500) 및/또는 LETD 시스템(600) 등에서 이용되는 것)의 기능 또는 동작을 대체할 수 있다. WDM(704)은 비편광 레이저 소스(502a, 502b 및 502c)로부터 각각 광 빔(504a, 504b 및 504c)을 수신할 수 있다. FIG. 9 illustrates an LETD system (900) that may be implemented in a non-polarized environment, such as some of the previous configurations. In some embodiments, the LETD system (900) may include a single beam splitter based optical design. In the configuration of the LETD system (900), the WDM (704) may replace the function or operation of multiple beam splitters (e.g., those utilized in the LETD system (300), the LETD system (400, 500), and/or the LETD system (600)). The WDM (704) may receive optical beams (504a, 504b, and 504c) from non-polarized laser sources (502a, 502b, and 502c), respectively.
LETD 시스템(900)은 하나 이상의 비편광 레이저(또는 편광 레이저), 빔 분할부, 빔 결합부, 하나 이상의 광 검출부, WDM 및 시준부를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, LETD 시스템(900)은 비편광 레이저 소스(502a), 비편광 레이저 소스(502b), 비편광 레이저 소스(502c), 레이저 소스(702), 파장 분할 다중화부(WDM)(704), 빔 분할부(902), 전력 검출부(306), 광 검출부(512), 및 빔 결합부(310)를 포함한다. 이전 구성과 같이 LETD 시스템(900)에서, 비편광 광 빔(504a)은 그 자체가 더 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 가질 수 있는 비편광 광 빔(504b)에 비해 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 가질 수 있다. 또한, 비편광 광 빔(504c)은 위에서 상세히 설명된 바와 같이 매우 높은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 가질 수 있다. The LETD system (900) can include one or more unpolarized lasers (or polarized lasers), a beam splitter, a beam combiner, one or more light detectors, a WDM, and a collimator. As illustrated in FIG. 9, the LETD system (900) includes an unpolarized laser source (502a), an unpolarized laser source (502b), an unpolarized laser source (502c), a laser source (702), a wavelength division multiplexer (WDM) (704), a beam splitter (902), a power detector (306), a light detector (512), and a beam combiner (310). As with the previous configuration, in the LETD system (900), the unpolarized light beam (504a) can have a wavelength having a higher water absorption coefficient (HI) than the unpolarized light beam (504b), which itself can have a wavelength having a lower water absorption coefficient (LO). Additionally, the unpolarized light beam (504c) may have a wavelength having a very high water absorption coefficient as described in detail above.
전술한 바와 같이, 처리 유닛(108)은 비편광 레이저 소스(502c)에 의해 생성된 광의 반사와 연관된 판독값에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)(예를 들어, 출력 패싯 등)의 품질의 광학 기준 특성을 한정할 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저 소스(502c)로부터의 광이 물에 많이 흡수되기 때문에, 이 광의 미미한 양이 반사된 광 빔(334a)의 일부로서 광섬유(104)로 다시 반사될 것이다. 따라서, 광 반사(610)와 연관된 판독값은 설명된 바와 같이 예를 들어 발열 및 공동화로 인해 레이저 치료 동안 열화되는 광섬유(104)의 원위 단부(204)의 광학 특성에 주로 기인한다. 따라서, 광 반사(610)의 세기 판독값이 증가하면 광섬유 팁이 열화된 것을 나타낼 수 있다. As described above, the processing unit (108) can define an optical reference characteristic of the quality of the distal end (204) of the optical fiber (104) (e.g., the output facet, etc.) based on the readings associated with the reflection of light generated by the unpolarized laser source (502c). More specifically, since the light from the laser source (502c) is largely absorbed by water, a small amount of this light will be reflected back into the optical fiber (104) as part of the reflected light beam (334a). Thus, the reading associated with the light reflection (610) is primarily due to the optical properties of the distal end (204) of the optical fiber (104), which degrades during the laser treatment, for example, due to heating and cavitation, as described. Thus, an increase in the intensity reading of the light reflection (610) may indicate that the optical fiber tip is degraded.
몇몇 실시형태에서, 특정 광섬유(103)에 대한 기준 판독값으로부터 세기 변화의 특정 임계값(예를 들어, 10% 내지 50%, 25% 이상, 50%, 75%, 90%, 10%와 100% 사이, 등)에서 처리 유닛(108)은 예를 들어 사용자 인터페이스 및/또는 가청 경보를 통해 광섬유(104)를 점검하거나 교체해야 함을 나타낼 수 있다. 또한, 광섬유 팁의 열화는 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 비편광 레이저 소스(레이저 소스(502a 및 502b))와 연관된 광의 더 높은 내부 반사를 유발할 수 있다. 더욱이, 섬유 팁의 열화는 반사된 광 빔(334a 또는 334b)에서 극성(P)과 극성(S) 간의 비율을 변화시킬 수 있다. 따라서, 현재 사용 중인 특정 광섬유에 대한 기준 판독값을 생성하고 이러한 기준을 즉석에서 모니터링하면, 광섬유의 팁이 열화될 때 및 열화되는 동안에도 그리고 열화가 광섬유를 교체해야 하는 지점에 도달할 때까지 거리 추정을 보다 정확히 수행할 수 있다. 따라서 요법 또는 치료와 연관된 파라미터에 대해 더 큰 동적 제어를 제공할 수 있다. In some embodiments, at a particular threshold value of intensity change from a reference reading for a particular optical fiber (103) (e.g., greater than 10% to 50%, greater than 25%, greater than 50%, greater than 75%, greater than 90%, greater than 10% and greater than 100%, etc.), the processing unit (108) may indicate, for example, via a user interface and/or an audible alarm, that the optical fiber (104) needs to be inspected or replaced. Additionally, degradation of the optical fiber tip may cause higher internal reflections of light associated with the unpolarized laser source (laser sources 502a and 502b) from the distal end (204) of the optical fiber (104). Furthermore, degradation of the fiber tip may change the ratio between polarity (P) and polarity (S) in the reflected light beam (334a or 334b). Therefore, by generating reference readings for a particular optical fiber currently in use and monitoring these references on the fly, distance estimation can be more accurately performed as the tip of the optical fiber degrades, and even while the deterioration reaches a point where the optical fiber must be replaced. This can provide greater dynamic control over parameters associated with therapies or treatments.
LETD 시스템의 일부 이전 구성과 같이 LETD 시스템(900)은 비편광 레이저(502a, 502b 및 502c) 각각으로부터 오는 모든 입사 광 빔이 동일한 지점과 동일한 각도에서 광섬유(104)의 근위 단부(202)에 들어가는 것을 보장하기 위해 WDM(704)을 이용한다. 더욱이, 다양한 실시형태에서, WDM(704)을 사용하면 예를 들어 빔 분할부를 이용하는 일부 구성에 비해 전력 손실을 낮출 수 있다. Like some previous configurations of LETD systems, the LETD system (900) utilizes a WDM (704) to ensure that all incident optical beams from each of the unpolarized lasers (502a, 502b and 502c) enter the proximal end (202) of the optical fiber (104) at the same point and at the same angle. Moreover, in various embodiments, use of the WDM (704) can reduce power loss compared to some configurations that utilize, for example, a beam splitter.
도시된 레이저 소스로부터의 광 빔(504a, 504b 및 504c)뿐만 아니라 조준 빔(328)이 WDM(704)에 입력으로 제공될 수 있고, WDM은 광 빔이 동일하게 이동하는 방식으로 입사 광 빔을 결합시키도록 구성될 수 있다. 또한, WDM(704)의 출력은 빔 분할부(902)에 입력으로 제공될 수 있고, 이 빔 분할부는 입사광을 50:50의 비율로 분할할 수 있다. 일부 실시형태에서, 빔 분할부(902)는 자유 공간(예를 들어, 유리) 기반 빔 분할부일 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 빔 분할부(902)는 섬유 기반 빔 분할부일 수 있다. 많은 실시형태에서, 빔 분할부(902)와 연관된 전력 검출부(306)는 각각의 파장에 대응하는 광학 신호(예를 들어, 광 빔(710))의 전력을 측정할 수 있다. The optical beams (504a, 504b, and 504c) from the illustrated laser sources, as well as the aiming beam (328), can be provided as inputs to the WDM (704), which can be configured to couple the incident optical beams in such a way that the optical beams travel equally. Additionally, the output of the WDM (704) can be provided as inputs to the beam splitter (902), which can split the incident optical beams in a 50:50 ratio. In some embodiments, the beam splitter (902) can be a free space (e.g., glass) based beam splitter. In some other embodiments, the beam splitter (902) can be a fiber based beam splitter. In many embodiments, a power detector (306) associated with the beam splitter (902) can measure the power of an optical signal (e.g., the optical beam (710)) corresponding to each wavelength.
단일 광학 경로를 따라 정렬된 입사광인 빔 분할부(902)의 출력은 빔 결합부(310)에 입력으로 제공될 수 있다. 빔 결합부(310)는 도 9에 도시된 바와 같이 빔 분할부(902)에서 나오는 광 빔(710)을 조준 빔(328) 및 치료 빔(326)과 결합시킬 수 있다. 다양한 실시형태에서, 조준 빔(328)은 WDM(704)에 도입되거나, 빔 결합부(310)에 도입되거나, WDM(704)과 빔 결합부(310) 모두에 도입될 수 있다. 여러 실시형태에서, 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 레이저 소스(502a, 502b 및 502c) 이외의 하나 이상의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있고, 또는 조준 빔(328) 및/또는 치료 빔(326)은 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. 조준 빔(328), 치료 빔(326), 및 빔 결합부(310)로부터 수신된 광 빔(710)을 포함하는 결합된 광 빔(806)은 (예를 들어, 포트(314)를 통해) 광섬유(104)로 전달될 수 있다. The output of the beam splitter (902), which is the incident light aligned along a single optical path, can be provided as input to the beam combiner (310). The beam combiner (310) can combine the light beam (710) exiting the beam splitter (902) with the aiming beam (328) and the treatment beam (326), as illustrated in FIG. 9 . In various embodiments, the aiming beam (328) can be introduced into the WDM (704), introduced into the beam combiner (310), or introduced into both the WDM (704) and the beam combiner (310). In various embodiments, the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) can be generated by one or more laser sources other than the laser sources (502a, 502b, and 502c), or the aiming beam (328) and/or the treatment beam (326) can be generated by the laser sources. A combined light beam (806) comprising the aiming beam (328), the treatment beam (326), and the light beam (710) received from the beam combiner (310) can be transmitted into the optical fiber (104) (e.g., via the port (314)).
이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, LETD 시스템(900)은 다수의 빔 분할부의 사용을 제거한다. 또한, LETD 시스템(900)은 단일 빔 분할부를 이용하기 때문에, 치료 섬유 이동 및 섬유 굴곡 반경에 훨씬 덜 민감할 수 있으므로 보다 견고한 구성이 된다. 더욱이, LETD 시스템(900)은 빔 분할부, 빔 결합부, 검출부 등과 같은 더 적은 수의 광학 구성요소를 갖기 때문에, LETD 시스템(900)은 다른 구성보다 더 콤팩트하고 단순하며 저렴할 수 있다. As can be seen from this drawing, the LETD system (900) eliminates the use of multiple beam splitters. Additionally, because the LETD system (900) utilizes a single beam splitter, it may be much less sensitive to treatment fiber movement and fiber bend radius, resulting in a more robust configuration. Furthermore, because the LETD system (900) has fewer optical components, such as beam splitters, beam combiners, detectors, etc., the LETD system (900) may be more compact, simpler, and less expensive than other configurations.
전술한 예시적인 구성의 일부 실시형태에서, 광섬유(104)의 근위 단부(202)는 초소형 버전 A(sub-miniature version A)(SMA) 커넥터를 포함할 수 있으며, 이는 도 10에 도시된 바와 같이 8도 각도로 연마되거나 절단될 수 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 8도 각도로 경사 방식으로 절단하면 광섬유(104)의 근위 단부(202)로부터 반사된 광 빔(근위 단부(202)에서 발생하는 원치 않는 반사)을 방향 전환시켜, 상당한 노이즈를 줄이고 동적 범위를 증가시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 광 검출부에 들어가는 광 신호(예를 들어, 반사된 광 빔(334a))는 (a) 포트 렌즈에서의 반사; (b) 블라스트 실드에서의 반사; (c) 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 반사; 및/또는 (d) 광섬유(104)의 원위 단부(204)에서의 반사 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In some embodiments of the exemplary configuration described above, the proximal end (202) of the optical fiber (104) can include a sub-miniature version A (SMA) connector, which can be polished or cleaved at an 8 degree angle, as illustrated in FIG. 10 . As illustrated in this figure, chopping at an 8 degree angle can redirect a reflected light beam from the proximal end (202) of the optical fiber (104) (i.e., unwanted reflections occurring at the proximal end (202)), thereby significantly reducing noise and increasing dynamic range. In some embodiments, the optical signal entering the optical detector (e.g., the reflected light beam (334a)) can include one or more of: (a) reflections from the port lens; (b) reflections from the blast shield; (c) reflections from the proximal end (202) of the optical fiber (104); and/or (d) reflections from the distal end (204) of the optical fiber (104).
광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 AR 코팅은 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 반사를 (예를 들어, 3.5%에서 약 0.5%로) 감소시킬 수 있다. 그러나, 광섬유(104)의 근위 단부(202)의 각도를 보다 정밀하게 하면 원치 않는 반사를 줄여 표적(102)에서 반사되는 신호의 동적 범위를 개선하는 데 도움을 준다. 일부 다른 실시형태에서, SMA 커넥터는 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이 8도 대신에 4도 각도로 연마되거나 절단될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 예를 들어 8도(또는 그 이상) 각도 대신에 4도 각도로 경사 방식으로 절단하면 신호 견고성을 향상시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, SMA 커넥터의 절단 각도가 작을수록 광섬유(104)의 신호 견고성이 더 높아질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 대략 2도 내지 대략 8도의 각도가 이용될 수 있다. 일반적으로, 낮은 각도는 광학 기기에서 구현하기가 더 어렵다. 다시 말해, 주 신호로부터 빼내기(snatch)가 더 어렵다. 그러나, 광은 더 높은 각도(예를 들어, 10도 이상)에서는 섬유로 들어가지 못한다. An AR coating at the proximal end (202) of the optical fiber (104) can reduce reflections at the proximal end (202) of the optical fiber (104) (e.g., from 3.5% to about 0.5%). However, angling the proximal end (202) of the optical fiber (104) more precisely can help reduce unwanted reflections and improve the dynamic range of the signal reflected from the target (102). In some other embodiments, the SMA connector can be polished or cleaved at a 4 degree angle instead of an 8 degree angle, for example, as illustrated in FIG. 11 . In various embodiments, chopping at a 4 degree angle instead of an 8 degree (or greater) angle can improve signal robustness. In some embodiments, a smaller chopping angle of the SMA connector can result in higher signal robustness of the optical fiber (104). In various embodiments, an angle of about 2 degrees to about 8 degrees can be used. In general, lower angles are more difficult to implement in optical devices. In other words, it is more difficult to snatch from the main signal. However, light cannot enter the fiber at higher angles (e.g., greater than 10 degrees).
