用于估计光纤末端和目标之间的距离的方法和系统与流程

用于估计光纤末端和目标之间的距离的方法和系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35u.s.c.
§
119要求于2020年11月27日提交的美国临时申请第63/118,857号的题为“method and system for estimating distance between afiber end and a target”的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
3.本技术根据35u.s.c.
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119要求于2020年11月25日提交的美国临时专利申请第63/118,117号的题为“apparatus and method for enhancing laser beamefficacy in a liquid medium”的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
4.本技术根据35u.s.c.
§
119要求于2021年10月6日提交的美国临时专利申请第63/252,830号的题为“method and system for estimating distance between afiber end and a target”的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
5.本公开总体上涉及用于医疗或治疗激光递送的光纤领域。具体地，但非排他地，本公开涉及用于估计光纤末端和目标之间的距离的方法和系统。


背景技术：

6.将激光引入医学领域和使用激光的光纤技术的发展已经在治疗、诊断、疗法等方面开辟了许多应用。此类应用范围从有创治疗和无创治疗到内窥镜手术和图像诊断。例如，在泌尿结石治疗中，需要将结石破碎成更小的碎片。一种称为激光碎石术的技术可被用于这种碎裂过程，其中，对于中小型泌尿结石，将刚性或柔性输尿管镜放置穿过泌尿道进行照明和成像。同时，通过输尿管镜的工作通道将光纤插入到目标位置(例如，膀胱、输尿管或肾脏中存在结石的位置)。然后激光被激活，将石头碎裂成更小的碎片或对其进行除尘。在另一种情况下，激光和光纤技术被用于凝固或消融治疗。在消融治疗期间，激光被递送到组织以汽化组织。在凝固治疗期间，激光被用于在组织内引起热损伤。这种消融治疗可以被用于治疗各种临床病症，诸如良性前列腺增生(bph)、癌症(诸如前列腺癌、肝癌、肺癌等)，以及用于通过消融和/或凝固心脏中的部分组织来治疗心脏病症。
7.这些使用激光和光纤技术的治疗需要高精度，以确保激光瞄准正确的目标(结石、组织、肿瘤等)，从而实现组织消融、凝血、结石破碎、除尘等临床目标。因此，重要的是知道目标和发射激光所处的光纤末端(远端)之间的距离，这是因为激光治疗参数，诸如能量、脉冲宽度、激光功率调制和/或重复率通常基于光纤尖端到目标之间的距离被确定。
8.用于估计光纤远端和目标之间的距离的现有技术之一提供了测量和比较光束的反射强度值，其中，光束通过调制光束的数值孔径被传输通过光纤。然而，改变光束的数值孔径并不总是方便的。此外，这些技术所需的不同数值孔径的光束反射的分离是困难的。


技术实现要素：

9.提供本发明内容是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念将在下文的具体
实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在必然地标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在帮助确定所要求保护主题的范围。
10.在一个方面，本公开涉及一种系统，包括：第一激光源和第二激光源、光纤、光检测器、处理器和存储器。第一激光源可以生成第一波长的激光，并且第二激光源可以生成第二波长的激光。光纤可以具有远端，并且被配置为将来自第一激光源和第二激光源的激光从远端传递出去，并且接收反射的激光进入远端。光检测器可以测量反射光的强度。处理器和存储器可以包括指令，该指令在由处理器执行时致使处理器基于由光检测器测量的反射光的强度来估计光纤的远端与目标之间的距离。
11.在一些实施例中，第一波长的第一吸水系数比第二波长的第二吸水系数高。在一些这样的实施例中，第一吸水系数与第二吸水系数的比率为至少2比1。在进一步的这样的实施例中，第一波长为大约1330nm至大约1380nm，并且第二波长为大约1260nm至约1320nm。更进一步的实施例包括生成第三波长的激光的第三激光源，其被用于表征光纤的状态，其中第三波长具有比第一吸水系数和第二吸水系数高的第三吸水系数。在又一个实施例中，第三波长包括大约1435nm、大约2100nm或在大约1870nm和大约2050nm之间的波长。
12.在一些实施例中，光检测器测量与第一波长的激光对应的反射光的第一强度值和与第二波长的激光对应的反射光第二强度值。在一些这样的实施例中，指令在由处理器执行时，进一步致使处理器：计算第一强度值和第二强度值的比率；并且基于第一强度值和第二强度值的比率来估计光纤的远端与目标之间的距离。
13.在各种实施例中，第一激光源和第二激光源中的一个或多个包括保偏尾纤光纤激光器(polarization maintaining pigtailed fiber laser)、单模尾纤光纤激光器(single mode pigtailed fiber laser)或自由空间激光器。
14.几个实施例包括耦合到光纤近端的波分复用器(wdm)，该wdm将第一波长的激光和第二波长的激光布置成以相同点和相同角度中的一个或多个进入光纤近端。
15.在另一个方面中，本公开涉及至少一种非暂时性计算机可读介质，包括一组指令，该组指令响应于由处理器电路执行，致使处理器电路执行以下中的一个或多个：基于与第一波长的激光对应的第一反射激光确定第一强度值，其中第一波长的激光离开光纤的远端，并且第一反射激光被目标反射并进入光纤的远端；基于与第二波长的激光对应的第二反射激光来确定第二强度值，其中第二波长激光离开光纤的远端，并且第二反射激光被目标反射并进入光纤的远端；计算第一强度值和第二强度值的比率；并且基于第一强度值和第二强度值的比率来估计光纤的远端和目标之间的距离。
16.在一些实施例中，该组指令响应于由处理器电路执行，进一步致使处理器电路：从第一测量强度值中减去第一内部反射值以确定第一强度值，并从第二测量强度值减去第二内部反射值来确定第二强度值。
17.在各种实施例中，该组指令响应于由处理器电路执行，进一步致使处理器电路基于与第三波长的激光对应的第三反射激光来确定内部反射值，其中第三波长的激光离开激光源，并且第三反射激光的至少一部分被光纤的远端反射。在各种这样的实施例中，该组指令响应于由处理器电路执行，进一步致使处理器电路将内部反射值与基线内部反射值进行比较；以及基于内部反射值与基线内部反射值的比较来调整治疗波束的操作参数。在进一步的这样的实施例中，该组指令响应于由处理器电路执行，进一步致使处理器电路将内部
反射值与基线内部反射值进行比较；基于内部反射值与基线内部反射值的比较来表征光纤的状态；并且经由用户接口通信光纤状态的指示。
18.在一些实施例中，该组指令响应于由处理器电路执行，进一步致使处理器电路经由用户接口通信光纤远端与目标之间估计的距离的指示。
19.在又一个方面中，本公开可以包括一种方法，包括以下一个或多个：用多个不同波长的激光照射目标；经由光纤接收来自目标的反射光束；用一个或多个光检测器测量反射光束的强度；并且基于用一个或多个光检测器测量的反射光束的强度来估计光纤的远端和目标之间的距离。
20.在一些实施例中，该方法包括：经由光纤发射多个不同波长的激光以照射目标。
21.在各种实施例中，该方法包括：测量与第一波长的激光对应的反射光束的第一强度值和与第二波长的激光对应的反射光束第二强度值。在各种这样的实施例中，该方法包括：计算第一强度值和第二强度值的比率；并且基于第一强度值和第二强度值的比率来估计光纤的远端与目标之间的距离。
附图说明
22.本公开的非限制性实施例通过示例的方式参考附图被描述，附图是示意性的并且不打算按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或几乎相同的部件通常由单个数字表示。将理解，包括在本公开中的各种图可以省略一些部件，示出一些组件的部分，和/或将一些部件呈现为透明的，以便于可能以其他方式看起来隐藏的部件的图示和描述。出于清楚的目的，不是每个部件在每个图中都被标记，也不是每个实施例的每个部件都被示出，其中图示对于允许本领域普通技术人员理解本公开不是必要的。在图中：
23.图1a示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性架构。
24.图1b示出了根据本公开的一些实施例的示例性光纤。
25.图2a-图2g示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置。
26.图2h和图2i示出了根据本公开的一些实施例的以特定角度切割的光纤近端的示例性视图。
27.图3a-图3c示出了示出根据本公开的一些实施例的估计光纤末端和目标之间的距离的方法的流程图。
28.图4示出了用于实施符合本公开的实施例的示例性计算机系统的框图。
具体实施方式
29.本公开提供了用于估计光纤末端和目标之间距离的方法和系统。应当理解，使用激光的治疗效率通常取决于光纤尖端相对于目标的相对位置和取向。然而，由于各种因素，诸如光纤相对于受试者(例如，患者)体内的位置和取向的移动、组织环境、组织的移动、目标的表面、目标的颜色、目标的颜料、治疗期间的光纤尖端退化、水冲洗和浑浊环境(例如，由于除尘)等，确定或估计光纤尖端与目标之间的距离是极其困难的。确定光纤尖端与目标之间的距离由于光纤尖端典型地插入受试者体内的事实而更加复杂。
30.光纤末端和目标之间的距离的不正确估计以及光纤末端的取向的不正确估计可能导致将激光瞄准在不是目标的感兴趣区域的区域。这可能会导致不必要的并发症，并且在某些情况下还可能导致受试者组织、器官等的某些部分永久性损伤，这可能使受试者的身体部分功能失调。在一些其他情况下，不正确的距离测量和取向可能会导致治疗持续时间的增加，或者可能导致低质量的消融/碎裂结果。在某些情况下，诸如bph或癌症，如果肿瘤没有被正确消融，则它可能导致肿瘤(或其他不期望的组织)的再生，从而导致进一步的并发症。因此，在使用如上所讨论的激光和光纤技术执行某些治疗的同时，确定光纤尖端和目标之间的精确(或保持期望的)距离是很重要的。
31.该方法包括：通过光发射、传送和检测(light emitting，transmitting anddetecting，letd)系统，使用不同的激光光源，而用具有低吸水系数和高吸水系数的不同波长的激光照射目标。可以以如下这样的方式选择波长，使得它们彼此接近并且属于相同的“nm尺度(scale)”。此外，letd系统接收对应于不同波长的入射激光的返回信号。返回信号包括从目标后照射反射的光束。letd系统中配置的一个或多个光检测器可以检测返回信号以测量特定波长的返回信号的强度值。使用测量出的强度值，处理单元然后可以估计光纤末端和目标之间的距离。
32.本公开使用不同配置下的描述的letd系统，该不同配置包括各种光学部件(诸如光束组合器、分束器、偏振器、准直器、波分复用器(wdm)、光检测器等)的不同布置。本公开使得能够精确估计光纤末端与目标之间的距离。另外，本公开提供了一种与不同类型目标兼容的稳健的距离估计技术。此外，本公开可以被用于控制和/或调整一个或多个操作参数的目的。例如，在治疗期间，目标可能会周围移动、前后移动或以其他方式移动，或者可能会改变其形状、大小、成分、颜料和颜色中的一个或多个。因此，在开始对目标发射激光之前预设的激光源参数可能会变得不太有效。传统上，这些预设参数是被手动更改的，这可能容易出错且耗时，或者在某些情况下，预设参数可能保持不变，这可能导致光纤距离目标太近或太远的情况。因此，本公开允许对光纤末端与目标之间距离的自动和实时监测，并进一步使得能够自动改变预设激光发射参数，以根据目标形状、位置等来调整激光，并且提供从治疗中实现期望结果或成果的更高可能性。
