專利名稱：預(yù)防或延緩一種或多種老視癥狀的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及預(yù)防或延緩老視的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及消融眼睛晶狀體出芽區(qū)(germinative zone)或前出芽區(qū)(pregerminative zone)中上皮細(xì)胞的方法和裝置，以便延緩或預(yù)防老視的發(fā)生或進(jìn)展或一種或多種癥狀。
背景技術(shù)：
老視是由于歲月或年齡的增長而引起的視力減退。老視是造成中年人或老年人將報(bào)紙、雜志或書籍置于眼睛一臂距離進(jìn)行閱讀的原因。許多老視個(gè)體帶有雙焦眼鏡來幫助他們應(yīng)對老視。在超過40歲的個(gè)體中通常可以觀察到老視?；加欣弦暤睦弦晜€(gè)體可以具有正常的視力，但是隨著時(shí)間的流逝，聚焦于近距離物體的能力至少部分地喪失，因此這些個(gè)體在完成需要近視力的工作時(shí)，例如閱讀時(shí)需要佩戴眼鏡。老視或多或少地影響幾乎所有超過40歲以上的個(gè)體。
眼睛能夠產(chǎn)生不同距離的物體的清晰圖像，調(diào)整眼睛的有效焦距以保持物體的圖像聚焦于位于眼睛后部的視網(wǎng)膜上。眼調(diào)節(jié)指這種有效焦距的變化。眼調(diào)節(jié)是眼睛改變其聚焦的能力，并且主要通過改變晶狀體的形狀來完成。眼調(diào)節(jié)提供從遠(yuǎn)處物體到近處物體的聚焦改變的能力。老視影響從遠(yuǎn)處物體到近處物體的聚焦改變的能力。
通過使用眼中的某些肌肉和結(jié)構(gòu)來改變晶狀體的形狀。如

圖1所示，晶狀體114位于眼睛的前部。晶狀體具有通常是圓形的橫截面，該圓形的橫截面具有兩個(gè)凸折射面。晶狀體后面(其更接近玻璃體)的曲率高于前面的曲率。由被稱為睫狀小帶104的膠原纖維的環(huán)狀集合懸浮晶狀體，所述小帶在其內(nèi)端與晶狀體囊連接(晶狀體外表面)并在其外端與睫狀體115相連，睫狀體是恰好位于眼睛外部支持結(jié)構(gòu)即鞏膜101中的組織肌肉環(huán)。睫狀體115在未調(diào)節(jié)的眼中是松弛的，因此呈現(xiàn)其最大的直徑。
在個(gè)體的生命期間，通過在晶狀體中緯線上上皮細(xì)胞的分裂和來自某些上皮細(xì)胞的分化纖維細(xì)胞的形成，晶狀體持續(xù)生長。老視被認(rèn)為是至少部分由于晶狀體的持續(xù)生長而引起的。這種生長的一個(gè)結(jié)果是晶狀體彈性的持續(xù)下降，因此導(dǎo)致眼調(diào)節(jié)的持續(xù)下降。在囊界限內(nèi)晶狀體尺寸的生長會(huì)造成其喪失聚焦能力。
以往治療老視的方法是處理眼睛的角膜和鞏膜，雖然建議通過處理晶狀體來治療老視。根據(jù)http://www.allaboutvision.com/visionsurgery/presbyopia_surgery_2.htm，雖然某些外科醫(yī)生處理鞏膜，但是其它外科醫(yī)生認(rèn)為晶狀體可能是老視手術(shù)的關(guān)鍵，并且他們建議了兩種技術(shù)，但是還沒有開始實(shí)驗(yàn)。一種技術(shù)叫做photophako reduction(PPR)，其使用激光在晶狀體中創(chuàng)造腔，從而減小晶狀體的尺寸。另一種技術(shù)叫做photophako modulation(PPM)，其使用激光在晶狀體中創(chuàng)造微小的穿孔以使晶狀體軟化。另一技術(shù)涉及使用光分裂(photodisruptive)激光以軟化晶狀體的內(nèi)部從而恢復(fù)彈性。
治療老視的其它嘗試涉及處理鞏膜或小帶。激光老視逆轉(zhuǎn)手術(shù)(LAPR)涉及使用紅外激光器以切除部分鞏膜。外科醫(yī)生使用激光器在鞏膜內(nèi)進(jìn)行輪輻樣切口以使之變薄并給晶狀體更大的空間來發(fā)揮作用。另一被稱為前睫狀鞏膜切開術(shù)(ACS)的方法試圖通過在鞏膜上或眼睛的白色部分上進(jìn)行若干部分厚度的放射狀切口，將與晶狀體相連的纖維拉緊。某些外科醫(yī)生將硅酮植入物置于放射狀切口中，來試圖防止退化。拉緊晶狀體纖維的另一技術(shù)涉及使用紅外激光器以策略地使鞏膜變薄。
美國專利第5,465,737號(Schachar)和授予相同發(fā)明人的其它專利描述了通過增加眼調(diào)節(jié)幅度來治療老視和遠(yuǎn)視的方法，通過增加老視眼中睫狀肌有效工作距離進(jìn)行所述眼調(diào)節(jié)幅度。Schachar敘述還可以通過向晶狀體上皮應(yīng)用熱、輻射或抗有絲分裂藥物抑制晶狀體的持續(xù)生長來阻止老視。
建議了治療老視的其它技術(shù)，最常見的技術(shù)是處理角膜或鞏膜。美國專利第6,258,082號描述了角膜整形和老視校正的方法和外科手術(shù)技術(shù)。該系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案由掃描器、線束點(diǎn)調(diào)節(jié)器和耦聯(lián)纖維以及基本激光器組成。通過使用消融激光器消融鞏膜組織并增加睫狀體的調(diào)節(jié)的方法來治療老視。
美國專利第6,263,879號描述了通過使用消融激光器來消融鞏膜組織并增加睫狀體調(diào)節(jié)的方法來治療老視。建議使用掃描系統(tǒng)以在角膜的鞏膜區(qū)域?qū)嵤┎煌瑯邮綇亩委熇弦暡㈩A(yù)防其它眼部病癥，例如青光眼。
美國專利第6,491,688號描述了老視校正的方法和裝置。所公開的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案由線束點(diǎn)控制器、光束輸送裝置、裂隙燈、可視瞄準(zhǔn)束以及所選的固態(tài)激光器組成。通過由選擇的激光器產(chǎn)生的約15-50℃的溫度增高而產(chǎn)生的人睫狀小帶的熱收縮來治療老視。聚焦近紅外激光器并通過角鏡(gonio lens)向靶睫狀小帶區(qū)域輸送，外科醫(yī)生使用滑移燈觀察。具有最佳吸收特性的所選的激光器高度聚焦，以便僅對靶小帶加熱，而不損傷角膜、晶狀體和臨近的區(qū)域。
美國專利第6,663,619號(VISX Incorporated)公開了通過進(jìn)行角膜表面的消融光分解來治療老視的眼外科系統(tǒng)和方法。激光器系統(tǒng)將組織消融成預(yù)定的消融形狀，并且角膜顯著愈合以形成多焦點(diǎn)形狀校正老視。多焦點(diǎn)形狀在中央校正近視力并且在周圍校正遠(yuǎn)視力。使用具有比治療區(qū)域更窄束的激光器，所述系統(tǒng)和方法能夠進(jìn)行廣泛區(qū)域的治療，并且能夠被用于治療與老視相關(guān)的多種疾病狀態(tài)，例如遠(yuǎn)視、遠(yuǎn)視散光和不規(guī)則折射像差(aberration)。
美國專利第6,745,775號(Surgilight，Inc.)描述了一種治療老視的方法，其使用多種激光器來除去鞏膜組織的一部分并增加老視患者眼睛的調(diào)節(jié)。
美國專利第5,312,320號(VISX，Incorporated)描述了使用紫外激光輻射進(jìn)行的角膜的可控消融，其中控制被照射的通量密度和暴露時(shí)間，以便實(shí)現(xiàn)期望的消融深度。、根據(jù)光束尺寸的情況，在角膜入射處，橫跨激光束投影的橫斷面的通量密度的預(yù)表征分布形成雕刻作用，以匹配待消融的區(qū)域，并且暴露的持續(xù)時(shí)間確定曲率變化的程度。公開了近視校正、遠(yuǎn)視校正和散光校正的說明性的技術(shù)和情況。
美國專利第5,711,762和5,735,843號(VISX，Incorporated)描述了將輻射引導(dǎo)通過防護(hù)罩并引導(dǎo)在角膜組織上或其它生物物質(zhì)上的氬氣-氟化物準(zhǔn)分子激光或其它激光源以在其中通過消融光解法形成預(yù)定構(gòu)型和深度的消融?？尚纬删哂辛芽p，圓形、月牙形或其它寬度為30至800微米的開口的防護(hù)罩，并且甚至可以形成提供中心至邊緣等級強(qiáng)度的防護(hù)罩。所述防護(hù)罩是能夠反射的，或者是由有機(jī)聚合物構(gòu)成的或表面涂有有機(jī)聚合物，以防止熱積累。
美國專利第6,325,792號(Swinger and Lai)描述了將低能量、超短(飛秒)脈沖激光輻射以多種形式中的一種用于患者的眼睛，從而通過非?？煽匦问降墓夥纸饣蚬馄茐牡姆椒ㄏ诨蚯谐┞兜难鄄拷M織。在眼睛內(nèi)部使用激光使外科醫(yī)生可以進(jìn)行青光眼手術(shù)，例如小梁成形術(shù)和虹膜切開術(shù)，進(jìn)行白內(nèi)障手術(shù)，例如囊切除術(shù)、撕囊術(shù)和晶體切除術(shù)，以及進(jìn)行玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)，例如膜切除術(shù)。通過控制能通量或輻照、光束暴露的幾何沉積和暴露時(shí)間來實(shí)現(xiàn)多種操作。
美國專利第6,706,036號(Lai)描述了用于角膜外科手術(shù)的基于激光器的方法和裝置。本發(fā)明旨在主要用于消融有機(jī)物，尤其是切除人角膜。該發(fā)明使用具有淺消融深度(每激光脈沖0.2微米或更低)和低消融能量密度閾(小于等于約10mJ/cm2)特性的激光源，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)平滑消融的角膜表面。Lai敘述了所述外科手術(shù)系統(tǒng)能夠被用于進(jìn)行外科手術(shù)操作，包括去除角膜瘢痕、形成切口、角膜移植以及校正近視、遠(yuǎn)視、散光和其它角膜表面輪廓缺陷。
美國專利第5,439,462號(Intelligent Surgical Lasers)描述了眼部激光系統(tǒng)，其通過晶狀體組織的晶狀體碎裂從眼睛的晶狀體囊中除去白內(nèi)障性組織，隨后抽吸被治療的組織。
雖然存在大量描述治療老視的專利和專利申請，但是成功治療老視仍然是困難的。亟需治療或預(yù)防老視的方法和裝置。