도 12는 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 방법(1200)을 보여주는 흐름도를 도시한다. 방법(1200)은 시스템(100) 및 전술한 LETD 시스템(106)(예를 들어, LETD 시스템(300), LETD 시스템(400), LETD 시스템(500), LETD 시스템(600), LETD 시스템(700), LETD 시스템(800), LETD 시스템(900) 등)의 다양한 구성을 참조하여 설명된다. 그러나, 방법(1200)은 본 명세서에서 설명된 것과 다른 LETD를 사용하여 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 실시형태는 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. FIG. 12 depicts a flow diagram showing a method (1200) for estimating a distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The method (1200) is described with reference to various configurations of the system (100) and the LETD system (106) described above (e.g., LETD system (300), LETD system (400), LETD system (500), LETD system (600), LETD system (700), LETD system (800), LETD system (900), etc.). However, it is to be understood that the method (1200) can be implemented using LETDs other than those described herein. Embodiments are not limited in this context.
블록(1202)에서, 방법(1200)은 복수의 상이한 파장의 레이저 광으로 표적을 조명하는 단계를 포함한다. 예를 들어, LETD 시스템(106)은 광섬유(104)를 통해 복수의 상이한 파장의 레이저 광으로 표적(102)을 조명하기 위해 복수의 레이저 광원(예를 들어, 레이저 소스(302a 및 302b), 레이저 소스(502a, 502b 및/또는 502c) 등)을 이용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복수의 상이한 파장의 레이저 광은 위에 논의된 구성 중 하나를 사용하여 표적(102)을 조명하기 위해 광섬유(104)에 제공될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 본 발명은 상이한 유형의 표적(102), 표적 조성, 표적 색상, 표적 표면 등과 관련하여 견고성을 보장하기 위해 각 파장이 상이한 물 흡수 계수를 갖는 2개의 상이한 파장(예를 들어, 광 빔(320a 및 320b) 또는 광 빔(504a, 504b 및/또는 504c) 등)을 갖는 광을 사용할 수 있다. At block (1202), the method (1200) includes illuminating a target with laser light of a plurality of different wavelengths. For example, the LETD system (106) can utilize a plurality of laser sources (e.g., laser sources 302a and 302b, laser sources 502a, 502b and/or 502c, etc.) to illuminate the target (102) with laser light of a plurality of different wavelengths via an optical fiber (104). In some embodiments, the plurality of different wavelengths of laser light can be provided to the optical fiber (104) to illuminate the target (102) using one of the configurations discussed above. In various embodiments, the present invention may use light having two different wavelengths (e.g., light beams 320a and 320b or light beams 504a, 504b and/or 504c) each having different water absorption coefficients to ensure robustness with respect to different types of targets (102), target compositions, target colors, target surfaces, etc.
일부 실시형태에서, 2개의 (또는 3개 이상의) 파장은 하나의 파장이 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장이고, 다른 하나의 파장이 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장이 되도록 선택될 수 있다. 예로서, 2개의 파장은 1310nm와 1340nm일 수 있다. 그러나, 상이한 물 흡수 계수를 가진 상이한 파장도 사용할 수 있으므로 이 예는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 1260nm 내지 1320nm가 LO에 이용될 수 있고, 1330nm 내지 1380nm는 HI에 이용될 수 있다. 보다 일반적으로, 2:1(또는 그 이상) 비율의 파장 물 흡수 계수 쌍의 임의의 조합이 이용될 수 있다. 일부 실시형태에서, LO 및 HI 레이저에 각각 1310nm 및 1340nm 레이저 쌍, 1260nm 및 1340nm 레이저 쌍, 1260nm 및 1310nm 레이저 쌍, 및 1310nm 및 1550nm 레이저 쌍 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 2개의 레이저 소스(예를 들어, 201a 및 201b 또는 201a' 및 201b')를 사용하여 2개의 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. 일부 실시형태에서, 레이저 광원은 편광 레이저 소스, 비편광 레이저 소스, 또는 편광 및 비편광 레이저 소스의 조합일 수 있다. 예로서, 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 측정하기 위해 본 발명을 제한함이 없이 저전력 적외선(IR) 레이저를 사용하여 광섬유(104)를 통해 표적(102)을 조명할 수 있다. 다른 실시형태에서, IR 레이저 이외의 레이저를 이용할 수 있다. 그러나, IR 레이저는 사용자를 교란시킬 수 있는 가시광 빔을 포함하지 않기 때문에 이용될 수 있다. In some embodiments, the two (or more) wavelengths can be selected such that one wavelength is a wavelength having a low water absorption coefficient (LO) and the other wavelength is a wavelength having a high water absorption coefficient (HI). As an example, the two wavelengths can be 1310 nm and 1340 nm. However, this example should not be construed as limiting the invention, as different wavelengths having different water absorption coefficients can also be used. For example, 1260 nm to 1320 nm can be used for LO, and 1330 nm to 1380 nm can be used for HI. More generally, any combination of wavelength water absorption coefficient pairs in a 2:1 (or greater) ratio can be used. In some embodiments, one or more of a 1310 nm and 1340 nm laser pair, a 1260 nm and 1340 nm laser pair, a 1260 nm and 1310 nm laser pair, and a 1310 nm and 1550 nm laser pair may be utilized for the LO and HI lasers, respectively. As outlined above, in some embodiments, two laser sources (e.g., 201a and 201b or 201a' and 201b') may be used to emit light of two different wavelengths. In some embodiments, the laser sources may be polarized laser sources, unpolarized laser sources, or a combination of polarized and unpolarized laser sources. As an example, without limiting the present invention, a low power infrared (IR) laser may be used to illuminate a target (102) through the optical fiber (104) to measure the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102). In other embodiments, a laser other than an IR laser may be used. However, an IR laser may be used because it does not contain a visible light beam that may be distracting to the user.
블록(1204)에서, 방법(1200)은 광섬유를 통해 표적으로부터 반사된 광 빔을 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, LETD 시스템(106)은 광섬유(104)를 통해 표적(102)으로부터 반사된 광 빔(334a) 또는 반사된 광 빔(514a)을 수신할 수 있다. 일부 실시형태에서, 반사된 광 빔(334a) 또는 반사된 광 빔(514a)은 예를 들어 광섬유(104)의 근위 단부(202)로부터, 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터, 포트(314)로부터, 블라스트 실드(도시되지 않음) 등으로부터 반사된 광 빔의 혼합을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, LETD 시스템(106)은 세기를 측정하는 데 적합한 반사된 광 빔을 식별하도록 구성될 수 있다. At block (1204), the method (1200) includes receiving a reflected light beam from a target via an optical fiber. For example, the LETD system (106) can receive a reflected light beam (334a) or a reflected light beam (514a) from a target (102) via the optical fiber (104). In some embodiments, the reflected light beam (334a) or the reflected light beam (514a) can include a mixture of light beams reflected from, for example, a proximal end (202) of the optical fiber (104), a distal end (204) of the optical fiber (104), a port (314), a blast shield (not shown), and the like. In various embodiments, the LETD system (106) can be configured to identify a reflected light beam suitable for measuring an intensity.
블록(1206)에서, 방법(1200)은, 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 반사된 광 빔을 검출하고, 하나 이상의 광 검출부에 의해 측정된 반사된 광 빔의 세기의 표시(예를 들어, 전기 신호 등)를 처리 유닛으로 전달함으로써 반사된 광 빔의 세기를 측정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, LETD 시스템(106)은 LETD 시스템(106)에 제공된 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 복귀된 신호를 검출함으로써 반사된 광 빔(334a) 또는 반사된 광 빔(514a)(본 명세서에서 복귀된 신호라고도 함)의 세기를 측정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 표적(102)을 조명하기 위해 2개의 상이한 파장이 사용되기 때문에, 측정된 세기는 2개의 상이한 파장에 관한 것이다. 따라서, 레이저 소스(예를 들어, 레이저 소스(302a 및 302b 등))의 2개의 상이한 파장에 대응하는 2개의 측정된 세기는 LETD 시스템(106)과 연관된 처리 유닛(108)으로 전달될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 3개 이상의 상이한 파장을 이용, 측정 및/또는 전달할 수 있다. At block (1206), the method (1200) includes measuring an intensity of the reflected light beam by detecting the reflected light beam using one or more photodetectors and transmitting an indication (e.g., an electrical signal, etc.) of the intensity of the reflected light beam measured by the one or more photodetectors to a processing unit. For example, the LETD system (106) can measure the intensity of the reflected light beam (334a) or the reflected light beam (514a) (also referred to herein as a returned signal) by detecting the returned signal using one or more photodetectors provided to the LETD system (106). In some embodiments, since two different wavelengths are used to illuminate the target (102), the measured intensities are for two different wavelengths. Thus, two measured intensities corresponding to two different wavelengths of a laser source (e.g., laser sources 302a and 302b, etc.) can be transmitted to a processing unit (108) associated with the LETD system (106). In various embodiments, three or more different wavelengths can be utilized, measured, and/or transmitted.
블록(1208)에서, 방법(1200)은 하나 이상의 광 검출부에 의해 측정된 반사된 광 빔의 세기의 표시를 처리 유닛에 의해 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 LETD 시스템(106)으로부터 반사된 광 빔(334a 등)의 측정된 세기의 표시(들)를 포함하는 전기 신호를 수신할 수 있다. At block (1208), the method (1200) includes receiving, by the processing unit, an indication of the intensity of a reflected light beam as measured by one or more photodetectors. For example, the processing unit (108) may receive an electrical signal comprising an indication(s) of the measured intensity of the reflected light beam (e.g., 334a) from the LETD system (106).
블록(1210)에서, 방법(1200)은 하나 이상의 광 검출부에 의해 측정된 반사된 광 빔의 세기에 기초하여 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 처리 유닛에 의해 추정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 복귀된 신호의 측정된 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 처리 유닛(108)은 아래에 나타낸 바와 같이 수식 1에 측정된 세기를 대입할 수 있다:At block (1210), the method (1200) includes estimating, by the processing unit, a distance between the distal end of the optical fiber and the target based on the intensity of the reflected light beam measured by one or more optical detectors. For example, the processing unit (108) can estimate the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the measured intensity of the returned signal. In some embodiments, the processing unit (108) can plug the measured intensity into Equation 1, as shown below:
복귀된 신호의 세기 = R * e(-λ*X) : 수식 1The intensity of the returned signal = R * e (-λ * X) : Equation 1
위의 수식 1에서, "R"은 표적 조성, 표적 색상/색소, 표적 각도, 표적 표면 등에 의해 영향을 받는 표적 반사 계수를 나타내고; "λ"는 특정 파장의 물 흡수 계수를 나타내고; "X"는 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 나타낸다. In the above Equation 1, “R” represents the target reflection coefficient which is affected by the target composition, target color/pigment, target angle, target surface, etc.; “λ” represents the water absorption coefficient at a specific wavelength; and “X” represents the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102).
위의 수식 1에서, "X"와 "R"은 처리 유닛(108)에 의해 결정되어야 하는 미지의 파라미터이다. 따라서, "X"와 "R"의 값을 결정하기 위해, 처리 유닛(108)은 위의 수식 1에 두 개의 측정된 세기값을 대입하여 대응하는 파장의 물 흡수 계수와 측정된 세기를 대입한 값을 갖는 두 개의 수식을 얻을 수 있다. 예를 들어, 대입한 값을 갖는 두 개의 수식은 아래에 나타낸 바와 같을 수 있다:In the above Equation 1, "X" and "R" are unknown parameters to be determined by the processing unit (108). Therefore, in order to determine the values of "X" and "R", the processing unit (108) can substitute two measured intensity values into the above Equation 1 to obtain two equations having the water absorption coefficient of the corresponding wavelength and the values substituted for the measured intensity. For example, the two equations having the substituted values can be as shown below:
I(HI) = R*e(-λ_HI*X) : 수식 1.1I (HI) = R*e (-λ_HI*X) : Formula 1.1
I(LO) = R*e(-λ_LO*X) : 수식 1.2I (LO) = R*e (-λ_LO*X) : Equation 1.2
처리 유닛(108)은 다음과 같이 위의 대입된 수식 1.1 및 수식 1.2를 더 단순화할 수 있고, 즉 수식 2.1을 사용하여 두 개의 상이한 파장의 복귀된 신호에 대해 얻어진 측정된 세기값의 비율을 연산하고, 수식 2.2에 나타낸 바와 같이 자연 로그를 사용하여 거리 값을 결정할 수 있다. The processing unit (108) can further simplify the above substituted equations 1.1 and 1.2 as follows, that is, calculate the ratio of measured intensity values obtained for the returned signals of two different wavelengths using equation 2.1, and determine the distance value using the natural logarithm as shown in equation 2.2.
: 수식 2.1 : Equation 2.1
: 수식 2.2 : Equation 2.2
따라서, 처리 유닛(108)은 위에 나타낸 바와 같이 수식 1.1 및 수식 1.2를 단순화함으로써 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리(X)를 추정할 수 있다. 위의 수식 2.2에서, "ln"은 자연 로그를 의미한다. 일부 실시형태에서, 거리(X)는 밀리미터 단위로 측정될 수 있다. 일부 실시형태에서, X는 두 파장에 대해 동일한 거리이고, R(표적 반사)은 선택된 파장이 "nm 규모"에서 서로 근접할 때 두 파장에 대해 거의 동일하다. 일부 실시형태에서, 이들 파장은 250nm(예를 들어, 1310nm와 1340nm 또는 1310nm와 1550m) 내에 있을 때 "nm 규모"에서 서로 근접한 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 많은 실시형태에서, 더 근접한 R 값을 갖는 파장을 선택할 수 있다. 따라서, 1310nm와 1550nm보다 1310nm와 1340nm를 선택할 수 있다. 본 발명의 일부 예에서, 2개의 레이저 소스(예를 들어, 레이저 소스(302a 및 302b) 또는 등)는 서로 100nm 내에 있는 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열될 수 있다. Accordingly, the processing unit (108) can estimate the distance (X) between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) by simplifying Equations 1.1 and 1.2 as shown above. In Equation 2.2 above, "ln" stands for natural logarithm. In some embodiments, the distance (X) can be measured in millimeters. In some embodiments, X is the same distance for the two wavelengths, and R (target reflection) is approximately the same for the two wavelengths when the selected wavelengths are close to each other on the "nm scale". In some embodiments, the wavelengths can be considered close to each other on the "nm scale" when they are within 250 nm (e.g., 1310 nm and 1340 nm or 1310 nm and 1550 nm). However, in many embodiments, a wavelength having a closer R value can be selected. Therefore, 1310 nm and 1340 nm can be selected over 1310 nm and 1550 nm. In some examples of the present invention, the two laser sources (e.g., laser sources (302a and 302b) or the like) can be arranged to emit light having wavelengths within 100 nm of each other.
