專利名稱：雙模式眼科激光切割術的制作方法
技術領域：
本發明涉及采用外科方法改變眼角膜曲率的裝置和技術以及控制所述裝置的方法，具體地說，涉及利用雙固定尺寸點直接修正各種角膜缺陷的裝置。
準分子激光眼外科系統通常用于校正視力。從眼鏡到徑向角膜切割術，眼外科如今已經發展到利用準分子激光器提供的冷光激光切割術實際改變眼表面的形狀，所述準分子激光器通常是工作在大約193nm的氟化氬激光器。在Gholam Peyman于美國專利4,840,175中申請的激光原位屈光性角膜成形技術中，這些激光器甚至用于整形眼表面下的基質組織。
這些技術從未校正的眼外形開始，然后使用各種小或大的光束技術或者瞳孔技術切割眼睛，把表面重新修正成希望的校正外形。利用許多方法確定校正量，但對近視來說，例如給出眼睛的初始曲率和需要的屈光校正量，而必須從眼表面上每一點上去除的組織量的方程是公知的。這些方程可以在例如PCT專利申請序列號PCT/EP93/02667中找到。對于校正近視和散光所必須去除組織量的類似的方程也是公知的。
然而，在利用這些方程之前，必須確定眼睛的實際曲率。可以利用許多技術完成這一工作。通過眼睛檢查可以確定患者的視敏度。例如可以利用描繪外形的系統確定眼睛表面的實際形狀。這些描繪外形的系統或者是手控的或者是計算機化的，而且后者可以提供眼睛曲率的點點圖示，例如以軸向曲率、瞬時或實際局部曲率或者絕對高度的形式。
通常，根據這些曲率和患者的視敏度，醫生向準分子激光外科系統編程輸入正或負屈光校正量(根據校正遠視還是近視)和散光柱面角度，如果有的話，還輸入散光所需的屈光校正量。然后準分子激光系統中的軟件本身計算適于達到目的的照射圖形，并在患者的眼睛表面上實現該圖形分布。
國際公開號為WO97/46183(國際申請號PCT/EP97/02721)的專利申請公開了控制準分子激光眼外科的分布式系統。該分布式系統包括有外形描繪系統、計算機系統和準分子激光眼外科系統，外形描繪系統向計算機系統提供剖面數據，計算機系統經過計算向準分子激光眼外科系統提供切割照射圖形。計算機系統和準分子激光眼外科系統可以設置在遠處。準分子激光眼外科系統可以從一個以上的計算機系統和一個以上的外形描繪系統接收數據，以便更好地利用資源。
目前已經開發了許多整形角膜的系統，利用許多技術，例如采用可變尺寸的圓形孔來校正近視，采用可變尺寸的環形孔來校正遠視，采用可變尺寸的狹縫形狀孔來校正散光。這些技術都是公知的屈光成像角膜切割術。人們已經認識到，例如利用這樣的孔來校正近視，利用一系列逐漸變小的尺寸點的準分子激光照射能夠切除角膜的一部分，從而有效地在角膜內形成“校正透鏡”。
這些技術例如在美國專利4,973,330和4,729,372中有討論，美國專利4,973,330的名稱為“Surgical Apparatus for Modifying theCurvature of Eye Cornea(用于修正眼角膜曲率的外科裝置)”，
公開日為1990年11月27日；美國專利4,729,372的名稱為“Apparatusfor Performing Ophthalmic Laser Surgery(進行眼科激光手術的裝置)”，
公開日為1988年3月8日。激光眼外科領域的技術人員已經利用這些可變尺寸的孔深入研究了需要的照射圖形，以便為不同程度的近視、遠視和散光以及這些情況的結合提供適當的校正量。這些多孔系統傾向于復雜而且不靈活。需要許多孔徑輪或罩，而且只提供對于圓對稱近視和遠視以及柱面對稱散光的標準形式的校正。
