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CN117083028A - 用于微创手术的飞秒激光器装置 - Google Patents

用于微创手术的飞秒激光器装置 Download PDF

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CN117083028A
CN117083028A CN202280021871.4A CN202280021871A CN117083028A CN 117083028 A CN117083028 A CN 117083028A CN 202280021871 A CN202280021871 A CN 202280021871A CN 117083028 A CN117083028 A CN 117083028A
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CN
China
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ablation
incident
focus
ablation device
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Application number
CN202280021871.4A
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V·利西科瓦斯
K·M·丹尼
J·马迪奥
A·萨斯特里
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kinawa Institute of Science and Technology Graduate University
Original Assignee
kinawa Institute of Science and Technology Graduate University
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Abstract

一种装置提供了极高峰值强度的飞秒光脉冲的传递和控制。该装置通过合适的光纤将来自飞秒激光器的脉冲传输到血管内位置，并控制手术部位的光强分布。极高的强度能够瞬间消融血管内的物质(如钙化斑块)，尽可能减小对周围组织的损伤。

Description

用于微创手术的飞秒激光器装置
技术领域
本申请涉及激光手术装置。
背景技术
现有的用于动脉粥样硬化切除术(atherectomy，斑块切除术)的装置通常以两种方式清除斑块：(i)通过机械操作去除物质；和(ii)通过经由来自激光源的高能紫外光破坏分子键来去除物质。基于激光去除的方法是优选的，因为在健康组织附近通过强有力的机械操作去除不想要的物质会带来很大的风险，例如血管穿孔。
目前最先进的基于受激准分子(excimer，激态分子)激光的装置采用纳秒脉冲，在线性吸收模式中执行物质去除。然而，线性吸收模式中的有效去除对物质的吸收特性很敏感，并且在处理具有高矿物质含量的堵塞物时作用有限。为了解决这个问题，最近推出了同时使用激光和机械两者去除物质的混合系统。
相比之下，在飞秒激光的情况下，将光能压缩成超短脉冲(约10-12-10-15秒)会产生足以使原子电离的峰值功率密度，从而导致物质的光学击穿(进一步称为消融)。
用于热传输的时间尺度(timescales，时间量程)太短，这消除了局部热量积聚以及消除了相应的对附近组织和血管的热损伤。此外，消融术对组织吸收特性的依赖性小得多。因此，该装置可以采用近红外光进行消融，这种波长范围的光本身危害较小，从而最大限度地减少由于杂散光照射而对活体组织造成的外周损伤。相比之下，目前用于动脉粥样硬化切除术的纳秒脉冲受激准分子激光器中使用的紫外线辐射有可能在细胞层面上造成损伤。最后，飞秒脉冲光由于在非线性高峰值功率密度模式下工作，因此提供了改进的切割精确度并避免断裂。
若干研究小组已尝试使用具有超短脉冲(约lps)的内部手术(internal surgery)装置用于表面显微手术，并取得了一些成功。一种方法使用压电(piezo)悬臂谐振器在目标上精确地引导聚焦激光光斑。另一种方法使用传统的多芯光纤束以啁啾脉冲(chirpedpulse)的形式传递光能，然后通过波前整形重新聚焦脉冲以实现消融。这两种方法虽然对表面显微手术有用，但与装置尺寸相比只能处理较小的视场，因此与动脉粥样硬化切除术不兼容。
尽管超短脉冲消融具有优势，但由于缺乏在体内传递和控制高能飞秒脉冲的手段，基于飞秒的动脉粥样硬化切除术一直未能实现。
发明内容