광섬유(104)의 상태는 광섬유(104)의 원위 단부(204) 및/또는 근위 단부(202)의 변화 또는 열화, 편광 스크램블링에 대한 섬유 굴곡 효과, 또는 광섬유(104)에서 발생하는 임의의 다른 열화 및 변화와 같은 요인으로 인해 영향을 받을 수 있다. 광섬유(104), 특히 광섬유(104)의 팁/단부의 광학 상태의 변화는 조사되는 빔의 품질, 내부 반사된 광 빔의 세기, 표적에서 반사되어 섬유로 들어가는 광의 양, 표적에 도달하는 에너지의 양, 및 측정의 정확도 중 하나 이상에 악영향을 미칠 수 있다. 이것은 거리 추정의 정확도에 영향을 미칠 수 있고, 잠재적으로 미국 특허 가출원 번호 63/118,117(전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용됨)에 설명된 바와 같이 거리 추정에 기초하는 에너지 최적화를 잘못 계산하거나 치료 동안 광섬유(104)의 위치 설정에 부정확성을 야기할 수 있다. The condition of the optical fiber (104) may be affected by factors such as changes or degradation of the distal end (204) and/or the proximal end (202) of the optical fiber (104), fiber bending effects on polarization scrambling, or any other degradation or change that occurs in the optical fiber (104). Changes in the optical condition of the optical fiber (104), particularly the tip/end of the optical fiber (104), may adversely affect one or more of the quality of the beam being irradiated, the intensity of the internally reflected light beam, the amount of light that reflects off the target and enters the fiber, the amount of energy that reaches the target, and the accuracy of the measurement. This may affect the accuracy of the distance estimation and potentially cause miscalculations of energy optimization based on distance estimation as described in U.S. Provisional Patent Application No. 63/118,117, which is incorporated herein by reference in its entirety, or may cause inaccuracies in the positioning of the optical fiber (104) during treatment.
섬유(예를 들어, 섬유 근위 단부 또는 섬유 원위 단부)와 연관된 평면 또는 섬유와 광학적으로 연결된 다른 광학 요소(예를 들어, 렌즈 또는 실드)와 연관된 평면에서의 내부 반사는 기생 및 원치 않는 반사를 생성할 수 있다. 게다가, 이러한 내부 반사는 섬유 또는 다른 요소의 열화로 인해 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 또한, 섬유 열화는 표적을 향해 조사되는 레이저 빔의 품질 및/또는 표적 조직으로부터의 후방 반사된 광, 예를 들어, 반사된 광 빔(334a 및 334b)으로서 광섬유에 입사하고 통과하는 반사된 광의 세기를 변화시킬 수 있다. Internal reflections in planes associated with the fiber (e.g., the fiber proximal end or the fiber distal end) or in planes associated with other optical elements optically coupled to the fiber (e.g., a lens or shield) can create parasitic and unwanted reflections. Additionally, such internal reflections can change over time due to degradation of the fiber or other elements. Additionally, fiber degradation can change the quality of the laser beam directed toward the target and/or the intensity of reflected light incident on and passing through the optical fiber as back-reflected light from the target tissue, e.g., reflected light beams (334a and 334b).
그리하여, 일부 실시형태에서, 블록(1210)에서, 방법(1200)은 섬유 열화 및 내부 반사의 변화 동안 정확한 거리 측정을 유지하기 위해 치료가 시작되기 전에 각 레이저의 초기 내부 반사를 측정할 수 있다. 많은 이러한 실시형태에서, 초기 내부 반사값(또는 기본 값)이 기록되고 이를 이용하여 시간 경과에 따른 변화를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 초기 내부 반사값의 표시를 저장하기 위한 회로부(예를 들어, 레지스터, 메모리 등)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 이 과정은 레이저 시스템과 함께 사용될 하나 이상의 광섬유(104)에 대해 수행될 수 있다. 예를 들어, 이 과정은 레이저 시스템과 함께 사용될 각각의 광섬유(104)에 대해 수행될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다양한 실시형태는 본 명세서에 제공된 거리 측정값을 동적으로 교정하기 위해 (예를 들어, 처리 유닛(108) 등의 회로부에 저장된) 초기 내부 반사값으로부터의 변화를 모니터링할 수 있다. Thus, in some embodiments, at block (1210), the method (1200) can measure the initial internal reflection of each laser before treatment begins to maintain accurate distance measurements during fiber degradation and changes in internal reflection. In many such embodiments, the initial internal reflection value (or baseline value) can be recorded and used to monitor changes over time. For example, the processing unit (108) can include circuitry (e.g., registers, memory, etc.) to store an indication of the initial internal reflection value. In some embodiments, this process can be performed for one or more optical fibers (104) to be used with the laser system. For example, this process can be performed for each optical fiber (104) to be used with the laser system. Various embodiments described herein can monitor changes from the initial internal reflection value (e.g., stored in circuitry such as the processing unit (108)) to dynamically correct the distance measurements provided herein.
일부 실시형태에서, 처리 유닛(108)은 시스템 전처리 교정 과정을 사용하여 (예를 들어, 원치 않는) 이러한 기생 반사의 기준 값을 (예를 들어, 레지스터, 메모리 등으로부터) 판독하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 시스템 전처리 교정 과정은 표적 없이 물에 처리 섬유를 설치하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서, "표적 없이"란 표적에서 광섬유(104)로 신호(반사된 광 빔(334a))로서 반사되는 광이 없거나 거의 없도록 가장 가까운 표적(예를 들어, 결석, 종양 등)이 섬유의 팁으로부터 충분히 멀리 위치될 수 있음을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 거리는 IR 소스(예를 들어, 1310nm 및 1340nm 소스)에 대해 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 예를 들어 10mm 또는 그 이상일 수 있다. 그러나, 가시광 빔(예를 들어, 400nm 내지 700nm)을 사용하는 경우 10mm 초과의 길이를 이용할 수 있다. 이후, 이러한 상태 하에서, 시스템은 전술한 바와 같이 레이저(예를 들어, 레이저 소스(302a 및 302b) 또는 등)를 활성화하고 반사된 신호(반사된 광 빔(334a))를 측정할 수 있다. 이러한 상태(예를 들어, 표적 없이 물 속에서 활성인 레이저) 하에서 반사된 광(반사된 광 빔(334a))이 매우 낮기 때문에 광 검출부에 도달하는 신호는 (예를 들어, 포트(314), 근위 단부(202), 원위 단부(204) 등으로부터) 광섬유(104)와 연관된 내부 반사와 주로 관련된다. In some embodiments, the processing unit (108) is configured to read (e.g., from a register, memory, etc.) a reference value of such (e.g., unwanted) parasitic reflections using a system pre-processing calibration procedure. In some embodiments, the system pre-processing calibration procedure may include installing the treatment fiber in water without a target. In this context, "without a target" may be interpreted to mean that the nearest target (e.g., a stone, tumor, etc.) is positioned sufficiently far from the tip of the fiber such that no or little light is reflected as a signal (reflected light beam (334a)) from the target into the fiber (104). This distance may be, for example, 10 mm or more from the distal end (204) of the fiber (104) for IR sources (e.g., 1310 nm and 1340 nm sources). However, lengths greater than 10 mm may be utilized when using visible light beams (e.g., 400 nm to 700 nm). Thereafter, under these conditions, the system can activate the laser (e.g., laser sources (302a and 302b) or the like) as described above and measure the reflected signal (reflected light beam (334a)). Since the reflected light (reflected light beam (334a)) is very low under these conditions (e.g., laser active in water without a target), the signal reaching the optical detector is mainly related to internal reflections associated with the optical fiber (104) (e.g., from the port (314), the proximal end (202), the distal end (204), etc.).
이러한 시나리오에서 내부 반사된(IR) 광 빔은 광 검출부를 사용하여 검출될 수 있고, 측정된 세기값은 처리 유닛(108)에 의해 (예를 들어, 레지스터, 메모리 회로부 등에) IR(HI) 및 IR(LO)로서 저장될 수 있다. IR(HI)는 광섬유(104)의 팁(예를 들어, 원위 단부(204))에 가까이에 표적이 없을 때 더 높은 물 흡수 계수를 갖는 입사광의 내부 반사광의 세기일 수 있는 반면, IR(LO)는 광섬유(104)(예를 들어, 원위 단부(204))에 가까이에 표적이 없을 때 낮은 물 흡수 계수를 갖는 입사광의 내부 반사광의 세기일 수 있다. 이후, 요법 또는 치료 동안, 광섬유의 원위 단부(204)가 표적(102)에 더 가까이에 위치된 동안 레이저가 활성화되면, 반사된 광 빔(334a)은 광섬유(104)를 통해 후방으로 반사될 수 있고 본 명세서에 설명된 광 검출부를 사용하여 검출될 수 있다. In such a scenario, the internally reflected (IR) light beam can be detected using a photodetector, and the measured intensity values can be stored by the processing unit (108) (e.g., in a register, memory circuit, etc.) as IR (HI) and IR (LO) . IR (HI) can be the intensity of the internally reflected light of incident light having a higher water absorption coefficient when no target is near the tip of the optical fiber (104) (e.g., the distal end (204)), whereas IR (LO) can be the intensity of the internally reflected light of incident light having a lower water absorption coefficient when no target is near the optical fiber (104) (e.g., the distal end (204)). Subsequently, during therapy or treatment, when the laser is activated while the distal end (204) of the optical fiber is positioned closer to the target (102), the reflected light beam (334a) can be reflected backwards through the optical fiber (104) and detected using the light detector described herein.
위에서 설명된 바와 같이 측정된 세기값을 계산하는 것에 더하여, 처리 유닛(108)은 블록(1210)에서 측정된 세기값을 (예를 들어, 레지스터, 메모리 회로부 등에) I(HI)(이는 더 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장에 대응하는 표적(102)(예를 들어, 조직, 결석 등)으로부터 복귀된 신호의 세기의 표시일 수 있음)로서 저장할 수 있고, 그리고 I(LO)(보다 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장에 대응하는 표적(102)(예를 들어, 조직, 결석 등)으로부터 복귀된 신호의 세기의 표시일 수 있음)로서 저장할 수 있다. 그러나, 실제 반사된 광 빔(334a)의 판독값으로부터 기생(또는 원치 않는) 반사광의 값을 제거하기 위해, 처리 유닛(108)은 아래의 수식 3.1에 도시된 바와 같이 실제 복귀된 신호 I(HI)의 판독값으로부터 IR(HI)을 감산하고/하거나 감소시키고, 아래의 수식 3.1과 수식 3.2에 나타낸 바와 같이 실제 복귀된 신호 I(LO)의 판독값으로부터 IR(LO)을 각각 감산하고/하거나 감소시킬 수 있다. In addition to calculating the measured intensity values as described above, the processing unit (108) may store the measured intensity values in block (1210) (e.g., in a register, memory circuit, etc.) as I (HI) (which may be an indication of the intensity of the signal returned from the target (102) (e.g., tissue, stone, etc.) corresponding to a wavelength having a higher water absorption coefficient (HI)) and as I (LO) (which may be an indication of the intensity of the signal returned from the target (102) (e.g., tissue, stone, etc.) corresponding to a wavelength having a lower water absorption coefficient (LO). However, to remove the value of the parasitic (or unwanted) reflection from the reading of the actual reflected light beam (334a), the processing unit (108) can subtract and/or reduce IR (HI) from the reading of the actual returned signal I (HI) as shown in Equation 3.1 below, and subtract and/or reduce IR (LO) from the reading of the actual returned signal I (LO) as shown in Equations 3.1 and 3.2 below, respectively.
I'(HI) = I(HI) - IR(HI) : 수식 3.1I' (HI) = I (HI) - IR (HI) : Formula 3.1
I'(LO) = I(LO) - IR(LO) : 수식 3.2I' (LO) = I (LO) - IR (LO) : Formula 3.2
위의 수식 3.1에서, I'(HI)는 (기생(또는 원치 않는) 반사 없이) 더 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장에 대응하는 복귀된 신호의 새로 계산된 세기를 나타내고; I(HI)는 (기생(또는 원치 않는) 반사 하에서) 더 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장에 대응하는 복귀된 신호의 측정된 세기를 나타내고; IR(HI)는 ("표적 없이" 측정된) 더 높은 물 흡수 계수를 갖는 입사광의 내부 반사광의 측정된 세기를 나타낸다. In the above Equation 3.1, I' (HI) represents the newly calculated intensity of the returned signal corresponding to the wavelength with higher water absorption coefficient (HI) (without parasitic (or unwanted) reflections); I (HI) represents the measured intensity of the returned signal corresponding to the wavelength with higher water absorption coefficient (HI) (under parasitic (or unwanted) reflections); and IR (HI) represents the measured intensity of the internally reflected light of the incident light with higher water absorption coefficient (measured "without a target").
유사하게, 위의 수식 3.2에서, I'(LO)는 (기생(또는 원치 않는) 반사 없이) 더 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장에 대응하는 복귀된 신호의 새로 계산된 세기를 나타내고; I(LO)는 (기생(또는 원치 않는) 반사 하에서) 더 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장에 대응하는 복귀된 신호의 측정된 세기를 나타내고; IR(LO)는 ("표적 없이" 측정된) 더 낮은 물 흡수 계수를 갖는 입사광의 내부 반사광의 측정된 세기를 나타낸다. Similarly, in the above Equation 3.2, I' (LO) represents the newly calculated intensity of the returned signal corresponding to the wavelength with lower water absorption coefficient (LO) (without parasitic (or unwanted) reflections); I (LO) represents the measured intensity of the returned signal corresponding to the wavelength with lower water absorption coefficient (LO) (under parasitic (or unwanted) reflections); and IR (LO) represents the measured intensity of the internally reflected light of the incident light with lower water absorption coefficient (measured "without a target").