在上面提到的美國專利4,973,330中示出了從眼睛上切除組織的裝置。這一裝置包括準分子激光器，它的激光束入射到角膜上，激光束的軸與眼睛的光軸對準。而且，視場光闌限制激光束照射在角膜上的激光點的區域，而且根據欲切除的區域外形以瞬時可變的方式設置所述視場光闌的尺寸，以便使欲切除的區域的厚度是與眼睛光軸的距離的函數。
美國專利4,973,330中描述的系統允許以這一方式把角膜上的“激光能量分布”設置為與眼睛光軸的距離的函數，但是只有在能量分布(即激光束點的功率)均勻或至少軸對稱的條件下才可實現。然而，尤其是準分子激光器通常不能滿足這一條件。不對稱的能量分布導致非軸對稱的切除。而且，美國專利4,973,330中描述的系統只允許校正球形象差，不能校正散光。
基于同一基本原理的裝置從美國專利4,994,058可以得知，該專利名稱為“Surface Shaping Using Lasers(采用激光進行表面成形)”，
公開日為1991年2月19日。這一裝置利用“能毀壞的視場光闌罩”代替具有瞬時可變孔徑的視場光闌。
通過切除組織成型角膜的另一類裝置可以從各種L'Esperance專利中得知。這些專利包括美國專利4,665,913；4,669,466；4,718,418；4,721,397；4,729,372；4,732,148；4,770,172；4,773,414；以及4,798,204。在這種裝置中，通過欲切除區域上方的二維掃描系統移動聚焦點小的激光束。以“掃描儀”方式工作的這一裝置具有如下優點，即該裝置能夠在“欲切除區域上方”產生任何二維的照射能量分布。
國際公開號為WO96/11655(國際申請號PCT/EP95/04028)的專利申請公開了一種控制從眼睛上切除組織的裝置的設備和方法，所述裝置利用相當大的光束完成各種類型的校正，并采用振動或抖動以防止在組織切除過程中形成加強邊緣。采用在欲切除區域上方掃描的大光束，通過重疊照射實現各種類型的校正，例如遠視和散光校正。
使用紅外熒光染色劑染色上皮，欲處理的區域的上皮被除去，同時通過上皮觀察熒光圖形。一旦激光照射之后某一區域不再發熒光，則施加較小的照射，從剩余區域選擇去除上皮。利用兩個相交成一定角度的散光校正切割圖形，形成能夠校正遠視、近視和散光的透鏡。利用相當大的固定尺寸點重疊照射，提供低溫度加熱，無邊緣處理圖形，減少照射次數和簡化裝置。因此，這一參考文獻描述了單一固定尺寸點系統，該系統利用大的固定點，以重疊方式校正視力。
隨著各方面的發展，準分子激光眼外科系統采用不同的技術再成形眼表面。利用大尺寸點減少了處理時間，增加了每次照射切除的組織量，而小尺寸點提供精細清晰度校正。具有上述兩個優點的技術和裝置將大受歡迎。
本發明提供了雙模式準分子激光眼外科系統。在這一系統中，首先利用大尺寸固定點處理眼睛的主要角膜缺陷，例如近視、遠視和散光。然后，使用小尺寸固定點去除剩余不規則之處。大尺寸允許快速處理。小尺寸更精細地處理不規則的外形。
而且，這樣的系統最好在分布式外形環境下實施。例如，根據視敏度數據，如需要的屈光校正程度，把采用大尺寸固定點的處理圖形提供給醫生。然后，把這一處理的結果重疊在計算機內患者實際的眼睛圖象上。接下來，醫生利用小尺寸固定點除去任何剩余不規則之處，產生最佳處理圖形。然后把這一組合處理圖形分配給準分子眼外科系統，該系統進行大尺寸點切除，然后進行小尺寸點切除。
圖1是描述典型準分子激光眼外科系統的簡圖。
圖1A描述根據本發明將代替圖1準分子激光眼外科系統中的可變光闌的雙固定光闌，其中大尺寸點光闌開口位于激光束的光路中。
圖1B描述圖1A中的雙固定光闌，其中根據本發明小尺寸點光闌開口位于激光束的光路中。