用于微创手术的飞秒激光器装置包括超快(飞秒或低于100皮秒)脉冲光源，该光源与能够传输飞秒或皮秒脉冲的柔性光纤联接。光纤将光输送到体内的手术位置。一实施方案包括用于光纤的端帽，该光纤将飞秒光从激光器传输到手术位置(图1)。光纤部件和端帽能够处理在聚焦区域上实现至少1.5TW/cm2的目标峰值功率密度所需的脉冲能量和持续时间，以确保有机和无机物质的消融。为了应对操纵飞秒脉冲的部件的光学击穿损坏阈值的挑战，一实施方案包括内部自由空间，以允许从光纤传播的激光光束发散。发散距离由光纤的数值孔径(numerical aperture)决定。将该距离选择为使得入射激光光束填充位于光路上的聚焦光学器件的后孔且不超过这些部件的损坏阈值。然后使用聚焦光学器件来获得适于消融目标物质的更高强度的聚焦区域。多种聚焦光学器件(包括折射、反射、衍射或其组合)可用于实现为特定应用定制的聚焦形状，例如为特定应用定制的线状、螺旋状或点云状或任意图案。这些形状可以通过光聚焦光学元件中的一个或组合来实现，所述光聚焦光学元件例如：柱面或非球面透镜、曲面反射镜、衍射光栅、全息衍射光栅、相位掩模或光学元表面(meta surface)。这些聚焦光学器件固定在位于密封外壳中的致动器上。独立于外壳或通过整个装置的旋转，致动器通过光学部件的平移或旋转使一个或多个光学元件相对于输出光束移动。这允许高强度聚焦的飞秒脉冲被传递到手术部位并被控制以实现消融强度。该设计还可防止损坏光学器件，并保持内部部件与外部环境之间的隔离(图2)。
附图说明
图1描绘了利用飞秒装置传输和控制飞秒脉冲的系统，用于动脉粥样硬化切除术和其他内部手术应用。
图2描绘了用于传输和控制飞秒脉冲的飞秒装置的一般工作原理。
图3描绘了用于动脉粥样硬化切除术和其他内部手术应用的装置和支撑元件的部件和设计的高层次概述。
图4描绘了用于动脉粥样硬化切除术和其他内部手术应用的第一实施方案的部件，其产生用于消融的面向前的光片(forward-facing light sheet)。
图5描绘了第一实施方案中的光传播和面向前的光片的控制。
图6描绘了通过产生侧向光片(lateral light sheet)而用于动脉粥样硬化切除术和其他内部手术应用的第二实施方案的部件。
图7描绘了第二实施方案中的侧向光片的光传播和控制。
图8描绘了第一实施方案、第二实施方案和第四实施方案在动脉粥样硬化切除术和相关手术操作中的潜在应用。
具体实施方式
在一个实施方案中，系统包括：超快激光器，配置为产生小于100皮秒的光脉冲；光纤，配置为传输来自超快激光器的光脉冲；包括一个或多个光学元件的光纤端帽装置，配置为降低且然后升高来自光纤的光脉冲的强度，并从光纤的光脉冲产生任意光学图案。所述一个或多个光学元件配置为将来自光纤的入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。
在一实施方案中，使用飞秒激光消融装置执行激光消融术的方法包括：将光纤和消融装置插入到血管中；通过飞秒激光器产生脉冲能量在10-7J和10-2J之间的小于100皮秒的多个光脉冲，其中消融装置包括一个或多个光学元件，配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度；以及将激光消融装置的输出聚焦到血管中的消融部位上。
在另一实施方案中，使用飞秒激光消融装置执行激光消融术的方法包括：将光纤和消融装置插入人体中；通过飞秒激光器产生脉冲能量在10-7J和10-2J之间的多个小于100皮秒的光脉冲。消融装置包括聚焦光学组件，其配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度，并且将消融装置的输出聚焦到体内的消融部位，以用于人体组织或异物的消融。示例性应用包括但不限于：胃肠道内的生物组织或异物的去除；体内关节间隙或椎间隙内的软骨、骨骼、韧带或异物的去除；静脉系统、心脏或肺动脉内的血栓性物质的去除；房间隔的去除，以允许设备从心脏的右侧到左侧的通行；患有肥厚性心肌病的心脏的肥大性心脏组织的去除；腹腔或腹膜后间隙内的生物组织或异物的去除；或者通过膀胱镜检查或肾盏的直接穿刺来引导该装置，并使用荧光镜、光纤或超声引导将该装置放置在待消融的物质附近来去除尿道、膀胱、输尿管或肾盏内的生物组织或异物。
所描述的实施方案能够使用飞秒脉冲来进行体内(特别是诸如动脉等血管内)的组织(手术)或其他物质(如钙化斑块)的大块去除。一个目标应用是动脉粥样硬化切除术，以治疗由于有机/矿物质堵塞物的堆积引起的血管狭窄。这些实施方案还可以用于受益于体内的大块物质去除的其他门诊应用，例如肾结石去除、肿瘤或癌细胞去除、从静脉系统去除血栓(凝块)、提取血管系统或身体其他部分中的异物(激光引导提取)、去除体内的关节间隙内的骨骼或软骨。
飞秒激光器装置
在一实施方案中，参考图3，装置包括：飞秒激光源(1)、硬件控制器和电源(2)，通过控制缆线(3)与飞秒激光源(1)连接。这些部件可以放置在振动隔离系统(4)上以保护免受外部振动，并用光罩(light enclosure)(5)封闭以防止光泄漏。激光通过光纤联接器(7)射入到光纤(6)中。光纤(6)可以是单根光纤或光纤束。此外，控制和供电线路(8)可以通过光纤联接器(7)与光纤(6)连接。该设备终止于飞秒消融装置(9)。