따라서, 새로운 세기 계산된 값(I'( HI) 및 I'( LO))을 사용하여, 처리 유닛(107)은 아래에 나타낸 바와 같이 수식 2.2에 새로운 "교정된" 값(I'( HI) 및 I'(LO))을 대입하여 광섬유(103)의 원위 단부(113)와 표적(101) 사이의 거리를 결정할 수 있다:Therefore, using the new century calculated values (I' ( HI) and I' ( LO) ), the processing unit (107) can determine the distance between the distal end (113) of the optical fiber (103) and the target (101) by substituting the new "corrected" values (I' ( HI) and I' (LO) ) into Equation 2.2 as shown below:
일부 실시형태에서, 위의 "X" 수식은 또한 아래에 나타낸 바와 같이 표시될 수 있다:In some embodiments, the above "X" formula can also be represented as shown below:
전술한 바와 같이, 내부 반사는 시간이 지남에 따라 일정하지 않을 수 있고, (시스템 외부의 치료 환경의 동역학으로 인한 변화와 달리) 시스템의 내부 광학 파라미터의 일부 변화, 예를 들어, 광섬유(104)의 원위 단부(204)의 광학 품질의 일부 변화로 인해 변할 수 있다. 치료 빔(326)의 전력 레벨, 광섬유(104)의 원위 단부(204)(또는 팁)에서 발생하는 공동화 효과, 및 치료 동안 섬유가 배치되는 액체 환경 중 하나 이상으로 인해, 광섬유는 주로 원위 단부(204)(또는 팁)에서 다양한 양의 열화를 겪는다. 따라서, 몇몇 실시형태에서, "실시간" 또는 "동적" 교정은 치료 동안 반사된 광 빔(334a)을 반복적으로 모니터링하고 내부 반사의 이러한 변화를 동적으로 설명하거나 조정함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시간 교정을 수행하기 위해, 본 명세서에 설명된 구성에 도시된 바와 같이, 교정 레이저(예를 들어, 레이저 소스(302c) 또는 등)는 광섬유(104)의 이러한 열화를 설명하는 거리 추정을 보다 정확히 수행하는 데 사용될 수 있다. As mentioned above, internal reflections may not be constant over time, and may vary due to some change in some internal optical parameter of the system (as opposed to changes due to dynamics of the treatment environment external to the system), for example, some change in the optical quality of the distal end (204) of the optical fiber (104). Due to one or more of the power level of the treatment beam (326), cavitation effects occurring at the distal end (204) (or tip) of the optical fiber (104), and the liquid environment in which the fiber is placed during treatment, the optical fiber experiences varying amounts of degradation, primarily at the distal end (204) (or tip). Therefore, in some embodiments, “real-time” or “dynamic” correction may be performed by repeatedly monitoring the reflected light beam (334a) during a treatment and dynamically accounting for or adjusting for these changes in internal reflections. For example, to perform such real-time corrections, a correction laser (e.g., laser source (302c) or the like) as illustrated in the configuration described herein may be used to more accurately perform distance estimations that account for such degradation of the optical fiber (104).
이들 구성과 관련하여 설명된 바와 같이, 교정 레이저 빔(예를 들어, 광 빔(320c) 또는 등)은 물에서 매우 높은 흡수 계수를 갖는 파장을 가진다. 예로서, 편광 레이저 소스(302c) 또는 비편광 레이저 소스(502c)의 파장은 1435nm일 수 있다. 이들 "교정" 레이저 소스에 의해 생성된 레이저 빔은 위에서 설명된 바와 같이 액체 환경에 매우 강하게 흡수되기 때문에 이러한 레이저 빔과 연관된 임의의 반사된 광 빔(334a)은 거의 섬유로 되돌아가지 않는다. 따라서, 교정 레이저 소스가 활성화되는 동안, 교정 레이저 소스의 파장을 갖는 반사된 광 빔(334a)은 주로 내부 반사와 연관된다(또는 내부 반사를 나타낸다). As described in connection with these configurations, the correction laser beam (e.g., optical beam (320c) or the like) has a wavelength that has a very high absorption coefficient in water. For example, the wavelength of the polarized laser source (302c) or the unpolarized laser source (502c) may be 1435 nm. Since the laser beams generated by these “correction” laser sources are very strongly absorbed in the liquid environment as described above, virtually no reflected optical beams (334a) associated with such laser beams return to the fiber. Thus, while the correction laser source is activated, the reflected optical beams (334a) having the wavelength of the correction laser source are primarily associated with (or represent) internal reflections.
몇몇 실시형태에서, 처리 유닛(108)은, 블록(1210)에서, 치료가 시작되기 전에 레이저 소스(레이저 소스(302c) 또는 등)와 연관된 시스템(100)의 내부 반사에 대한 하나 이상의 기본 값을 판독하고 저장하도록 구성될 수 있다. 이들 하나 이상의 기본 값은 치료가 시작되기 전에 광섬유(104)의 "품질"(예를 들어, 원위 단부(204)의 광학 품질)을 나타낼 수 있고, 처리 유닛(108)에 의해 (예를 들어, 레지스터, 메모리 회로부 등에) 저장될 수 있다. 또한, 처리 유닛(108)은 기본 값으로부터의 편차를 식별하기 위해 교정 레이저 소스(예를 들어, 레이저 소스(302c) 등)에 의해 방출된 광의 내부 반사를 치료 동안 "실시간"으로 (예를 들어, 주기적으로, 반복적으로 등) 계속 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 편차를 모니터링하면 광섬유(104)의 광학 품질의 열화에 대한 표시를 제공할 수 있고, 이를 사용하여 반사된 광 빔(334a)과 연관된 측정된 후방 반사된 세기를 수정할 수 있다. 많은 실시형태에서, 교정 레이저 소스에 의해 방출된 광의 내부 반사광의 판독값에 기초하여 처리 유닛(108)은 주 레이저 소스(예를 들어, 레이저 소스(302a 및 302b) 등)에 대한 교정 파라미터를 수정할 수 있다. In some embodiments, the processing unit (108) may be configured to read and store, at block (1210), one or more baseline values for internal reflections of the system (100) associated with the laser source (e.g., laser source (302c) or the like) prior to the start of treatment. These one or more baseline values may represent the "quality" of the optical fiber (104) (e.g., optical quality of the distal end (204)) prior to the start of treatment and may be stored by the processing unit (108) (e.g., in a register, memory circuitry, etc.). Additionally, the processing unit (108) may be configured to continuously measure (e.g., periodically, repeatedly, etc.) the internal reflections of light emitted by the calibration laser source (e.g., laser source (302c) or the like) in "real time" during the treatment to identify deviations from the baseline values. Monitoring these deviations can provide an indication of a degradation in the optical quality of the optical fiber (104), which can be used to correct the measured back-reflected intensity associated with the reflected optical beam (334a). In many embodiments, based on the readings of the internal reflections of light emitted by the calibration laser source, the processing unit (108) can correct the calibration parameters for the primary laser source (e.g., laser sources (302a and 302b)).
일부 실시형태에서, 방법(1200)은 교정 과정을 위한 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 시스템(100)이 수중에서 활성화되는 교정 레이저 소스에 의해 방출된 광과 연관된 하나 이상의 내부 반사값을 판독하고 저장할 수 있다. 교정 레이저 소스는 물에 매우 많이 흡수되기 때문에, 다른 레이저 소스에 의해 방출된 광과 연관된 반사된 신호의 측정에 비해 교정 레이저 소스의 교정 판독 동안 표적(102)까지의 거리에 대한 감도는 훨씬 더 적을 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명하겠지만, 이를 통해 표적이 섬유의 팁에 가까이 있을 때에도 치료 동안 교정 레이저 측정을 계속할 수 있다. In some embodiments, the method (1200) may include a block for a calibration process. For example, the processing unit (108) may read and store one or more internal reflection values associated with light emitted by a calibration laser source activated in water while the system (100) is in water. Because the calibration laser source is highly absorbed by water, the sensitivity to distance to the target (102) during the calibration reading of the calibration laser source may be much less than the measurement of a reflected signal associated with light emitted by another laser source. As described in more detail below, this allows for calibration laser measurements to continue during treatment even when the target is close to the tip of the fiber.
이후, 표적(102)은 비-교정 레이저 소스를 갖는 예시적인 구성 중 하나를 사용하여 조명될 수 있다. 이러한 시나리오에서 반사된 광 빔(334a) 및 반사된 광 빔(334b)은 광 검출부를 사용하여 검출될 수 있고, 처리 유닛(108)은 교정 레이저의 내부 반사의 추가 및 연관된 측정값 IR(CAL)과 함께 I(HI), I(LO)로서 측정된 세기값을 저장할 수 있다. I(HI)는 더 높은 물 흡수 계수를 갖는 입사광의 표적으로부터의 후방 반사의 세기일 수 있고, I(LO)는 낮은 물 흡수 계수를 갖는 입사광의 표적으로부터의 후방 반사의 세기일 수 있고, IR(CAL)은 교정 레이저 소스로부터의 입사광의 내부 반사의 세기일 수 있다. Thereafter, the target (102) can be illuminated using one of the exemplary configurations having a non-calibrated laser source. In such a scenario, the reflected light beam (334a) and the reflected light beam (334b) can be detected using a photodetector, and the processing unit (108) can store the measured intensity values as I (HI) and I (LO) along with the additional and associated measurement value IR (CAL) of the internal reflection of the calibration laser. I (HI) can be the intensity of the back reflection from the target of the incident light having a higher water absorption coefficient, I (LO) can be the intensity of the back reflection from the target of the incident light having a lower water absorption coefficient, and IR (CAL) can be the intensity of the internal reflection of the incident light from the calibration laser source.
일부 실시형태에서, 표적(102)의 존재 또는 부재는 반사 IR(CAL)에 영향을 미치지 않을 수 있는데, 이는 교정 레이저 소스로부터의 입사광이 물에 의해 많이 흡수되기 때문이다. 그 결과, IR(CAL) 값의 변화는 광섬유(104), 특히 광섬유(104)의 팁(예를 들어, 원위 단부(204) 등)의 열화의 변화의 결과일 수 있다. 일부 실시형태에서, IR(CAL) 값의 상대적 변화에 기초하여, 처리 유닛(108)은 이전에 측정된 IR(HI) 및 IR(LO) 값 또는 현재 측정된 I(LO) 또는 I(HI)를 조정할 수 있다. In some embodiments, the presence or absence of the target (102) may not affect the reflected IR (CAL) because the incident light from the calibration laser source is largely absorbed by the water. As a result, changes in the IR (CAL) value may be a result of changes in the degradation of the optical fiber (104), particularly the tip (e.g., the distal end (204)) of the optical fiber (104). In some embodiments, based on the relative changes in the IR (CAL) values, the processing unit (108) may adjust previously measured IR (HI) and IR (LO) values, or currently measured I (LO) or I (HI) .
이후, 표적(102)이 존재할 때(예를 들어, 표적(102)이 반사된 광 빔(334a)을 생성할 만큼 충분히 가까운 거리에 있을 때, 예를 들어, 표적(102)이 광섬유(104)의 원위 단부(204)로부터 10mm 이하의 거리에 있을 때) 치료 동안(예를 들어, 레이저가 활성화되어 표적(102)을 치료할 때), 레이저 소스(302a 또는 502a) 및 레이저 소스(502a 또는 502b)에 대한 반사된 광 빔(334a) 및 교정 레이저 소스(302c 또는 502c)로부터의 광 반사(610)는 광 검출부를 사용하여 검출될 수 있다. 처리 유닛(108)은, 블록(1210)에서, 측정된 세기값을 I(HI)(이는 더 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 갖는 광에 대응하는 복귀된 신호의 세기를 나타낼 수 있음), I(LO)(이는 더 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 갖는 광에 대응하는 복귀된 신호의 세기를 나타낼 수 있음), 및 IR(CAL)(이는 더 높은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 갖는 광(예를 들어, 교정 레이저 소스(302c 또는 502c)에 의해 방출된 광)에 대응하는 복귀된 내부 반사 신호의 세기를 나타낼 수 있음)로서 저장할 수 있다. 또한, 교정 계수를 결정하기 위해, 처리 유닛(108)은 아래의 수식 4에 나타낸 바와 같이 치료 동안 수행되는 교정 과정의 IR(CAL-DUR)로부터 교정 과정 전처리의 IR(CAL-PRE)을 분할할 수 있다. Thereafter, during treatment (e.g., when the laser is activated to treat the target (102), the reflected light beam (334a) from the laser source (302a or 502a) and the laser source (502a or 502b) and the light reflection (610) from the calibration laser source (302c or 502c) can be detected using the light detector, while the target (102) is present (e.g., close enough to generate a reflected light beam (334a), e.g., less than 10 mm from the distal end (204) of the optical fiber (104). The processing unit (108) may store the measured intensity values in block (1210) as I (HI) (which may represent the intensity of the returned signal corresponding to light having a wavelength having a higher water absorption coefficient (HI)), I (LO) (which may represent the intensity of the returned signal corresponding to light having a wavelength having a lower water absorption coefficient (LO)), and IR (CAL) (which may represent the intensity of the returned internal reflection signal corresponding to light having a wavelength having a higher water absorption coefficient (e.g., light emitted by the calibration laser source (302c or 502c)). In addition, to determine the calibration factor, the processing unit (108) may divide the IR (CAL-PRE) of the calibration process pretreatment from the IR (CAL-DUR) of the calibration process performed during the treatment as shown in Equation 4 below.
교정 계수(CF) = : 수식 4Correction Factor (CF) = : Equation 4
교정 레이저 소스의 내부 반사가 치료 전과 치료 동안 동일하고 광섬유(104)에 변화가 없을 때 교정 계수는 "1"일 수 있다. 또한, 교정 계수에 기초하여 주 레이저 소스(302a 및 302b) 또는 레이저 소스(502a 및 502b)에 대한 파라미터를 수정하기 위해, 처리 유닛(108)은 아래의 수식 5.1 및 수식 5.2에 나타낸 바와 같이 교정 계수를 사용할 수 있다. The correction factor can be “1” when the internal reflection of the correction laser source is the same before and during the treatment and there is no change in the optical fiber (104). Additionally, to modify the parameters for the main laser sources (302a and 302b) or the laser sources (502a and 502b) based on the correction factor, the processing unit (108) can use the correction factor as shown in Equations 5.1 and 5.2 below.
I"(HI) = I(HI) - IR(HI) x CF : 수식 5.1I" (HI) = I (HI) - IR (HI) x CF : Formula 5.1
I"(LO) = I(LO) - IR(LO) x CF : 수식 5.2I" (LO) = I (LO) - IR (LO) x CF: Formula 5.2
위의 수식 5.1에서, I"(HI)는 더 높은 물 흡수 계수(HI)를 가진 파장을 갖는 광에 대응하는 표적(102)으로부터 후방 반사된 신호의 새로 교정된 세기를 나타내고; I(HI)는 더 높은 물 흡수 계수(HI)를 갖는 파장을 갖는 광에 대응하는 표적(102)으로부터 후방 반사된 신호의 측정된 세기를 나타내고; IR(HI)는 ("표적 없이" 측정된) 더 높은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 갖는 입사 레이저 광의 내부 반사의 측정된 세기를 나타내고; CF는 수식 4를 사용하여 결정된 교정 계수를 나타낸다. In the above Equation 5.1, I" (HI) represents the newly corrected intensity of the back-reflected signal from the target (102) corresponding to the light having a wavelength with a higher water absorption coefficient (HI); I (HI) represents the measured intensity of the back-reflected signal from the target (102) corresponding to the light having a wavelength with a higher water absorption coefficient (HI); IR (HI) represents the measured intensity of the internal reflection of the incident laser light having a wavelength with a higher water absorption coefficient (measured "without a target"); and CF represents a correction factor determined using Equation 4.