33.前述内容已经广泛地概括了本公开的特征和技术优势，使得可以更好地理解本公开的下面详细描述。本领域技术人员应当理解，所公开的实施例可以容易地被用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。当结合附图考虑时，从以下描述中将更好地理解本公开的新颖特征，关于其组织和操作方法，以及进一步的目的和优点。然而，应当明确理解的是，每个附图仅为了说明和描述的目的被提供，并不旨在作为本公开的限制的定义。
34.图1a示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间距离的示例性架构100。在一些实施例中，示例性架构100包括目标101、光纤103、光发射、传送和检测(letd)系统105、处理单元107和指示器109。在一些实施例中，目标101可以是受试者体内要被治疗、消融或破坏的组织、结石、肿瘤、囊肿等。在一些实施例中，受试者可以是人或动物。此外，光纤103包括近端和远端。近端是光纤103的端部，光束通过该端部进入光纤103，并且远端是光纤103的端部，光束通过该端部被发射并且可以被引导到目标101上。因此，光束115在光纤103的近端111进入，传播通过光纤103的长度，从远端113出射，并从光纤103的远
端113被引导到(或朝向)目标101，如图1b所示。
35.在一些实施例中，光束可以是从光源引导的光束。例如，光源可以是激光光源。作为示例，激光光源可以包括但不限于固态激光器、气体激光器、二极管激光器和光纤激光器。光束可以包括：瞄准波束、治疗波束和通过光纤103传送的任何其他波束中的一个或多个。在各种实施例中，瞄准光束可以包括低强度光束，该光束通过光纤103传送以估计光纤末端(例如，远端113)与目标101之间的距离。在几个实施例中，治疗波束可以包括高强度光束，该光束通过光纤103传送以治疗目标101。在一些实施例中，不同的光束可以由一个或多个激光光源产生。作为具体示例，瞄准波束可以由一个激光源生成，并且治疗波束可以由另一个激光源生成。在另一个示例中，瞄准波束和治疗波束均可以由单个激光源生成。在又一个示例中，可以使用不同的激光光源来生成不同波长、特性等的光束。
36.此外，光纤103可以与letd系统105相关联，如图1a所示，以接收光束，瞄准目标101，并递送从目标101的表面和周围区域反射的反射光束。在一些实施例中，光纤103可以经由端口(图1a中未示出)与letd系统105光学、机械和/或电气耦合。
37.在一些实施例中，letd系统105包括光学部件，其可以包括但不限于激光光源、偏振器、分束器、光束组合器、光检测器、波分复用器、准直器、环行器中的一个或多个，它们以各种组合进行配置，如在本公开的进一步部分中详细解释的。
38.在许多实施例中，激光光源被配置为生成激光光束，诸如用于将光束115瞄准目标101的低强度瞄准波束和用于治疗目标101的高强度治疗波束，和/或基于应用具有变化特性(例如，强度、波长等)的光束。每个激光光源可以被配置为生成具有不同波长的激光，其中不同波长中的每一个可以具有不同的吸水系数。此外，每个激光光源可以具有相同的孔径或不同的孔径。在一些实施例中，每个激光光源可以被指定有不同的目的，例如，一个激光光源可以被配置为生成特定强度的瞄准波束，并且一个激光光源可以被配置为生成特定强度的治疗波束，并且一个或多个激光光源可以被配置为生成具有特定吸水系数的特定波长的光束。另外，每个激光光源可以被配置为生成偏振激光或非偏振/去偏振光。
39.偏振器可以包括用作光学滤波器的光学部件。例如，偏振器可以被配置为允许特定偏振的光束通过，并阻挡不同偏振的光束。因此，当未定义的光(或混合极性的光束)被提供作为偏振器的输入时，偏振器提供明确定义的单偏振光束作为输出。
40.分束器可以包括用于将入射光按指定比例分为两束独立波束的光学部件。此外，分束器可以被布置为操纵光以期望的入射角(aoi)入射。因此，在许多实施例中，分束器可以主要被配置有两个参数，分离比和aoi。分离比包括分束器的反射与透射的比率(反射/透射(r/t)比)。因此，如本文所用，如果分束器的分离比指示为50:50，则这意味着分束器以50:50的r/t比来分离入射光束。换言之，分束器通过反射50％并透射另50％来改变入射光而分离入射光束。此外，作为示例，如果分束器的aoi指示为45度，则这意味着分束器确保光束将以45度的角度入射。分束器可以包括但不限于偏振分束器和非偏振分束器。偏振分束器可以基于s偏振分量和p偏振分量来分离入射光，诸如，例如通过对光的s偏振分量进行反射并对光的p偏振分量进行透射(或反之亦然)。在一些实施例中，非偏振分束器可以基于特定的r/t比来分离入射光束，同时保持入射光束的原始偏振状态。
41.光束组合器可以包括部分反射器，其组合两个或更多个波长的光，诸如通过使用如上解释的透射和反射原理。在许多实施例中，光束组合器可以是分束器和反射镜的组合，
其执行组合两个或更多个波长的光的功能。
42.光检测器可以包括检测和/或测量光束特性并将检测到的和/或测得的特性编码在电信号中的设备。例如，光检测器可以检测特定类型光束(如预配置的)，并将与检测到的光束相关联的光能转换为电信号。在一些实施例中，波分复用可以包括在使用不同波长的激光的同时将多个光载波信号组合到单根光纤上的技术。
43.准直器可以包括缩窄光束的设备。为了使光束变窄，准直器可以被配置成使运动方向变得在特定方向上更加一致(例如，平行光线)，或者使波束的空间横截面变得更小。在许多实施例中，准直器可以被用于将发散光从点光源改变为平行波束。
44.环行器可以包括多端口光学设备，其被配置为经由多个端口的预定顺序接收和发射光。例如，环行器可以包括三(或四、或五等)端口光学设备，其被设计使得进入任何一个端口的光从下一个端口出去。在一个这样的示例中，进入第一端口的光可以退出第二端口，进入第二端口的光可以退出第三端口，并且进入第三端口的光可以退出第一端口。通常环行器可以被用于允许光束仅在一个方向上行进。
45.注意到，在本文所述的光学部件列出特定参数的情况下，诸如，具有50:50的r/t比和45度的aoi的分束器，提供这些参数是为了一般理解所公开的概念，并且不是限制。作为具体示例，可以在本文描述的各种实施例中提供具有与这里指定的不同的r/t比和/或aoi的分束器，而不会脱离本公开和权利要求的范围。在一个这样的示例中，可以使用40度的aoi。在另一个这样的示例中，可以使用47:53的r/t比。
46.letd系统105还经由通信网络与处理单元107相关联。在一些实施例中，通信网络可以是有线通信网络或无线通信网络。处理单元107可以被配置为从letd系统105接收测量值，并且估计光纤103的远端与目标101之间的距离。在一些实施例中，处理单元107可以是具有距离估计所需的处理能力的独立设备。例如，处理设备107可以包括被布置为基于从letd系统105接收的电信号来确定距离的电路。作为另一示例，处理设备107可以包括电路和存储器，其包括指令，指令在由电路执行时，致使电路基于从letd系统105接收的电信号来确定距离。仍然，在一些其他实施例中，处理单元107可以是计算设备，诸如笔记本电脑、台式电脑、移动电话、平板电话等，其被配置为使用其处理能力执行距离估计。
47.处理单元107可以与指示符109相关联，以指示光纤103的远端与目标101之间的估计距离。指示器109可以包括但不限于显示估计距离的视觉指示器、宣布估计距离的音频指示器或经由振动模式指示估计距离的触觉指示器。在各种实施例中，指示器可以经由图形用户界面来呈现和/或覆盖在图形表示上，诸如视频馈送。在一些实施例中，被配置为处理单元107的计算设备可以被配置为执行指示器109的功能。在一些其他实施例中，指示器109可以是独立设备，其被配置为指示光纤103的远端与目标101之间的估计距离。
48.下面详细解释用于估计光纤末端和目标之间距离的各种示例性配置。然而，与在下面解释的配置中的每一个中使用的不同光学部件相关联的值和参数应被认为是纯粹地示例性的，而不应被解释为对本公开的限制。
49.图2a至图2g示出了包括letd系统105的许多配置的架构100的部分的示例配置。需要注意的是，经常依赖对先前图(例如，图2a)的描述来充分描述另一个图(例如，图2e)。然而，示例在这方面不受限制。
50.图2a示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间距离的示
例性配置200a。在配置200a中，letd系统105可以包括一个或多个偏振(或非偏振)激光器、一个或多个分束器、偏振器、光束组合器和一个或多个光检测器。一个或多个分束器可以是偏振分束器、非偏振分束器或偏振分束器和非偏振分束器两者的组合。如图2a所示，letd系统105包括第一偏振激光源201a、第二偏振激光源201b、第一分束器203、功率检测器205、偏振器207、第一光束组合器209、第二分束器211、偏振分束器213、第一光检测器215和第二光检测器217。
51.在配置200a中，第一偏振激光源201a被布置为生成激光225a(或光束225a)，其波长相对于由第二偏振激光源201b生成的激光225b的波长具有高吸水系数。如本文所使用的，由第一偏振激光源201a生成的激光225a可以被称为高吸水系数光(hi)，而由第二偏振激光源201b生成的激光225b可以被称为低吸水系数光(lo)。应该理解的是，即使使用了术语“高”和“低”，它们也旨在相对于彼此被解释，或者在替代方案中相对于描述特定波长的吸水的阈值特性被解释。例如，高吸水特性可以大于或等于50％，而低吸水特性可以小于或等于50％。
52.在各种实施例中，高吸水系数与低吸水系数的比可以约为1:2。例如，激光225a可以利用大约1310nm的波长并且具有大约0.1651的吸水系数，而激光225b可以利用大约1340nm的波长并且具有大约0.333的吸水系数。高吸收系数和低吸收系数之间的比越高，可能导致对系统噪声(例如，电噪声或光机械噪声)的灵敏度越低，但所得到的系统在超过3mm的距离处可能无效。高吸收系数和低吸收系数之间的比率越低，可能导致对系统噪声的灵敏度越高，但所得到的系统可能在高达5或6mm的距离保持有效。在一些示例中，第一和第二偏振激光源201a和201b可以是保偏(polarization maintaining，pm)尾纤光纤激光器。
53.激光源201a和201b与第一分束器203相关联并且与之进行光学通信。不同地说，分别由激光源201a和201b生成的激光束225a和225b作为输入被提供给第一分束器203，第一分束器203被配置为以大约50:50(例如，47:53或49:51)的比例分离入射光束225a和225b，使得入射光束225a和225b作为光束227沿着单一光路对齐。然而，将理解，可以利用99:1和1:99之间的任何比例，而不会脱离本公开的范围。类似地，尽管在实施例中可以描述45度的aoi，但是将理解，可以利用1和89之间的任何aoi(诸如43-47度、40度或20度)，而不会脱离本公开的范围。
54.功率检测器205与第一分束器203相关联并且与之进行光学通信。功率检测器205被布置为测量对应于光束227中的每个光波长的光信号(例如，被路由到功率检测器205的光束225a和225b的部分)中光的光功率。在一些实施例中，术语“光功率”可能是指单位时间内由某个激光束传输的能量。
55.第一分束器203还与偏振器207相关联并且与之进行光学通信。第一分束器还被布置为提供光束225a和225b的一部分，表示为光束227，其沿单一光路对齐，作为偏振器207的输入。在一些实施例中，可以预先配置偏振器207的极性。偏振器207与第一光束组合器209相关联并且与之进行光学通信。作为这种方式，从偏振器207获得的作为输出的偏振光229作为输入被提供给第一光束组合器209。