第一实施方案产生相对于装置的面向前的光片聚焦。第二实施方案产生面向垂直于装置的光片聚焦。第三实施方案结合了第一实施方案和第二实施方案的各个方面，以同时提供面向前的光片和垂直光片，或者根据需要在两种模式之间切换。第四实施方案是第一实施方案的扩展。
图4-图7描绘了根据一个或多个实施方案的示例消融装置。消融装置(9)包括由生物相容性材料制成的柔性保护性生物相容性外壳(10)，该柔性保护性生物相容性外壳包裹用于光纤芯和包层(12)(诸如柔性单线圈)的柔性保护内层(11)。由(10)、(11)、(12)组成的光纤的柔性部分通过用胶水或通过其他方式密封的气密连接器(13)连接到消融装置(9)。控制/电源电路(14)嵌入在(10)、(11)或(12)中，并穿过气密连接器(13)，或者作为外部导线单独提供。控制电路被提供给一个或多个功率和控制致动器(15)，用于改变内部转子(16)的位置、弯曲角度和旋转角度。由于要求其体积小，这里的一个或多个致动器(15)可以使用超声波压电致动器(piezo actuator)来实现，但是也可以通过基于压电(piezoelectric)、静电、电磁、电共轭流体、热操作模式、双金属板、感应致动器或任何其他合适尺寸的致动器部件的电机来实现。转子(16)的运动由合适的轴承(18)，诸如滚珠轴承或基于自润滑塑料稳定。为了提供稳定的旋转和最小化的振动，可以在转子(16)的远端上包含配重(19)。聚焦光学组件(20)附接到转子(16)。该设计可以被封闭在包含透明的出射窗(22)的刚性气密外壳(21)中，以确保内部部件的移动不会干扰外部环境(图4)。
图4描绘了用于动脉粥样硬化切除术和其他内部手术应用的第一实施方案的部件，其产生用于消融的面向前的光片。面向前的光片设计包含两个聚焦元件，以操纵通过间隔物(23)传播的发散光束。柱面透镜将入射的激光光束向下聚焦到一个方向的线(24)上，第二柱面透镜使光束在垂直方向(25)上扩展(图4)。这产生了面向前的光片(26)，所述面向前的光片在致动器的作用下围绕中心轴线旋转，并扫描消融平面(27)，投射具有足够高强度的光的光片以实现消融。在本实施方案中，聚焦光学器件被选择成在装置的整个直径上产生消融，从而能够钻通目标物质(图5)。
图6描绘了用于动脉粥样硬化切除术和其他内部手术应用的第二实施方案的部件，其产生侧向光片。在第二实施方案中，除了聚焦组件和出射窗之外，用于产生垂直光片的面向前的光片设计具有与前述相同的基本结构。在本实施方案中，光学组件包括透明光学柱(28)，与反射镜(29)对角线相交。使用反射镜(29)的替代方案包括将用于透明光学柱(28)的材料的折射率选择为使得在对角线切口处发生全内反射。该装置的端部由透明管(30)覆盖。在仅垂直线聚焦设计(图6)的情况下，远端帽(31)可以由不透明材料制成。在本实施方案中，来自光纤的发散光束从顶部进入柱形光学器件，并在垂直方向(32)上被反射。该柱(33)的侧面充当柱面透镜，以将光聚焦成平行于装置(33)的线，其中强度足够高以实现消融。内部组件围绕中心轴线的旋转使该线聚焦围绕装置移动(图7)，从而能够消融装置外围的物质。
第三实施方案结合了垂直聚焦设计和面向前的聚焦设计的光学元件，可同时地在装置前方以及垂直地进行消融。在该实施方案中，反射镜(29)由分束器代替，用于在前向和侧向同时进行消融。备选地，可以通过用能够控制反射率的设备(例如使用基于液晶层的可电切换的半透半反射式镜(transflective mirror))替换反射镜(29)来实现两种模式之间的切换。
在第四实施方案中，第一实施方案的面向前的聚焦设计嵌入在柔性中空外壳的侧面中。外壳具有中心空间来捕获异物。该装置围绕目标(object)逐渐旋转，以去除其周围的障碍物。
第一实施方案旨在被设计为解决血管中的完全或部分阻塞，其中装置直径过大，无法穿过堵塞物。第二实施方案被设计成去除堵塞物，其中血管的变窄是由堵塞物的侧向积聚引起的，但没有严重到阻止装置通行(图8)。一个潜在的应用是依次使用第一实施方案和第二实施方案，以通过首先穿过阻塞物引入通道，然后逐渐加宽通道，来清除较大的阻塞物。
第三实施方案无需更换装置即可实现两种类型的手术。第四实施方案可用于在心脏手术后去除手术引线(surgical lead)。所提出的装置旨在应用于动脉粥样硬化切除术，但也可用于其它医疗手术，例如，肾结石的去除、关节间隙或脊柱间隙内的骨骼或软骨的消融、或其中具有高矿物质含量或高密度的物质造成问题的其它手术干预。另一个潜在的应用包括通过捕获和消融蒸发异物来去除异物，从而无需开放性手术去除。
在一个实施方案中，系统包括光纤联接装置，其能够传输红外光谱、近红外光谱、可见光谱或紫外光谱中的小于100皮秒且脉冲能量在10-7J和10-2J之间的光脉冲。
在一个实施方案中，光纤联接装置配置为能够保持升高的内部气压或能够保持内部真空。
在一个实施方案中，系统包括光纤，能够传输红外光谱、近红外光谱、可见光谱或紫外光谱中的小于100皮秒且脉冲能量在10-7J和10-2J之间的光脉冲。
在一个实施方案中，光纤包括至少30cm的弯曲半径和至少1m的长度。
在一个实施方案中，系统包括严密密封的端帽罩(endcap enclosure)，能够保持较高的内部气压或能够保持内部真空。