위의 수식 5.2에서, I"(LO)는 더 낮은 물 흡수 계수(LO)를 가진 파장을 갖는 광에 대응하는 표적으로부터 후방 반사된 신호의 새로 교정된 세기를 나타내고; I(LO)는 더 낮은 물 흡수 계수(LO)를 갖는 파장을 갖는 광에 대응하는 표적으로부터 후방 반사된 신호의 측정된 세기를 나타내고; IR(LO)는 ("표적 없이" 측정된) 더 낮은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 갖는 입사 레이저 광의 내부 반사광의 측정된 세기를 나타내고; CF는 수식 4를 사용하여 결정된 교정 계수를 나타낸다. In the above Equation 5.2, I" (LO) represents the newly corrected intensity of the back-reflected signal from the target corresponding to the light having the wavelength having the lower water absorption coefficient (LO); I (LO) represents the measured intensity of the back-reflected signal from the target corresponding to the light having the wavelength having the lower water absorption coefficient (LO); IR (LO) represents the measured intensity of the internally reflected light of the incident laser light having the wavelength having the lower water absorption coefficient (measured "without target"); and CF represents a correction factor determined using Equation 4.
따라서, 새로운 교정된 세기값(I"(HI) 및 I"(LO))을 사용하여, 처리 유닛(108)은 블록(1210)에서 아래에 나타낸 바와 같이 수식 2.2에 새로 교정된 값(I"(HI) 및 I"(LO))을 대입하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 결정할 수 있다:Therefore, using the new calibrated intensity values (I" (HI) and I" (LO) ), the processing unit (108) can determine the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) by substituting the new calibrated values (I" (HI) and I" (LO) ) into Equation 2.2 at block (1210) as shown below:
따라서, 이러한 방식으로, 시스템 전처리 교정 및 실시간 교정이 수행될 수 있고, 동작 동안 광섬유(104)의 변화(예를 들어, 열화 등)를 동적으로 설명하기 위해 (예를 들어, 처리 유닛(108)을 통해) 실시간으로 교정 계수를 업데이트하는 데 이용된다. 몇몇 실시형태에서 전처리 및 실시간 교정은 광섬유(104)가 열화될 때 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 추정된 거리의 정확도를 보장하기 위해 수행될 수 있다. Thus, in this manner, system preprocessing calibration and real-time calibration can be performed and used to update the calibration coefficients in real-time (e.g., via the processing unit (108)) to dynamically account for changes (e.g., degradation, etc.) in the optical fiber (104) during operation. In some embodiments, preprocessing and real-time calibration can be performed to ensure accuracy of the estimated distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) as the optical fiber (104) degrades.
블록(1212)에서, 방법(1200)은 표시부를 통해 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 (예를 들어, 블록(1210)에서) 추정된 거리를 처리 유닛(108)에 의해 표시하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 처리 유닛(108)과 연관된 표시부(110)를 통해 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 추정된 거리를 표시한다. 특정 예로서, 표시부(110)는 시각 표시부, 오디오 표시부 및 햅틱 표시부 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 처리 유닛(108)은 블록(1210)에서 표시부(110)에 제어 신호를 보내어 표시부가 추정 거리의 표시를 표시(예를 들어, 디스플레이, 청각 신호, 햅틱 신호 등)하게 할 수 있다. At block (1212), the method (1200) includes displaying, by the processing unit (108), an estimated distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) via the indicator (e.g., at block (1210)). For example, the processing unit (108) displays the estimated distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) via the indicator (110) associated with the processing unit (108). As a specific example, the indicator (110) may include one or more of a visual indicator, an audio indicator, and a haptic indicator. Accordingly, the processing unit (108) may send a control signal to the indicator (110) at block (1210) to cause the indicator to display an indication of the estimated distance (e.g., via a display, an auditory signal, a haptic signal, etc.).
일부 실시형태에서, 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 추정된 거리에 기초하여, 광섬유(104)의 위치, 광섬유(104)의 배향, 치료 빔의 특성 등 중 하나 이상은 예를 들어 보다 정확한 조준을 통해 표적(102)에 정확하고 효율적으로 치료 빔에 영향을 미치기 위해 실시간으로 변할 수 있다. In some embodiments, based on the estimated distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102), one or more of the position of the optical fiber (104), the orientation of the optical fiber (104), the characteristics of the treatment beam, etc., can be changed in real time to accurately and efficiently affect the treatment beam to the target (102), for example, through more precise aiming.
도 13은 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 방법(1300)을 보여주는 흐름도를 도시한다. 방법(1300)은 시스템(100) 및 전술한 LETD 시스템(106)의 다양한 구성을 참조하여 설명된다. 그러나, 방법(1300)은 본 명세서에서 설명된 것과 다른 LETD 시스템을 사용하여 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 실시형태는 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. FIG. 13 depicts a flow diagram showing a method (1300) for estimating a distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The method (1300) is described with reference to various configurations of the system (100) and the LETD system (106) described above. However, it is to be understood that the method (1300) may be implemented using other LETD systems than those described herein. Embodiments are not limited in this context.
블록(1302)에서, 방법(1300)은 제1 파장의 레이저 광에 대응하는 제1 반사된 레이저 광에 기초하여 제1 세기값을 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 제1 파장의 레이저 광은 광섬유(104)의 원위 단부(204)를 빠져나가고, 제1 반사된 레이저 광은 표적(102)에 의해 반사되어 광섬유(104)의 원위 단부(204)로 들어간다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 높은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 갖는 광에 대응하는 반사된 광 빔(334a)에 기초하여 제1 세기값을 결정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 높은 물 흡수 계수를 갖는 파장에 대응하는 레이저 광은 위에서 논의된 바와 같이 레이저 소스(302a 또는 502a)에 의해 생성될 수 있다. At block (1302), the method (1300) includes determining a first intensity value based on a first reflected laser light corresponding to laser light of a first wavelength, wherein the laser light of the first wavelength exits the distal end (204) of the optical fiber (104) and the first reflected laser light is reflected by the target (102) and enters the distal end (204) of the optical fiber (104). For example, the processing unit (108) can determine the first intensity value based on a reflected light beam (334a) corresponding to light having a wavelength having a high water absorption coefficient. In some embodiments, the laser light corresponding to the wavelength having a high water absorption coefficient can be generated by the laser source (302a or 502a) as discussed above.
블록(1304)에서, 방법(1300)은 제2 파장의 레이저 광에 대응하는 제2 반사된 레이저 광에 기초하여 제2 세기값을 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 제2 파장의 레이저 광은 광섬유(104)의 원위 단부(204)를 빠져나가고, 제2 반사된 레이저 광은 표적(102)에 의해 반사되어 광섬유(104)의 원위 단부(204)로 들어간다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 블록(1304)에서 낮은 물 흡수 계수를 갖는 파장을 갖는 광에 대응하는 반사된 광 빔(334a)에 기초하여 제2 세기값을 결정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 낮은 물 흡수 계수를 갖는 파장에 대응하는 레이저 광은 전술한 바와 같이 레이저 소스(302b 또는 502b)에 의해 생성될 수 있다. At block (1304), the method (1300) includes determining a second intensity value based on a second reflected laser light corresponding to laser light of a second wavelength, wherein the laser light of the second wavelength exits the distal end (204) of the optical fiber (104) and the second reflected laser light is reflected by the target (102) and enters the distal end (204) of the optical fiber (104). For example, the processing unit (108) can determine the second intensity value based on a reflected light beam (334a) corresponding to light having a wavelength having a low water absorption coefficient at block (1304). In some embodiments, the laser light corresponding to the wavelength having a low water absorption coefficient can be generated by the laser source (302b or 502b) as described above.
블록(1306)에서, 방법(1300)은 제1 세기값과 제2 세기값의 비율을 연산하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 블록(1306)에서 수식 2.1을 이용하여 제1 세기값과 제2 세기값의 비율을 연산할 수 있다. 블록(1308)에서, 방법(1300)은 블록(1306)에서 유도된 제1 세기값과 제2 세기값의 비율에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 블록(1308)에서 수식 2.2를 이용하여 제1 세기값과 제2 세기값의 비율에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정할 수 있다. At block (1306), the method (1300) includes a step of computing a ratio of the first intensity value to the second intensity value. For example, the processing unit (108) can compute the ratio of the first intensity value to the second intensity value using Equation 2.1 at block (1306). At block (1308), the method (1300) includes a step of estimating a distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the ratio of the first intensity value to the second intensity value derived at block (1306). For example, the processing unit (108) can estimate the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the ratio of the first intensity value to the second intensity value using Equation 2.2 at block (1308).
도 14는 본 발명의 일부 실시형태에 따라 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 방법(1400)을 보여주는 흐름도를 도시한다. 방법(1400)은 시스템(100) 및 전술한 LETD 시스템(106)의 다양한 구성을 참조하여 설명된다. 그러나, 방법(1400)은 본 명세서에서 설명된 것과 다른 LETD 시스템을 사용하여 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 실시형태는 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. FIG. 14 illustrates a flow diagram showing a method (1400) for estimating a distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The method (1400) is described with reference to various configurations of the system (100) and the LETD system (106) described above. However, it is understood that the method (1400) can be implemented using other LETD systems than those described herein. Embodiments are not limited in this context.
블록(1402)에서, 방법(1400)은 복수의 상이한 파장의 레이저 광으로 표적을 조명하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 위에서 설명된 구성 중 하나는 복수의 상이한 파장의 광 빔(332)으로 표적(102)을 조명하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 광 빔(332)은 광 빔(320a, 320b, 320c), 치료 빔(326) 및/또는 빔(328)(또는 등)을 포함할 수 있다. At block (1402), the method (1400) includes illuminating a target with laser light of a plurality of different wavelengths. For example, any of the configurations described above can be used to illuminate the target (102) with light beams (332) of a plurality of different wavelengths. For example, the light beams (332) can include light beams (320a, 320b, 320c), treatment beams (326), and/or beams (328) (or the like).
블록(1404)에서, 방법(1400)은 광섬유를 통해 표적으로부터 반사된 광 빔을 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 구성 중 하나는 반사된 광 빔(334a)(예를 들어, 표적(102)으로부터 반사된 광에 대응)을 수신하고, 광섬유(104)를 통해 다시 전달하는 데 이용될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 반사된 광 빔(334a)은 표적(102)에서 반사되어 광섬유(104)의 원위 단부(204)로 들어갈 수 있고, 따라서 반사된 광 빔(334a)을 포함할 수 있다. 반사된 광 빔(334a)은 또한 시스템 내의 광학 구성요소(예를 들어, 근위 단부(202), 원위 단부(204) 등)로부터 반사된 광을 포함할 수 있고, 교정 광 빔(320c)과 연관된 반사된 광에 대응하는 광 반사(610)를 포함할 수 있다. At block (1404), the method (1400) includes receiving a reflected light beam from a target via the optical fiber. For example, one of the configurations described herein can be used to receive the reflected light beam (334a) (e.g., corresponding to light reflected from the target (102)) and transmit it back through the optical fiber (104). In some embodiments, the reflected light beam (334a) can reflect off the target (102) and enter the distal end (204) of the optical fiber (104), thereby comprising the reflected light beam (334a). The reflected light beam (334a) can also include light reflected from optical components within the system (e.g., the proximal end (202), the distal end (204), etc.), and can include an optical reflection (610) corresponding to reflected light associated with the calibration light beam (320c).
블록(1406)에서, 방법(1400)은 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 반사된 광 빔(334a)의 세기를 측정하는 단계를 포함한다. 많은 실시형태에서, 본 명세서에 설명된 구성 중 하나는 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 반사된 광 빔(334a)의 세기를 측정하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 광 검출부(광 검출부(318a 및 318b))가 반사된 광 빔(334b)의 세기를 측정하는 데 이용될 수 있다. 다른 예에서, 다른 광 검출부(예를 들어, 광 검출부(512) 또는 등)는 반사된 광 빔(334a)의 세기를 측정하는 데 이용될 수 있다. At block (1406), the method (1400) includes measuring an intensity of a reflected light beam (334a) using one or more photodetectors. In many embodiments, any of the configurations described herein can be used to measure the intensity of the reflected light beam (334a) using one or more photodetectors. For example, photodetectors (photodetectors 318a and 318b) can be used to measure the intensity of the reflected light beam (334b). In other examples, other photodetectors (e.g., photodetectors 512 or the like) can be used to measure the intensity of the reflected light beam (334a).
블록(1408)에서, 방법(1400)은 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 측정된 반사된 광 빔(334a)의 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 하나 이상의 광 검출부로 측정된 반사된 광 빔(334a)의 세기에 기초하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 추정하는 데 이용될 수 있다. At block (1408), the method (1400) includes estimating a distance between a distal end (204) of the optical fiber (104) and a target (102) based on an intensity of a reflected light beam (334a) measured using one or more optical detectors. For example, the processing unit (108) can be used to estimate a distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) based on the intensity of a reflected light beam (334a) measured by one or more optical detectors.
본 명세서에 설명된 LETD 시스템의 광학 요소(예를 들어, 빔 분할부, 편광부, 빔 결합부, 시준부, 서큘레이터, WDM 등)는 시간 경과에 따라 일정하지 않은 것으로 이해된다. 즉, 그 광학적 속성은 예를 들어 열 및 환경적 변화, 기계적 진동, 치료 레이저 빔(예를 들어, 고출력 레이저 빔)에의 노출 또는 기타 이유로 인해 시술 동안 변할 수 있다. 광학적 구성 요소가 변하면 시스템(예를 들어, 처리 유닛(108) 등)은 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리의 변화 또는 광학 구성 요소의 변화 간을 적절히 구별할 수 없다. 따라서 본 발명은 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서 반사된 광을 포획하거나 "빼내는" 광학 구성 요소에 대한 기준 또는 교정 광으로 사용하여 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 광학 구성 요소가 시간이 지남에 따라 변하더라도 정확하게 결정할 수 있는 것을 제공한다. It is understood that the optical components of the LETD system described herein (e.g., beam splitters, polarizers, beam combiners, collimators, circulators, WDMs, etc.) are not constant over time. That is, their optical properties may change during a procedure due to, for example, thermal and environmental changes, mechanical vibration, exposure to a therapeutic laser beam (e.g., high power laser beam), or other reasons. If the optical components change, the system (e.g., processing unit (108), etc.) may not be able to adequately distinguish between changes in the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) or changes in the optical components. Accordingly, the present invention provides for the use of light reflected from the proximal end (202) of the optical fiber (104) as a reference or calibration light for the optical components that capture or "snap out" the light, thereby allowing the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) to be accurately determined even when the optical components change over time.