發(fā)明概述提供用于預(yù)防或延緩老視的裝置和方法。所述方法包括在晶狀體的出芽區(qū)或前出芽區(qū)消融上皮細(xì)胞。優(yōu)選地，對稱地和/或沿晶狀體的縫線和/或通過偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)消融上皮細(xì)胞。所述方法能夠包括對稱地圍繞晶狀體的周緣形成消融點(diǎn)。所述方法能夠包括在晶狀體的出芽區(qū)或前出芽區(qū)中消融期望百分比的上皮細(xì)胞。使用本裝置和方法，能夠消融上皮細(xì)胞而不形成白內(nèi)障或散光疾病狀態(tài)，并且無需降低晶狀體的中緯線直徑。
另一方面，提供預(yù)防和延緩患者一種或多種老視癥狀的裝置和方法。所述方法包括在確定患者老視癥狀之前選擇患者，并在晶狀體的出芽區(qū)或前出芽區(qū)消融上皮細(xì)胞。基于增加的老視危險(xiǎn)因子選擇所述患者，例如散光，或基于年齡，例如其中所選患者低于40歲。
另一方面，提供了激光裝置和使用所述裝置的方法以消融晶狀體中的上皮細(xì)胞。所述裝置包括提供激光輻射的激光源；以及與所述激光源可操作地連接的激光傳輸系統(tǒng)以接收來自所述光源的所述輻射并產(chǎn)生多束激光束。所述激光傳輸系統(tǒng)能夠包括光纖束、衍射光學(xué)器件、二元光學(xué)器件或由單束激光束提供多束激光束的其它裝置。所述激光傳輸系統(tǒng)還能夠包括接收和聚焦所述多束激光束的聚焦透鏡。所述激光傳輸系統(tǒng)能夠包括具有不同焦距的多個(gè)主透鏡和/或自動(dòng)旋轉(zhuǎn)所述多束激光束的旋轉(zhuǎn)器。所述裝置還能夠包括在消融點(diǎn)提供可見光的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。
附圖簡要說明圖1顯示包括晶狀體在內(nèi)的人眼內(nèi)部構(gòu)造。
圖2顯示人晶狀體內(nèi)上皮細(xì)胞的排列。
圖3顯示晶狀體內(nèi)上皮細(xì)胞的不同區(qū)域。
圖4顯示使用激光束在期望的位置處消融大量上皮細(xì)胞的激光系統(tǒng)。
圖5顯示使用衍射光學(xué)器件在期望的位置處消融大量上皮細(xì)胞的激光系統(tǒng)。
圖6顯示容易地并準(zhǔn)確地改變在晶狀體上產(chǎn)生的激光點(diǎn)圖樣的裝置。
圖7顯示用于少量精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)消融點(diǎn)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)臺(tái)。
圖8顯示聚焦透鏡如何能夠提供期望大小的消融點(diǎn)或在由光導(dǎo)纖維束提供的激光輻射的期望距離處如何提供期望大小的消融點(diǎn)。
圖9顯示聚焦透鏡如何能夠提供期望大小的消融點(diǎn)或在由衍射光學(xué)器件提供的激光輻射的期望距離處如何提供期望大小的消融點(diǎn)。
圖10顯示激光輻射如何聚焦于晶狀體上而非角膜上的消融點(diǎn)。
詳細(xì)說明提供了治療或預(yù)防老視發(fā)生或進(jìn)展的裝置和方法。老視的發(fā)生和進(jìn)展通常通過一種或多種老視癥狀顯示，本發(fā)明的裝置和方法能夠被用于預(yù)防或延緩一種或多種老視癥狀。在患者被診斷出或開始患有一種或多種老視癥狀之前，所述裝置和方法能夠被用于預(yù)防或延緩老視的發(fā)生。所述裝置和方法能夠被用于預(yù)防或延緩老視的進(jìn)展，從而一種或多種老視癥狀不會(huì)變得更糟或更加顯著。
老視的癥狀包括對近距離物體聚焦能力下降、眼疲勞、難以閱讀小號字體、當(dāng)閱讀或觀察發(fā)光的屏幕時(shí)發(fā)生疲勞、難于看清楚近處的物體、當(dāng)閱讀印刷品時(shí)對比度下降、需要更加明亮和更加直接的光線來閱讀、需要將閱讀材料放置于較遠(yuǎn)的位置以便看清楚以及頭痛，尤其是當(dāng)使用近視力時(shí)頭痛。
所述裝置和方法通過抑制晶狀體中上皮細(xì)胞的再生來應(yīng)對老視的發(fā)生或進(jìn)展。所述裝置和方法能夠被用于抑制將要進(jìn)入晶狀體出芽區(qū)的上皮細(xì)胞的再生。這些細(xì)胞通常位于晶狀體的前出芽區(qū)?；蛘呋虼送?，本發(fā)明的裝置和方法能夠被用于抑制已經(jīng)在晶狀體的出芽區(qū)的細(xì)胞的再生。
能夠使用多種方法抑制上皮細(xì)胞的再生。通過避免、減慢或阻止上皮細(xì)胞的有絲分裂能夠抑制上皮細(xì)胞的再生。通過消融晶狀體前出芽區(qū)或出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞能夠抑制上皮細(xì)胞的再生。如下詳述，上皮細(xì)胞的切除能夠促進(jìn)或確立晶狀體的生長停滯。以避免、最小化或降低對晶狀體囊和中央?yún)^(qū)上皮細(xì)胞或纖維細(xì)胞的損傷的方法進(jìn)行上皮細(xì)胞的消融。
能夠通過任何合適的技術(shù)消融晶狀體前出芽區(qū)和/或出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞，但是通常使用基于激光的外科手術(shù)技術(shù)進(jìn)行消融。消融細(xì)胞意味著除去細(xì)胞，包括通過切除、摘除、汽化、磨、或者用于從活組織中除去細(xì)胞的任何其它合適的技術(shù)。當(dāng)使用基于激光的外科手術(shù)技術(shù)時(shí)，通常將被消融的細(xì)胞汽化。
治療方法通常將會(huì)包括擴(kuò)張瞳孔的步驟以便暴露更多的晶狀體。擴(kuò)張將會(huì)促進(jìn)包括出芽區(qū)在內(nèi)的晶狀體周邊部分的暴露與治療。擴(kuò)張是有用的，因?yàn)楸景l(fā)明的技術(shù)將被用于晶狀體而非虹膜，并且所述虹膜通常位于出芽區(qū)和前出芽區(qū)的區(qū)域之上。
治療方法還能夠包括目測識別晶狀體出芽區(qū)或前出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞。當(dāng)顯微觀察其大小或形狀時(shí)，能夠識別上皮細(xì)胞?；蛘?，能夠通過生物化學(xué)標(biāo)記或指示物識別出芽區(qū)中有絲分裂過程中的上皮細(xì)胞。因此，附加的步驟可以是給予該生物化學(xué)標(biāo)記或指示物。
治療方法還能夠包括確定晶狀體生長速率或晶狀體中上皮細(xì)胞再生速率，以及估計(jì)為確立生長停滯而待消融的上皮細(xì)胞量的一個(gè)或多個(gè)步驟。如果確定了這些速率，那么能夠根據(jù)一定的程度進(jìn)行估計(jì)，所述程度應(yīng)該避免、減慢或阻止上皮細(xì)胞有絲分裂過程以達(dá)到或接近由上皮細(xì)胞形成纖維細(xì)胞和/或晶狀體生長的停滯。
圖1顯示了人眼的各種結(jié)構(gòu)。眼睛的最外層被稱為鞏膜101，其通常被稱為“眼白”。鞏膜101是強(qiáng)韌的不透明組織，其作為眼睛的保護(hù)外層。微小的肌肉圍繞著眼睛與鞏膜101相連并控制眼睛的運(yùn)動(dòng)。鞏膜101維持眼睛的形狀。
角膜102位于眼睛的前部。當(dāng)光進(jìn)入眼睛時(shí)，其通過角膜102。角膜分層設(shè)置，即上皮、鮑曼層、間質(zhì)、德斯密膜和內(nèi)皮。上皮是角膜的最外側(cè)區(qū)域。上皮阻止雜質(zhì)的通過，提供光滑表面，所述光滑表面通淚液中吸收氧氣和細(xì)胞營養(yǎng)物，然后將這些營養(yǎng)物分布到角膜剩余部分。上皮填充有成千上萬的微小神經(jīng)末梢，這些神經(jīng)末梢使角膜在被揉搓或刮擦?xí)r對疼痛非常敏感。本發(fā)明的裝置和方法設(shè)計(jì)為避免對角膜(包括上皮層)的損傷或造成疼痛。在上皮的下面是被稱為鮑曼層的透明片狀組織。鮑曼層由被稱為膠原的強(qiáng)層化蛋白纖維組成。如果受到損傷，鮑曼層在愈合時(shí)能夠形成疤痕。如果這些疤痕很大并且位于中央，那么會(huì)發(fā)生某些視覺損失。因此，本發(fā)明的方法和裝置被設(shè)計(jì)為避免對鮑曼層或其它含有膠原的層的損傷。在鮑曼層的下面是間質(zhì)，其構(gòu)成角膜的的主要厚度。它通常是水和膠原。膠原為角膜提供強(qiáng)度、彈性和形式。膠原的形狀、排列和空間產(chǎn)生了角膜的光導(dǎo)透明性。在間質(zhì)的下面是德斯密膜，其是薄但強(qiáng)韌的片狀組織，并作為防止感染和損傷的保護(hù)屏障。德斯密膜包括膠原纖維(與間質(zhì)的膠原纖維不同)，并且由位于其下的內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成。內(nèi)皮從間質(zhì)中泵出過量的流體。如果疾病或創(chuàng)傷損傷了內(nèi)皮細(xì)胞，那么它們不能被修復(fù)或復(fù)制。如果損傷了過多的內(nèi)皮細(xì)胞，那么可能發(fā)生角膜水腫和/或失明。此外，本發(fā)明的方法和裝置被設(shè)計(jì)為當(dāng)用于對患者治療來預(yù)防老視時(shí)，避免損傷角膜的各層(包括角膜的內(nèi)皮細(xì)胞)。
再次回到圖1，脈絡(luò)膜103(或葡萄膜)含有向眼睛的結(jié)構(gòu)提供血液的血管。脈絡(luò)膜103的前側(cè)含有肌肉區(qū)域的睫狀體105和與晶狀體114相連的小帶104。晶狀體115收縮和放松以控制小帶104，其又控制晶狀體的大小以便聚焦。虹膜105是眼睛有顏色的部分。結(jié)締組織和色素細(xì)胞的顏色決定了虹膜的顏色。較少的色素使得眼睛呈現(xiàn)藍(lán)色，較多的色素使得眼睛呈現(xiàn)棕色。虹膜是圍繞被稱為瞳孔106的開口的可調(diào)控光裝置?？梢酝ㄟ^使用滴眼劑擴(kuò)張瞳孔來移動(dòng)虹膜105，所述滴眼劑例如是諸如阿托品、環(huán)噴托酯、后馬托品、脫羥腎上腺素、東莨菪堿和托品酰胺燈擴(kuò)瞳劑。眼科醫(yī)生通常將擴(kuò)張患者的眼睛作為眼睛檢查的一部分。
視網(wǎng)膜107位于眼睛的后部。視網(wǎng)膜107是眼睛的感光部分。黃斑108位于視網(wǎng)膜的中央，并且在黃斑的中央是被稱為中央凹的區(qū)域。該區(qū)域負(fù)責(zé)清晰地觀察細(xì)微的細(xì)節(jié)。視網(wǎng)膜纖維神經(jīng)在眼睛的后部聚集并形成視神經(jīng)109，其向大腦傳導(dǎo)電脈沖。視神經(jīng)109與鞏膜101在眼睛的后面相連。視神經(jīng)和血管離開視網(wǎng)膜的點(diǎn)被稱為視神經(jīng)乳頭盤110。該區(qū)域是視網(wǎng)膜上的盲點(diǎn)，因?yàn)樵谠撐恢貌淮嬖跅U狀細(xì)胞或視錐細(xì)胞。