圖2是利用大尺寸固定點校正視力的第一通道的一部分的視圖。
圖2A是典型照射圖形的視圖。
圖3是利用小尺寸固定點校正視力的第二通道的視圖。
圖4是描述準分子激光眼外科系統中多個組件的相互關系的方框圖。
圖1所示為典型的眼外科系統10。準分子激光器20提供脈沖光束22，該光束在光學裝置26反射之后到達光束均勻器24。激光器還提供快門28，以便阻止脈沖光束22傳輸至光學均勻器24。準分子激光器20是本領域公知的典型準分子激光器。它最好提供193nm波長的光束，最大脈沖能量為400mJ/脈沖。準分子激光器20最好在處理位置提供1W的最大功率，脈沖頻率為10Hz，脈沖長度為18ns。舉例來說，來自激光器的光的波長最好小于400nm，因為這樣通過降低加熱溫度提供希望的切割操作。而且，可以提供其它脈沖能量，例如全程小于200mJ/脈沖，典型重復速率為每秒60至100脈沖，典型脈沖長度為10至30ns。
光束均勻器24最好包括標準均勻和聚焦硬件，該硬件可以基于光束光學混合和光束的旋轉。然后，來自光束均勻器24的脈沖光束22從光學裝置30反射，來自導向激光器32的紅色導向激光束也通過光學裝置30。這一導向激光器32最好是功率小于1mW的633nm氦氖激光器。來自導向激光器32的紅色導向光束也可以被快門34阻擋。調整導向激光器32，以便它的光路與脈沖光束22一致。導向激光器32提供把光束22的中心定位在眼睛44的處理軸上的功能，并使光束聚焦在眼睛44上。而且，它可以為患者提供光學固定點，雖然為這一目的也可以提供不同的激光或光源。
然后，來自光學裝置30的脈沖光束22(如今也與來自導向激光器32的光束相互對準)通過可調整的光闌36，該光闌允許在光束進入最后的光學裝置之前調整光束大小。在光闌36后方，點模式透鏡38當在位置上時使得光束22進一步會聚，允許醫生在眼睛上進行某一缺陷點的切除來實現處理，而不是進行屈光手術。因此根據希望處理還是折射處理來使點模式透鏡38移入或移出位置。
在點模式透鏡38之后，聚焦透鏡40把光束22傳播到掃描鏡42上，然后掃描鏡42把光束22反射到患者眼睛44上。注意，光束22來自導向激光器32的的部分用于調整眼睛44與整個眼外科系統10的距離和提供中心定位，如同下面將描述的那樣。聚焦透鏡40聚焦光束，以便當眼睛44位于最佳位置時，光束22適當聚焦在眼睛44上。
這樣，這些不同透鏡和反射鏡組合形成光學系統，把準分子光束提供給角膜。光學系統在角膜上產生激光點，而且點的尺寸以及它的位置可以調整。很容易理解，在光學上可以使用許多不同的系統提供這樣的光束。例如，可以使用透鏡來調整點的尺寸而不使用孔徑，而且代替掃描鏡，患者或患者的眼睛44可以物理移動，以便在眼睛44的不同位置上進行照射。
系統中還提供了聚焦激光器46，它的光束也可以被快門48遮攔。聚焦激光器46最好是綠氦氖激光器，光束波長為535nm，功率小于1mW。來自聚焦激光器46的光束通過光學裝置50，以一定角度入射在眼睛44上。眼睛44與眼外科系統10的距離可以調整，以便來自導向激光器32的光束和來自聚焦激光器46的光束入射在眼睛44的表面的同一點上。
系統還提供了任選的固定罩52，該罩在本領域是公知的，用于在處理過程中穩定眼睛44。它可以包括碎屑去除元件，而且通常通過真空吸附環或者通過箍圈附著在眼睛44上。清潔空氣清洗裝置54確保系統中的光學裝置和光束沒有任何懸浮碎屑。
