眼科激光方法和裝置的制造方法
【專利說明】眼科激光方法和裝置
發(fā)明背景
[0001]本發(fā)明涉及一種
飛秒激光器眼科裝置和在角膜上產(chǎn)生瓣的方法，以用于LASIK屈光手術(shù)或用于在特定位置如在角膜移植、基質(zhì)隧道(stromal tunnel)、透鏡狀角膜切除術(shù)以及白內(nèi)障手術(shù)中需要去除角膜和晶狀體組織的其他應(yīng)用。
[0002]使用一種準(zhǔn)分子激光器來改變角膜的形狀被稱為激光視力矯正(LVC)。當(dāng)前最流行的方法被稱為LASIK(激光輔助原位角膜磨鑲術(shù))并且占所有執(zhí)行的LVC的大約85%。傳統(tǒng)上，在LASIK過程中，外科醫(yī)師使用稱為機械微型角膜刀(物理刀片)的儀器來在角膜上產(chǎn)生瓣。然而，在過去幾年中，飛秒激光器越來越多地被用來使用一系列成千上萬的小激光脈沖以在角膜中產(chǎn)生裂開面(“切割”)來產(chǎn)生LASIK瓣。
[0003]飛秒激光器產(chǎn)生的角膜瓣可以提供比機械微型角膜刀更好的安全性、再現(xiàn)性、可預(yù)測性以及靈活性。此外，與該機械微型角膜刀相關(guān)聯(lián)的難題如紐扣瓣(在非常陡峭的角膜中)、游離瓣(在非常扁平的角膜中)以及不規(guī)則瓣對于該飛秒激光器是罕見的。最后，飛秒激光器系統(tǒng)提供廣范圍的其他光學(xué)相關(guān)的應(yīng)用，包括角膜移植、基質(zhì)隧道、透鏡狀角膜切除術(shù)以及白內(nèi)障手術(shù)。
[0004]然而，若干限制與當(dāng)前的飛秒激光器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián):當(dāng)前的飛秒激光器系統(tǒng)的總尺寸比機械微型角膜刀系統(tǒng)大得多。同時，除了瑞士商碁明眼科科技股份有限公司(ZiemerOphthalmic AG)的飛秒LDV(Femto LDV)系統(tǒng)以外，當(dāng)前的飛秒激光器系統(tǒng)需要患者的眼睛與固定的激光束遞送點對準(zhǔn)。這兩個因素負面地影響手術(shù)過程中患者和外科醫(yī)師的舒適度。通過機械微型角膜刀進行的角膜瓣產(chǎn)生和隨后通過準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)進行的角膜整形可以在不需要移動患者的情況下完成，而飛秒激光器系統(tǒng)的尺寸和固定的遞送需要患者從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置。對于患者來說，必須移動到單獨房間以便接受角膜整形并不罕見。該飛秒激光器產(chǎn)生的瓣還增加了手術(shù)時間(工作流程減少)，因為在激光瓣產(chǎn)生之后在可以移動患者之前常常存在必要的等待時間(用于空化氣泡擴散)。這也是為什么世界上大多數(shù)眼科診所仍然采用機械微型角膜刀用于更有效的工作流程的重要原因。
[0005]由拉特延(Rathjen)撰寫的專利號7，621, 637描述了一種瑞士商碁明眼科科技股份有限公司的飛秒LDV系列當(dāng)前使用的眼科裝置，并且它解決了先前提到的尺寸、遞送靈活性以及手術(shù)時間(用于更小的空化氣泡的小激光點尺寸)的問題。拉特延提出通過一個反射鏡-透鏡中繼臂將激光導(dǎo)引到一個手持件中，并且在該手持件的末端使用一個真空栗來附接一個吸引器以便將該手持件固定在患者的眼睛上。該系統(tǒng)使用了行掃描圖案的消融方法。該行圖案使用一個較快的掃描器來產(chǎn)生圖案，并且使用一個較慢的掃描器移動該圖案以便覆蓋消融的必要區(qū)域。該圖案可以各種方式移動，包括圍繞一個中心軸線旋轉(zhuǎn)以便消融必要區(qū)域。這種激光消融的方法與固定的遞送系統(tǒng)所使用的傳統(tǒng)方法形成對比。該固定的遞送系統(tǒng)能夠標(biāo)出角膜區(qū)域，并且具有足夠的激光功率和掃描速度以便使用激光點消融必要圖案。這種方法對于需要通過一個光學(xué)單元(反射鏡-透鏡中繼臂)將激光導(dǎo)引到一個可移動手持件中的系統(tǒng)來說是不可用的。對于拉特延途徑的方法存在若干缺點。