眼睛具有由晶狀體114分離的兩個(gè)液體充盈的部分。較大的后面部分含有被稱為玻璃體111的清澈的凝膠樣物質(zhì)。較小的前面部分含有被稱為房水112的清澈的水樣物質(zhì)。房水被分成被稱為前房(在虹膜的前面)和后房(在虹膜的后面)兩個(gè)部分。在睫狀體115中產(chǎn)生房水并通過施萊姆管排出。如果該排出道受到阻塞，那么能夠?qū)е虑喙庋邸?br> 晶狀體114是清澈的雙凸結(jié)構(gòu)，普通成人的晶狀體直徑約為10mm(0.4英寸)，兒童中稍小些。因?yàn)槠渑c睫狀體中的肌肉相連，所以晶狀體可以改變形狀。晶狀體114被用于動(dòng)態(tài)聚焦。圖2、圖3和下面的描述，以及Kuszak等人的Electron Microscopic Observations of theCrystalline Lens，Microscopy Research and Technique 33441-79(1996)和Kuszak等人的Biology of the LensLens Transparency as a Functionof Embryology，Anatomy，and Physiology，InThe Principles and Practiceof Ophthalmology(2nd ed.)，由Albert DA和Jacobiec FA編輯，Philadelphia，PASaunders，1999，p.1355-1408提供了關(guān)于晶狀體的其它細(xì)節(jié)，本文以參考的方式引入上述兩篇文獻(xiàn)。
本發(fā)明的裝置和方法主要涉及晶狀體的解剖學(xué)。成人晶狀體是非對稱的、扁圓形球狀體。晶狀體是產(chǎn)生折光率梯度的高度特化細(xì)胞的復(fù)雜排列。
圖2顯示了晶狀體201的通常結(jié)構(gòu)。晶狀體是透明的、后面較前面凸隆的雙凸結(jié)構(gòu)。晶狀體的核包括沿著視軸伸長的初級晶狀體纖維202的核。伸長的次級晶狀體纖維203的皮層圍繞著該核。在晶狀體的前面存在一層立方細(xì)胞204，其構(gòu)成晶狀體201的中央?yún)^(qū)。前面的單層205作為晶狀體的生發(fā)細(xì)胞層-復(fù)層上皮樣組織。然而，不同于其它具有分布于基底生發(fā)細(xì)胞層的干細(xì)胞的復(fù)層上皮，晶狀體的干細(xì)胞作為在晶狀體上皮中的窄緯度帶而被分隔，形成晶狀體的出芽區(qū)。該出芽區(qū)位于晶狀體中緯線正上方的晶狀體上皮周圍。某些出芽區(qū)細(xì)胞經(jīng)歷有絲分裂，并且大量子細(xì)胞最終分化為附加的晶狀體纖維。在成為晶狀體纖維206的過程中，在移行區(qū)中的出芽區(qū)外側(cè)發(fā)現(xiàn)了分化細(xì)胞。因?yàn)樗鼈兪前l(fā)育的第二晶狀體纖維，所以它們被稱為次級纖維203。稱為囊207的非細(xì)胞外層覆蓋該晶狀體的上皮細(xì)胞。
圖3一般地顯示了晶狀體上皮細(xì)胞趨向于在晶狀體上皮內(nèi)的不同區(qū)域被分隔。中央?yún)^(qū)302包括晶狀體的寬廣的極帽，該極帽覆蓋了晶狀體前表面的大部分。中央?yún)^(qū)細(xì)胞處于細(xì)胞周期的G0期，并不促成次級纖維的形成。在中央?yún)^(qū)302與出芽區(qū)304之間是被稱為前出芽區(qū)303的相對狹窄的區(qū)域。少量前出芽區(qū)細(xì)胞經(jīng)歷有絲分裂，并且這些子細(xì)胞中的某些最終分化為次級晶狀體纖維。最終，出芽區(qū)外是被稱為移行區(qū)305的細(xì)胞的狹窄緯度帶。移行區(qū)細(xì)胞是在出芽區(qū)中經(jīng)歷有絲分裂并且被選擇以最終分化為次級晶狀體纖維的細(xì)胞。在整個(gè)生命期間當(dāng)另外的出芽區(qū)細(xì)胞被招募以成為次級晶狀體纖維時(shí)，移行區(qū)細(xì)胞被迫使向后移動(dòng)。在這些新生的次級晶狀體纖維的移動(dòng)期間，它們沿其極軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)180度，然后雙向伸長直至其成為成熟的次級晶狀體纖維。在伸長進(jìn)行時(shí)，起初伸長的次級晶狀體纖維的前端被躋到疊放的晶狀體上皮的頂膜之下和初級晶狀體纖維的前端之上。同時(shí)，相同的伸長次級晶狀體纖維的后端被躋到晶狀體囊之下和初級晶狀體纖維的后端之上。當(dāng)其一端對一端相接排列成完整的生長殼，而不是作為大多數(shù)復(fù)層上皮形式的層(layer)或組織層(stratum)時(shí)，次級晶狀體纖維伸長完成并且纖維被認(rèn)為成熟了。
由于在整個(gè)生命過程中，附加的次級晶狀體纖維發(fā)生，所以其前端被擠到晶狀體上皮的頂膜之下和之前形成的晶狀體纖維的前端之上，而其后端被躋到囊之上和相同的之前形成的晶狀體纖維的基膜之下。晶狀體纖維的末端相遇以形成被稱為縫線的定型線。如此，每一殼的晶狀體纖維位于之前形成的殼的晶狀體纖維之上和此后形成的殼的晶狀體纖維之下。此外，整個(gè)晶狀體被封在基膜樣的囊中，該囊是由晶狀體上皮細(xì)胞和伸長的晶狀體纖維的基膜產(chǎn)生的。在整個(gè)生命過程中其連續(xù)產(chǎn)生的結(jié)果是晶狀體囊變成機(jī)體中最厚的基膜。
與其它復(fù)層上皮不同，晶狀體并非從其衰老的最上層拋棄細(xì)胞。相反地，在整個(gè)生命期間衰老的晶狀體細(xì)胞日趨更加內(nèi)化。如此，按照增長的時(shí)期，由其周圍向內(nèi)部的排列順序，晶狀體保持其全部的晶狀體纖維。
在任何時(shí)期，出芽區(qū)303大約包括晶狀體上皮前表面的外部10％(此外，移行區(qū)包括該區(qū)域的最外周部分)。中央?yún)^(qū)302和前出芽區(qū)304占晶狀體上皮前表面的剩余90％。雖然晶狀體上皮的全部區(qū)域的大小以時(shí)期為函數(shù)增加，但是有絲分裂活性主要被限制在出芽區(qū)。
如上所述，晶狀體上皮細(xì)胞被分成兩個(gè)不同的亞群。成體晶狀體中央?yún)^(qū)上皮細(xì)胞是平均高度為3至7μm的立方形204。前出芽區(qū)和出芽區(qū)細(xì)胞通常較小?？梢酝ㄟ^參考緯度和經(jīng)度坐標(biāo)在晶狀體上識別出芽區(qū)，例如從90度(晶狀體的頂部)至約75至約80度的緯度是中央?yún)^(qū)。出芽區(qū)是從約0度至約10度的緯度。經(jīng)度坐標(biāo)能夠是0至90度，雖然優(yōu)選使用對稱的經(jīng)度坐標(biāo)。
能夠在纖維細(xì)胞進(jìn)入出芽區(qū)之前或之后，例如通過消融上皮細(xì)胞來預(yù)防、減慢或終止上皮細(xì)胞的有絲分裂過程從而減少晶狀體中纖維細(xì)胞的增殖。如果預(yù)防、減慢或終止相當(dāng)百分比的上皮細(xì)胞的有絲分裂過程，那么上皮細(xì)胞形成較少的纖維細(xì)胞，并且晶狀體的生長能夠停滯或接近停滯。此外，通過抑制有絲分裂過程，可以降低或減慢晶狀體中上皮細(xì)胞的擠壓。這些效果能夠預(yù)防或延緩一種或多種老視癥狀的發(fā)生或進(jìn)展。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，出芽區(qū)或前出芽區(qū)中上皮細(xì)胞的消融并不需要減少晶狀體中緯線的直徑，相反促進(jìn)或確立晶狀體的生長停滯，并且還可以降低皮層中纖維細(xì)胞和/或晶狀體核的擠壓。優(yōu)選地，消融上皮細(xì)胞以便促進(jìn)或確立晶狀體的生長停滯，和/或避免或降低或最小化皮層的纖維細(xì)胞和/或晶狀體核的壓實(shí)，和/或維持晶狀體的大小。在某些實(shí)施方案中，預(yù)防或延緩老視癥狀的方法能夠包括消融晶狀體中上皮細(xì)胞而不阻止晶狀體的生長；也就是說晶狀體可以繼續(xù)經(jīng)歷某些生長并稍微有些變大，但是預(yù)防或延緩了老視的癥狀。
本發(fā)明的方法主要被設(shè)計(jì)為對稱地消融晶狀體前出芽區(qū)和/或出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞。當(dāng)在晶狀體上形成消融點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選地，還存在一個(gè)或多個(gè)附加的消融點(diǎn)以便與第一(和任何其它的)消融點(diǎn)形成對稱圖樣，從而消融點(diǎn)對稱地圍繞晶狀體分布(更具體地，圍繞晶狀體前出芽區(qū)或出芽區(qū)分布)。
雖然某些類型的激光外科手術(shù)既可以使用偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)也可以使用奇數(shù)個(gè)消融點(diǎn)(例如在虹膜中提供孔以緩解青光眼的眼壓)，但是希望在本發(fā)明的方法中優(yōu)選使用偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)。當(dāng)在晶狀體中形成多個(gè)消融點(diǎn)時(shí)，希望消融圖樣是對稱的并且在每一消融點(diǎn)之間的度數(shù)大約是相同的。
希望本發(fā)明的方法提供對稱消融晶狀體出芽區(qū)和/或前出芽區(qū)亞中的上皮細(xì)胞。這與對稱性不是那么重要或無關(guān)緊要的其它類型的眼科手術(shù)相反。這是因?yàn)楫?dāng)晶狀體細(xì)胞被損壞時(shí)，細(xì)胞或纖維的生長將朝向被損壞的區(qū)域，這可以造成視覺清晰度的破壞。通過對稱消融上皮細(xì)胞，細(xì)胞和纖維生長的運(yùn)動(dòng)將趨向在晶狀體中相對一致，這將避免或降低視覺清晰度的破壞。
因此，本發(fā)明的方法將優(yōu)選產(chǎn)生偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)(雖然在某些情況下奇數(shù)也是合適的)。更優(yōu)選地，本發(fā)明的方法基本圍繞晶狀體的整個(gè)周緣形成對稱圖樣的偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)。例如，如果在晶狀體的不同經(jīng)度產(chǎn)生6個(gè)消融點(diǎn)，那么能夠在90度、91度、92度以及270度、271度、272度處形成消融點(diǎn)，因?yàn)檫@使得每一側(cè)均有消融點(diǎn)，雖然0度和180度的區(qū)域并不被消融。然而，更加希望在0度、60度、120度、180度、240度和300度處具有消融點(diǎn)，以便消融點(diǎn)對稱地圍繞晶狀體的整個(gè)周緣分布。