系統提供的顯微鏡56用于使醫生在切割眼睛44表面的過程中觀察操作。顯微鏡56最好是ZEISS OPMI“PLUS”，件號303311910，放大倍率為3.4，5.6和9倍。視場照明由未示出的冷光源提供，該冷光源最好是Schott KL1500 Electronic，ZEISS，件號417075。該顯微鏡56通過掃描鏡42聚焦，也通過分光鏡58聚焦。分光鏡還向紅外視頻單元60提供眼睛44的視圖，紅外視頻單元60用于下面將討論的上皮切割。紅外視頻單元60最好向捕獲型視頻屏62和控制單元64提供圖象輸出。紅外視頻單元60最好對紅外光和可見光都敏感。
控制單元64通常是與國際商用機器公司生產的IBM PC機兼容的高性能計算機，而且該控制單元最好控制眼外科系統10的所有組件，包括快門28、34和48，光闌36、點模式透鏡38以及掃描鏡42。
參考圖1A和1B，圖中示出了根據本發明用于實施雙固定尺寸點準分子激光手術的典型雙光闌。根據本發明，例如人們可以使用圖1A和1B所示的雙固定光闌代替可變光闌36(圖1)。具體地說，雙光闌板1000可向左邊或右邊滑動。它被放置在激光光束22的光路中(圖1)，并且在它的兩個位置之間移動，以便提供兩個不同的光束點尺寸。在圖1A中，光闌板1000在第一位置，其中大尺寸點光闌開口1002位于激光光束22的光路中。如圖所示，這一大光闌開口1002通過第一尺寸的圓形光束1004。
當希望使用第二較小尺寸點時，如圖1B中所示，光闌板1000移到第二位置。在這一位置，較小的光闌開口1010通過較小的激光點1012。同時，光束22的剩余部分被反射到激光收集器1008中。
可以看出，光闌開口1002和1010的實際點尺寸不必正好與照射在眼睛44上的點的尺寸一致。然而，可以理解這兩個點的尺寸將在眼睛44上提供兩個不同尺寸的光束照射。光闌開口1002的尺寸最好為在眼睛上形成直徑近似為兩毫米的點，而開口1010的尺寸適合形成直徑為一毫米的點。可以使用其它尺寸，但最好第一尺寸足夠大，以便相當快地完成基本切除圖形，第二尺寸相對小，小到足以精細修正任何剩余缺陷。
參見圖2，圖2示出了通過第一光闌開口1002在眼睛上形成2毫米的點時的6毫米處理區域上典型的第一路徑。這只是示意性的，而且最好是采用如圖2A所示的圖形。對于其他圖形和操作方法，參見國際公開號為WO96/11655(國際申請號PCT/EP95/04028)的專利申請，尤其是參見圖19-28以及相關的描述。利用大的2毫米點完成基本外形切割。
然后參見圖3，假設在完成圖2中的基本切割之后，剩余區域1020與希望的眼睛外形比較不規則。那么，利用開口1010形成較小點，產生多次照射1022，平滑剩余的不規則之處。
本發明的雙尺寸點系統最好與外形描繪系統結合使用。參考圖4。例如，外形描繪系統T1與其他視敏度技術結合使用，以便確定患者需要的校正類型和程度，例如近視、遠視或散光。基本處理圖形由計算機C1根據外形描繪系統T1提供的外形數據形成，并在準分子激光眼外科系統E1上實施。第二外形描繪系統T2和第三外形描繪系統T3分別與計算機系統C2相連，計算機系統C2與準分子激光眼外科系統E2相連，也與眼外科系統E1相連。計算機C1也與眼外科系統E2相連，所有這些組件一起構成外形分配、產生處理和準分子激光系統。參見國際公開號為WO97/46183(國際申請號PCT/EP97/02721)的專利申請關于分配準分子激光外科系統的更多信息。