在一个实施方案中，系统包括内部间隔物，以允许光纤所输出的光束发散至低于1012W/cm2的峰值功率密度。
在一个实施方案中，系统包括可以将入射光束向下聚焦至1012W/cm2以上的峰值功率密度的光学装置或组件。
在一个实施方案中，光学装置或组件配置为产生任意形状的聚焦(除点聚焦外)以加速扫描。
在一个实施方案中，系统包括致动器，该致动器配置为使光学组件相对于光纤移动或旋转，以实现使用超声波压电致动器或基于压电、静电、电磁、电共轭流体、热操作模式、双金属板、感应致动器的电机所实施的扫描。
在一个实施方案中，系统利用与光纤/端帽相邻但相连的第二管腔，该第二管腔允许导丝通过，以引导装置的位置和轨迹。导丝配置可以是快速更换或跨丝配置(over thewire configuration)。
在一个实施方案中，装置可以穿过内窥镜、结肠镜或食管胃十二指肠镜，以允许消融胃肠道内的生物物质或异物。
在一个实施方案中，装置可以穿过关节内窥镜，以允许消融关节间隙或椎间隙内的生物物质、骨骼、软骨或异物。
在一个实施方案中，装置可以穿过静脉系统、心脏右侧腔室或肺动脉，以消融静脉系统内的急性或慢性血栓(血栓切除术)。
在一个实施方案中，装置可以被引导到适当位置，并靠着心脏的房间隔放置，以允许在右心房和左心房之间形成通道(经房间隔穿刺)。
在一个实施方案中，可针对患有肥厚性心肌病的心脏的肥厚性室间隔对装置进行导航，作为室间隔酒精消融术的安全替代方案。
在一个实施方案中，装置的壳体还可以包含第二管腔，以允许血管内超声探头的通过，从而便于消融尖端的引导和定位。
在一个实施方案中，消融尖端可位于慢性阻塞物的内膜下间隙中，与真实管腔相邻，并且内膜下组织可被消融，以允许形成通向闭塞血管的远端真实管腔中的通道。
在一个实施方案中，装置可以包含镍钛诺血管内圈套器(snare)，以捕获体内异物或生物物质。
在一个实施方案中，装置可以通过腹腔镜方法进入腹膜腔或腹膜后腔，以允许消融腹腔内的生物物质或异物。
在一个实施方案中，通过膀胱镜检查或直接穿刺肾盏导航装置，装置可进入体内尿道、膀胱、输尿管或肾盏内，并用于消融任何上述结构内的生物组织或异物。
上述任何实施方案均可包括抽吸/负压/真空系统，用于捕获和去除消融过程中产生的任何碎屑。
示例性使用示例
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置执行动脉粥样硬化切除术/血栓切除术/异物消融的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，光纤和消融装置被插入到血管中。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10- 2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出被聚焦到血管中的消融部位。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融胃肠道内的生物组织或异物的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，通过食管胃十二指肠镜或结肠镜将光纤和消融装置插入到胃肠道中，并将光纤放置在待消融的生物组织或异物附近。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出被聚焦到胃肠道中的消融部位。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融体内的关节间隙或椎间隙的软骨、骨骼、韧带或异物的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，在开放式或光纤可视化(关节镜)下将光纤和消融装置插入到关节间隙中，并将光纤放置在待消融的物质附近。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出被聚焦到关节间隙中的消融部位上。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融静脉系统、心脏或肺动脉内的血栓性物质的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，将光纤和消融装置插入到体内的静脉中，并且可能插入到右心房、右心室或肺动脉中，并且消融这些结构中的血栓性物质。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出被聚焦到上述结构中的血栓性物质上。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融房间隔以允许设备从心脏的右侧通行至左侧的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，使用荧光镜和/或心内回声引导，将光纤和消融装置插入体内的静脉中，并将消融尖端放置在房间隔附近。