優(yōu)選地，圍繞晶狀體對稱地消融上皮細(xì)胞和/或形成偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)。例如，在晶狀體中形成至少4個(gè)對稱消融點(diǎn)，例如在圍繞出芽區(qū)或前出芽區(qū)周緣的約0度經(jīng)度、約90度經(jīng)度、約180度經(jīng)度以及約270度經(jīng)度處形成消融點(diǎn)。另一個(gè)實(shí)例是，在晶狀體出芽區(qū)形成至少12個(gè)對稱消融點(diǎn)，例如在圍繞出芽區(qū)或前出芽區(qū)周緣的約0度、約30度、約60度、約90度、約120度、約150度、約180度、約210度、約240度、約270度、約300度以及約330度(均為經(jīng)度)處形成消融點(diǎn)。
通過使用對稱消融，認(rèn)為降低了引起白內(nèi)障或散光疾病狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。白內(nèi)障是晶狀體混濁。當(dāng)晶狀體扭曲時(shí)會(huì)發(fā)生散光，因?yàn)椴]有一致地減慢或終止圍繞晶狀體周緣的上皮細(xì)胞的進(jìn)展。通過使用對稱消融，認(rèn)為改善了維持晶狀體光學(xué)清晰度的可能性。
希望使用維持晶狀體光學(xué)清晰度的方法形成消融斑點(diǎn)。為此，希望維持纖維細(xì)胞朝著天然存在于晶狀體中的縫線進(jìn)行生長，并避免纖維細(xì)胞以不同的或偶然的方式生長?？p線是相互排列的纖維細(xì)胞端對端的相接處。一種改善維持纖維細(xì)胞朝著縫線生長的可能性的技術(shù)是沿著晶狀體縫線消融上皮細(xì)胞。
以對稱圖樣和/或沿著縫線消融上皮細(xì)胞降低風(fēng)險(xiǎn)，所述風(fēng)險(xiǎn)為其它上皮細(xì)胞以干擾光學(xué)清晰度的方法修復(fù)由消融造成的損傷。雖然本發(fā)明的方法被設(shè)計(jì)為消融分化之前的上皮細(xì)胞，然而，分化過程中的纖維依賴于提供關(guān)鍵信息的上皮細(xì)胞。此外，消融某些上皮細(xì)胞能夠降低分化支持因子的供給，從而降低了未消融的上皮細(xì)胞的再生和/或分化。
本發(fā)明的方法可以包括在晶狀體的出芽區(qū)或前出芽區(qū)的上皮細(xì)胞中形成多個(gè)消融點(diǎn)以預(yù)防或延緩一種或多種老視癥狀的發(fā)生或進(jìn)展。能夠通過在出芽區(qū)或前出芽區(qū)形成合適數(shù)目的消融點(diǎn)來消融上皮細(xì)胞，例如在晶狀體的出芽區(qū)或前出芽區(qū)中形成2、3、4、6、8、12、16、20、24、28、30、60、120、180、360、480、540、600、660、720、800、840或960個(gè)消融點(diǎn)。此外，可以希望在出芽區(qū)或前出芽區(qū)中形成偶數(shù)個(gè)更多的消融點(diǎn)，例如1000、1800、2000、2400、3000、3600、4000、4800、5000、6000、7000、7200、8000、8800、9000、9600或10000個(gè)?？梢越M合上述數(shù)目的任意兩個(gè)以形成消融點(diǎn)的范圍。
優(yōu)選地，充分地消融出芽區(qū)或前出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞，以便確立晶狀體的生長停滯?；蛘?，充分地消融出芽區(qū)或前出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞，以便確立生長速率為消融前生長速率的約95％或低于生長速率。或者充分地消融出芽區(qū)或前出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞，以便確立生長速率為消融前生長速率的約85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、3％、2％或1％。
本發(fā)明的方法包括形成足夠數(shù)量的消融點(diǎn)，而不消融許多上皮細(xì)胞使得晶狀體的功能或結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p傷，例如產(chǎn)生嚴(yán)重的白內(nèi)障或散光狀態(tài)?？紤]并不消融出芽區(qū)中的每一和全部上皮細(xì)胞，但消融一定百分比的上皮細(xì)胞。在優(yōu)選實(shí)施方案中，消融晶狀體出芽區(qū)中至少約10％的上皮細(xì)胞。或者消融晶狀體出芽區(qū)和/或前出芽區(qū)中至少約0.001％、至少約0.01％、至少約0.1％、至少約1％、至少約2％、至少約5％、至少約7％、至少約10％、至少約12％、至少約15％、至少約18％、至少約20％、至少約25％、至少約30％、至少約35％、至少約40％、至少約50％、至少約60％或更多的上皮細(xì)胞?；蛘撸梢韵诔鲅繀^(qū)和前出芽區(qū)周緣一定百分比的上皮細(xì)胞。例如，能夠消融出芽區(qū)和前出芽區(qū)周緣約0.001％至100％的上皮細(xì)胞。
本發(fā)明方法中消融點(diǎn)的數(shù)目將部分取決于消融點(diǎn)的大小和形狀。例如，當(dāng)消融點(diǎn)較大時(shí)，通常將形成較少的消融點(diǎn)。消融點(diǎn)的大小包括但不限于，具有約1.6微米至約3000微米直徑的消融點(diǎn)，或者約3微米至約1000微米，或者約3.12微米至約106微米。優(yōu)選地，消融點(diǎn)的大小為直徑約3至約300微米。消融點(diǎn)的大小還包括但不限于，具有約14立方微米至約1.4×107立方微米體積的消融點(diǎn)，或者約140立方微米至約1.4×106立方微米，或者約1400立方微米至1.4×105立方微米。消融點(diǎn)的形狀能夠是圓形的、正方形的、多邊形的或其它形狀。例如，消融點(diǎn)可以具有圓形、彎曲線或月牙形，這可以促進(jìn)在每一消融點(diǎn)處消融大量的上皮細(xì)胞。能夠連接消融點(diǎn)以形成較大的和/或不同的形狀或圖樣。例如，能夠連接消融點(diǎn)以形成基本上圍繞晶狀體整個(gè)周緣的線形、圓形或環(huán)形。
所述方法還可以包括在一種或多種老視癥狀發(fā)生之前選擇患者，并消融所選患者晶狀體出芽區(qū)或前出芽區(qū)中大量上皮細(xì)胞的步驟。消融大量上皮細(xì)胞以預(yù)防或延緩一種或多種(優(yōu)選全部的)老視癥狀。可以根據(jù)年齡或者根據(jù)一種或多種老視癥狀的危險(xiǎn)因子來選擇患者。例如，患者可以是至少12歲、或者至少15歲、或者至少18歲、或者至少21歲、或者至少25歲、或者至少30歲、或者至少35歲、或者至少40歲、或者至少45歲、或者至少50歲、或者至少55歲、或者至少60歲、或者至少65歲、或者至少70歲、或者至少75歲、或者至少80歲?；蛘撸颊吣挲g可以小于12、15、18、21、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75或80歲?？梢愿鶕?jù)對老視癥狀增加的危險(xiǎn)因子來選擇患者，所述危險(xiǎn)因子例如遠(yuǎn)視(這增加了對晶狀體屈曲性的附加要求)、職業(yè)(需要近視力的職業(yè)是一種風(fēng)險(xiǎn)因子)、性別(老視在婦女中經(jīng)常較早發(fā)生)、眼部疾病或創(chuàng)傷(對晶狀體或睫狀肌的損傷能夠加速老視)、全身性疾病(糖尿病和多發(fā)性硬化癥增加了老視的風(fēng)險(xiǎn))、藥物使用(例如酒精、抗抑郁藥和抗組織胺類藥等藥物能夠降低晶狀體的屈曲性)、或者大氣或地理因素(較高的年氣溫和對紫外線較多的暴露增加個(gè)體的老視風(fēng)險(xiǎn))。
本發(fā)明的裝置和方法包括用于抑制上皮細(xì)胞有絲分裂，尤其抑制是在晶狀體出芽區(qū)中那些細(xì)胞的有絲分裂的若干技術(shù)。例如，可以使用基于激光器的方法，其中使用激光器通過消融有絲分裂活躍的晶狀體上皮細(xì)胞來抑制上皮細(xì)胞的有絲分裂。那些上皮細(xì)胞通常位于晶狀體的出芽區(qū)。
本發(fā)明的裝置將包括能夠產(chǎn)生激光束的激光源。優(yōu)選地，所述激光源產(chǎn)生短脈沖激光，該激光具有不損傷角膜以及對眼睛不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)熱損傷的波長。通常，每一脈沖的激光能量優(yōu)選為約0.1微焦至約1200微焦、優(yōu)選為約1微焦至約120微焦、更優(yōu)選約12微焦。許多商業(yè)上可獲得的激光器滿足這些需要。希望在非常短的脈沖期使用具有相對可預(yù)測功率水平的激光器，因此如果激光器被精確校準(zhǔn)，那么為每一消融點(diǎn)提供的能量不應(yīng)有顯著差異。
優(yōu)選的激光源包括可見波長激光和紅外激光源。優(yōu)選地，使用YAG激光器，例如Nd:YAG(釹釔鋁石榴石)激光器。白內(nèi)障手術(shù)后用于激光晶狀體囊切開術(shù)的眼部Nd:YAG激光器包括7970 CoherentYAG激光器；可以從Nidek Incorporated of Fremont，California獲得的眼部Nd:YAG激光器YC-1600；以及Alcon 2500 YAG激光器。Nd:YAG激光器已經(jīng)被用于眼科手術(shù)，例如晶狀體后囊切開術(shù)和周邊虹膜切開術(shù)。Nd:YAG激光器產(chǎn)生短脈沖、低能量、高功率、相干光輻射。當(dāng)激光器輸出與聚焦光學(xué)器件組合時(shí)，對靶的高輻射度通過光分解引起組織破壞。發(fā)射非常特定波長的YAG晶體中能夠包括不同的材料。在醫(yī)療應(yīng)用中，鈥和銩是YAG晶體中經(jīng)常使用的雜質(zhì)，但是它們的波長差別很小。
其它激光源包括氦-鎘激光器、氬離子激光器、氪離子激光器、氙激光器、碘激光器、鈥涂覆的釔鋁石榴石激光器、釔鋰氟化物激光器、準(zhǔn)分子激光器、化學(xué)激光器、諧波振蕩激光器、染料激光器、氮激光器、釹激光器、鉺激光器、紅寶石激光器、鈦-藍(lán)寶石激光器和二極管激光器。合適的YAG激光器還包括倍頻和三倍頻YAG激光器。許多YAG激光器的波長能夠通過特殊晶體對其照射從紅外變至光譜的綠或UV部分。由于從原始的紅外波長變質(zhì)基頻的第二或第三諧波，所以提供了合適的附加范圍的激光波長。