然而，基本處理圖形可能因為患者眼睛外形不規則而需要精細化。因此，醫生可以把利用大尺寸點計算出的基本處理圖形的結果與希望的外形比較。然后，模擬使用較小尺寸點，醫生可以使用手工方法在處理圖形中提供適當照射，以便修正如圖3中的處理產生的剩余不規則之處。這一細致修正可以提供給計算機，輔助提示采用一系列較小照射點來照射到不規則區域上；或者使用光標、鼠標或其他指示裝置，使醫生能夠在欲處理的區域上“畫畫”。然后計算機系統將利用由外形描繪系統T1確定的構形計算眼睛切割的理論結果，而且希望該結果在可接受的誤差范圍以內。如果不在可接受誤差范圍內，醫生將利用較小尺寸點再進行精細化。
因此，利用根據本發明的技術，使用大的固定尺寸點對遠視、近視或散光進行基本校正。然后，利用較小的固定尺寸點除去任何剩余不規則之處。而且，大尺寸點圖形可以自動計算，小尺寸點由醫生手工“圖畫”，或者可以在醫生的監督下自動計算。
不難理解，可以使用許多的方法提供兩個尺寸點。例如，不使用滑動的雙光闌，可以使用如同圖1中的光闌36一樣的可變光闌，但只是設計成僅設定兩個不同尺寸。本領域的技術人員將理解形成兩個分離的尺寸的各種技術。
最好大尺寸固定點使用大尺寸固定點掃描技術，小尺寸固定點使用小重疊照射。
前面公開和描述的本發明是說明和舉例性的，可以在不脫離本發明的精神前提下、對所述系統的尺寸、形狀、材料、組件、電路元件和光學組件以及具體結構和操作方法進行各種改變。
權利要求
1.一種用于從角膜的一個區域除去組織來成形角膜的裝置，所述角膜的一個區域將經切割成為希望的處理圖形，該裝置包括發射具有適當波長的激光束的激光器；連接到所述激光器上的光學系統，該系統接收所述激光束，并把激光束成象在角膜上；連接到所述光學系統上的雙點光學裝置，該裝置用于限制所述光學系統，以便以第一大尺寸固定點在角膜上提供激光束和以第二小尺寸固定點在角膜上提供激光束，其中角膜上的第一大尺寸固定點是欲經切割的角膜區域的相對大的一部分，而角膜上的第二小尺寸固定點與大尺寸固定點相比較小；以及用于控制光學系統和控制所述激光器發射激光束的控制器，所述光學系統把激光束以一系列大尺寸固定點和小尺寸固定點順序照射成象。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述雙點光學裝置包括雙固定光闌。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述雙固定光闌放置在激光束的光路中。
4.如權利要求2所述的裝置，其中所述雙固定光闌在第一位置和第二位置之間滑動。
5.如權利要求2所述的裝置，其中所述雙固定光闌具有第一開口和小于第一開口的第二開口。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述雙點光學裝置包括放置在激光束光路中的雙固定光闌，所述雙固定光闌在第一位置和第二位置之間滑動，并具有第一開口和小于第一開口的第二開口，當所述雙固定光闌在第一位置時，所述激光束通過第一開口，當所述雙固定光闌在第二位置時，所述激光束通過第二開口。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述雙點光學裝置包括可調節的光闌。
8.用于從眼睛上切除組織的方法，包括提供具有雙點光學裝置的激光眼外科系統；利用在第一位置的雙點光學裝置對眼睛進行手術，進行第一通道處理，以便提供基本切割外形；改變雙點光學裝置的位置至第二位置；以及在第二通道處理中對眼睛進行手術，除去不規則之處。
9.如權利要求8所述的方法，其中雙點光學裝置具有雙光闌。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述雙光闌包括具有兩個孔的板，其中一個孔比另一個孔大。