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出聚焦在房间隔上，以在右心室和左心室之间形成通道。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融患有肥厚性心肌病的心脏的肥大心脏组织的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，将光纤和消融装置插入体内的动脉中，并使用荧光镜和/或心内回声引导将消融尖端放置在房间隔附近。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出聚焦在肥大的心脏组织上以消融该组织。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融腹腔或腹膜后间隙内的生物组织或异物的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，通过腹腔镜技术将光纤和消融装置插入到腹膜或腹膜后间隙中，使用荧光镜、光纤或超声引导将该装置放置在待消融的物质附近。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出被聚焦到目标组织或异物上。
在一个实施方案中，使用飞秒激光消融装置来消融尿道、膀胱、输尿管或肾盏内的生物组织或异物的方法包括插入、产生、聚焦。在一个实施方案中，通过膀胱镜检查或肾盏的直接穿刺将光纤和消融装置插入并引导，使用荧光镜、光纤或超声引导将该装置放置在待消融的物质附近。在一个实施方案中，光脉冲小于100皮秒。在一个实施方案中，光脉冲具有10-7J和10-2J之间的能量。在一个实施方案中，消融装置包括聚焦光学组件，该聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。在一个实施方案中，消融装置的输出被聚焦到目标组织或异物上。
在上述任何一种使用示例的实施方案中，装置的壳体还可以包含第二管腔，以允许血管内超声探头的通过，从而便于消融尖端的引导和定位。
在一个实施方案中，飞秒激光消融装置包含附加管腔，用于在跨丝配置中导丝沿装置的长度的通行，以促进消融装置通过脉管系统的导航和推进。
在一个实施方案中，飞秒激光消融装置在端帽/光纤的远端部分中包含附加管腔，用于在快速更换配置中导丝的通行，以促进消融装置通过脉管系统的导航和推进。
在一个实施方案中，可以将消融尖端定位于慢性阻塞物的内膜下间隙，与真实管腔相邻，并且可消融内膜下组织，从而允许形成通向闭塞血管的远端真实管腔中的通道。

Claims (23)

1.一种系统，包括：
激光器，配置为产生低于100皮秒的光脉冲；
光纤，配置为传输来自所述激光器的光脉冲；
光纤端帽装置，包括一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件配置为使来自所述光纤的光脉冲的强度降低然后升高，并由所述光纤的光脉冲产生任意光学图案；
其中所述一个或多个光学元件配置为将来自所述光纤的入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤端帽装置的直径小于7mm。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光学元件配置为产生光学图案，所述光学图案是线状、螺旋状或点云状。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤端帽装置包括间隔物，所述间隔物配置为在所述光纤输出的光束由所述光学元件聚焦之前，允许所述光束发散至低于光学损坏阈值的峰值功率密度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤端帽装置还包括致动器，所述致动器配置为通过使所述光学元件或所述光纤端帽装置围绕中心轴线旋转来使最终消融图案旋转或平移。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光学元件包括：
第一透镜，配置为将入射光束聚焦到第一方向的线上；以及
第二透镜，配置为使所述光束在垂直于所述第一方向的第二方向上扩展。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光学元件包括：
透明光学柱；以及
反射镜，与所述透明光学柱对角线相交，配置为使入射光束在垂直方向上通过所述透明光学柱反射。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光学元件包括：
透明光学柱；
分束器，配置为使所述入射光束的一部分通过所述透明光学柱反射；以及
一个或多个透镜，配置为将所述入射光束的非反射部分聚焦并扩展成面向前的光片。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光学元件还包括：
透明光学柱；以及