激光源提供具有特征功率的光束，這取決于激光輻射的波長。激光束還具有接觸的直徑和表面積。例如，如果光束的直徑是1.17cm，那么被照亮的表面積將是1平方厘米，因?yàn)榈仁溅衦2決定了面積，其中r是光束的半徑。如果激光源提供具有1瓦功率以及直徑1.17cm的激光束，那么光束的輻射度或強(qiáng)度為每平方厘米1瓦，因?yàn)閺?qiáng)度是由等式I＝P/A決定的，其中P等于功率(以瓦為單位)除以A，A是被光束照亮的面積，單位為平方厘米。因此，如果激光束具有1瓦功率以及直徑0.56cm，那么輻射度是4w/cm2，因?yàn)楸徽樟恋谋砻娣e是0.25cm2。
如果使用聚焦透鏡將相同的該激光束聚焦于更小的直徑和表面積上，那么強(qiáng)度將會(huì)大大增強(qiáng)。例如，如果將相同的光束(具有1瓦的功率)聚焦于15.7×10-11cm2，那么強(qiáng)度為1w/15.7×10-11cm2，即637萬瓦/cm2。由這些計(jì)算能夠看出，當(dāng)聚焦時(shí)，具有相對低的激光功率的激光束能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度。由于這個(gè)原因，許多激光傳輸系統(tǒng)包括聚焦透鏡以調(diào)整激光束的大小和強(qiáng)度。
對于本發(fā)明的裝置，應(yīng)該以避免、降低或最小化對角膜的損傷的方式選擇并操作激光源和激光傳輸系統(tǒng)。激光的波長可以是通常不被角膜吸收的波長。優(yōu)選約400nm以及更長的波長，或約632nm以及更長的波長。優(yōu)選約1400nm以及更短的波長。激光傳輸系統(tǒng)能夠包括聚集透鏡，其將激光束聚焦于希望的消融點(diǎn)，而不是眼睛的另一部分。
所有的材料均具有損傷閾，這是激光束強(qiáng)度將引起所述材料開始?xì)饣蛉紵乃?。所述閾是損傷開始出現(xiàn)的水平。對于室溫下的材料，損傷閾取決于激光的強(qiáng)度、激光照射面積的時(shí)間長短以及被所述材料吸收的激光的量。
當(dāng)激光束與材料接觸時(shí)，所述材料可以吸收輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱。來自被材料吸收并被轉(zhuǎn)化為熱的激光束的能量總量部分取決于激光束的波長。對于眼睛組織，電磁波譜的可見部分的波長(從約400nm至約700nm)易于通過角膜和晶狀體，并在視網(wǎng)膜被吸收。如果角膜和晶狀體組織是健康的，那么它們吸收非常少百分比的激光能量。然而，在低于400nm的波長(光譜的紫外部分)時(shí)，形成角膜和晶狀體的組織吸收較多百分比的能量。這對于大于700nm的波長也是如此。光譜的近紅外部分(從約700至約1400nm)，雖然肉眼不可見，但是其能夠通過角膜和晶狀體，然而比可見光具有更高的吸收水平。角膜完全吸收大部分大于1400nm的波長。Nd:YAG激光器在光譜的近紅外部分的1064nm處運(yùn)行。因此，在該波長下，在角膜和晶狀體組織中發(fā)生部分吸收。
如上所討論，當(dāng)被照射的面積減少時(shí)，激光的強(qiáng)度增大。對于光的給定波長，用于聚焦光的聚焦透鏡具有特定的焦距。透鏡的焦距指在由光會(huì)聚的透鏡至再次發(fā)散或展開之前最小直徑之間的距離。這通常指透鏡的最佳焦點(diǎn)，因?yàn)檫@是在給定條件下聚焦透鏡形成的最佳或最小的斑點(diǎn)。
當(dāng)激光束(或者更通常地，任何光)通過聚焦透鏡后，離開聚焦透鏡的激光束的直徑變得越來約小直至其達(dá)到最佳焦點(diǎn)。例如，具有約10nm直徑的YAG激光束被直接瞄準(zhǔn)到具有標(biāo)稱焦距為50mm的透鏡的中心。如果在聚焦透鏡后的25mm距離處測量激光束，那么該激光束的直徑大約為5mm。換句話說，在距離最佳焦點(diǎn)一半處(距具有50mm焦距的透鏡25mm處)，激光束是其原始直徑的一半。在距透鏡37.5mm處，激光束的直徑約為2.5mm。在距透鏡43.75mm處，激光束的直徑約為1.25mm。在距透鏡46.875mm處，激光束的直徑約為0.625mm(625μm)。在距透鏡48.4375mm處，激光束的直徑約為312μm。此下降一直持續(xù)到最佳焦點(diǎn)，即在距透鏡50mm處，產(chǎn)生的聚焦光斑的直徑約為3.2μm(具有大約10.24平方微米的面積)。當(dāng)前不可能得到小于聚焦光波長3倍的聚焦光斑。對于1.064μm的Nd:YAG激光器，最佳焦點(diǎn)約為3.2μm。
圖10顯示了如何使用聚焦透鏡的距離來選擇性地消融晶狀體上皮細(xì)胞而不損傷角膜或晶狀體囊。在該圖示中，聚焦透鏡1001聚焦與眼睛1003接觸的激光束1002。定位聚焦透鏡以便其“最佳焦點(diǎn)”位于晶狀體1004的上皮細(xì)胞上。在角膜1 004的表面，激光束的直徑為約312μm。然而，在晶狀體1005上，激光束的直徑為3.12μm。使用1瓦的激光，在角膜表面上其強(qiáng)度為1309瓦/平方厘米，并且在晶狀體組織上其強(qiáng)度為4千萬瓦/平方厘米。這是因?yàn)榻悄け砻嫖锢砩线h(yuǎn)離最佳焦點(diǎn)。雖然1.5mm的距離似乎不是遠(yuǎn)距離，然而在這種情況下，它是顯著的距離，其接近焦距為50mm的聚焦透鏡的最佳焦點(diǎn)。雖然分隔兩組織的距離(1.5mm)相對較小，但是在這兩個(gè)面上的激光束的強(qiáng)度顯著不同。
例如，雖然角膜表面和晶狀體組織的間距為1.5mm，但是患者的實(shí)際間距可能變化非常小。因此，考慮本發(fā)明的裝置和方法還可以包括用于測量間距的步驟和裝置，尤其是測量角膜厚度并根據(jù)所測量的厚度調(diào)整消融或激光傳輸系統(tǒng)的步驟和裝置。測量角膜厚度的合適的技術(shù)包括光學(xué)低相干反射計(jì)測量(OLCR)厚度計(jì)或超聲厚度計(jì)。
即使角膜和晶狀體趨于吸收激光，那么角膜也能夠?qū)⑽盏募す饽芰孔鳛闊徇M(jìn)行消散而不產(chǎn)生損傷，因?yàn)樵摷す饩哂械陀诮悄そM織損傷閾的強(qiáng)度(約1309瓦/平方厘米)。然而，當(dāng)約4千萬瓦/平方厘米時(shí)，晶狀體上皮細(xì)胞汽化，因?yàn)槌^了該組織的損傷閾。簡而言之，通過將聚焦透鏡定位于距眼睛晶狀體的精準(zhǔn)距離處，本發(fā)明的方法和裝置能夠消融上皮細(xì)胞而不損傷角膜。
當(dāng)超過組織的損傷閾時(shí)，組織被消融并形成云狀的汽化物。汽化的組織吸收一定百分比的激光。這意味著一部分激光脈沖可以趨于加熱汽化物，形成等離子體。在最佳焦點(diǎn)處或接近最佳焦點(diǎn)處可以觀測到一瞬間的白光。只要激光脈沖對其繼續(xù)加熱，那么所述等離子體繼續(xù)加熱并膨脹，汽化更多的外圍組織。等離子體所產(chǎn)生的熱與晶狀體組織相互作用，這不同于純激光，并且趨于加熱外圍晶狀體組織，這造成更多的熱損傷而非汽化。然而，通過及時(shí)限制激光脈沖的長度，可以通過降低趨于加熱等離子體的剩余激光能量的總量來使不期望的熱損傷最小化，該等離子體是由脈沖的前沿形成的。相對于熱損傷，具有低于約1微秒的脈沖長度的激光束更趨于消融損傷。更短的脈沖長度趨于更少的熱損傷，但是需要更高的激光平均功率以產(chǎn)生期望的消融。因此，希望提供具有足夠高強(qiáng)度的激光束以在相對短的脈沖中消融上皮細(xì)胞。例如，考慮約100微秒或更短的脈沖持續(xù)時(shí)間、或者約10微秒或更短、或者約1微秒或更短、或者約100納秒或更短、或者約10納秒或更短、或者約1納秒或更短、或者約100皮秒或更短、或者約1皮秒或更短、或者約100飛秒或更短、或者約10飛秒或更短。
本發(fā)明的裝置可以包括提供脈沖激光的激光源。所述激光源可以包括產(chǎn)生激光的元件，該元件產(chǎn)生具有選定脈沖長度和/或脈沖率的激光脈沖。通過內(nèi)部使用多種方法的激光器產(chǎn)生脈沖，例如通過脈沖激發(fā)機(jī)制或調(diào)Q，或者所述激光器能夠在連續(xù)波(CW)模式下運(yùn)行并使用諸如聲光或電光類型的偏轉(zhuǎn)儀或調(diào)節(jié)器進(jìn)行外部調(diào)節(jié)。激光源可以包括可操作地與產(chǎn)生激光的元件耦聯(lián)的脈沖選擇元件，例如當(dāng)產(chǎn)生激光的元件產(chǎn)生激光連續(xù)束，而非激光脈沖束時(shí)，或者產(chǎn)生不同于期望的脈沖時(shí)。合適的脈沖選擇元件是商業(yè)上可以從Neos Technologies andMra-action Corporation得到的。與激光波長和能量水平結(jié)合來選擇脈沖長度和脈沖率，從而應(yīng)用激光消融期望的上皮細(xì)胞而不過分地?fù)p傷外圍組織或角膜。任何合適的脈沖長度均可以用于本發(fā)明的方法和裝置?？梢砸跃哂屑{秒級長度的脈沖向晶狀體應(yīng)用激光，所述納秒級長度例如是幾十納秒或幾百納秒?；蛘?，脈沖長度可以是微秒、皮秒或飛秒。使用飛秒激光器，每一脈沖的激光具有飛秒級(即千萬億分之一秒)的脈沖長度。
期望短脈沖長度以避免傳遞熱量或撞擊被激光照射的材料，這意味著能夠進(jìn)行消融而不發(fā)生對外圍組織可見的損傷。此外，能夠非常精準(zhǔn)地使用飛秒激光器。本領(lǐng)域已知產(chǎn)生飛秒脈沖的激光器。這種類型的激光器能夠當(dāng)前產(chǎn)生短至5飛秒的脈沖長度，并具有至10KHz的脈沖頻率。
雖然可以使用如上所述的常規(guī)激光器設(shè)備來應(yīng)用本發(fā)明的方法，但是發(fā)明人開發(fā)的能夠適用的新的基于激光的外科手術(shù)裝置。激光源，例如Nd:YAG激光源能夠可操作地與產(chǎn)生多束激光束的激光傳輸系統(tǒng)耦聯(lián)，從而可以在晶狀體上同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)消融點(diǎn)。激光源能夠包括產(chǎn)生激光的介質(zhì)、電子控制、動(dòng)力供給和用于脈沖波或連續(xù)波控制的光學(xué)器件。激光源向外部元件提供光束，所述外部元件可以包括透鏡、或多個(gè)反射鏡和光束分離光學(xué)元件以便將激光能耦合至激光傳輸系統(tǒng)。例如，可以通過光導(dǎo)纖維束、衍射光學(xué)器件或二元光學(xué)器件來產(chǎn)生激光束。光導(dǎo)纖維束是一組通常僅在末端結(jié)合在一起的光導(dǎo)纖維，并被包裹在柔軟的保護(hù)套內(nèi)。光導(dǎo)纖維束的末端能夠包括大多數(shù)任意數(shù)量的光導(dǎo)纖維并且能夠被排列成不同的形狀和結(jié)構(gòu)。