56.如图2a所示，第一光束组合器209可以将偏振光束229与瞄准波束231和治疗波束233组合成组合光束235。在一些其他实施例中，瞄准波束231和治疗波束233可以由除激光源201a和201b之外的一个或多个激光源(未示出)生成。作为示例，治疗波束233可以由固态
激光器或光纤激光器(诸如钬(ho)激光器)生成。然而，这不应被认为对本公开的限制，因为治疗波束可以由除ho激光器以外的激光器生成，诸如钕、铒、铥等。在一些其他实施例中，瞄准波束231和治疗波束233可以由激光源201a和201b生成。包括瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a和201b的偏振光束229的组合光束235可以经受第二分束器211，其具有50:50r/t比和45度aoi的配置。也就是说，第一光束组合器209可以与第二分束器211相关联并且与之进行光学通信，使得组合光束235作为输入被提供给第二分束器211。
57.第二分束器211可以以50:50的比例分离组合光束235，使得瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a和201b的偏振光束229沿着单一光路对齐。第二分束器211被光学耦合到光纤103(例如，经由端口219等)，使得如图2a所示，作为第二分束器211的输出的光束235的一部分被传送通过光纤103(例如，经由端口219)，并且表示为光束221。光束221被传送到光纤103的近端111，然后通过光纤103的长度传播，以从光纤103的远端113被递送到目标101。作为示例，目标101可以是受试者体内要被治疗、消融、破坏等的组织、结石、肿瘤、囊肿等。
58.当光束221经由光纤103被递送到目标101时，目标101可以反射一部分入射光束221远离光纤103和反射一部分光朝向光纤103，其中，反射朝向光纤103的该部分光可以在光纤103的远端重新进入光纤103。在远端重新进入的反射光部分可以被称为反射光223a。反射光223a可以在光纤103中从光纤103的远端“向后”被传送到光纤103的近端。当反射光223a到达光纤103的近端时，反射光223a可以经受第二分束器211。反射光223a可以包括众多反射，诸如来自光纤103近端、来自光纤103远端、来自端口219等，因此反射光223a不再偏振。
59.为了使反射光223a偏振，反射光可以首先经受第二分束器211以对齐反射光223a的光路，并且然后经受偏振分束器213。反射光223a将以45度角入射到第二分束器211，并以50:50的比例(或如在此概述的另一比例)进行分离。从第二分束器211中出来的反射光223b随后经受偏振分束器213，如图2a所示。偏振分束器213可以将反射光223b分为反射p偏振波束和透射s偏振波束。在一些实施例中，第一光检测器215可以被配置为检测由偏振分束器213反射的光223b的p偏振波束，而第二光检测器217可以配置为检测由偏振分束器213透射的光223b的s偏振波束。第一光检测器215和第二光检测器217可以分别测量光223b的检测光束的强度，并将该强度传送到处理单元107。在一些实施例中，处理单元107可以基于测量出的强度估计光纤103的远端和目标101之间的距离。下面关于图3a-图3c更详细解释了基于测量出的强度估计光纤103的远端与目标101之间的距离的方法。
60.图2b示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置200b。配置200b，在两个构造方面不同于配置200a。当与配置200a相比时，配置200b中不同的构造方面之一是第一分束器203的布置。在配置200b中，第一分束器203被替换为第二光束组合器237。由于第一分束器203被替换为第二光束组合器237，因此在配置200a中与第一分束器203相关联的功率检测器205被布置为与配置200b中的第二分束器211相关联。实施例在此上下文中不受限制。
61.在配置200b中，letd系统105可以包括一个或多个偏振激光器、一个或多个分束器、偏振器、一个或多个光束组合器和一个或多个光检测器。一个或多个分束器可以是偏振分束器、非偏振分束器或偏振分束器和非偏振分束器的组合。如图2b所示，letd系统105包
括偏振激光源201a、偏振激光源201b、功率检测器205、偏振器207、第一光束组合器209、第二光束组合器237、第二分束器211、偏振分束器213、第一光检测器215和第二光检测器217。在该配置中，如图2b所示，偏振激光源201a具有高吸水系数(hi)的波长，并且偏振激光源201b具有低吸水系数(lo)的波长。
62.来自激光源201a和201b的入射光束作为输入被提供给第二光束组合器237，第二光束组合器237被配置为将由激光源201a和201b生成的入射光束225a和225b组合成光束227。此外，第二光束组合器237的输出(例如，光束227)可以作为输入被提供给偏振器207，其用于提供偏振光束229作为输出。在一些实施例中，可以预先配置偏振器207的偏振。此后，从偏振器207获得的作为输出的偏振光229可以作为输入被提供给第一光束组合器209。第一光束组合器209可以将偏振光束229与瞄准波束231和治疗波束233组合成组合光束235，如图2b所示。
63.包括瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a和201b的偏振光束229的组合光束235可以经受第二分束器211，该第二分束器211具有50:50的r/t比和45度的aoi(或如在此概述的任何其他r/t比和aoi)的配置。第二分束器可以以50:50的比例分离组合光束235，使得瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a和201b的偏振光束229可以沿着单一光路对齐。
64.与第二分束器211相关联的功率检测器205可以测量对应于每个波长的光信号(光束235、光束229等)中的功率。在各种实施例中，功率检测器205可以检测在第二分束器211处接收的光信号的累积能量。在一些实施例中，术语“光功率”可以是指单位时间内由某个激光束传输的能量。如以上关于图2a所概述的，作为第二分束器211的输出的光束221然后被传送到光纤103(例如，经由端口219)。另外，反射光223a被接收和处理，如以上关于图2a所概述的那样。
65.图2c示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置200c。本公开可以与偏振激光源和非偏振激光源一起工作。因此，在配置200c中，用于提供入射光束(源光)的激光源201a’和201b’是非偏振激光源。作为示例，激光源201a’和201b’可以是单模(single mode，sm)光纤尾纤激光器。当激光源201a’和201b’为非偏振激光源时，不需要偏振器207、偏振分束器213、用于检测p偏振光束的第一光检测器215和用于检测s偏振光束的第二光检测器217，如上述配置200a和200b中所描绘的。
66.在配置200c中，letd系统105可以包括一个或多个非偏振激光器、一个或多个分束器、光束组合器、和光检测器。一个或多个分束器可以是非偏振分束器。如图2c所示，letd系统105包括第一非偏振激光源201a’、第二非偏振激光源201b’、第一分束器203、功率检测器205、第一光束组合器209、第二分束器211和第三光检测器239。
67.与现有配置一样，在配置200c中，非偏振激光源201a’可以具有高吸水系数(hi)的波长，而非偏振激光源201b’可以具有低吸水系数(lo)的波长。来自激光源201a’和201b’的入射光束225a’和225b’作为输入被提供给第一分束器203，第一分束器203被配置为以50:50的比例分离入射光束，使得入射光束225a’和225b’作为光束227’沿单一光路对齐。
68.与第一分束器203相关联的功率检测器205可以测量对应于每个波长的光信号(光束227’)中的功率。由于配置200c是在非偏振环境中被实施的，因此在该配置中不需要基于偏振的光学部件，诸如偏振器和偏振分束器。因此，第一分束器203的输出，即作为光227’沿
单一光路对齐的入射光225a’和225b’，可以作为输入被提供给第一光束组合器209。第一光束组合器209可以将来自第一分束器203的光束227’与瞄准波束231和治疗波束233组合，如图2c所示。
69.在一些实施例中，瞄准波束231和治疗波束233可以由除了激光源201a’和201b’之外的一个或多个激光源生成。在一些其它实施例中，瞄准波束231和治疗波束233可以由激光源201a’和201b’生成。包括瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a’和201b’的非偏振光束201a’和201b’的组合光束235’可以经受第二分束器211，其具有比例50:50和45度的aoi(或如在此概述的任何其他r/t比和aoi)的配置。第二分束器211可以将组合光束235’以50:50的比例分离，使得瞄准波束231、治疗波束233和非偏振光束225a’和225b’沿着单一光路对齐。作为第二分束器211的输出的光束221然后被传送到光纤103(例如，经由端口219)，而反射光223a被向后传送，如图2c所示和以上描述的。
70.由于配置200c是在非偏振环境中被实施的，因此反射光223a仅经受第二分束器211以对齐反射光223a的光路，而不需要如配置200a和200b中所描绘的偏振分束器。反射光223a将以45度角入射到第二分束器211并以50:50的比例被分离。从第二分束器211出来的反射光223b可以由单个检测器直接检测。这样，配置200c提供第三光检测器239。
71.第三光检测器239可以分别测量反射光223b的检测光束的强度，并且将该强度传送到处理单元107。在一些实施例中，处理单元107可以基于测量出的强度估计光纤103的远端和目标101之间的距离。下面关于图3a-图3c更详细地解释了基于测量出的强度来估计光纤103的远端和目标101之间的距离的方法。
72.图2d示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置200d。配置200d包括第三偏振激光源201c，其为了实时校准光纤状态的目的而被引入。作为示例，光纤103的状态可以包括但不限于光纤103的远端或近端的任何变化或退化、光纤弯曲对偏振加扰的影响或在光纤103中发生的任何其他退化和变化。光纤103的状态变化，特别是光纤103的尖端/末端(例如，输入和输出面)可能对透射和反射光束产生不利影响，导致大量反射、能量损失和不准确的测量。这可能会影响距离估计的精确性，从而导致在治疗期间光纤103的不正确定位。
73.在配置200d中，letd系统105可以包括一个或多个偏振激光器、一个或多个分束器、偏振器、光束组合器和一个或多个光检测器。一个或多个分束器可以是偏振分束器、非偏振分束器或偏振分束器和非偏振分束器的组合。如图2d所示，letd系统105包括偏振激光源201a、偏振激光源201b和偏振激光源201c、第一分束器203、功率检测器205、偏振器207、第一光束组合器209、第二分束器211、偏振分束器213、第一光检测器215、第二光检测器217和第三分束器241。在配置200d中，如图2d所示，来自激光源201a和201b的入射光束225a和225b作为输入被提供给第一分束器203，第一分束器203被配置为以50:50的比例分离入射光束225a和225b，使得入射光束225a和225b沿单一光路对齐，形成光束227。此外，作为沿单一光路对齐的入射光束225a和225b的第一分束器203的输出(例如，光束227)可以作为输入被提供给第三分束器241，第三分束器241还被配置为以50:50的比例分离入射光束，形成包括光225a、225b和225c的光束243。
74.在第三分束器241处，来自偏振激光源201c的入射光束225c(例如，用于校准的光)与第一分束器203的输出(例如，光束227)一起被提供作为输入。与第三分束器241相关联的