第一，為了避免在行旋轉(zhuǎn)過程中由平移電機產(chǎn)生的眼睛上的圖案扭曲，激光脈沖行掃描圖案在穿過遞送臂之后必須精確對準(zhǔn)以便與平移電機的軌跡垂直。拉特延用一個旋轉(zhuǎn)元件補償以便維持垂直軌跡。這產(chǎn)生了更復(fù)雜、可靠性更低以及可能更昂貴的裝置。第二，由行產(chǎn)生的任何圖案將具有固有的寬度(至少該行的長度)，該固有的寬度限制了可用的3D軌跡的靈活性。第三，當(dāng)吸力環(huán)附接到該手持件上時，將該吸力環(huán)定于眼睛的中心對于外科醫(yī)師來說是麻煩的。這需要另外的精細動作以便在該吸力環(huán)連接到眼睛上之后對準(zhǔn)激光點中心和眼睛中心。最后，當(dāng)前的設(shè)計使用了一種反射鏡-透鏡中繼光學(xué)臂來將激光束從主機柜遞送到該手持件中。將透鏡放置在一個光學(xué)臂中放大了對準(zhǔn)誤差并且產(chǎn)生一個更復(fù)雜的模塊。
[0006]在本發(fā)明中，一種眼科裝置使用了飛秒激光束，該飛秒激光束通過與反射鏡-透鏡中繼光學(xué)臂不同的旋轉(zhuǎn)鏡組模塊來傳播。僅使用反射鏡簡化了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和操作。該旋轉(zhuǎn)鏡組模塊被附接到該主機柜和一個手持件上，其中該激光束通過一個二維XY掃描器裝置偏轉(zhuǎn)為激光脈沖的預(yù)定的圖案。通過將消融區(qū)域劃分為定于眼睛角膜中心的大約12mm X 12mm的一個矩陣網(wǎng)格來確定所需的消融圖案。該矩陣網(wǎng)格被進一步劃分為單個單元，并且以預(yù)定的順序在每個單個單元中完成消融直到該矩陣網(wǎng)格中的所有單元被消融。這種方法消除了對現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的補償光學(xué)器件、旋轉(zhuǎn)元件或軌跡限制的需要。該吸力環(huán)被設(shè)計成與該手持件分開而對準(zhǔn)眼睛中心并且附接到眼睛中心上。一旦該吸力環(huán)被固定在眼睛上，通過一個滑動鎖機構(gòu)移動該手持件以便與該吸力環(huán)連接。這種方法確保該吸力環(huán)和手持件這兩者適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。
發(fā)明概述
[0007]使用一種眼科裝置消融眼睛組織的方法包括由一個飛秒激光器產(chǎn)生脈沖激光束并且引導(dǎo)所產(chǎn)生的激光束穿過一個擴束器。使用一個計算機控制的電子激活快門和一個旋轉(zhuǎn)鏡組模塊，這樣使得該激光束以垂直于它的入射面入射進入手持件模塊。將該激光束施加到該手持件模塊中的一個二維XY掃描器上，以便產(chǎn)生激光脈沖的預(yù)定的掃描圖案(此后稱為“掃描圖案”)。將該掃描圖案同軸施加到由該手持件模塊中的一個XYZ平移電機支持的一個可變焦掃描聚焦透鏡上，并且它將該掃描圖案聚焦到患者眼睛上。通過將角膜區(qū)域映射為由多個單個單元組成的矩陣網(wǎng)格，通過一個XYZ平移電機以預(yù)定的圖案將該掃描圖案移動到患者的眼睛上。該掃描圖案在一個單元中完成消融，并且然后以預(yù)定的順序移動以便在下一個單元中完成消融，直到在該矩陣的所有單元中完成消融。掃描單元的順序可以改變。通常最有效的是，從一個單元移動到一個相鄰的單元直到在該矩陣的所有單元中完成掃描?？梢允褂眉す馐c隨機產(chǎn)生的掃描或使用任何所希望的掃描圖案對每個單元進行掃描。
附圖簡要說明
[0008]被包括以便提供本發(fā)明的進一步理解的附圖構(gòu)成說明書的一部分并且連同描述來說明本發(fā)明，以便解釋本發(fā)明的原理。
[0009]在這些附圖中:
[0010]圖1是裝置的關(guān)鍵模塊外部和這些模塊如何裝配在一起以便形成飛秒激光器眼科手術(shù)裝置的附圖；
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種飛秒激光器眼科手術(shù)裝置的框圖；
[0012]圖3是圖1和圖2的手持件模塊的圖解視圖，該圖解視圖示出當(dāng)飛秒激光離開反射鏡組模塊并且施加到二維XY掃描器上并且然后被由平移電機支持的可變焦掃描聚焦透鏡聚焦時的飛秒激光特征的變化；