除了合適的激光源以外，激光器裝置還包括提供多束激光束的激光傳輸系統(tǒng)。激光傳輸系統(tǒng)可以包括光纖束、衍射光學(xué)器件或用于產(chǎn)生多束光束的其它分立元件以及用于支撐、旋轉(zhuǎn)或定位傳輸系統(tǒng)元件的機(jī)械裝置。所述激光傳輸系統(tǒng)還能夠包括光束控制器，其能夠調(diào)節(jié)每一激光脈沖的能量，從而消融可成為另一方式控制的消融。激光源和/或激光傳輸系統(tǒng)能夠可操作地與計(jì)算機(jī)控制器相連，編程所述控制器以控制激光束的產(chǎn)生。計(jì)算機(jī)控制器能夠與聚焦透鏡相連并被編程以移動(dòng)聚焦透鏡從而提供消融點(diǎn)分離的精準(zhǔn)變化。
圖4顯示了激光裝置，其中使用正透鏡將來自激光源401的激光輻射(激光束)傳輸進(jìn)入一束單模光導(dǎo)纖維的近端，所述正透鏡在本文中指發(fā)射透鏡402。該激光傳輸系統(tǒng)的光導(dǎo)纖維束的遠(yuǎn)端403提供多束激光束。單模光導(dǎo)纖維通常具有9μm或更低的核直徑，這使得僅有一種類型的激光能量分布通過它們進(jìn)行傳輸。光纖束中光導(dǎo)纖維的數(shù)量能夠變化。每一光導(dǎo)纖維將接收來自激光源的總能量的一部分?？紤]治療方法所需的來自每一光導(dǎo)纖維的能量的量，來自激光器的可以獲得的能量的量以及光導(dǎo)纖維遠(yuǎn)端的潛在損傷閾是可以使用實(shí)際光纖數(shù)目的因素。對于該實(shí)例，表示6根獨(dú)立的光導(dǎo)纖維。其改進(jìn)形式是將發(fā)射激光能量進(jìn)入單根光導(dǎo)纖維。該光導(dǎo)纖維可隨后劈成兩根光導(dǎo)纖維。然后將所述的兩根光導(dǎo)纖維再次分開以便形成4根光導(dǎo)纖維。能夠連續(xù)進(jìn)行該方法以在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)期望數(shù)量的光導(dǎo)纖維。優(yōu)選將該方法用于在光導(dǎo)纖維的每一遠(yuǎn)端處更加一致的激光強(qiáng)度。
在光導(dǎo)纖維束的遠(yuǎn)端403處，每一光導(dǎo)纖維被分離并被放置在支撐物上，所述支撐物是由根據(jù)其它光導(dǎo)纖維設(shè)定每一光導(dǎo)纖維末端的位置和間距并允許拋光作為一個(gè)單元的全部光導(dǎo)纖維的材料制成的。所述材料例如但不限于鋁、尼龍或塑料，它們例如可以被用于將光導(dǎo)纖維連接到光導(dǎo)纖維束中。通常使用合適的環(huán)氧樹脂固定光導(dǎo)纖維的末端。發(fā)射進(jìn)入光導(dǎo)纖維束近端的能量將從遠(yuǎn)端離開并向主聚焦透鏡傳輸。光導(dǎo)纖維束的遠(yuǎn)端與主聚焦透鏡之間的距離應(yīng)該使來自全部光導(dǎo)纖維的總激光能量落入透鏡的通光光圈中以使損失最小化。
圖4的激光傳輸系統(tǒng)還包括聚焦透鏡404。主聚焦透鏡將在聚焦透鏡的焦距處對來自光纖的激光成像。聚焦的激光束將在成像面405的最佳焦點(diǎn)處形成斑點(diǎn)。例如，如果9μm的核光導(dǎo)纖維的末端被放射狀地分散為3.75mm的直徑，那么主聚焦透鏡將產(chǎn)生具有在透鏡焦點(diǎn)處相同相對間距的約9μm斑點(diǎn)的像。這是1∶1像傳遞的例子。改變主聚焦透鏡的焦距能夠影響所產(chǎn)生的斑點(diǎn)的間距。圖8顯示了一對相互偏移θ角的光導(dǎo)纖維801如何能夠與位于光導(dǎo)纖維801之前的聚焦透鏡802相互作用。光導(dǎo)纖維801發(fā)射激光束804和807，其通過聚焦透鏡802并被其聚焦。每一激光束804和807在偏心角處與聚焦透鏡802接觸。聚焦透鏡802提供當(dāng)其接近焦點(diǎn)時(shí)直徑變窄并且輻射增加的光束805和806。聚焦透鏡802能夠是計(jì)算機(jī)控制的和/或機(jī)動(dòng)化的，從而能夠調(diào)節(jié)至光導(dǎo)纖維的距離，借此調(diào)節(jié)消融點(diǎn)的間距。能夠通過任何方法進(jìn)行聚焦透鏡的馬達(dá)啟動(dòng)，例如通過電傳動(dòng)裝置或壓電執(zhí)行器。
光導(dǎo)纖維束能夠被置于能夠旋轉(zhuǎn)所述裝置的機(jī)械臺(tái)中，例如沿著3.75mm直徑旋轉(zhuǎn)，其中光纖末端位于其中。這還允許斑點(diǎn)在眼組織中成像以便旋轉(zhuǎn)。它還允許沿著固定的直徑照射待治療的新組織。該旋轉(zhuǎn)裝置能夠是手動(dòng)的或機(jī)動(dòng)化的。這些裝置能夠配有數(shù)字讀出裝置，所述數(shù)字讀出裝置能夠給出光導(dǎo)纖維束或具有高精準(zhǔn)性的衍射光學(xué)器件的旋轉(zhuǎn)信息，所述衍射光學(xué)器件與環(huán)狀聚焦光斑的旋轉(zhuǎn)直接相關(guān)。
能夠使用可見的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將不可見的Nd:YAG激光輻射靶向在出芽區(qū)或出芽區(qū)附近或另一靶區(qū)。圖4還顯示了使用校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)如何能夠?qū)⒌陀谘劬p傷閾的可見激光能量引入光導(dǎo)纖維裝置中的，所述校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)在消融點(diǎn)提供可見光，從而使得醫(yī)生能夠觀察來自消融激光源的激光能量欲打擊的相對位置。圖4中的激光裝置還包括校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)406，其為低功率的可見激光裝置，例如在可見光譜中630nm處的激光二極管，所述校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)向光導(dǎo)纖維束中提供光束，該校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)使用二色分光器407、涂層反射鏡、或類似的裝置或者向單一位置提供多于一束光束的裝置。能夠使用反射可見光并傳輸通常由YAG激光器產(chǎn)生的1064nm近紅外光的涂層來制造這些裝置。例如，能夠在一側(cè)涂覆反射鏡，從而其從一側(cè)反射光并從另一側(cè)透射光。能夠使用可見光束與消融激光束共線的方法定位二色分光器407和校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)406。因?yàn)楣鈱?dǎo)纖維裝置中所使用的材料既能夠傳遞可見激光能量又能夠傳遞近紅外激光能量，所以這兩種激光器均能夠使用相同的元件而不相互影響。圖4描述了光導(dǎo)纖維裝置(其包括位于近端的SMA連接器408和位于遠(yuǎn)端的柔韌保護(hù)套403)。當(dāng)進(jìn)行治療時(shí)，二色分光器407使校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)406打開或關(guān)閉成為可能。
圖5顯示了使用單一光學(xué)元件502以產(chǎn)生多束激光束，所述單一光學(xué)元件例如衍射光學(xué)器件或二元光學(xué)器件。該光學(xué)器件改變激光束的相位關(guān)系，使激光能量以期望的形式分布。例如，在距離具有2英寸焦距的主聚焦透鏡503 3.75mm處形成一套6個(gè)圓形的聚焦光斑。每一衍射光學(xué)器件502被設(shè)計(jì)為具有固定的性質(zhì)，并且在像平面504處由主聚焦透鏡503成像的斑點(diǎn)圖樣是固定的。圖9顯示激光源901是如何能夠與衍射光學(xué)器件902和位于激光源901之前的聚焦透鏡903相互作用的。激光源901提供穿過衍射光學(xué)器件902的激光束904，衍射光學(xué)器件902能夠衍射光以提供多于一束的激光束。在圖9中，衍射光學(xué)器件902提供兩束激光束905和906，雖然其他合適的衍射光學(xué)器件可以提供更多數(shù)目的激光束。聚焦透鏡903提供直徑變窄并且當(dāng)其接近焦點(diǎn)時(shí)輻射增強(qiáng)的光束907和908。如上所述，改變與激光傳輸系統(tǒng)的透鏡焦距有關(guān)的聚焦透鏡的位置將增加或減小聚焦光斑的直徑或間距。聚焦透鏡903的位置能夠是計(jì)算機(jī)控制的和/或機(jī)動(dòng)化的，從而能夠調(diào)整光至光導(dǎo)纖維的距離，借此調(diào)節(jié)消融點(diǎn)之間的間距。能夠通過任何方法進(jìn)行聚焦透鏡的馬達(dá)啟動(dòng)，例如通過電傳動(dòng)裝置或壓電執(zhí)行器。
如圖6的聚焦透鏡所示，衍射光學(xué)器件或二元光學(xué)器件能夠被保持在旋轉(zhuǎn)臺(tái)中。此外，通過旋轉(zhuǎn)光學(xué)器件，能夠沿著固定直徑將6個(gè)聚焦光斑定位于不同的位置。
圖5還顯示了使用在消融點(diǎn)提供可見光的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。雖然由于校準(zhǔn)激光器更短的波長，聚焦光斑圖樣的直徑可以落到稍微不同的周緣，但是仍然提供如圖4所示的校準(zhǔn)光束506。如果確定對于該應(yīng)用每一周緣的差異是顯著的，那么能夠考慮在二色分光器之前在校準(zhǔn)光路中加入負(fù)校正透鏡。圖5顯示了具有與圖4所述相關(guān)的二色分光器505的光學(xué)系統(tǒng)，雖然可以使用向單一位置提供多于一束光束的其它裝置或工具。如前所述，二色分光器允許校準(zhǔn)光束在治療期間保持處于打開狀態(tài)而不產(chǎn)生副作用。