功率检测器205可以测量对应于到达第三分束器241的每个波长的光信号(例如，光束243)中的功率。随着第一分束器203的输出，第三分束器241接收来自偏振激光源201c的入射光束。
75.在一些实施例中，偏振激光源201c具有相对于激光源201a和201b发射的光的波长非常高的吸水系数(例如，基本上、完全地或几乎完全地被水吸收)的波长。作为示例，偏振激光源201c的波长可以是大约1435nm，并且具有大约31.55(或者大约是“高”吸水源的100倍)的吸水系数。在波长为1435nm的0.5mm的距离处，约98-99％的光被吸收。在一些实施例中，校准光源可以具有大约1420至大约1440的波长(导致大约30的吸水系数)。可以利用具有非常高的吸水系数的替代或附加波长(例如1870-2070nm)。然而，波长离hi和lo波长(例如，分别为1310nm和1340nm)越远可能导致更复杂的光学设计。例如，检测器可以覆盖大约1100-1600nm的范围，并且如果非常高的吸水系数激光器具有2000nm的波长，则将需要独特的或附加的检测器。在一些实施例中，校准激光器可以具有大约1435nm、大约2100nm的波长，或者在大约1870nm和大约2050nm之间的波长。
76.基于偏振激光源201c的读数(例如，如由功率检测器205测得)，处理单元107可以定义光纤103的远端113处的光纤尖端的“质量”的光学基线特性。更具体地说，由于激光源201c在水中被高度吸收，因此来自激光源201c的光将不太可能到达目标组织，并且结果是几乎没有来自激光源201c的任何光将作为反射光223a的一部分被反射回光纤103中。因此，具有与激光源201c相关联的光的波长的光反射223c的成分主要归因于光纤103的远端113的光学特性。应当理解，光纤103的远端113在激光治疗期间由于例如热和空化而经历退化。在许多实施例中，背反射光223c的增加的强度读数可以指示光纤尖端退化。在几个实施例中，在从针对特定光纤的基线读数的强度变化的某个阈值(例如，10％到50％，大于或等于25％，50％，75％，90％，在10％和100％之间等)处，处理单元107可以指示应该检查或替换光纤103，诸如通过用户界面和/或声音警报。另外，光纤尖端退化可能导致来自光纤远端的来自偏振激光源201a和201b的光的更高的内部反射。激光源是否偏振可能对内部反射的影响极小，因为光在光纤中被随机去偏振。然而，通过非常高的吸收系数激光器(例如，1435nm激光器)监测来自光纤远端的反射可以被用来确定远端反射的变化(以1435的初始反射与实时反射的百分比)。此外，对于lo激光器(例如，1310nm激光器)和hi激光器(例如，1340nm激光器)，远端反射的变化可以应用于来自远端的初始反射上，以更新初始反射。
77.此外，光纤尖端退化可能会改变背反射光223a或223c中的极性p和极性s之间的比例。因此，为当前使用的特定光纤103创建基线读数，并即时监测这些基线，可以实现更精确的距离估计，即使在光纤尖端退化时和退化期间也是如此并且直到退化达到指示光纤103应被替换的阈值水平为止。此外，第三分束器241的输出或光束243(其包括沿单一光路对齐的入射光束225a、225b和225c)可以作为输入被提供给偏振器207，以获得单偏振光束245作为输出。在一些实施例中，可以预先配置偏振器207的偏振。
78.从偏振器207作为输出获得的偏振光245可以作为输入被提供给第一光束组合器209。第一光束组合器209可以将偏振光束245与瞄准波束231和治疗波束233组合以形成组合光束235，如图2d所示。如上所述，瞄准波束231和/或治疗波束233可以由除了激光源201a、201b或201c之外的一个或多个激光源生成，或者瞄准波束231和/或治疗波束232可以由激光源l1和l2生成。
79.包括瞄准波束231、治疗波束233和偏振光束245的组合光束235可以经受第二分束器211，其具有比例50:50和45度aoi的配置。第二分束器211可以以50:50的比例分离组合光束235，使得瞄准波束231、治疗波束233和偏振光束245沿着单一光路对齐。作为第二分束器211的输出的光束221然后被传送到光纤103(例如，经由端口219)。
80.图2e示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置200e。与配置200c一样，配置200e是在非偏振环境中被实施。此外，配置200e是“基于半光纤的设计”，其中，在先前的配置(例如，配置200d)中看到的两个输入分束器被波分复用器(wdm)代替。wdm功率损耗可以是约20％，而分束器功率损耗可以是约50％，因而使用wdm提高了letd系统105的效率。另外，wdm可以完美地或几乎完美地将三个激光源中的每一个对齐到光路中。然而，分束器和光束组合器在将三个激光源中的每一个对齐为单波束时的精度要低得多。
81.配置200e利用第三非偏振激光器201c’以及第一非偏振激光器201a’和第二非偏振激光器201b’。如上所述，第三非偏振激光器201c’是为了实时校准光纤状态的目的而被引入。将理解，校准激光器可以是偏振的或非偏振的，而不会脱离本公开的范围。在配置200e中，letd系统105可以包括一个或多个非偏振激光器、一个或多个分束器、光束组合器、一个或多个光检测器、wdm和准直器。如图2e所示，letd系统105包括非偏振激光源201a’、非偏振激光源201b’、非偏振光激光源201c’、功率检测器205、第一光束组合器209、第二分束器211、第三光检测器239、wdm 247、第四分束器249和准直器251。在配置200e中，非偏振激光源201a’可以发射其波长具有高吸水系数(hi)的光，而非偏振激光源201b’可以发射其波长具有低吸水系数(lo)的光。此外，非偏振激光源201c’可以发射其波长相对于激光源201a’和201b’发射的光的波长具有非常高的吸水系数(例如，完全或几乎完全被水吸收)的光。作为示例，非偏振激光源(l3’)的波长可以是1435nm。
82.如上所提到的，在配置200e中，图2d中示出的第一分束器203和第三分束器241被wdm 247代替。在一些实施例中，为了确保正确使用非偏振激光源201c’，作为实时校准器，来自非偏振激光器201a’、201b’和201c’中的每一个的入射光束可以被布置为在相同的点处并以相同的角度进入光纤103的近端。在许多实施例中，使用组合器/分束器将来自非偏振激光器201a’、201b’和201c’中的每一个的入射光束对齐以在相同点处并以相同角度进入可能是困难的或不可能的。为了确保遵守该相同点和相同角度的条件，配置200e使用wdm 247。wdm 247可以被配置为确保来自非偏振激光器201a’、201b’和201c’中的每一个的所有入射光束在相同点处并以相同角度进入光纤103的近端。此外，在各种实施例中，wdm 247的使用可以降低功率损耗，诸如当与导致50％-75％功率损耗的一些分束器相比时。
83.来自201a’、201b’、201c’的入射光束和瞄准波束231作为输入被提供给wdm 247，wdm 247被配置为以光束相同移动的方式组合入射光束。此外，wdm 247的输出可以作为输入被提供给基于光纤的分束器(例如，第四分束器249)，其可以被布置为以高的透射反射比(例如，95:5或99:1)分离入射光束，如图2e所示。在一些实施例中，第四分束器249是基于光纤的分束器。与第四分束器249相关联的功率检测器205可以测量对应于每个波长的光信号(例如光束253’)中的功率。此外，第四分束器233的输出(例如，光束253’)，其是沿单一光路对齐的入射光，可以作为输入被提供给准直器251以将光束253’缩窄为平行光束。
84.此后，准直器251的输出(例如，光束255’)可以被提供给第一光束组合器209，第一
光束组合器209将从准直器251出来的光束255’与瞄准波束231和治疗波束233组合，如图2e所示。在几个实施例中，瞄准波束231可以在wdm 251处被引入。在许多实施例中，瞄准波束231可以在第一光束组合器209处被引入。仍然，在一些实施例中，瞄准波束231可以在wdm 251和第一光束组合器209处都被引入。在一些实施例中，瞄准波束231和/或治疗波束233可以由除了激光源201a’、201b’和201c’之外的一个或多个激光源生成，或者瞄准波束231和/或治疗波束233可以由激光源201a’、201b’和201c’生成。
85.包括瞄准波束231、治疗波束233和光束255’的组合光束235’(例如，从第一光束组合器209接收的来自激光源201a’、201b’和201c’的光)可以经受第二分束器211，其具有r/t比50:50和45度aoi的配置。第二分束器211可以以50:50的比例分离组合光束235’，使得瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a’、201b’和201c’的非偏振光束255’可以沿着单一光路对齐。作为第二分束器211的输出的光束221然后被传送到光纤103(例如，经由端口219)，如上文所示和更全面地描述的。
86.图2f示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置200f。与配置200c和200e一样，配置200f用非偏振检测器被实施。然而，源可以是非偏振的或偏振的。在该示例性配置中，letd系统105可以包括一个或多个非偏振激光器(或偏振激光器)、一个或多个分束器、光束组合器、一个或多个光检测器、wdm、环行器和准直器。如图2f所示，letd系统105包括非偏振激光源201a’、非偏振激光光源201b’、非偏振光激光源201c’、功率检测器205、第一光束组合器209、第三光检测器239、wdm247、第四分束器249、准直器2251和环行器257。在配置200f中，非偏振激光源201a’可以发射其波长具有高吸水系数(hi)的光，而偏振激光源201b’可以发射其波长具有低吸水系数(lo)的光。此外，非偏振激光源201c’可以具有非常高的吸水系数的波长，其在水中基本上被吸收。
87.如上所提到的，在配置200f中，如图2d中所示的第一分束器203和第三分束器241被如图2f中所示的wdm 247代替。此外，在示例性配置200f中，在所有上述示例性配置中被布置成将光束递送到端口219的第二分束器211也被去除。分束器将输出功率降低高达50％(或更多)，并在接收返回信号时降低额外50％(或更多)的输出功率。因此，在配置200f中移除分束器显著增加了信号和输出功率。
88.来自激光源201a’、201b’和201c’的入射光束225a’、225b’和225c’以及瞄准波束231作为输入被提供给wdm 247，wdm 247被配置为以光束相同移动的方式组合入射光束。进一步地，wdm 231的输出可以作为输入被提供给第四分束器249，该第四分束器249以95:5的比例分离入射光束，如图2f所示。如先前所提到的，其他比例(诸如99:1)可以被使用，而不会脱离本公开的范围。在一些实施例中，第四分束器233是基于光纤的分束器，从而使配置200f成为基于全光纤的设计。与第四分束器249相关联的功率检测器205可以测量对应于每个波长的光信号(例如光束253’)中的功率。此外，作为沿单一光路对齐的入射光的第四分束器249的输出(例如，光束253’)可以作为输入被提供给环行器257。环行器257被配置为确保所有光束以一个方向传播。另外，环行器257将光束253’从光束253’进入的端口以外的端口提供给准直器251。准直器251可以将光束缩窄为平行光束255’。当与分束器相比时，环行器257可以提供(1)更低的功率损耗(分束器损耗在每个方向上为～50％)和(2)更灵活的光学设计(自由空间光学需要直线，而基于光纤的设计可以根据需要被折叠)。
89.准直器251的输出(例如，平行光束255’)可以提供给第一光束组合器209，第一光