11.如權利要求10所述的方法，其中改變雙點光學裝置位置的步驟包括滑動所述板。
12.如權利要求10或11所述的方法，包括經板上的兩個孔之一通過激光束。
13.一種利用激光系統處理眼睛的方法，所述激光系統包括發射具有適當波長的激光束的激光器和包括光學系統的激光系統，所述光學系統把激光束成象在角膜上，所述角膜有一區域欲經切割成為希望的處理圖形，該方法包括如下步驟計算對應于初始處理圖形的照射抖動圖形；控制激光系統，以便在角膜上提供大尺寸固定點的激光束；控制激光系統，以對應于點抖動圖形的一系列照射方式激發激光光束；用大尺寸固定點激光束切割角膜，以便完成初始處理圖形；調整激光系統，以便在角膜上提供小尺寸固定點，其中小尺寸固定點激光束的直徑小于大尺寸固定點激光束；以及用小尺寸固定點激光束切割角膜，以便實現希望的處理圖形。
14.如權利要求13所述的方法，其中大尺寸固定點激光束的直徑至少小于2.0mm。
15.如權利要求13或14所述的方法，其中小尺寸固定點激光束的直徑不大于1.0mm。
16.如權利要求13至15中任何一個所述的方法，進一步包括根據視敏度數據確定初始處理圖形的步驟。
17.如權利要求13至16中任何一個所述的方法，進一步包括把初始處理圖形的結果疊加在患者實際眼睛外形上的步驟。
18.如權利要求13所述的方法，進一步包括采用外形描繪系統，根據視敏度數據確定初始處理圖形；把初始處理圖形的結果疊加在實際患者眼睛圖象上；以及把初始和希望的處理圖形傳輸到激光系統中，激光系統與外形描繪系統的位置不同。
19.一種用于處理眼睛的激光外科系統，包括提供對應于患者角膜外形的外形數據的外形描繪系統；具有程序的計算機系統，該系統用于由外形數據形成初始切割照射圖形；用于把所述外形數據從所述外形描繪系統傳輸到所述計算機系統的所述外形描繪系統和所述計算機系統之間的第一數據鏈路；激光眼外科裝置，該裝置用于以對應于初始切割照射圖形的照射圖形激發大尺寸固定點激光束；所述計算機系統和所述激光眼外科裝置之間的第二數據鏈路，該數據鏈路用于把初始切割照射圖形從所述計算機傳輸至所述激光眼外科裝置，其中所述激光眼外科裝置與所述計算機系統位于附近不同的物理位置上；以及用于以小尺寸固定點激光束激發激光眼外科裝置的器件，以便實現希望的處理計劃，小尺寸固定點激光束的直徑小于大尺寸固定點激光束。
20.如權利要求19所述的激光外科系統，其中用于以小尺寸固定點激光束激發激光眼外科裝置的器件包括放置在激光束光路中的雙固定光闌，雙固定光闌在第一位置和第二位置之間滑動，并具有第一開口和小于第一開口的第二開口。
21.如權利要求19或20所述激光外科系統，其中用于以小尺寸固定點激光束激發激光眼外科裝置的器件包括用于選擇激光束直徑的可調節光闌。
全文摘要
本發明提供了一種雙模式準分子激光眼外科系統。首先利用大尺寸固定點處理眼睛的主要角膜缺陷,利用小尺寸固定點除去剩余不規則之處。大尺寸允許較快處理,而小尺寸用于更精細地處理不規則的外形。系統最好在分配外形環境中實施。例如,根據視敏度數據如所需要的屈光校正程度,把利用大尺寸固定點的處理圖形提供給醫生。然后把這一處理的結果再疊加在計算機中患者實際的眼睛圖象上。利用小尺寸固定點除去任何剩余不規則之處,產生最佳處理圖形。然后把這一聯合處理圖形分配給準分子眼外科系統,準分子眼外科系統進行大尺寸點切割,然后進行小尺寸點切割。
文檔編號A61B19/00GK1253487SQ98804500
公開日2000年5月17日 申請日期1998年4月24日 優先權日1997年4月25日
發明者克里斯蒂安·霍拉 申請人:泰思諾拉斯眼科系統公司