本文中所述的光導(dǎo)纖維束以及衍射和二元光學(xué)器件是所考慮用于產(chǎn)生多個(gè)消融點(diǎn)的更加廣泛的一類光學(xué)器件的示例。例如，考慮其它元件，例如分光器、衍射光柵、二元光學(xué)器件、衍射光學(xué)器件、微小光學(xué)器件、濾光器、光柵以及其它光學(xué)器件。優(yōu)選的裝置具有偶數(shù)個(gè)產(chǎn)生激光束的元件，例如產(chǎn)生偶數(shù)個(gè)聚焦光斑的光導(dǎo)纖維束或光學(xué)器件中的偶數(shù)個(gè)光導(dǎo)纖維。能夠制造激光引導(dǎo)元件以產(chǎn)生圍繞周緣的相等距離的斑點(diǎn)以保持期望的對稱性。
還可以產(chǎn)生偏移中線的斑點(diǎn)。在上述實(shí)例中，激光束被導(dǎo)向中心并且對于透鏡是正常的。換言之，激光束以90度角碰撞透鏡。這將產(chǎn)生共線的聚焦光斑，即與激光位于相同的中線。能夠從最佳焦點(diǎn)的斑點(diǎn)通過透鏡中心返回至激光束的中心并一直返回直至激光器畫線。然而，能夠?qū)⒓す庹{(diào)離中線，然后返回指向聚焦透鏡，以致所述光束仍然碰撞透鏡中心。與原始中線相比，從光束中心向透鏡所畫的線將有某些角度的偏移。
如果原始中線與新的光路之間的角度偏移10度，那么聚焦透鏡仍然將在距離透鏡相同的位置處產(chǎn)生聚焦光斑。然而，因?yàn)楣馐砸欢ń嵌冗M(jìn)入透鏡中心，所以現(xiàn)在產(chǎn)生的聚焦光斑還有某些角度的偏移。透鏡試圖混合激光束回到原始中線，但是以一定角度將激光指向透鏡造成聚焦光斑似乎偏移到中線的一側(cè)。如果在原始中線的另一側(cè)建立第二激光并指向透鏡的中心，那么將在原始中線的對側(cè)產(chǎn)生第二聚焦光斑。兩個(gè)聚焦光斑的間距是兩束光束之間當(dāng)前為20度的總角度和透鏡焦距的組合。透鏡的焦距越長，焦點(diǎn)處兩個(gè)光斑的間距約大。
對于以上討論的光導(dǎo)纖維束，如果光纖末端相對于聚焦透鏡傾斜一定的角度(如圖8所述)，那么透鏡將產(chǎn)生上述的分離的斑點(diǎn)。然而，如果光纖沒有角度，那么還能夠使用透鏡以對將仍產(chǎn)生單獨(dú)斑點(diǎn)的光纖尖端成像。能夠形成的最小的聚焦光斑是無角度的光纖的尖端直徑。這是指像中繼系統(tǒng)。衍射光學(xué)器件工作更類似于兩個(gè)激光器的例子。單束光束被以90度的方式指向衍射光學(xué)器件的中心。衍射光學(xué)器件造成50％的光束在一個(gè)方向偏離透鏡的中線，并且50％的光束在相反方向以同樣的角度偏離透鏡的中線。正如實(shí)例那樣，透鏡產(chǎn)生兩個(gè)聚焦光斑，因?yàn)檠苌洚a(chǎn)生的兩束光束以一定角度到達(dá)透鏡。兩個(gè)斑點(diǎn)的間距是衍射光學(xué)器件的光柵周期和透鏡的焦距的組合。對于衍射系統(tǒng)，如果衍射維持恒定，那么改變透鏡的焦距將改變斑點(diǎn)的間距。
當(dāng)使用聚焦透鏡時(shí)，能夠制造衍射光學(xué)器件以產(chǎn)生兩個(gè)斑點(diǎn)。透鏡具有50mm的焦距。所產(chǎn)生的兩個(gè)斑點(diǎn)的間距為10mm。如兩束激光指向共同透鏡的例子中所述，增加透鏡的焦距將增加兩個(gè)斑點(diǎn)的間距。透鏡的焦距越長，兩個(gè)聚焦光斑的間距越大。通過增加或減小所述衍射系統(tǒng)中透鏡的焦距，對于每一單獨(dú)的患者能夠調(diào)整間距。衍射是旋轉(zhuǎn)敏感的，即當(dāng)衍射光學(xué)器件旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的兩束光束圍繞中軸旋轉(zhuǎn)。這可以在固定的周緣上以任意角度定位兩個(gè)斑點(diǎn)。此外，將聚焦透鏡變?yōu)榫哂胁煌咕嗟耐哥R將可以在不同周緣上定位兩個(gè)斑點(diǎn)，以滿足不同患者的需要。
可以使用其它技術(shù)以在晶狀體上形成消融點(diǎn)圖樣。例如，如美國專利第6,263,879號所述，能夠使用具有掃描機(jī)理的防護(hù)罩或者具有較寬直徑的激光束以形成期望的圖樣。如美國專利第5,711,762和5,735,843號所述，可使用防護(hù)罩來將激光束限制為確定的圖樣，從而形成期望的消融圖樣。例如，可以使用具有圓形或月牙形狹縫的防護(hù)罩。
圖6顯示了激光傳輸系統(tǒng)的透鏡陣列，所述激光傳輸系統(tǒng)能夠被用于容易并準(zhǔn)確在激光路徑中改變主聚焦透鏡。透鏡陣列包括框架601，其具有供多個(gè)聚焦透鏡使用的開口。圖6所示的開口601具有供聚焦透鏡使用的6個(gè)開口，602a至602f。在該透鏡陣列中，每一圈602a、602b、602c、602d、602e和602f分別代表一個(gè)聚焦透鏡(例如圖4中聚焦透鏡404和圖5中聚焦透鏡503所代表的那些聚焦透鏡)。如圖6的側(cè)視圖所示，透鏡602a、602b、602c和602d可以從框架601中伸出(在側(cè)視圖中，透鏡602e和602f藏在透鏡602b和602c之后)。圖6顯示了透鏡602a至602f在不同的距離伸出。然而，優(yōu)選將距框架相同距離處或在框架中安置透鏡。該透鏡陣列位于所述光導(dǎo)纖維束或衍射光學(xué)器件之后。透鏡陣列是可以旋轉(zhuǎn)的，從而全部激光束僅僅照射透鏡陣列的一個(gè)透鏡。能夠使用透鏡陣列以改變聚焦光斑圖樣的周緣。該裝置的側(cè)視圖顯示不同焦距的透鏡能夠如何在簡單的支撐物中偏移的，從而通過在距像平面不同的距離處固定每一透鏡，像平面保持恒定以補(bǔ)償這些主聚焦透鏡的不同焦距。焦距可以變化，例如從0.01至2mm。
激光傳輸系統(tǒng)還能夠包括滑動(dòng)聚焦透鏡靠近或遠(yuǎn)離患者的機(jī)構(gòu)。能夠通過滑動(dòng)裝置調(diào)節(jié)聚焦透鏡，例如當(dāng)透鏡被安置在沿經(jīng)度方向運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)調(diào)整臺(tái)上時(shí)，可以靠近或遠(yuǎn)離待治療的眼睛。透鏡被安置在具有微米范圍調(diào)整能力的滑動(dòng)物上。例如，能夠?qū)⒕啻委熝劬Φ木嚯x從原始50mm焦距調(diào)整至調(diào)整后的51mm焦距。
激光傳輸系統(tǒng)還能夠包括旋轉(zhuǎn)激光束的機(jī)構(gòu)，以便可以在一個(gè)患者上進(jìn)行另一套消融。用于旋轉(zhuǎn)激光束的裝置包括自動(dòng)的和手動(dòng)的裝置，并且包括輪子和轉(zhuǎn)臺(tái)，其中激光器元件位于中部或周緣上。該用于旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)使得在多于一步中對晶狀體的消融變得容易。例如，如果在晶狀體上形成1,000個(gè)消融點(diǎn)，那么從業(yè)者可以希望一次形成500個(gè)，隨后第二次再形成500個(gè)?？梢韵Ｍ哂懈贁?shù)量的與單一激光源相連的產(chǎn)生激光束的元件，以便避免對激光源的過度功率需要。對于該選擇，可以希望在可以旋轉(zhuǎn)的輪子上安置多個(gè)產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件。優(yōu)選地，所述輪子能夠精密而準(zhǔn)確地旋轉(zhuǎn)，例如在微米范圍的精度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。進(jìn)行該操作的醫(yī)生或其它醫(yī)學(xué)從業(yè)者能夠在相對于晶狀體的第二位置處定位該輪子，然后通過在該滑動(dòng)物上僅使用測微計(jì)，在該臺(tái)上進(jìn)行1mm的調(diào)整?；颊呷匀晃挥谠瓉淼奈恢?。
圖7顯示了用于準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)消融點(diǎn)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)臺(tái)。該裝置的中心是空的，從而能夠以能夠使用最小程度的離軸操縱旋轉(zhuǎn)該裝置的方法固定光導(dǎo)纖維束、衍射光學(xué)器件或二元光學(xué)器件的固定設(shè)備。離軸操縱能夠引起斑點(diǎn)旋轉(zhuǎn)出靶區(qū)位置。值得注意的是，因?yàn)榧す馐ㄟ^衍射光學(xué)器件或二元光學(xué)器件，所以通常離軸操縱并不對其產(chǎn)生影響，而對于光導(dǎo)纖維束陣列要多加考慮該問題。
裝置還可以包括數(shù)字顯示裝置，其與配有編碼器或其它反饋機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)輪可操作地連接，從而產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件(光學(xué)器件)的位置能夠被設(shè)定到精確的度數(shù)。所述數(shù)字顯示裝置能夠以高精確度指示何處將產(chǎn)生激光斑點(diǎn)，所述高精確度例如百分之一度。使用這樣的數(shù)字顯示裝置，能夠?qū)a(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件例如進(jìn)行0至359.99度的旋轉(zhuǎn)。對于產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件圍繞該周緣旋轉(zhuǎn)時(shí)，這提供了準(zhǔn)確的反饋，所以總能夠保持對其的追蹤?；蛘?，可以驅(qū)動(dòng)該產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件的旋轉(zhuǎn)。能夠?qū)⑿●R達(dá)安置在具有反饋的旋轉(zhuǎn)輪上，醫(yī)生既能夠?qū)⑵渫七M(jìn)至下一位置，又能夠進(jìn)行期望度數(shù)的旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件將旋轉(zhuǎn)至期望的位置。
例如，可以期望形成64個(gè)消融點(diǎn)。一個(gè)選擇是將64個(gè)產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件與單一激光源相聯(lián)。激光器僅閃一次光并且完成了治療。然而，后果是激光源的功率被分成64份。如果激光器不具有為64個(gè)斑點(diǎn)中的每一個(gè)提供足夠的能量的充足功率，那么操作將不如期望的那么有效。一解決方法是提供更大的激光器，因?yàn)榧す馄鞯墓β氏拗颇軌虍a(chǎn)生多少個(gè)斑點(diǎn)。另一解決方法是將激光器分成較少數(shù)量的產(chǎn)生激光斑點(diǎn)的元件，并如本文所述在多于一步中對晶狀體應(yīng)用激光斑點(diǎn)。