束组合器209将从准直器251出来的光束255’与瞄准波束231和治疗波束233组合成组合光束221，如图2f所示。在一些实施例中，瞄准波束231可以在开始时被引入(例如，到wdm 247中)，可以在第一光束组合器209处被引入，或者可以在wdm 247和第一光束组合器209处都被引入。在一些实施例中，瞄准波束231和/或治疗波束233可以由除激光源201a’、201b’和201c’之外的一个或多个激光源生成，或者瞄准波束231和/或治疗波束233可以由激光源201a’、201b’或201c’生成。从第一光束组合器209接收的包括瞄准波束231、治疗波束233和光束255’(例如，来自激光源201a’、201b’和201c’的光束225a’、225b’和225c’)的组合光束221可以被传送到光纤103(例如，经由端口219)，如图2f所示。组合光束221被传送到光纤103的近端111，然后其通过光纤103的长度传播，并从光纤103的远端113被递送到目标101。
90.如上所概述的，当光束221经由光纤103的远端113被递送到目标101时，目标101可以反射一部分光离开光纤103并且反射一部分光朝向光纤103，其中，反射朝向光纤103的部分光可以在远端113重新进入光纤103。如上所概述的，在远端113重新进入的反射光的部分被称为反射光223a。反射光223a可以通过光纤103从远端113“向后”被传送到近端111。当反射光223a到达光纤103的近端111时，反射光223a可以穿过第一光束组合器209和准直器251，以经受环形器251，在环形器处，其被路由到第三光检测器239并如上所述被测量。图2g示出了根据本公开的一些实施例的用于估计光纤末端和目标之间的距离的示例性配置200g。与一些现有配置一样，配置200g可以在非偏振环境中被实施。在几个实施例中，配置200g可以包括基于单个分束器的光学设计。在配置200g中，wdm 247可以代替多个分束器(例如，在配置200a-200d中使用的那些等)的功能或操作。wdm 247可以接收来自非偏振激光源201a’、201b’和201c’的输入光束225a’、225b’和225c’。
91.在配置200g中，letd系统105可以包括一个或多个非偏振激光器(或偏振激光器)、分束器、光束组合器、一个或多个光检测器、wdm和准直器。如图2g所示，letd系统105包括第一非偏振激光源201a’、第二非偏振激光源201b’、第三非偏振激光来源201c’、功率检测器205、第一光束组合器209、第五分束器259、第三光检测器239和wdm 248。在配置200g中，像在现有配置中一样，非偏振激光束225a’的波长可以相对于非偏振激光束225b’具有高吸水系数(hi)，而非偏振激光束225b’本身其波长可以具有较低吸水系数(lo)。此外，非偏振激光束225c’可以具有如上详细描述的具有非常高的吸水系数的波长。
92.如上所述，处理单元107可以基于与非偏振激光源201c’生成的光的反射相关联的读数，而定义光纤103的远端113(例如，输出面等)的质量的光学基线特性。更具体地说，由于来自激光源201c’的光在水中被高度吸收，少量的这种光将作为反射光223a的一部分被反射回光纤103中。因此，与反射光223c相关联的读数主要归因于光纤103的远端113的光学特性，其如所描述的那样，在激光治疗期间由于例如热和空化而经历退化。因此，背反射光223c的增加的强度读数可以指示光纤尖端退化。
93.在几个实施例中，在从针对特定光纤103的基线读数的强度变化的某个阈值(例如，10％至50％，大于或等于25％，50％，75％，90％，10％至100％之间，等等)处，处理单元107可以指示应该检查或替换光纤103，诸如通过用户界面和/或声音警报。另外，光纤尖端退化可能导致来自光纤103的远端113的与非偏振激光源201a’和201b’相关联的光的更高的内部反射。此外，光纤尖端退化可能会改变背反射光223a或223c中的极性p和极性s之间的比例。因此，为当前使用的特定光纤创建基线读数，并即时监测这些基线，可以实现更精
确的距离估计，即使在光纤尖端退化时和退化期间也是如此并且直到退化达到光纤应该被替换的点为止。因此，可以提供对与疗法或治疗相关联的参数的更大的动态控制。
94.与一些现有配置一样，配置200g利用wdm 247来确保来自非偏振激光器201a’、201b’和201c’中的每一个的所有入射光束在相同的点处并以相同角度进入光纤103的近端111。此外，在各种实施例中，wdm 247的使用可以降低功率损耗，诸如当与利用分束器的一些配置相比时。
95.来自激光源201a’、201b’和201c’的入射光束225a’、225b’和225c’以及瞄准波束231可以作为输入被提供给wdm 247，wdm 247可以被配置为以光束相同移动的方式组合入射光束。此外，wdm 247的输出可以作为输入被提供给第五分束器259，第五分束器259可以以50:50的比例分离入射光束，如图2g所示。在一些实施例中，第五分束器259可以是基于自由空间(例如，玻璃)的分束器。在一些其他实施例中，第五分束器259可以是基于光纤的分束器。在许多实施例中，与第五分束器259相关联的功率检测器205可以测量对应于每个波长的光信号(例如，光束253’)中的功率。
96.作为沿单一光路对齐的入射光的第五分束器259的输出可以作为输入被提供给第一光束组合器209。第一光束组合器209可以将从第五分束器259出来的光束253’与瞄准波束231和治疗波束233组合，如图2g所示。在各种实施例中，瞄准波束231可以被引入到wdm 247中，在第一光束组合器209处被引入，或者在wdm 247和第一光束组合器209处都被引入。在几个实施例中，瞄准波束231和/或治疗波束233可以由除了激光源201a’、201b’和201c’之外的一个或多个激光源生成，或者瞄准波束231和/或治疗波束233可以由激光源201a’、201b’和201c’生成。从第一光束组合器209接收的包括瞄准波束231、治疗波束233和来自激光源201a’、201b’和201c’的光束253’的组合光束221可以被传送到光纤103(例如，经由端口219)。
97.如从该图中可以看出，配置200g消除了第二分束器(例如，第二分束器211)的使用，而是第五分束器259(其最初被配置为分离入射光束以沿单一光路对齐入射光)被用来对齐反射光223a的光路。此外，由于配置200g利用单个分束器，因此其可能对治疗光纤移动和光纤弯曲半径显著不太敏感，从而导致更稳健的配置。而且，由于配置200g具有更少的光学部件，诸如分束器、光束组合器、检测器等，因此配置200g可以比其他配置更紧凑、更简单并且更便宜。
98.在一些实施例中，在本文所述的示例性配置的每一个中，光纤103的近端可以被涂覆特殊涂层，诸如抗反射(ar)涂层。ar涂层可以有助于减少在光纤103的近端111处产生的噪声并增加动态范围。在一些实施例中，进入光检测器的光信号(例如，反射光束223)可以包含以下中的一个或多个：(a)来自端口透镜的反射；(b)来自防爆屏蔽(blast shield)的反射；(c)来自光纤近端111的反射；和/或(d)来自光纤远端113的反射。
99.在各种实施例中，用于防爆屏蔽的ar涂层可以将来自端口透镜的反射减少到小于1％，用于端口透镜的ar涂层可以将来自防爆屏蔽的反射减少到小于1％，并且在光纤103的近端111处的ar涂层可以将来自光纤103近端111的反射从3.5％降低到大约0.5％。在一些实施例中，来自诸如石头的目标101的反射信号可以具有非常低的能量，例如，接近光纤输出功率的1％，其中从光纤尖端到组织的距离约为0mm。通过将来自光纤103的近端111的反射减少到接近0.5％，本公开可以帮助改善从目标101反射的信号的动态范围。
100.在上述示例性配置的一些实施例中，光纤的近端111可以包括超小型a(sma)连接器，其可以被抛光或以8度角被切割，如图2h所示。如该图所示，以8度角的倾斜方式切割，实现了来自光纤103的近端111的反射光束(由近端111引起的不希望的反射)的转向，这继而可以降低实质性噪声并增加动态范围。在一些实施例中，进入光检测器的光信号(例如，反射光束223)可以包含以下中的一个或多个：(a)来自端口透镜的反射；(b)来自防爆屏蔽的反射；(c)来自光纤近端111的反射；和/或(d)来自光纤远端113的反射。
101.如上所解释的，光纤103近端的ar涂层可以将来自光纤103近端的反射从3.5％减少到约0.5％。然而，光纤103的成角度更精细的近端有助于减少不需要的反射，并改善从目标101反射的信号的动态范围。在一些其他实施例中，sma连接器可以被抛光或以4度而不是8度角被切割，如图2i所示。在各种实施例中，以4度角(诸如代替8度(或更高)角)的倾斜方式切割可以提高信号稳健性。在一些实施例中，sma连接器的切割角越小，可以导致光纤103的更大信号稳健性。在各种实施例中，可以利用从大约2度到大约8度的角度。通常，较低的角度在光学中更难实施。换句话说，很难从主信号中抓取它。然而，光将不会以更高的角度(例如，10+度)进入光纤。
102.图3a示出了示出根据本公开的一些实施例的估计光纤末端和目标之间的距离的方法300的流程图。参考架构100和上述letd 105的各种配置来描述方法300。然而，应当理解，方法300可以使用不同于本文所述的letd被实施。实施例在此上下文中不受限制。
103.在块301处，方法300包括用多个不同波长的激光照射目标。例如，letd105可以利用多个激光源(例如，201a和201b或201a’和201b’)，经由光纤103，用多个不同波长的激光照射目标101。在一些实施例中，多个不同波长的激光可以被提供给光纤103，用于使用本公开中以上讨论的配置200a-200g中的一个来照射目标101。在各种实施例中，本公开可以使用具有两个不同波长的光(例如，光225a和225b或光225a’和225b’)，每个波长具有不同的吸水系数，以确保针对不同类型的目标101、目标成分、目标颜色、目标表面等的稳健性。
104.在一些实施例中，可以选择两个波长，使得一个是具有低吸水系数(lo)的波长，并且另一个是具有高吸水系数(hi)的波长。作为示例，这两个波长可以是1310nm和1340nm。然而，该示例不应被解释为限制，因为可以使用具有不同吸水系数的不同波长。例如，1260-1320nm可以被用于lo，并且1330-1380nm可以被用于hi。更一般地，可以使用具有2:1(或更大)比例的波长吸水系数对的任何组合。在一些实施例中，以下对中的一个或多个可以分别被用于lo和hi激光器，1310nm和1340nm激光器，1260nm和1340nm激光器，1260nm和1310nm以及1310nm和1550nm激光器。如上所概述，在一些实施例中，可以使用两个激光源(例如，201a和201b或201a’和201b’)来发射两种不同波长的光。在一些实施例中，激光源可以是偏振激光源、非偏振激光源、或偏振激光源和非偏振激光源组合。作为示例，为了测量光纤103的远端113和目标101之间的距离，可以使用(但不限于)低功率红外(ir)激光器经由光纤103照射目标101。在其他实施例中，可以使用除了ir激光器之外的激光器。然而，可以使用ir激光器，因为它不包括可能干扰用户的可见光。
105.在块303处，方法300包括经由光纤接收来自目标的反射光束。例如，letd系统105可以经由光纤103接收来自目标101的反射光束223。在一些实施例中，反射光束223可以包括诸如来自光纤103的近端111、来自光纤103远端113、来自端口219、来自防爆屏蔽(未示出)等的反射的混合。在各种实施例中，letd系统105可以被配置为识别适于测量强度的反
射光束。
106.在块305处，该方法包括通过使用一个或多个光检测器检测反射光束来测量反射光束的强度，并且将由一个或多个光检测器测量的反射光束强度的指示(例如，电信号等)传送到处理单元。例如，letd系统105可以通过使用在letd 105系统中提供的一个或多个光检测器检测返回信号223来测量反射光束223(在本文中也被称为返回信号)的强度。在一些在实施例中，由于两个不同的波长被用于照射目标101，所以测量出的强度是关于两个不同的波长。因此，对应于两个不同波长的激光源(例如，激光源201a和201b或201a’和201b’等)的两个测量出的强度可以被传送到与letd系统105相关联的处理单元107。在各种实施例中，可以利用、测量和/或传送三个或更多个不同的波长。