能够电切换的半透半反射式镜，配置为在使所述入射光束通过所述透明光学柱反射和使所述入射光束通过一个或多个透镜聚焦之间切换，所述一个或多个透镜配置为将所述入射光束聚焦成面向前的光片。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光学元件嵌入在柔性中空外壳的侧面中，所述外壳包括中心腔，所述中心腔配置为用于捕获异物。
11.一种使用飞秒激光消融装置来执行激光消融术的方法，所述方法包括：
将光纤和消融装置插入到血管中；
通过飞秒激光器产生多个光脉冲，所述光脉冲小于100皮秒且脉冲能量在10-7J和10-2J之间；
其中所述消融装置包括一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度；并且
将激光消融装置的输出聚焦到所述血管中的消融部位上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述消融装置包括间隔物，所述间隔物配置为在所述光纤输出的光束由聚焦光学器件聚焦之前，使所述光束发散至低于1012W/cm2的峰值功率密度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个光学元件包括：
第一透镜，配置为将入射光束聚焦到第一方向上的线上；以及
第二透镜，配置为使所述光束在垂直于所述第一方向的第二方向上扩展。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括通过致动器使所述第一透镜和所述第二透镜围绕中心轴线旋转，以使所述消融装置的输出围绕所述血管的内部旋转。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个光学元件包括：
透明光学柱；以及
反射镜，与所述透明光学柱对角线相交，配置为使所述入射光束在垂直方向上通过所述透明光学柱反射。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过致动器使所述反射镜围绕中心轴线旋转，以使所述消融装置的输出围绕所述血管的内部旋转。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个光学元件还包括：
透明光学柱；
分束器，配置为使所述入射光束的一部分通过所述透明光学柱反射；以及
一个或多个透镜，配置为将所述入射光束的非反射部分聚焦并扩展成面向前的光片。
18.根据权利要求9所述的方法，其中，所述一个或多个光学元件还包括：
透明光学柱；以及
能够电切换的半透半反射式镜，配置为在使所述入射光束通过所述透明光学柱反射和使所述入射光束通过一个或多个透镜聚焦之间切换，所述一个或多个透镜配置为将所述入射光束聚焦成面向前的光片。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述消融装置的输出聚焦到所述血管中的消融部位上包括：
通过所述一个或多个透镜使所述入射光束聚焦，以穿过所述血管中的阻塞物形成通道；
将所述消融装置插入所述通道中；以及
通过所述透明光学柱使所述入射光束反射以加宽所述通道。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个光学元件嵌入在柔性中空外壳的侧面中，所述柔性中空外壳包括中心腔，所述中心腔配置为用于捕获异物。
21.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述消融装置的输出聚焦到所述血管中的消融部位上包括使所述消融装置围绕一目标旋转，以去除所述目标周围的一个或多个障碍物，并且其中所述方法还包括将所述目标捕获在所述中心腔中。
22.一种使用飞秒激光消融装置来执行激光消融术的方法，所述方法包括：
将光纤和消融装置插入人体内；
通过飞秒激光器产生多个光脉冲，所述光脉冲小于100皮秒且脉冲能量在10-7J和10-2J之间；
其中所述消融装置包括聚焦光学组件，所述聚焦光学组件配置为将入射光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度；
将所述消融装置的输出聚焦到体内的消融部位上，用于在以下应用的一个或多个应用中消融身体组织或异物：
胃肠道内的生物组织或异物的去除；
体内的关节间隙或椎间隙内的软骨、骨骼、韧带或异物的去除；
静脉系统、心脏或肺动脉内的血栓性物质的去除；
房间隔的去除，以允许设备从心脏的右侧到左侧的通行；
患有肥厚性心肌病的心脏的肥大心脏组织的去除；
腹腔或腹膜后间隙内的生物组织或异物的去除；或
通过膀胱镜检查或直接穿刺肾盏来引导所述装置，使用荧光镜、光纤或超声引导将所述装置放置在待消融的物质附近，来去除尿道、膀胱、输尿管或肾盏内的生物组织或异物。
23.一种消融装置，包括：
间隔物，配置为引起通过光纤接收到的入射飞秒激光光束的发散；以及
聚焦光学组件，配置为将来自所述光纤的所述入射飞秒激光光束聚焦至大于1012W/cm2的峰值功率密度。
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