調(diào)整消融點(diǎn)的間距的選擇包括替換具有不同焦距的聚焦透鏡。操作者能夠進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整。還能夠機(jī)動(dòng)化那些滑移物，并且其還能夠提供帶有顯示的高精密度的反饋。能夠使用在其中設(shè)有編碼器的線性或旋轉(zhuǎn)臺(tái)來提供高精確度數(shù)。
能夠使用操作系統(tǒng)中的平動(dòng)臺(tái)以便為不同患者的不同大小的眼睛定制斑點(diǎn)直徑。使用在適當(dāng)位置的透鏡陣列，能夠選擇正確的透鏡位置，然后能夠進(jìn)行調(diào)整以偏移焦點(diǎn)，從而個(gè)體仍處于相同的位置。透鏡焦距變化的偏移相對較小，對于本文所述的方法通常是幾毫米的數(shù)量級。
在光導(dǎo)纖維、光導(dǎo)纖維尖端和個(gè)體位置之間存在基本的像布置、放大倍數(shù)和光學(xué)器件。必須考慮轉(zhuǎn)遞光纖末端的像和放大倍數(shù)。如果放大倍數(shù)改變了，例如從1∶1變?yōu)?∶8，那么消融點(diǎn)將更加遠(yuǎn)離。結(jié)果是被有效地縮小或者在像平面上形成更大的斑點(diǎn)陣列。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識到，通過改變個(gè)體和光纖末端之間的光學(xué)系統(tǒng)的放電倍數(shù)將改變在遠(yuǎn)端或輸出端上由光纖陣列形成的圓形斑點(diǎn)的大小。
另一途徑是采用兩束或多束光導(dǎo)纖維并且相互獨(dú)立地對其進(jìn)行操作，從而向透鏡發(fā)射的光以微小的角度擊中透鏡，并且如果其中的每一束以微小的不同角度，那么透鏡將成像實(shí)際上相同直徑的兩個(gè)斑點(diǎn)，并且間距是當(dāng)光纖照射透鏡時(shí)，光纖傾斜角度為多少的函數(shù)。考慮可以使用劈成兩束的單一光導(dǎo)纖維，其是商業(yè)上可以得到的設(shè)備。這需要非常精準(zhǔn)地定位那些角度，以便如果直接通過眼睛中心畫直線，如果一束光導(dǎo)纖維被旋轉(zhuǎn)3度以使其以3度角而非直接沿著中部擊中透鏡，并以3度角旋轉(zhuǎn)其它光纖，那么必須保證這兩束光導(dǎo)纖維非常精準(zhǔn)地朝著透鏡旋轉(zhuǎn)3度角。如果這兩個(gè)角中的一個(gè)是3度并且另一個(gè)不同，例如是2.8度，那么一個(gè)斑點(diǎn)將畫出與另一個(gè)不同的弧線，結(jié)果將是基本上兩個(gè)不同的周緣被消融。不希望的結(jié)果是消融點(diǎn)的不對稱圖樣，而不是蛋型或橢圓形的圖樣。存在使用光纖尖端，例如通過控制陣列或束中其放大倍數(shù)，或者使用單獨(dú)的光導(dǎo)纖維并各自控制它們并改變其對透鏡的入射角的角度產(chǎn)生多個(gè)斑點(diǎn)的其它方法。
還考慮了其它形成多個(gè)消融點(diǎn)的技術(shù)。例如，可以使用具有掃描特征的激光裝置。所述掃描特征移動(dòng)激光束，從而移動(dòng)消融點(diǎn)。本領(lǐng)域已知掃描激光裝置，并且通過前后移動(dòng)激光束來將其用于產(chǎn)生的光線。能夠通過在掃描移動(dòng)中移動(dòng)激光束形成消融斑點(diǎn)，優(yōu)選地在計(jì)算機(jī)的控制下以產(chǎn)生期望的消融圖樣。例如，計(jì)算機(jī)控制的掃描鏡能夠在焦平面處的X-Y方向移動(dòng)或掃描激光束。能夠以多種方式進(jìn)行掃描。例如，可以形成點(diǎn)、圓形或曲線。能夠在美國專利第6,325,792和6,706,036號中找到掃描激光技術(shù)的其它描述和說明(以參考的方式將其并入本文)，雖然這些專利中說明了角膜的消融，而非晶狀體上皮細(xì)胞的消融。
任選地，可以替代基于激光的方法而使用生物化學(xué)的方法，或者除了使用基于激光的方法以外，還可以使用生物化學(xué)的方法，其中使用一種或多種生物化學(xué)活性劑以抑制上皮細(xì)胞的有絲分裂。合適的生物化學(xué)活性劑可以包括泰索(Taxol)、噻氨酯噠唑(Nocodazole)或其它的紡錘體抑制劑、或羥基脲或其它核苷酸合成抑制劑。合適的生物化學(xué)活性劑可以與適于向眼睛給藥的有機(jī)或無機(jī)載體或賦形劑混合。或者，可以攝入或注射生物化學(xué)活性劑。優(yōu)選地。通過滴眼劑或眼軟膏劑給予活性化學(xué)劑。
例如，可以使用基于激光的方法以處理細(xì)胞，并且此后可以使用含有合適的生物化學(xué)活性劑的滴眼劑。或者，可以使用光敏藥物。
以參考的方式全部并入本文引用的專利、測試步驟和其它文獻(xiàn)，其引入的程度使得其公開內(nèi)容與本發(fā)明一致并且對于全部權(quán)限這樣的引入是被允許的。
雖然通過參考具體的實(shí)施方案已經(jīng)描述并說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明自身會(huì)帶來本文未說明的許多不同的變化?；谶@些原因，為了確定本發(fā)明的真正范圍，應(yīng)當(dāng)僅參考所附的權(quán)利要求。
雖然根據(jù)美國專利實(shí)踐，從屬權(quán)利要求僅是引一項(xiàng)的從屬權(quán)利要求，但是任一從屬權(quán)利要求中的每一特征能夠與其它從屬權(quán)利要求或主權(quán)利要求的每一特征組合。
權(quán)利要求
1.通過消融晶狀體中上皮細(xì)胞來預(yù)防或延緩老視的方法，所述方法包括消融所述晶狀體出芽區(qū)或前出芽區(qū)中上皮細(xì)胞的步驟，其中所述上皮細(xì)胞被對稱地消融。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述晶狀體的出芽區(qū)形成消融點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述晶狀體的前出芽區(qū)形成消融點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沿著所述晶狀體的縫線消融所述上皮細(xì)胞。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中圍繞所述晶狀體形成偶數(shù)個(gè)消融點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述晶狀體具有周緣，并且所述方法包括圍繞基本上整個(gè)周緣對稱地形成消融點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述晶狀體的出芽區(qū)中至少約10％的所述上皮細(xì)胞被消融。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述上皮細(xì)胞被消融而不減小所述晶狀體的中緯線直徑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述上皮細(xì)胞被消融而不形成白內(nèi)障或散光疾病狀態(tài)。
10.預(yù)防或延緩患者一種或多種老視癥狀的方法，所述方法包括以下步驟在檢測患者的老視癥狀之前選擇患者，以及消融晶狀體出芽區(qū)或前出芽區(qū)中的上皮細(xì)胞。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中根據(jù)老視的增加的危險(xiǎn)因子選擇所述患者。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中根據(jù)年齡選擇所述患者。
13.消融晶狀體中上皮細(xì)胞的裝置，所述裝置包括提供激光輻射的激光源；以及與所述激光源可操作地連接的激光傳輸系統(tǒng)，用于從所述激光源接收所述輻射并產(chǎn)生多束激光束。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激光提供具有約400nm至約1400nm波長范圍的輻射。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激光傳輸系統(tǒng)包括光導(dǎo)纖維束。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激光傳輸系統(tǒng)包括衍射光學(xué)器件或二元光學(xué)器件。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激光傳輸系統(tǒng)包括用于接收并聚焦所述多束激光束的聚焦透鏡。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述激光傳輸系統(tǒng)包括具有不同焦距的多個(gè)聚焦透鏡。
19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激光傳輸系統(tǒng)包括用于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)所述多束激光束的旋轉(zhuǎn)裝置。
20.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激光裝置包括在所述消融點(diǎn)提供可見光的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明通常涉及預(yù)防或延緩老視的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及消融眼睛晶狀體出芽區(qū)或前出芽區(qū)中上皮細(xì)胞的方法和裝置，以便延緩或預(yù)防一種或多種老視癥狀的發(fā)生或進(jìn)展。
文檔編號A61B18/18GK101094619SQ200580045543
公開日2007年12月26日 申請日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者喬治·J·麥卡德爾, 布賴恩·L·奧萊伊尼恰克, 杰瑞·R·庫薩克 申請人:透鏡研究集團(tuán)有限責(zé)任公司