107.在块307处，该方法包括由处理单元接收由一个或多个光检测器测量的反射光束223的强度的指示。例如，处理单元107可以从letd系统105接收电信号，该电信号包括返回信号223的测量出的强度的指示。
108.在块309处，该方法包括由处理单元基于由一个或多个光检测器测量的反射光束的强度来估计光纤远端和目标之间的距离。例如，处理单元107可以基于返回信号的测量出的强度来估计光纤103的远端和目标101之间的距离。在一些实施例中，处理单元107可以将测量的强度代入公式1中，如下所示：
109.返回信号的强度＝r*e
(-λ*x)
公式1
110.在上述公式1中，“r”指由目标成分、目标颜色/颜料、目标角度、目标表面等影响的目标反射系数；“λ”指特定波长的吸水系数；以及“x”指光纤103的远端和目标101之间的距离。
111.在上述公式1中，“x”和“r”是需要由处理单元107确定的未知参数。因此，为了确定“x”和“r”的值，处理单元107可以将两个测量出的强度值代换到上述公式1中，从而获得具有测量出的强度和对应波长的吸水系数的代换值的两个公式。例如，具有代换值的两个公式可能如下所示。
112.i
(hi)
＝r*e
(-λ_hi*x)
公式1.1
113.i
(lo)
＝r*e
(-λ_lo*x)
公式1.2
114.处理单元107可以进一步简化上述代换公式1.1和1.2，如以下两个步骤所示：
115.步骤1：计算针对两个不同波长的返回信号获得的测量出的强度值的比率。
[0116][0117]
步骤2：使用自然对数确定距离值，如下所示：
[0118][0119]
因此，处理单元107可以通过简化如上所示的公式1.1和1.2来估计光纤103的远端113和目标101之间的距离(x)。在上面的公式2.2中，“ln”是指自然对数。在一些实施例中，距离(x)可以以毫米为单位被测量。在一些实施例中，“x”对于两个波长来说是相同的距离，并且当所选择的波长在“nm尺度”上彼此接近时，对于两个波长来说r(目标反射)几乎相同。在一些实施例中，波长当它们在250nm(例如，1310nm和1340nm或1310nm和1550m)内时，可以
被认为在“nm尺度”上彼此接近。然而，在许多实施例中，可以选择具有更接近r值的波长。因此，可以在1310nm和1550nm上选择1310nm和1340nm。通过本公开的一些示例，两个激光源(例如，201a和201b或201a’和201b’)可以被布置为发射具有彼此在100nm内的波长的光。
[0120]
光纤103的状态可能由于诸如光纤103的远端113和/或近端111的变化或退化、光纤弯曲对偏振加扰的影响或光纤103中发生的任何其他退化和变化的因素而受到影响。光纤103的光学条件的变化，特别是光纤103的尖端/末端的变化，可能会对辐射光束的质量、内部反射光束的强度、来自进入光纤的目标的背反射光的量、到达目标的能量的量和测量的准确性中的一个或多个产生不利影响。这可能会影响距离估计的精确性，可能导致在治疗期间光纤103的不正确定位或错误计算能量优化，这基于美国临时专利申请no.63/118,117中所述的距离估计，该申请通过引用并入本文。
[0121]
来自与光纤(例如光纤近端或光纤远端)相关联的平面或与与光纤光学连接的其他光学元件(例如透镜或屏蔽)相关联的平面的内部反射会生成寄生的和不需要的反射。此外，由于光纤或其他元件的退化，这些内部反射可能会随着时间而改变。此外，光纤退化可能改变朝向目标辐射的激光束的质量和/或来自目标组织的背反射光的强度，诸如作为光束223a和223b进入并通过光纤的反射光。
[0122]
因此，对于一些实施例，在块309处，方法300可以在治疗开始之前测量每个激光器的初始内反射，以在光纤退化和内部反射变化期间保持精确的距离测量。在许多这种实施例中，初始内部反射值(或基础值)可以被记录并用于监测随时间的变化。例如，处理单元107可以包括存储初始内部反射值的指示的电路(例如，寄存器、存储器等)。在几个实施例中，该过程可以针对要与激光系统一起使用的一个或多个光纤103被执行。例如，该过程可以针对要与激光系统一起使用的每个光纤103被执行。本文所述的各种实施例可以监测初始内部反射值(例如，存储在处理单元107的电路中等)的变化，以动态校正如本文所提供的距离测量值。
[0123]
在一些实施例中，处理单元107被配置为使用系统预处理校准过程来读取(例如，从寄存器、从存储器等)这种寄生(例如，不需要的)反射的基线值。在一些实施例中，系统预处理校准过程可以包括在没有目标的水中设置治疗纤维。在这种情况下，“没有目标(no target)”可以被解释为意味着最近的目标(例如，石头、肿瘤等)可能位于离光纤尖端足够远的位置，使得没有光或基本上没有光反射离开目标并作为信号223a反射回光纤103中。对于ir源(例如1310nm和1340nm源)，这样的距离可以是例如距光纤103的远端113 10mm，或更大。然而，如果使用可见光(例如，400-700nm)，则可以使用大于10mm的长度。此后，在这些条件下，系统可以激活激光器(例如，201a和201b或201a’和201b’)并测量反射信号223，如上所述。由于这些条件下(例如，在存在水但没有目标的情况下的有源激光)的反射光223a非常低，因此到达光检测器的信号主要关乎于与光纤相关联的内部反射(例如，来自端口219、近端111、远端113等)。
[0124]
在这种情况下，内部反射(ir)光束可以使用光检测器来检测，并且测量出的强度值可以由处理单元107存储为ir
(hi)
和ir
(lo)
(例如，在寄存器中、或在存储器电路中等)。ir
(hi)
可以是当光纤尖端(例如，远端113)附近没有目标时，具有较高吸水系数的入射光的内部反射强度，而ir
(lo)
可以是当光纤尖端(例如，远端113)附近没有目标时，具有低吸水系数的入射光的内部反射强度。此后，在疗法或治疗期间，当激光器被激活，同时光纤的远端
113被放置在离目标101更近的距离处时，返回信号223a可以通过光纤向后反射，并且使用本文所述的光检测器来检测。
[0125]
除了如上所述计算测量出的强度值之外，处理单元107在块309处，可以将测量出的强度值存储(例如，在寄存器中、在存储器电路中等)为i
(hi)
，其可以是来自目标101(例如，组织、结石等)的对应于具有较高吸水系数(hi)的波长的返回信号的强度的指示，并且存储i
(lo)
，其可以是来自目标101(例如，组织、结石等)的对应于具有较低吸水系数(lo)的波长的返回信号的强度的指示。然而，为了从实际返回信号223的读数中消除寄生(或不需要)的反射值，处理单元107可以分别从实际返回信号i
(hi)
的读数中减去和/或减少ir
(hi)
(如下面的公式3.1所示)和从实际返回的信号i
(lo)
的读数中减去和/或减少ir
(lo)
，如下面的公式3.1和公式3.2所示。
[0126]i′
(hi)
＝i
(hi)-ir
(hi)
公式3.1
[0127]i′
(lo)
＝i
(lo)-ir
(lo)
公式3.2
[0128]
在上述公式3.1中，i’(hi)
是指对应于具有较高吸水系数(hi)的波长的返回信号的新计算的强度(没有寄生(或不需要)的反射)；i
(hi)
是指对应于具有较高吸水系数(hi)的波长的返回信号的测量出的强度(具有寄生(或不需要)的反射)；以及ir
(hi)
是指具有较高吸水系数的入射光的内部反射的测量出的强度(“没有目标”下的测量)。
[0129]
类似地，在上述公式3.2中，i’(lo)
是指对应于具有较低吸水系数(lo)的波长的返回信号的新计算的强度(没有寄生(或不需要)的反射)；i
(lo)
是指对应于具有较低吸水系数(lo)的波长的返回信号的测量出的强度(具有寄生(或不需要)的反射)；以及ir
(lo)
是指具有较低吸水系数的入射光的内部反射的测量出的强度(“没有目标”下的测量)。
[0130]
因此，使用新的强度计算值i’(hi)
和i’(lo)
，处理单元107可以通过代换公式2.2中新的“校准”值i’(hi)
和i’(lo)
来确定光纤103的远端113和目标101之间的距离，如下所示：
[0131][0132]
在一些实施例中，上述“x”的公式也可以被表示为如下所示：
[0133][0134]
如上所提到的，内部反射可能不随时间恒定并且可能由于系统的内部光学参数的一些变化而变化(与由于系统外部的治疗环境的动态变化相反)，诸如光纤103远端113的光学质量。由于治疗光束233的功率水平、在光纤103的远端113(或尖端)处发生的空化效应以及在治疗期间光纤被布置在其中的液体环境中的一个或多个，光纤经历各种量的退化，主要是在远端113(或尖端)处。因此，在几个实施例中，“实时”或“动态”校准可以通过在治疗期间重复监测反射信号223并动态地考虑或调整这种内部反射的变化被执行。例如，为了执行这种实时校准，如配置200d-200g中所示，可以利用校准激光器(例如，激光源201c或激光源201c’)来促进考虑了光纤103的这种退化的更精确的距离估计。
[0135]
如关于配置200d-200g所解释的，校准激光束(例如225c或225c’)具有在水中具有
非常高的吸收系数的波长。作为示例，偏振激光源201c或非偏振激光源201’的波长可以是1435nm。由于校准激光器201c和201c’生成的激光束如此强烈地被液体环境吸收，如上所解释的，因此几乎没有任何与这些激光束相关联的背反射223a返回到光纤中。因此，当校准激光源(例如，201c或201c’)是激活的同时，具有校准激光源201c或201’的波长的反射信号223主要与内部反射相关联(或指示其)。
[0136]
在几个实施例中，处理单元107在块309处，可以被配置为在治疗开始之前读取和存储与激光源201c或201c’相关联的架构100的内部反射的一个或多个基础值。这些一个或多个基础值可以代表治疗开始之前光纤103的“质量”(例如，远端113的光学质量)，并且可以由处理单元107存储(例如，在寄存器中、在存储器电路中等)。此外，处理单元107可以被配置为在治疗期间继续“实时”测量校准激光源201c或201c’发射的光的内部反射，以识别与基础值的偏差。监测这些偏差提供了关于光纤的光学质量退化的指示，并且可以被用于校正与信号223a相关联的任何测量的背反射强度。在许多实施例中，基于校准激光源201c或201c’发射的光的内部反射的读数，处理单元107可以纠正主激光源201a和201b或201a’和201b’的校准参数。
[0137]
在一些实施例中，方法300可以包括用于校准过程的块。例如，处理单元107可以读取并存储与校准激光器201c或201c’发射的光相关的一个或多个内部反射值，其中系统在水中被激活。由于校准激光器201c和201c’在水中被高度吸收，因此相对于与激光器201a和201b或201a’和201b’发射的光相关联的反射信号的测量值，在201c或201c’的校准读数期间对到目标101的距离的灵敏度可能要低得多。如下面将更详细地解释的那样，当目标也可以靠近光纤尖端时，这可以提供在治疗期间继续校准激光测量。
[0138]
此后，可以使用示例性配置200d-200g之一，用激光器201a和201b或201a’和201b’的来照射目标101。在这种情况下，可以使用光检测器检测反射光束223a和223b，并且处理单元107可以将测量出的强度值存储为i
(hi)
、i
(lo)
以及校准激光器的内部反射的附加和相关的测量值ir
(cal)
。i
(hi)
可以是来自具有较高吸水系数的入射光的目标的背反射强度，i
(lo)
可以是来自具有较低吸水系数的入射光的目标的背反射强度，并且ir
(cal)
可以是来自校准激光器201c或201c’的入射光的内部反射强度。
[0139]
在一些实施例中，目标101的存在或不存在可以不影响反射ir
(cal)
，这是因为来自校准激光源201c或201c’的入射光被水高度吸收。结果，ir
(cal)