[0013]圖4是手持件模塊和吸力環(huán)的滑動鎖機構(gòu)的側(cè)面圖解視圖；
[0014]圖5是映射為矩陣網(wǎng)格的角膜區(qū)域，該矩陣網(wǎng)格由單個單元和該矩陣中的每個單個單元中的掃描圖案組成；
[0015]圖6是從矩陣的單元到單元進行掃描的水平蛇形順序的圖；并且
[0016]圖7是從矩陣的單元到單元進行掃描的螺旋形順序的圖。
示例性實施方式的詳細說明
[0017]如在附圖中所見，尤其如在圖1、圖2和圖3中所見的根據(jù)本發(fā)明的激光眼科手術(shù)裝置10包括連接到一個主機柜11上的一個用戶界面12。一個腳踏開關(guān)13和一個用戶界面12被連接到主機柜11內(nèi)部的一個計算機14上。在該主機柜11內(nèi)，由一個飛秒激光器15產(chǎn)生激光脈沖，該激光脈沖通過一個附接的旋轉(zhuǎn)鏡組模塊16來導(dǎo)引。眼科裝置10具有連接到旋轉(zhuǎn)鏡組模塊16的任一末端上的主機柜11和一個手持件模塊17。一個激光擴束器18被定位在主機柜11中，以便在通過旋轉(zhuǎn)鏡組模塊16引導(dǎo)激光束點之前擴大該激光束點尺寸。該激光束穿過旋轉(zhuǎn)鏡組模塊16并且以垂直于二維XY掃描器19的入射進入手持件模塊17，該旋轉(zhuǎn)鏡組模塊16具有反射鏡20、反射鏡21以及反射鏡22，但當(dāng)希望時可以具有多于三個反射鏡。二維XY掃描器19使該激光束偏轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生激光脈沖的掃描圖案。在該手持件內(nèi)部，使用一個可變焦掃描聚焦透鏡22來減小該激光束光尺寸。該透鏡通過手持件模塊17中的一個XYZ平移電機24來支持，該XYZ平移電機被用來根據(jù)預(yù)定的順序?qū)呙鑸D案移動到患者的眼睛23上。
[0018]更詳細地根據(jù)光程，光脈沖發(fā)生器是可以具有小于1000飛秒脈沖寬度和大于ΙΟΚΗζ脈沖重復(fù)率的一個飛秒激光器15。通過一個擴束器18來擴大該激光束點尺寸，并且然后通過一個快門25阻斷直到腳踏開關(guān)13被壓下。如圖2中所示，當(dāng)腳踏開關(guān)13被壓下時，允許光束連續(xù)穿過旋轉(zhuǎn)鏡組模塊16并且進入手持件模塊17中。在手持件模塊17內(nèi)部，通過二維XY掃描器19將該激光束偏轉(zhuǎn)為預(yù)定的掃描圖案并且通過反射鏡39偏轉(zhuǎn)以便基于矩陣網(wǎng)格順序消融角膜。如在圖5、圖6和圖7中所見，角膜被劃分成組成覆蓋角膜整個區(qū)域的矩陣網(wǎng)格的多個單個單元。在一個單元中在移動到下一個單元之前激光將依次完成掃描，并且繼續(xù)這樣做直到在該矩陣的所有單元中完成掃描。該矩陣中的每個單元31可以使用激光束點34隨機產(chǎn)生的掃描進行掃描以便完全掃描單元31，或可以使用所希望的任何掃描圖案進行掃描。該掃描圖案可以具有高達2MHz的激光脈沖重復(fù)率。
[0019]如更清楚地在圖3和圖4中所見，在手持件17內(nèi)部，一個緊湊的、低焦距比數(shù)(高數(shù)值孔徑)的可變焦掃描聚焦透鏡22被安裝在一個XYZ平移電機24上以便使該激光束點尺寸減小到小于3微米。平移電機24支持可變焦掃描聚焦透鏡22并且具有比當(dāng)前最常見用于飛秒眼科系統(tǒng)中的F-θ透鏡更小的尺寸和更高的聚焦能力。該更高的聚焦能力產(chǎn)生更小的激光束點尺寸，這基于相同能量密度減小所需的能量。減小的能級形成更小的空化氣泡并且更快地被周圍組織吸收。這還意味著由光分裂導(dǎo)致的聲波影響減小。此外，可以將更小的透鏡尺寸并入更小的手持件模塊中，這使得它更易于與用于LASIK的現(xiàn)有UV激光器眼科裝置集成。
[0020]如圖4中所示，手持件17通過一個透明的一次性吸力環(huán)26被附接到眼睛上。一次性吸力環(huán)26被放置于眼睛23上并且使用由一個真空栗27產(chǎn)生并維持的低壓來固定。手持件17通過一個滑動鎖機構(gòu)被連接到可拆卸的一次性吸力環(huán)26上。該激光束穿過一次性吸力環(huán)26到眼睛23的角膜上。吸力環(huán)26被放置于眼睛23上并且使用顯微鏡對準(zhǔn)。一旦對準(zhǔn)，該手持件被手動地推入由吸力環(huán)26所指定的合適