반사된 광 빔(334a)은 입사각이 0이 아니므로 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서 반사된 광은 주 치료 레이저 경로와는 다른 광 경로를 갖는 것으로 이해된다. 일반적으로 본 발명은 광 경로를 벗어나 두 개의 검출부가 있는 편광 빔 분할부로 광을 보내는 거울을 갖는 LETD 시스템 구성을 제공한다. 이러한 검출부의 신호를 분석하면 초기 상태와 비교하여 시스템 변화의 척도를 얻을 수 있다. Since the reflected light beam (334a) has a non-zero angle of incidence, it is understood that the light reflected from the proximal end (202) of the optical fiber (104) has a different optical path from the main treatment laser path. In general, the present invention provides a LETD system configuration having a mirror that directs light out of the optical path and into a polarizing beam splitter having two detectors. Analysis of the signals from these detectors can provide a measure of the system change compared to the initial state.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 설명된 각각의 예시적인 구성에서, 광섬유(104)의 근위 단부는 반사 방지(AR) 코팅과 같은 특수 코팅으로 코팅될 수 있다. AR 코팅은 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서 생성된 노이즈를 줄이고 동적 범위를 증가시키는 데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시형태에서, 광 검출부에 들어오는 광 신호는 (a) 포트 렌즈에서의 반사; (b) 블라스트 실드에서의 반사; (c) 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 반사; 및/또는 (d) 광섬유(104)의 원위 단부(204)에서의 반사 중 하나 이상을 포함할 수 있다. In some embodiments, in each of the exemplary configurations described herein, the proximal end of the optical fiber (104) can be coated with a specialty coating, such as an anti-reflection (AR) coating. The AR coating can help reduce noise generated at the proximal end (202) of the optical fiber (104) and increase dynamic range. In some embodiments, the optical signal entering the light detector can include one or more of: (a) reflections from the port lens; (b) reflections from the blast shield; (c) reflections from the proximal end (202) of the optical fiber (104); and/or (d) reflections from the distal end (204) of the optical fiber (104).
다양한 실시형태에서, 블라스트 실드용 AR 코팅은 포트 렌즈에서의 반사를 1% 미만으로 줄일 수 있고, 포트 렌즈용 AR 코팅은 블라스트 실드에서의 반사를 1% 미만으로 줄일 수 있고, 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 AR 코팅은 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 반사를 3.5%에서 약 0.5%로 줄일 수 있다. 일부 실시형태에서, 돌과 같은 표적(102)에서 반사된 신호는 매우 낮은 에너지, 예를 들어, 광섬유 팁에서 조직까지의 거리가 약 0mm인 경우 광섬유 출력 전력의 거의 1%일 수 있다. 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서의 반사를 거의 0.5%로 줄임으로써, 본 발명은 표적(102)에서 반사된 신호의 동적 범위를 개선하는 데 도움을 줄 수 있다. In various embodiments, the AR coating for the blast shield can reduce reflections at the port lens to less than 1%, the AR coating for the port lens can reduce reflections at the blast shield to less than 1%, and the AR coating at the proximal end (202) of the optical fiber (104) can reduce reflections at the proximal end (202) of the optical fiber (104) from 3.5% to about 0.5%. In some embodiments, the signal reflected from a target (102), such as a rock, can be very low energy, for example, about 1% of the optical fiber output power when the distance from the optical fiber tip to the tissue is about 0 mm. By reducing reflections at the proximal end (202) of the optical fiber (104) to about 0.5%, the present invention can help improve the dynamic range of the signal reflected from the target (102).
도 15는 LETD 시스템(900)과 유사하지만 본 명세서에 설명된 추가 "광 빼내기(light snatch)" 구성 요소를 갖는 LETD 시스템(1500)을 도시한다. 예를 들어, LETD 시스템(1500)은 레이저 소스(502a, 502b, 502c) 및 레이저 소스(702)와 WDM(704), 빔 분할부(902), 광 검출부(512), 전력 검출부(306) 및 빔 결합부(310)를 포함한다. LETD 시스템(1500)은 거울(1502), 편광 빔 분할부(1504) 및 광 검출부(1506a)를 추가로 포함한다. 동작 동안 거울(1502)은 반사된 광 빔(334a)의 광학 경로로부터 광 반사를 편광 빔 분할부(1504)로 보낼 수 있다. 다시 말해, 거울(1502)은 반사된 광 빔(334a)의 광학 경로에서 광 반사(1510)를 방향 전환하여 원래 광학 검출부(예를 들어, 광 검출부(512))에 도달하지 않도록 제공된다. 이 도면은 다양한 광 빔의 입사각을 나타내지 않는다는 점에 유의해야 한다. 그러나 광 빔의 각도는 도시된 바와 같이 다양한 광학 구성 요소에 90도로 입사하는 경우가 많지 않은 것으로 이해된다. 예를 들어, 광 반사(1510)는 4도의 입사각(또는 이와 유사한 각도)을 가질 수 있다. 또한 거울(1502)이 빔 결합부(310)와 빔 분할부(902) 사이의 광 반사(1510)의 광학 경로에 도시되어 있지만, 거울(1502)은 대신 포트(314)와 빔 결합부(310) 사이의 광학 경로에 배치될 수 있다. 또한, 일부 예에서 거울(1502)은 도시되고 설명된 바와 같이 광 빔(806)을 차단하지 않고 단지 광 반사(1510)를 방향 전환하도록 배치되고 배열될 수 있다. FIG. 15 illustrates an LETD system (1500) similar to the LETD system (900) but having additional “light snatch” components as described herein. For example, the LETD system (1500) includes laser sources (502a, 502b, 502c) and a laser source (702), a WDM (704), a beam splitter (902), a light detector (512), a power detector (306), and a beam combiner (310). The LETD system (1500) additionally includes a mirror (1502), a polarizing beam splitter (1504), and a light detector (1506a). During operation, the mirror (1502) may direct light reflections from the optical path of a reflected light beam (334a) to the polarizing beam splitter (1504). In other words, the mirror (1502) is provided to divert the light reflection (1510) from the optical path of the reflected light beam (334a) so that it does not reach the original optical detector (e.g., the light detector (512)). It should be noted that this drawing does not represent the angles of incidence of the various light beams. However, it is understood that the angles of the light beams are not often 90 degrees incident on the various optical components as illustrated. For example, the light reflection (1510) may have an angle of incidence of 4 degrees (or a similar angle). Additionally, although the mirror (1502) is illustrated in the optical path of the light reflection (1510) between the beam combiner (310) and the beam splitter (902), the mirror (1502) may instead be positioned in the optical path between the port (314) and the beam combiner (310). Additionally, in some examples, the mirror (1502) may be positioned and arranged so as not to block the light beam (806) as shown and described, but rather to merely redirect the light reflection (1510).
이해될 수 있는 바와 같이, 광 반사(1510)는 선형 편광되므로 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서 반사된 후에도 편광을 유지한다. 광 반사(1510)는 거울(1502)을 통해 편광 빔 분할부(1504)로 보내지고, 여기서 광섬유(104)의 근위 단부(202)에 입사하는 광에 평행한 편광과, 광섬유(104)의 근위 단부(202)에 입사하는 광에 수직인 편광을 갖는 두 개의 성분 광 빔으로 분할된다. As can be understood, the light reflection (1510) is linearly polarized and thus maintains its polarization even after being reflected from the proximal end (202) of the optical fiber (104). The light reflection (1510) is sent through a mirror (1502) to a polarizing beam splitter (1504), where it is split into two component light beams, one having a polarization parallel to the light incident on the proximal end (202) of the optical fiber (104) and one having a polarization perpendicular to the light incident on the proximal end (202) of the optical fiber (104).
LETD 시스템(1500)은 편광 빔 분할부(1504)에 의해 분할된 광 반사(1510)의 세기를 측정하도록 배열된 광 검출부(1506a 및 1506b)를 추가로 포함한다. 특히, 광 검출부(1506a 및 1506b)는 본 명세서에 개략적으로 설명된 바와 같이 편광에 기초하여 광의 세기를 측정하도록 배열된다. 그러나 광 반사(1510)의 평행 성분은 광 반사(610)의 일부 부분과 광 반사(1510)를 모두 포함하는 반면, 광 반사(1510)의 수직 성분은 광 반사(610)의 일부 부분만을 포함한다는 것에 유의해야 한다. The LETD system (1500) further includes light detectors (1506a and 1506b) arranged to measure the intensity of the light reflection (1510) split by the polarizing beam splitter (1504). In particular, the light detectors (1506a and 1506b) are arranged to measure the intensity of the light based on polarization as schematically described herein. However, it should be noted that the parallel component of the light reflection (1510) includes both a portion of the light reflection (610) and the light reflection (1510), whereas the perpendicular component of the light reflection (1510) includes only a portion of the light reflection (610).
일부 실시형태에서, 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리는 아래에 표시된 수식 6.1로 표현될 수 있다. In some embodiments, the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102) can be expressed by Equation 6.1 shown below.
: 수식 6.1 : Equation 6.1
각 레이저 소스가 다른 조명 펄스와 에너지로 발사된다는 사실을 고려하면, 세기는 수식 6.2를 사용하여 정규화될 수 있고, 여기서 IrefHI는 높은 물 흡수 계수 광원에 대한 기준 전력 검출부(306)의 세기이고, IrefHO는 낮은 물 흡수 계수 광원에 대한 기준 전력 검출부(306)의 세기이며, InormHI 및 InormLo는 정규화된 세기이다. Considering the fact that each laser source fires with different illumination pulses and energies, the intensities can be normalized using Equation 6.2, where I refHI is the intensity of the reference power detector (306) for the high water absorption coefficient light source, I refHO is the intensity of the reference power detector (306) for the low water absorption coefficient light source, and I normHI and I normLo are the normalized intensities.
: 수식 6.2 : Equation 6.2
"순수한" 반사 신호는 수식 6.3으로 표현될 수 있고, 여기서 IDETλ는 파장(λ)에 대한 검출부의 판독값이고, Idistλ는 파장(λ)에 대한 광섬유(104)의 원위 단부(204)에서의 반사 판독값이고, Ilensλ는 파장(λ)에 대한 광섬유(104)의 초점 렌즈(1514)에서의 반사 판독값이고, Isigλ는 파장(λ)에 대한 분리된 광 신호(예를 들어, 본 명세서에 설명된 "빼내진" 광 신호)이다. 수식 6.3은 광섬유의 근위 단부에서의 반사가 광 경로에서 제거되고(예를 들어, 0으로 감소하고), 블라스트 실드(1512)에서의 반사도 제거된다고 가정한다는 것에 유의해야 한다. A "pure" reflection signal can be expressed by Equation 6.3, where I DETλ is the detector reading for wavelength λ, I distλ is the reflection reading at the distal end (204) of the fiber (104) for wavelength λ, I lensλ is the reflection reading at the focusing lens (1514) of the fiber (104) for wavelength λ, and I sigλ is a separated optical signal for wavelength λ (e.g., the "subtracted" optical signal described herein). Note that Equation 6.3 assumes that reflections at the proximal end of the fiber are removed from the optical path (e.g., reduced to zero), and that reflections at the blast shield (1512) are also removed.
: 수식 6.3 : Equation 6.3
LETD 시스템(1500)은, 초점 렌즈(1514)에서 파장(λ)의 반사율 교정인 ; 파장(λ)에서 ∞의 검출부 판독값인 , 및 파장(λ)에서 ∞에서 광섬유(104)의 원위 단부(204)에서 반사 또는 와, 위에서 정의된 의 합을 유도함으로써 광학 시스템을 교정하도록 배열될 수 있다. 교정은 시간의 함수가 아닌 것(또는 오히려 시술 동안 일정한 것)으로 이해된다. The LETD system (1500) is a reflectance correction of wavelength (λ) at the focusing lens (1514). ; The detector reading at wavelength (λ) is ∞. , and reflection or at the distal end (204) of the optical fiber (104) at wavelength (λ) of ∞. Wow, defined above can be arranged to correct the optical system by deriving the sum of the corrections, which are understood to be not a function of time (or rather constant during the procedure).
위의 수식 6.3에서 검출부로부터 신호를 분리하면, 이 된다. 를 시간의 함수로 간주하면 이 값은 특정 파장을 사용하여 계산될 수 있다. 1435nm를 구체적인 예로 사용하면, 아래 수식 6.4가 나오는데, 이는 원위 팁 반사의 보정이다. If we separate the signal from the detection unit in Equation 6.3 above, This is it. If we consider as a function of time, this value can be calculated using a specific wavelength. Using 1435 nm as a specific example, we get Equation 6.4 below, which is a correction for the distal tip reflection.
: 수식 6.4 : Equation 6.4
동작 동안 검출부로부터 신호를 가져오면 수식 6.5가 나오는데, 이는 실제 검출부로부터 원위 팁 반사의 보정이다. Taking the signal from the detector during operation gives Equation 6.5, which is the correction for the distal tip reflection from the actual detector.
: 수식 6.5 : Formula 6.5
위의 것을 수식 6.5에 대입하면 수식 6.6이 나오는데, 이는 신호 검출부로부터 추출한 신호 값(예를 들어, 일정한 정적 반사)이다. Substituting the above into Equation 6.5 gives Equation 6.6, which is the signal value extracted from the signal detector (e.g., constant static reflection).
: 수식 6.6 : Equation 6.6
이해될 수 있는 바와 같이, 투과율이 더해지면 광 경로가 변한다. 특히, 여러 광학 구성 요소는 투과율 및/또는 반사값이 변할 수 있다. 예를 들어, 초점 렌즈(투과율은 로 표시됨), 블라스트 실드(투과율은 로 표시됨), 및 광섬유(104)(투과율은 로 표시됨)는 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 즉, 이러한 투과율에 민감한 신호는 와 이다. 따라서 비정적 반사가 있는 신호에 대한 최종 수식은 수식 6.7을 사용하여 정의될 수 있다. As can be understood, the optical path changes as the transmittance is added. In particular, several optical components can have varying transmittance and/or reflectance values. For example, a focusing lens (transmittance is ), blast shield (penetration is indicated by ), and optical fiber (104) (transmittance is ) can change over time, i.e., signals sensitive to this transmittance and Therefore, the final equation for the signal with nonstationary reflections can be defined using Equation 6.7.
: 수식 6.7 : Equation 6.7
검출부 값()은 검출부와는 다른 요인을 구별할 수 있는 옵션 없이 전체적으로 측정된다. 그러나 아래에 표시된 수식 6.8은 렌즈, 블라스트 실드 및 섬유가 상수이고 위에서 설명된 정규화된 신호와 같을 수 있이 고려될 수 있는 함수로서의 투과율을 상세히 설명한다. Detection value ( ) is measured as a whole without the option to distinguish between factors other than the detector. However, Equation 6.8 shown below details the transmittance as a function where the lens, blast shield and fiber can be considered constants and can be the same as the normalized signal described above.
, ,
이는 다음과 같이 된다:It goes like this:
: 수식 6.8. : Formula 6.8.
그러나 렌즈 반사 없이 원위 단부(204)와 함께 렌즈에 보정을 적용하면 아래 수식 6.9에 표시된 바와 같이 수식 6.6을 별도로 줄일 수 있다. However, by applying correction to the lens with the distal end (204) without lens reflection, Equation 6.6 can be reduced separately as shown in Equation 6.9 below.
: 수식 6.9 : Equation 6.9
렌즈 반사율의 성분(예를 들어, )은 수식 6.9에서 누락된 것을 알 수 있다. 렌즈의 존재를 완전히 무시하여 수식을 더욱 줄이면 수식 6.10이 된다. Components of the lens reflectivity (e.g., ) can be seen to be missing in Equation 6.9. If we further reduce the equation by completely ignoring the presence of the lens, we get Equation 6.10.