值的变化可以是光纤103，特别是光纤103的尖端(例如，远端113等)的退化变化的结果。在一些实施例中，基于ir
(cal)
值的相对变化，处理单元107可以调整先前测量的ir
(hi)
和ir
(lo)
值或当前测量的i
(lo)
或i
(hi)
。
[0140]
此后，在治疗期间(例如，当激光器被激活以治疗目标101时)，当存在目标101时(例如，当目标101处于足够近的距离以生成背反射信号223a时，诸如，当目标在离光纤103的远端113小于或等于10mm的距离时)，用于激光源201a或201a’和激光源201b或201b’的背反射光束223a以及来自校准激光源201c或201c’的内部反射223c可以使用光检测器被检测。在块309处，处理单元107可以将测量出的强度值存储为i
(hi)
，其可以代表对应于其波长具有较高吸水系数(hi)的返回信号的强度，i
(lo)
，其可以代表对应于其波长具有较低吸水系数(lo)的返回信号的强度，和ir
(cal)
，其可以代表对应于其波长具有较高静态吸水系数的光(例如，由校准激光源201c或201c’发射的光)的返回的内部反射信号的强度。此外，为了确定校准因子，处理单元107可以将来自校准过程预处理的ir
(cal-pre)
与来自治疗期间的校
准过程完成的ir
(cal-dur)
相除，如下面的公式4所示。
[0141][0142]
当在治疗之前和治疗期间校准激光源201c或201c’的内部反射相同，并且光纤103没有变化时，校准因子可以是“1”。此外，为了基于校准因子纠正主激光器201a和201b或201a’和201b’的参数，处理单元107可以使用校准因子，如以下公式5.1和5.2所示。
[0143]
i"
(hi)
＝i
(hi)-ir
(hi)
×
cf公式5.1
[0144]
i"
(lo)
＝i
(lo)-ir
(lo)
×
cf公式5.2
[0145]
在上述公式5.1中，i”(hi)
是指来自目标的背反射信号的新校准强度，对应于具有具有较高吸水系数(hi)的波长的光；i
(hi)
是指来自目标的背反射信号的测量出的强度，对应于具有具有较高吸水系数(hi)的波长的光；ir
(hi)
是指具有具有较高吸水系数的波长的入射激光的内部反射的测量出的强度(“没有目标”下的测量)；以及cf是指使用公式4确定的校准因子。
[0146]
在上述公式5.2中，i”(lo)
是指来自目标的背反射信号的新校准强度，对应于具有具有较低吸水系数(lo)的波长的光；i
(lo)
是指来自目标的背反射信号的测量强度，对应于具有具有较低吸水系数(lo)的波长的光；ir
(lo)
是指具有具有较低吸水系数的波长的入射激光的内部反射的测量出的强度(“没有目标”下的测量)；以及cf是指使用公式4确定的校准因子。
[0147]
因此，使用新的校准强度值i”(hi)
和i”(lo)
，处理单元107在块309处可以通过将新的校准值i”(hi)
或i”(lo)
代换到公式2.2中来确定光纤103的远端113和目标101之间的距离，如下所示：
[0148][0149]
因此，以这种方式，系统预处理校准和实时校准可以被执行并利用以实时更新校准因子(例如，经由处理单元107)，以动态地考虑操作期间光纤的变化(例如，退化等)。在几个实施例中，预处理和实时校准可以被执行，以确保当光纤经历退化时光纤103的远端113和目标101之间的估计距离的精确性。
[0150]
在块311处，该方法包括由处理单元107经由指示器指示光纤103的远端113和目标101之间估计(例如，在块309处)的距离。例如，处理单元107致使光纤103的远端和目标101之间的估计距离经由与处理单元107相关联的指示器109来指示。作为具体示例，指示器109可以包括视觉指示器、音频指示器和触觉指示器中的一个或多个。因此，在块311处，处理单元107可以向指示器109发送控制信号，以致使指示器指示(例如，显示、可听发送信号、触觉发送信号等)估计距离的指示，
[0151]
在一些实施例中，基于光纤103的远端和目标101之间的估计距离，可以实时改变光纤103的位置、光纤103的取向、治疗波束的特性等中的一个或多个，以精确和高效地影响目标101上的治疗波束，诸如通过更精确的瞄准。
[0152]
图3b示出了示出根据本公开的一些实施例的估计光纤末端和目标之间的距离的方法350的流程图。参考架构100和上述letd 105的各种配置来描述方法350。然而，应当理
解，方法300可以使用不同于本文所述的letd被实施。实施例在此上下文中不受限制。
[0153]
在块351处，方法350包括基于与第一波长的激光对应的第一反射激光来确定第一强度值，其中第一波长的激光离开光纤103的远端113，并且第一反射激光被目标101反射并进入光纤103的远端113。例如，处理单元107可以基于与其波长具有高吸水系数的光对应的反射激光223a来确定第一强度值。在一些实施例中，如以上所讨论的，与具有高吸水系数的波长对应的激光可以由激光源201a或201a’生成。
[0154]
在块353处，方法350包括基于与第二波长的激光对应的第二反射激光来确定第二强度值，其中第二波长的激光离开光纤103的远端113，并且第二反射激光被目标101反射并进入光纤的远端113。例如，在块350处，处理单元107可以基于与其波长具有低吸水系数的光对应的反射激光223来确定第二强度值。在一些实施例中，如以上所讨论的，与具有低吸水系数的波长对应的激光可以由201b或201b’生成。
[0155]
在块355处，方法350包括计算第一强度值和第二强度值的比率。例如，在块355处，处理器107可以利用公式2.1来计算第一强度值和第二强度值的比率。在块357处，方法350包括基于在块355处导出的第一强度值和第二强度值的比率来估计光纤103的远端113和目标101之间的距离。例如，在块357处，处理器107可以利用公式2.2来基于第一强度值和第二强度值的比率来估计光纤103的远端113和目标101之间的距离。
[0156]
图3c示出了示出根据本公开的一些实施例的估计光纤末端和目标之间的距离的方法380的流程图。参考架构100和上述letd 105的各种配置来描述方法380。然而，应当理解，方法300可以使用不同于本文所述的letd被实施。实施例在此上下文中不受限制。
[0157]
在块381处，方法380包括用多个不同波长的激光照射目标。例如，可以使用配置200a-200g中的一个来用多个不同波长的激光221照射目标101。在几个实施例中，多个不同波长的激光221可以包括光束225a、225b、225c、231和/或233中的一个或多个。
[0158]
在块383处，方法380包括经由光纤接收来自目标的反射光束。例如，可以使用配置200a-200g中的一个来接收反射光束223(例如，对应于从目标101反射的光)并经由光纤103反向传送。在几个实施例中，反射光束223可以从目标101反射并进入光纤103的远端113，并且因此可以包括反射光223a。反射光223a还可以包括从系统内的光学部件(例如，近端111、远端113等)反射的光，并且可以包括与关联于校准光束225c的反射光对应的反射光223c。
[0159]
在块385处，方法380包括用一个或多个光检测器测量反射光束223的强度。在许多实施例中，可以使用配置200a-200g中的一个来用一个或多个光检测器来测量反射光束223的强度。例如，第一光检测器215和第二光检测器217可以被用于测量反射光束223的强度。在另一示例中，第三光检测器227可以被用于测量反射光束223的强度。
[0160]
在块387处，方法380包括基于用一个或多个光检测器测量的反射光束223的强度来估计光纤103的远端113和目标101之间的距离。例如，处理单元107可以被用于基于用一个或多个光检测器测量的反射光束223的强度来估计光纤103的远端113和目标101之间的距离。在一些实施例中，处理单元107可以被包括在计算机系统400的一个或多个部分中。
[0161]
图4是用于实施符合本公开的实施例的示例性计算机系统400的框图。计算机系统400或其一个或多个部分可以包括处理单元107。不同地说，处理单元107可以由计算机系统400被实施。在一些这种实施例中，计算机系统400可以被用于估计光纤103的远端113和目标101之间的距离。实施例在此上下文中不受限制。
[0162]
计算机系统400可以包括中央处理单元(“cpu”或“处理器”)402。处理器402可以包括至少一个数据处理器，该数据处理器被布置为执行指令或程序组件以执行上述操作(例如，关于方法300、350和/或380)。用户可以包括人、使用诸如本公开中包括的那些设备的人(例如，医生、护士、技术人员等)或设备本身。处理器402可以包括专用处理单元，诸如集成系统(总线)控制器、存储器管理控制单元、浮点单元、图形处理单元、数字信号处理单元、专用集成电路(asics)、现场可编程门阵列(fpga)或商用处理单元。处理器402可以被配置用于和被布置成与输入设备411和/或输出设备412通信(例如，经由i/o接口401等)。i/o接口401可以采用通信协议或方法，诸如但不限于音频、模拟、数字、立体声、ieee-1394、串行总线、通用串行总线(usb)、红外、ps/2、bnc、同轴、分量、复合、数字视频接口(dvi)、高清多媒体接口(hdmi)、射频(rf)天线、s-video、视频图形阵列(vga)、ieee 802.xx/b/g/n/x、蓝牙、蜂窝(例如，码分多址(cdma)、高速分组接入(hspa+)、全球移动通信系统(gsm)、长期演进(lte)、wimax等)等。
[0163]
使用i/o接口401，计算机系统400可以与输入设备411和/或输出设备412通信。在一些实施例中，处理器402可以被配置用于和被布置成与通信网络409通信(例如，经由网络接口403等)。网络接口403可以被用于经由通信网络409通信。网络接口403可以采用连接协议，包括但不限于直接连接、以太网(例如，双绞线10/100/1000base t)、传输控制协议/互联网协议(tcp/ip)、令牌环、ieee 802.11a/b/g/n/x等。使用网络接口403和通信网络409，计算机系统400可以与letd系统105和/或指示器109通信。在一些实施例中，计算机系统400的一个或多个部分可以被集成到letd系统105中。在一些这样的实施例中，letd系统105的一个或多个组件(例如，功率检测器和/或光检测器)可以包括输入设备411。
[0164]
通信网络409可以被实施为不同类型的网络之一，诸如内联网或局域网(lan)、闭域网(can)等。通信网络409可以是专用网络或共享网络，其代表使用多种协议(例如，超文本传输协议(http)、can协议、传输控制协议/互联网协议(tcp/ip)、无线应用协议(wap)等)来彼此通信的不同类型的网络的关联。此外，通信网络409可以包括各种网络设备，包括路由器、网桥、服务器、计算设备、存储设备等。在一些实施例中，处理器402可以被设置成经由存储接口404与存储器405(例如，未在图4中示出的ram、rom等)通信。存储接口404可以使用诸如串行高级技术附件(sata)、集成驱动电子设备(ide)、ieee-1394、通用串行总线(usb)、光纤通道、小型计算机系统接口(scsi)等连接协议连接到存储器405，包括但不限于存储器驱动器、可移动磁盘驱动器等。存储器驱动器还可以包括磁鼓、磁盘驱动器、磁光驱动器、光驱、独立磁盘冗余阵列(raid)、固态存储设备、固态驱动器等。
[0165]
存储器405可以存储程序或数据库部件的集合，包括但不限于用户界面406、操作系统407、网络浏览器408和指令415等。在各种实施例中，指令415可以包括当由处理器402执行时致使处理器402执行此处描述的一个或多个技术、步骤、过程和/或方法的指令，诸如估计距离或执行校准。例如，执行方法300、350和/或380的指令可以被存储在存储器405中。在许多实施例中，存储器405包括至少一个非暂时性计算机可读介质。例如，存储器405可以是包括被布置成非暂时性地存储指令415的存储器电路的存储器设备。在一些实施例中，计算机系统400可以存储用户/应用数据，诸如如本公开所述的数据、变量、记录等。这种数据库可以被实施为容错的、关系型的、可扩展的、安全的数据库，诸如oracle或sybase。