: 수식 6.10 : Equation 6.10
위의 수식을 결합하면 수식 6.11에 표시된 바와 같이 거리를 휘도와 반사율의 함수로 정의할 수 있다. Combining the above equations, we can define distance as a function of luminance and reflectance, as shown in Equation 6.11.
: 수식 6.11 : Equation 6.11
위에서 개략적으로 설명된 바와 같이, 도 15에 도시된 구성 또는 LETD 시스템(1500)은 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서 반사된 광을 "빼내는" 시스템의 광학 구성 요소(예를 들어, 초점 렌즈(1514), 블라스트 실드(1512) 등)를 교정하도록 배열된다. 일반적으로 광 반사(1510)는 아래에 표시된 수식 6.12로 표현될 수 있고, 여기서 fλ는 광을 빼내는 방향으로 나가는 신호의 계수이고, Isigλ는 다음과 같이 정의된 신호이다:As schematically described above, the configuration or LETD system (1500) illustrated in FIG. 15 is arranged to correct for optical components (e.g., focusing lens (1514), blast shield (1512), etc.) of the system that "extract" light reflected from the proximal end (202) of the optical fiber (104). In general, the light reflection (1510) can be expressed by Equation 6.12 shown below, where f λ is the coefficient of the signal going in the direction of the light extraction, and I sigλ is a signal defined as follows:
: 수식 6.12 : Equation 6.12
수식 6.12는 수식 6.13에 표시된 바와 같은 편광된 형태로 다시 쓸 수 있고, 여기서 는 혼합된 편광 값이고, 는 전방 소스 편광 값이고, 는 소스 편광 값에 수직이다. Equation 6.12 can be rewritten in polarized form as shown in Equation 6.13, where is the mixed polarization value, is the forward source polarization value, is perpendicular to the source polarization value.
: 수식 6.13 : Equation 6.13
거리가 ∞인 경우, 이 수식은 수식 6.14로 줄어든다. For distances of ∞, this formula reduces to formula 6.14.
: 수식 6.14 : Equation 6.14
위 수식으로부터 의 값을 사용하면 은 교정 신호로부터 추출될 수 있다. 따라서 "빼내진" 광 신호(예를 들어, 광 반사(1510))에서 근위 단부(202) 반사는 이므로 도 또한 교정된다. 그 결과 의 값의 임의의 변화도 파장마다 수식 6.7로 변환될 수 있다. 따라서 위에서 언급된 의 값은 가 되므로 제곱근에서 의 변화도 이러한 움직임을 보상한다. From the above formula If you use the value of can be extracted from the calibration signal. Thus, the proximal end (202) reflection from the "subtracted" optical signal (e.g., optical reflection (1510)) since The degree is also corrected. As a result, Any change in the value of can be converted into Equation 6.7 for each wavelength. Thus, as mentioned above, The value of So, from the square root Changes in also compensate for these movements.
시술 시작부터 ∞에서뿐만 아니라 도 교정하는 것이 유리한 것으로 이해된다. From the beginning of the procedure, not only from ∞ It is understood that it is advantageous to correct the degree.
또한, 편광된 광을 사용하는 경우 편광 스위치(예를 들어, WDM(704) 또는 이와 유사한 것)의 노이즈는 수식 6.15를 사용하여 고려될 수 있다. Additionally, when using polarized light, the noise of the polarization switch (e.g., WDM (704) or similar) can be taken into account using Equation 6.15.
: 수식 6.15 : Equation 6.15
도 16은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 섬유 단부와 표적 사이의 거리를 추정하는 방법(1600)을 보여주는 흐름도를 도시한다. 방법(1600)은 시스템(100), 및 도 15와 관련하여 위에서 설명된 LETD 시스템(106)의 구성, 또는 LETD 시스템(1500)을 참조하여 설명된다. 그러나 방법(1600)은 본 명세서에 설명된 것과 다른 LETD 시스템을 사용하여 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 실시형태는 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. FIG. 16 depicts a flow diagram showing a method (1600) for estimating a distance between a fiber end and a target according to some embodiments of the present invention. The method (1600) is described with reference to the system (100), and the configuration of the LETD system (106) described above with respect to FIG. 15, or the LETD system (1500). However, it is to be understood that the method (1600) may be implemented using other LETD systems than those described herein. Embodiments are not limited in this context.
블록(1602)에서 거울(1502)은 광섬유(104)의 근위 단부(202)에서 반사된 광의 일부를 편광 빔 분할부(1504)와 광 검출부(1506a 및 1506b)로 보낸다. 즉, 거울(1502)은 광 반사(1510)의 일부를 편광 빔 분할부(1504)로 보내도록 배열된다. 블록(1604)으로 진행하면, 방법(1600)은 검출부로 보내지는 광의 일부의 편광 성분의 세기를 검출할 수 있다. 특히, 광 반사(1510)는 편광 빔 분할부(1504)에 의해 편광 성분으로 분할되고, 광 검출부(1506a 및 1506b)는 광 반사(1510)의 성분의 세기를 검출할 수 있다. In block (1602), the mirror (1502) directs a portion of the light reflected from the proximal end (202) of the optical fiber (104) to the polarizing beam splitter (1504) and the light detectors (1506a and 1506b). That is, the mirror (1502) is arranged to direct a portion of the light reflection (1510) to the polarizing beam splitter (1504). Proceeding to block (1604), the method (1600) can detect the intensity of the polarization component of the portion of the light directed to the detectors. In particular, the light reflection (1510) is divided into polarization components by the polarizing beam splitter (1504), and the light detectors (1506a and 1506b) can detect the intensity of the components of the light reflection (1510).
블록(1606)에서, 방법(1600)은 블록(1604)에서 검출된 세기에 적어도 부분적으로 기초하여 광학 시스템의 전달 함수(transmission function)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 처리 유닛(108)은 수식 6.1 내지 6.17에서 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이 광학 시스템의 투과를 결정하기 위한 명령어를 실행할 수 있다. At block (1606), the method (1600) can determine a transmission function of the optical system based at least in part on the intensity detected at block (1604). For example, the processing unit (108) can execute instructions for determining transmission of the optical system as outlined above in Equations 6.1 through 6.17.
도 17은 LETD 시스템(1500)과 유사하지만 편광 빔 분할부(1504) 및 광 검출부(1506a 및 1506b)와 달리 단일 광 검출부(1706)와 편광부(1708)를 갖는 LETD 시스템(1700)을 도시한다. 또한, 광 레이저 소스(1702a, 1702b 및 1702c)가 각각 비편광된 광 빔(1704a, 1704b 및 1704c)을 방출하도록 배열된 LETD 시스템(1700)이 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 처리 유닛(108)은 도 15 및 도 16과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 시간에 따른 광학 성분의 변화를 고려하도록 배열될 수 있으며, 전달 함수에 대한 수식은 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이 편광에 의존하지 않는다는 것에 유의해야 한다. FIG. 17 illustrates an LETD system (1700) similar to the LETD system (1500) but having a single photodetector (1706) and a polarizer (1708) instead of a polarizing beam splitter (1504) and photodetectors (1506a and 1506b). It should also be noted that the LETD system (1700) may be implemented in which the optical laser sources (1702a, 1702b, and 1702c) are arranged to emit unpolarized optical beams (1704a, 1704b, and 1704c), respectively. It should be noted that the processing unit (108) may be arranged to account for changes in the optical components over time as described above with respect to FIGS. 15 and 16, and that the formula for the transfer function is polarization independent as outlined above.
도 18은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1800)를 도시한다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1800)는 광학, 자기 또는 반도체 저장 매체와 같은 임의의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 기계 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1800)는 제조 물품을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1800)는 회로부(예를 들어, 처리 유닛(108) 또는 이와 유사한 것)가 실행할 수 있는 컴퓨터 실행 가능 명령어(1802)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 실행 가능 명령어(1802)는 방법(1200), 방법(1300), 방법(1400) 및/또는 방법(1600)과 관련하여 설명된 동작을 구현하기 위한 명령어를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1800) 또는 기계 판독 가능 저장 매체의 예로는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리, 이동식 또는 비이동식 메모리, 소거 가능 또는 소거 불가능 메모리, 쓰기 가능 또는 재-쓰기 가능 메모리 등을 포함하여 전자 데이터를 저장할 수 있는 임의의 유형적인 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행 가능 명령어(1802)의 예로는 소스 코드, 컴파일 코드, 인터프리트 코드, 실행 가능 코드, 정적 코드, 동적 코드, 객체 지향 코드, 시각적 코드 등과 같은 임의의 적합한 유형의 코드를 포함할 수 있다. FIG. 18 illustrates a computer-readable storage medium (1800). The computer-readable storage medium (1800) can include any non-transitory computer-readable storage medium or machine-readable storage medium, such as optical, magnetic, or semiconductor storage media. In various embodiments, the computer-readable storage medium (1800) can include an article of manufacture. In some embodiments, the computer-readable storage medium (1800) can store computer-executable instructions (1802) that can be executed by circuitry (e.g., the processing unit (108) or the like). For example, the computer-executable instructions (1802) can include instructions for implementing operations described in connection with method (1200), method (1300), method (1400), and/or method (1600). Examples of computer-readable storage media (1800) or machine-readable storage media can include any tangible medium capable of storing electronic data, including volatile memory or non-volatile memory, removable or non-removable memory, erasable or non-erasable memory, writable or re-writable memory, and the like. Examples of computer-executable instructions (1802) can include any suitable type of code, such as source code, compiled code, interpreted code, executable code, static code, dynamic code, object-oriented code, visual code, and the like.
도 19는 본 발명에 따른 실시형태를 구현하기 위한 컴퓨터 시스템(1902)을 포함하는 컴퓨팅 환경(1900)의 블록도이다. 일부 실시형태에서, 컴퓨팅 환경(1900) 또는 이의 일부(컴퓨터 시스템(1902))는 레이저 시스템(예를 들어, 시스템(100), LETD 시스템(106) 등)을 포함하거나 레이저 시스템에 포함될 수 있다. 따라서, 다양한 실시형태에서, 컴퓨터 시스템(1902)은 광섬유(104)의 원위 단부(204)와 표적(102) 사이의 거리를 결정하고, 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이 광학 시스템의 시간 변화를 고려하는 데 사용될 수 있다. FIG. 19 is a block diagram of a computing environment (1900) including a computer system (1902) for implementing embodiments according to the present invention. In some embodiments, the computing environment (1900) or a portion thereof (e.g., the computer system (1902)) may include a laser system (e.g., the system (100), the LETD system (106), etc.) or may be incorporated into a laser system. Thus, in various embodiments, the computer system (1902) may be used to determine the distance between the distal end (204) of the optical fiber (104) and the target (102), taking into account the temporal variation of the optical system as outlined above.
컴퓨터 시스템(1902)은 중앙 처리 유닛("CPU" 또는 "프로세서")(1904)을 포함할 수 있다. 프로세서(1904)는 사용자 또는 시스템 생성된 프로세스를 실행하기 위해 명령어 및/또는 프로그램 구성요소를 실행하기 위한 적어도 하나의 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 사용자는 사람, 본 명세서에 포함된 것과 같은 디바이스를 사용하는 사람 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세서(1904)는 통합 시스템 (버스) 제어기, 메모리 관리 제어 유닛, 부동 소수점 유닛, 그래픽 처리 유닛, 신경 처리 유닛, 디지털 신호 처리 유닛 등과 같은 특수 처리 유닛을 포함할 수 있다. 프로세서(1904)는 I/O 인터페이스(1912)를 통해 입력 디바이스(1914) 및 출력 디바이스(1916)와 통신하도록 배치될 수 있다. I/O 인터페이스(1912)는 오디오, 아날로그, 디지털, 스테레오, IEEE-1394, 직렬 버스, 범용 직렬 버스(USB), 적외선, PS/2, BNC, 동축, 컴포넌트, 컴포지트, 디지털 비주얼 인터페이스(DVI), 고선명도 멀티미디어 인터페이스(HDMI), 무선 주파수(RF) 안테나, S-비디오, 비디오 그래픽 어레이(VGA), IEEE 802.n/b/g/n/x, 블루투스, 셀룰러(예를 들어, 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 고속 패킷 액세스(HSPA+), 모바일 통신을 위한 글로벌 시스템(GSM), 롱-텀 에볼루션(LTE), WiMAX 등) 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 통신 프로토콜/방법을 사용할 수 있다. The computer system (1902) may include a central processing unit ("CPU" or "processor") (1904). The processor (1904) may include at least one data processor for executing instructions and/or program components to execute user or system generated processes. A user may include a person, a person using a device such as that included herein, or another device. The processor (1904) may include specialized processing units such as an integrated system (bus) controller, a memory management control unit, a floating point unit, a graphics processing unit, a neural processing unit, a digital signal processing unit, and the like. The processor (1904) may be arranged to communicate with input devices (1914) and output devices (1916) via an I/O interface (1912). The I/O interface (1912) may use communication protocols/methods including but not limited to audio, analog, digital, stereo, IEEE-1394, serial bus, universal serial bus (USB), infrared, PS/2, BNC, coaxial, component, composite, digital visual interface (DVI), high-definition multimedia interface (HDMI), radio frequency (RF) antenna, S-Video, video graphics array (VGA), IEEE 802. n/b/g/n/x, Bluetooth, cellular (e.g., code division multiple access (CDMA), high-speed packet access (HSPA+), global system for mobile communications (GSM), long-term evolution (LTE), WiMAX, etc.).
I/O 인터페이스(1912)를 사용하여, 컴퓨터 시스템(1902)은 입력 디바이스(1914) 및 출력 디바이스(1916)와 통신할 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로세서(1904)는 네트워크 인터페이스(1910)를 통해 통신 네트워크(1920)와 통신하도록 배치될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 통신 네트워크(1920)는, 예를 들어, 조회 테이블에 액세스하거나, 업데이트를 수행하거나, 외부 자원을 이용하기 위해 원격 메모리 저장 디바이스(1906)와 통신하는 데 이용될 수 있다. 네트워크 인터페이스(1910)는 통신 네트워크(1920)와 통신할 수 있다. 네트워크 인터페이스(1910)는 직접 연결, 이더넷(예를 들어, 연선 10/100/1000 베이스 T), 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP), 토큰 링, IEEE 802.11a/b/g/n/x 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 연결 프로토콜을 사용할 수 있다. Using the I/O interface (1912), the computer system (1902) can communicate with input devices (1914) and output devices (1916). In some embodiments, the processor (1904) can be arranged to communicate with a communications network (1920) via the network interface (1910). In various embodiments, the communications network (1920) can be used to communicate with a remote memory storage device (1906), for example, to access a lookup table, perform an update, or utilize an external resource. The network interface (1910) can communicate with the communications network (1920). The network interface (1910) can use connection protocols including, but not limited to, a direct connection, Ethernet (e.g., twisted pair 10/100/1000 Base T), Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), Token Ring, IEEE 802.11a/b/g/n/x, and the like.