[0166]
操作系统407可以促进计算机系统400的资源管理和操作。操作系统的示例包括但
不限于osos类unix系统发行版(例如，berkeley software(bsd)、(bsd)、openbsd等)、distributions(例如，reddistributions(例如，red等)、((/7/8、10等)、google
tm
android
tm
、os等。用户界面406可以通过文本或图形工具促进程序部件的显示、执行、交互、操纵或操作。例如，用户界面可以在可操作地连接到计算机系统400的显示系统上提供计算机交互界面元素，诸如光标、图标、复选框、菜单、滚动条、窗口、小部件等。可以采用图形用户界面(gui)，包括但不限于操作系统的(例如，aero、metro等)、web界面库(例如，ajax、html、等)等。
[0167]
在一些实施例中，计算机系统400可以实施网络浏览器408存储的程序部件。web浏览器408可以是超文本查看应用程序，诸如internetgoogle
tm chrome
tm
、、等。可以使用安全超文本传输协议(https)、安全套接字层(ssl)、传输层安全性(tls)等来提供安全网络浏览。网络浏览器408可以利用诸如ajax、dhtml、应用编程接口(api)等工具。在一些实施例中，计算机系统400可以实施邮件服务器存储的程序部件。邮件服务器可以是诸如microsoft exchange等的因特网邮件服务器。邮件服务器可以利用诸如动态服务器页面(asp)、c++/c#、.net、cgi scripts、php、等工具。邮件服务器可以利用通信协议，诸如互联网消息访问协议(imap)、消息应用编程接口(mapi)、交换、邮局协议(pop)、简单邮件传输协议(smtp)等。在一些实施例中，计算机系统400可以实施邮件客户端存储程序部件。邮件客户端可以是邮件查看应用，诸如mail、mail、等。
[0168]
此外，一个或多个计算机可读存储介质可以被用于实施符合本公开的实施例。计算机可读存储介质是指可以存储处理器可读的信息或数据的任何类型的物理存储器。因此，计算机可读存储介质可以存储用于由一个或多个处理器执行的指令，包括用于使处理器执行与本文描述的实施例一致的步骤或阶段的指令。术语“计算机可读介质”应当被理解为包括有形物品并且不包括载波和瞬态信号，即非瞬态的。示例包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、易失性存储器、非易失性存储器、硬盘驱动器、光盘(cd)rom、数字视频光盘(dvd)、闪存驱动器、磁盘和任何其他已知的物理存储介质。
[0169]
在各种实施例中，本公开可以提供各种技术效果和改进。例如，本公开可以使得能
够通过使用两种不同波长的激光(例如，一个具有低吸水系数，另一个具有高吸水系数)来估计光纤远端和目标之间的距离。基于这种波长选择的距离估计可以提供关于不同类型的目标、目标成分、目标颜色、目标表面等的稳健性。可以提供本公开中公开的基于波长调制的技术和系统来估计光纤远端和目标之间的距离，并且可以促进精确估计距离。此外，本公开提供了针对各种类型的目标的光纤远端和目标之间的距离的估计过程，并且可以提供比常规可能的越来越多变化的目标的距离估计。因此，本公开提供了比常规可能更精确地瞄准目标的系统和方法。更精确的瞄准可以消除或减少消融和/或破碎目标的不正确部分，其本身可能导致不利的结果和/或永久性损伤。此外，更精确的瞄准在消融和/或破碎目标方面消耗更少的时间。
[0170]
在几个实施例中，本公开可以用于精确定位和/或瞄准治疗波束，诸如在低能见度环境(例如，包括灰尘或目标碎片的环境)中。例如，在治疗目标(例如肾结石)期间，由于存在结石碎片或灰尘，水可能变得浑浊。这可能会降低(或阻止)看到目标(例如肾结石)的能力。在这种情况下，本公开提供了一种系统，以精确地识别并通知治疗医生光纤的放置(例如，光纤是否被放置在目标前方或是否没有检测到目标)。
[0171]
此外，在许多实施例中，本公开可以被用于距离测量。例如，目标(例如肾结石)可能在治疗期间四处移动，这可能导致与治疗波束相关联的激光入射到不需要的区域(例如健康组织等)上，而不是入射到目标上。因此，本公开可以使得能够自动和实时监测光纤和目标之间的距离，这进而可以减少或消除对不需要的区域产生激光的可能性。
[0172]
更进一步，在各种实施例中，本公开可以被用于控制和/或调整一个或多个操作参数的目的。例如，在治疗期间，目标可能会前后移动，或者可能会改变其形状和大小。因此，在开始对目标产生激光之前为激光源预设的参数可能变得不太有效。传统上，这种预设参数是被手动改变的，这可能容易出错且耗时，或者在某些情况下，预设参数可能保持不变，这可能导致光纤距离目标太近或太远的情况。因此，如本公开中所公开的，对光纤与目标之间距离的自动和实时监测可以使得能够根据目标形状、位置等自动改变激光预设参数来调整激光发射，以获得最佳效果。
[0173]
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用适当地从复数翻译成单数和/或从单数翻译成复数。为了清楚起见而非限制，在本文中明确阐述各种单数和/或复数排列。
[0174]
本领域内的技术人员将理解，一般而言，本文使用的术语并且通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应该被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等)。本领域内的技术人员将进一步理解，如果旨在介绍的权利要求陈述是特定数量的。例如，为了帮助理解，详细描述可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来介绍权利要求陈述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“a”或“an”介绍的权利要求陈述将包含此类介绍的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包含一个此类陈述的公开，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，诸如“a”或“an”(例如，“a”和/或“an”通常应被解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；用于介绍权利要求陈述的定冠词的使用也是如此。此外，即使明确地列举了特定数量的引入的权利要求陈述，本领域技术人员将认识到，这种陈述通常应该被解释为至少表示所列举的数量(例如，没有其他修饰语的“两个陈述”的简
单陈述，通常意味着至少两个陈述，或两个或更多个陈述)。
[0175]
根据本公开，本文公开和要求保护的所有设备和/或方法都可以被制造和执行，而无需过度的实验。虽然本公开的设备和方法已经根据优选实施例被描述，但是对于本领域技术人员来说可以显而易见的是，可以将变化应用于本文所描述的设备和/或方法以及方法的步骤或步骤顺序中，而不会脱离本公开的概念、精神和范围。本领域技术人员显而易见的所有此类类似的替代和修改被认为在所附权利要求所限定的本公开的精神、范围和概念内。

技术特征：
1.一种系统，包括：用于生成第一波长的激光的第一激光源；用于生成第二波长的激光的第二激光源；具有远端的光纤，所述光纤被配置为将来自所述第一激光源和第二激光源的激光从所述远端传递出去，并且接收反射激光进入所述远端；用于测量反射光的强度的光检测器；以及处理器和存储器，其包括指令，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器基于由所述光检测器测量的所述反射光的强度来估计所述光纤的远端与目标之间的距离。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一波长的第一吸水系数比所述第二波长的第二吸水系数高。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一吸水系数与所述第二吸水系数的比率为至少2比1。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述第一波长为大约1330nm至大约1380nm，并且所述第二波长为大约1260nm至大约1320nm。5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，包括：用于生成第三波长的激光的第三激光源，其被用于表征所述光纤的状态，其中所述第三波长具有比所述第一吸水系数和第二吸水系数高的第三吸水系数。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第三波长包括大约1435nm、大约2100nm或在大约1870nm和大约2050nm之间的波长。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述光检测器测量与所述第一波长的激光对应的反射光的第一强度值和与所述第二波长的激光对应的反射光的第二强度值。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时，进一步致使所述处理器：计算所述第一强度值和所述第二强度值的比率；并且基于所述第一强度值和第二强度值的比率来估计所述光纤的远端与所述目标之间的距离。9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述第一激光源和所述第二激光源中的一个或多个包括保偏尾纤光纤激光器、单模尾纤光纤激光器或自由空间激光器。10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，包括：耦合到所述光纤的近端的波分复用器(wdm)，所述wdm将所述第一波长的激光和所述第二波长的激光布置成以相同点和相同角度中的一个或多个进入所述光纤的近端。11.一种方法，包括：用多个不同波长的激光照射目标；经由光纤接收来自所述目标的反射光束；用一个或多个光检测器测量所述反射光束的强度；并且基于用所述一个或多个光检测器测量的所述反射光束的强度来估计所述光纤的远端与所述目标之间的距离。12.根据权利要求17所述的方法，包括：经由所述光纤发射多个不同波长的激光以照射所述目标。
13.根据权利要求17至18中任一项所述的方法，包括：测量与第一波长的激光对应的反射光束的第一强度值和与第二波长的激光对应的反射光束的第二强度值。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一波长为大约1330nm至大约1380nm，并且所述第二波长为大约1260nm至大约1320nm。15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，包括：计算所述第一强度值和所述第二强度值的比率；并且基于所述第一强度值和第二强度值的比率来估计所述光纤的远端与所述目标之间的距离。

技术总结
本公开涉及光纤反馈(FFB)技术领域，并且提供了一种用于估计光纤末端与目标之间的距离的方法和系统。该方法包括通过光发射、传送和检测(LETD)系统，使用不同的激光光源，用具有低吸水系数和高吸水系数的不同波长的激光照射目标，以及接收对应于不同波长的入射激光的返回信号，并检测返回信号以测量特定波长的返回信号的强度值。使用测量的强度值，处理单元可以估计光纤末端和目标之间的距离。本公开能够实现光纤末端和目标之间的距离的精确估计。本公开还提供了一种与不同类型目标兼容的稳健的距离估计技术。稳健的距离估计技术。稳健的距离估计技术。


技术研发人员：阿尔卡迪
受保护的技术使用者：鲁美斯有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2023/7/22