통신 네트워크(1920)는 인트라넷 또는 근거리 네트워크(LAN), 폐쇄 영역 네트워크(CAN) 등과 같은 다양한 유형의 네트워크 중 하나로 구현될 수 있다. 통신 네트워크(826)는 서로 통신하기 위해 다양한 프로토콜, 예를 들어, 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(HTTP), CAN 프로토콜, 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP), 무선 애플리케이션 프로토콜(WAP) 등을 사용하는 상이한 유형의 네트워크의 연관을 나타내는 전용 네트워크 또는 공유 네트워크일 수 있다. 또한, 통신 네트워크(1920)는 라우터, 브리지, 서버, 컴퓨팅 디바이스, 저장 디바이스 등을 포함하는 다양한 네트워크 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로세서(1904)는 저장 인터페이스(1908)를 통해 메모리 저장 디바이스(1906)와 통신하도록 배치될 수 있다. 저장 인터페이스(1908)는 직렬 고급 기술 첨부(Serial Advanced Technology Attachment: SATA), 통합 드라이브 전자 부품(Integrated Drive Electronics: IDE), IEEE-1394, 범용 직렬 버스(USB), 섬유 채널, 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI) 등과 같은 연결 프로토콜을 사용하는 메모리 드라이브, 이동식 디스크 드라이브 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 메모리 저장 디바이스(1906)에 연결될 수 있다. 메모리 드라이브는 드럼, 자기 디스크 드라이브, 광자기 드라이브, 광학 드라이브, 중복 독립 디스크 어레이(Redundant Array of Independent Discs: RAID), 솔리드-스테이트 메모리 디바이스, 솔리드-스테이트 드라이브 등을 더 포함할 수 있다. The communication network (1920) may be implemented as one of various types of networks, such as an intranet or local area network (LAN), a closed area network (CAN), etc. The communication network (826) may be a dedicated or shared network representing an association of different types of networks that use various protocols to communicate with each other, such as Hypertext Transfer Protocol (HTTP), CAN protocol, Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), Wireless Application Protocol (WAP), etc. The communication network (1920) may also include various network devices, including routers, bridges, servers, computing devices, storage devices, etc. In some embodiments, the processor (1904) may be arranged to communicate with the memory storage device (1906) via the storage interface (1908). The storage interface (1908) can be connected to memory storage devices (1906) including, but not limited to, memory drives, removable disk drives, etc. using connection protocols such as Serial Advanced Technology Attachment (SATA), Integrated Drive Electronics (IDE), IEEE-1394, Universal Serial Bus (USB), Fiber Channel, Small Computer System Interface (SCSI), etc. The memory drives can further include drums, magnetic disk drives, magneto-optical drives, optical drives, Redundant Array of Independent Discs (RAID), solid-state memory devices, solid-state drives, etc.
또한, 메모리 저장 디바이스(1906)는 본 발명에 따른 실시형태를 구현할 때 이용되는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로세서에 의해 판독 가능한 정보 또는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 유형의 물리적 메모리를 의미한다. 따라서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 하나 이상의 프로세서에 의한 실행을 위한 명령어를 저장할 수 있으며, 이 명령어에는 프로세서(들)로 하여금 본 명세서에 설명된 실시형태에 따른 단계 또는 단계들을 수행하게 하기 위한 명령어가 포함된다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 유형적인 항목을 포함하고, 반송파 및 과도 신호, 즉 비일시적 신호를 제외하는 것으로 이해되어야 한다. 예는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 하드 드라이브, 컴팩트 디스크(CD) ROM, 디지털 비디오 디스크(DVD), 플래시 드라이브, 디스크, 및 임의의 다른 알려진 물리적 저장 매체를 포함한다. Additionally, the memory storage device (1906) may include one or more computer-readable storage media used in implementing embodiments according to the present invention. Generally, a computer-readable storage medium refers to any type of physical memory that can store information or data that can be read by a processor. Accordingly, a computer-readable storage medium may store instructions for execution by one or more processors, including instructions for causing the processor(s) to perform a step or steps according to the embodiments described herein. The term "computer-readable medium" should be understood to include tangible items, and exclude carrier waves and transient signals, i.e., non-transitory signals. Examples include random access memory (RAM), read-only memory (ROM), volatile memory, non-volatile memory, hard drives, compact disc (CD) ROMs, digital video discs (DVD), flash drives, disks, and any other known physical storage medium.
메모리 저장 디바이스(1906)는 운영 체제(1922), 애플리케이션 명령어(1924) 및 사용자 인터페이스 요소(1926)를 포함하되 이에 국한되지 않는 프로그램 또는 데이터베이스 성분의 집합을 저장할 수 있다. 다양한 실시형태에서 운영 체제(1922)는 컴퓨터 시스템(1902)의 자원 관리 및 동작을 용이하게 할 수 있다. 운영 체제의 예는 APPLE® MACINTOSH® OS X®, UNIX®, UNIX 유사 시스템 배포판(예를 들어, BERKELEY SOFTWARE DISTRIBUTION®(BSD), FREEBSD®, NETBSD®, OPENBSD 등), LINUX® 배포판(예를 들어, RED HAT®, UBUNTU®, KUBUNTU® 등), IBM®OS/2®, MICROSOFT® WINDOWS®(XP®, VISTA®/7/8, 10 등), APPLE® IOS®, GOOGLETM ANDROIDTM, BLACKBERRY® OS 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. The memory storage device (1906) may store a collection of programs or database components, including but not limited to an operating system (1922), application instructions (1924), and user interface elements (1926). In various embodiments, the operating system (1922) may facilitate resource management and operation of the computer system (1902). Examples of operating systems include, but are not limited to, APPLE® MACINTOSH® OS X®, UNIX®, UNIX-like system distributions (e.g., BERKELEY SOFTWARE DISTRIBUTION® (BSD), FREEBSD®, NETBSD®, OPENBSD, etc.), LINUX® distributions (e.g., RED HAT®, UBUNTU®, KUBUNTU®, etc.), IBM® OS/2®, MICROSOFT® WINDOWS® (XP®, VISTA®/7/8, 10, etc.), APPLE® IOS®, GOOGLE TM ANDROID TM , BLACKBERRY® OS, etc.
애플리케이션 명령어(1924)는 프로세서(1904)에 의해 실행될 때 프로세서(1904)로 하여금 본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술, 단계, 과정 및/또는 방법을 수행하게 하는, 예를 들어, 본 명세서에 개략적으로 설명된 바와 같이 부위를 관개하고 부위를 조사하게 하는 명령어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1904)에 의해 실행될 때 애플리케이션 명령어(1924)는 프로세서(1904)로 하여금 방법(1200), 방법(1300), 방법(1400) 및/또는 방법(1600)을 수행하게 할 수 있다. The application instructions (1924) may include instructions that, when executed by the processor (1904), cause the processor (1904) to perform one or more of the techniques, steps, processes and/or methods described herein, for example, irrigating a site and examining a site as outlined herein. For example, the application instructions (1924), when executed by the processor (1904), may cause the processor (1904) to perform method (1200), method (1300), method (1400), and/or method (1600).
사용자 인터페이스 요소(1926)는 텍스트 또는 그래픽 기능을 통해 프로그램 구성 요소의 표시, 실행, 상호 작용, 조작 또는 동작을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 커서, 아이콘, 체크박스, 메뉴, 스크롤러, 창, 위젯 등과 같이 컴퓨터 시스템(1902)에 동작 가능하게 연결된 디스플레이 시스템에서 컴퓨터 상호작용 인터페이스 요소를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스 요소(1926)는 애플리케이션 명령어(1924) 및/또는 운영 체제(1922)에 의해 사용되어 예를 들어 사용자가 컴퓨터 시스템(1902)과 상호 작용할 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 사용자 인터페이스 요소(1926)는 디스플레이(도시되지 않음)와 통합될 수 있다. A user interface element (1926) may facilitate the display, execution, interaction, manipulation, or operation of a program component via text or graphical capabilities. For example, a user interface may provide computer interaction interface elements on a display system operably connected to the computer system (1902), such as a cursor, an icon, a checkbox, a menu, a scroller, a window, a widget, and the like. A user interface element (1926) may be used by application instructions (1924) and/or an operating system (1922) to provide a user interface that allows a user to interact with the computer system (1902), for example. In some embodiments, a user interface element (1926) may be integrated with a display (not shown).
본 명세서에서 사용되는 용어는 관련 기술 분야에서의 일반적인 의미로 주어지거나 또는 맥락에서 사용 상 나타나는 의미로 주어지지만, 명확한 정의가 제공된 경우에는 그 의미가 우선한다. The terms used in this specification are given their common meaning in the relevant technical field or the meaning that appears in the context of their use, but if a clear definition is provided, that meaning shall take precedence.
본 명세서에서 "일 실시형태" 또는 "실시형태"라는 언급은 반드시 동일한 실시형태를 나타내는 것은 아니지만, 동일한 실시형태를 나타낼 수도 있다. 문맥상 명확히 달리 요구되지 않는 한, 본 설명 및 청구범위 전체에서 "포함하고", "포함하는" 등의 단어는 배타적인 의미가 아닌 포괄적인 의미로 해석되어야 하고, 즉, "포함하지만 이에 국한되지 않는" 의미로 해석되어야 한다. 단수 또는 복수 숫자를 사용하는 단어는 단일 또는 여러 개로 명시적으로 제한되지 않는 한, 각각 복수 또는 단수도 또한 포함한다. 추가로, "본 명세서에서", "위에", "아래에" 및 이와 유사한 의미의 단어는 본 명세서에서 사용될 때 본 명세서 전체를 의미하며, 본 명세서의 임의의 특정 부분을 의미하는 것은 아니다. 청구범위에서 두 개 이상의 항목 목록을 언급할 때 "또는"이라는 단어를 사용하는 경우 이 단어는 명시적으로 하나 또는 다른 것으로 제한되지 않는 한, 이 단어의 다음 해석을 모두 포함하고, 즉 목록에서 임의의 항목, 목록에서 모든 항목, 및 목록에서 항목의 임의의 조합을 의미한다. 본 명세서에 명시적으로 정의되지 않은 임의의 용어는 관련 기술 분야(들)에 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 통상적인 의미를 갖는다.References to "one embodiment" or "an embodiment" in this specification do not necessarily refer to the same embodiment, but may refer to the same embodiment. Unless the context clearly requires otherwise, the words "including," "including," and the like, throughout this description and claims, are to be construed in an inclusive rather than an exclusive sense, i.e., to mean "including but not limited to." Words using the singular or plural number also include the plural or singular number, unless expressly limited to the singular or multiple, respectively. Additionally, the words "in this specification," "above," "below," and similar meanings, when used in this specification, mean the specification as a whole, and not any specific portion of the specification. When the claims use the word "or" to refer to a list of two or more items, that word includes all of the following interpretations of that word, i.e., any item in the list, all of the items in the list, and any combination of the items in the list, unless expressly limited to one or the other. Any term not explicitly defined herein shall have the ordinary meaning commonly understood by one of ordinary skill in the relevant art(s).
Claims (15)
제1 파장의 레이저 광을 생성하기 위한 제1 레이저 소스;
제2 파장의 레이저 광을 생성하기 위한 제2 레이저 소스;
원위 단부와 근위 단부를 갖는 광섬유로서, 상기 근위 단부에서 상기 제1 및 제2 레이저 소스로부터 레이저 광을 수신하고, 상기 근위 단부에서 레이저 광의 일부를 반사하고, 상기 원위 단부로부터 레이저 광의 일부를 방출하고, 반사된 레이저 광을 상기 원위 단부로 수신하도록 구성된, 상기 광섬유;
상기 반사된 광의 세기를 측정하기 위한 제1 광 검출부;
제2 광 검출부;
상기 근위 단부에서 반사된 레이저 광의 일부를 상기 제2 광 검출부로 보내는 거울로서, 상기 제2 광 검출부는 상기 근위 단부에서 반사된 레이저 광의 일부의 세기를 측정하는, 상기 거울; 및
프로세서와 메모리
를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 광 검출부에 의해 측정된 반사광의 세기와 상기 제2 광 검출부에 의해 측정된 상기 근위 단부에서 반사된 레이저 광의 일부의 세기에 기초하여 상기 광섬유의 원위 단부와 표적 사이의 거리를 추정하게 하는 명령어를 포함하는, 시스템.As a system,
A first laser source for generating laser light of a first wavelength;
A second laser source for generating laser light of a second wavelength;
An optical fiber having a distal end and a proximal end, wherein the optical fiber is configured to receive laser light from the first and second laser sources at the proximal end, reflect a portion of the laser light at the proximal end, emit a portion of the laser light from the distal end, and receive the reflected laser light at the distal end;
A first light detection unit for measuring the intensity of the reflected light;
Second light detector;
A mirror that sends a portion of the laser light reflected from the proximal end to the second light detection unit, wherein the second light detection unit measures the intensity of a portion of the laser light reflected from the proximal end; and
Processor and memory
A system comprising: a memory comprising instructions that, when executed by the processor, cause the processor to estimate a distance between a distal end of the optical fiber and a target based on an intensity of reflected light measured by the first light detector and an intensity of a portion of laser light reflected from the proximal end measured by the second light detector.
상기 제1 세기값과 상기 제2 세기값의 비율을 연산하게 하고;
상기 제1 세기값과 상기 제2 세기값의 비율에 기초하여 상기 광섬유의 원위 단부와 상기 표적 사이의 거리를 추정하게 하는, 시스템.In claim 7, the instruction, when executed by the processor, further causes the processor to:
Calculate the ratio of the first century value and the second century value;
A system for estimating the distance between the distal end of the optical fiber and the target based on the ratio of the first intensity value and the second intensity value.
복수의 상이한 파장의 레이저 광으로 표적을 조명하는 단계;
광섬유를 통해 상기 표적으로부터 제1 반사된 광 빔을 수신하는 단계;
상기 광섬유의 근위 단부로부터 제2 반사된 광 빔을 수신하는 단계;
복수의 광 검출부를 사용하여 상기 제1 및 제2 반사된 광 빔의 세기를 측정하는 단계; 및
상기 하나 이상의 광 검출부를 사용하여 측정된 반사된 광 빔의 세기에 기초하여 상기 광섬유의 원위 단부와 상기 표적 사이의 거리를 추정하는 단계
를 포함하는, 방법.As a method,
A step of illuminating a target with laser light of multiple different wavelengths;
A step of receiving a first reflected light beam from the target through an optical fiber;
A step of receiving a second reflected light beam from a proximal end of the optical fiber;
A step of measuring the intensity of the first and second reflected light beams using a plurality of light detectors; and
A step of estimating a distance between a distal end of the optical fiber and the target based on the intensity of a reflected light beam measured using the one or more optical detectors.
A method comprising:
상기 제1 세기값과 상기 제2 세기값의 비율을 연산하는 단계; 및
상기 제1 세기값과 상기 제2 세기값의 비율에 기초하여 상기 광섬유의 원위 단부와 상기 표적 사이의 거리를 추정하는 단계
를 포함하는, 방법.In claim 14,
A step of calculating a ratio of the first century value and the second century value; and
A step of estimating the distance between the distal end of the optical fiber and the target based on the ratio of the first and second century values.
A method comprising:
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