专利名称：确定角膜脱落量的装置与角膜外科手术装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定角膜剥落量的装置和角膜手术装置，更具体地说，本发明涉及以剥落角膜表面和改变其形状的方式用于校正屈光不正的装置。
背景技术：
大家都知道，利用外科手术通过利用激光束剥落角膜表面(角膜基质等)然后改变其形状可以校正眼睛的屈光不正现象。在外科手术过程中，获得待进行手术的眼睛(病人眼睛)的角膜形状(角膜的表面形状)和屈光度，据此计算确定进行校正所必需剥落的角膜剥落量。以下是过去计算角膜剥落量的过程。
首先，假定待进行手术的眼睛的角膜表面是球形面或复曲面，根据此假定，根据在角膜形状测量过程获得的角膜曲率半径在手术前的平均值，估计角膜形状。然后，根据手术后的角膜形状是球形面或复曲面的假定，计算角膜剥落量。根据通过主观眼睛屈光度测量和/或客观眼睛屈光度测量获得的数值S(球形度)、C(圆柱形度)以及A(散光轴角)，进行此计算过程。
然而，人眼睛角膜并不总是诸如球形面、复曲面等的对称形状。因此，在某些情况下，角膜形状是非对称的，这样部分地由于不规则的象差等引起角膜表面形状的不同。为了能够进行校正屈光不正的手术，不能计算仅包括诸如球形面或复曲面的对称形状(对称分量)的剥落数据(即角膜剥落量数据)。
本发明就是根据上述情况提出的，并且本发明的一个目的是解决上述问题并提供一种用于确定角膜剥落量的这种，为了能够进行校正屈光不正的手术，这种装置可以根据角膜形状和/或眼睛的屈光度计算角膜剥落量。
本发明的另一个目的是提供一种角膜外科手术装置，利用这种装置，根据获得的角膜剥落量可以有效进行角膜外科手术。
本发明公开的内容为了实现上述目的并根据本发明的用途，正如在此所概况和广泛说明的那样，本发明包括如下说明的结构。
根据权利要求1所述的一种用于确定角膜剥落量的装置，根据确定的角膜剥落量可以进行校正屈光不正的外科手术，该装置包括第一输入单元，用于输入手术前病人眼睛的角膜形状数据；第二输入单元，用于输入估计的手术后的眼睛角膜形状数据；剥落量计算单元，用于以单独、分别计算对称分量的剥落量数据和非对称分量的剥落量数据的形式，根据第一输入单元和第二输入单元输入的数据，计算眼睛的角膜剥落量数据；以及输出单元，用于输出剥落量计算单元的计算结果。
在这种情况下，正如根据权利要求2所述的那样，输出单元可以优先包括显示单元，用于以图形形式显示剥落量计算单元的计算结果。
在这种情况下，不仅如此，正如根据权利要求3所述的那样，输出单元还可以优先包括发送单元，用于将剥落量计算单元的计算结果发送到角膜外科手术装置。
在这种情况下，不仅如此，正如根据权利要求4所述的那样，剥落量计算单元还可以满意地计算从包括球形分量、非球形分量以及圆柱形分量内的组中选择的至少一个数据，该数据被用作对称分量的剥落量数据。
不仅如此，正如根据权利要求5所述的那样，根据权利要求1所述的装置可以进一步包括角膜形状测量单元，角膜形状测量单元用于测量手术前眼睛角膜曲率半径分布数据；在该装置中，第一输入单元可以满意地将角膜形状测量单元测量的分布数据输入到剥落量计算单元。
不仅如此，正如根据权利要求6所述的那样，根据权利要求1所述的装置可以进一步包括角膜形状测量单元，用于测量手术前眼睛角膜曲率半径分布数据；眼睛屈光度测量单元，用于测量手术前眼睛屈光度分布数据；角膜形状计算单元，用于根据利用角膜形状测量单元测量的手术前分布数据和利用眼睛屈光度测量单元测量的手术前分布数据计算等效正常眼角膜屈光度的分布数据，然后根据获得的等效正常眼角膜屈光度的分布数据计算待估计的手术后角膜曲率半径；在该装置中，第一输入单元可以满意地将角膜形状测量单元测量的手术前分布数据输入到剥落量计算单元，第二输入单元可以满意地将角膜形状测量单元测量的手术前分布数据输入到剥落量计算单元。
在这种情况下，正如权利要求7所述的那样，角膜形状计算单元可以优先根据角膜形状测量单元测量的角膜曲率半径分布数据计算角膜屈光度分布数据，然后，根据获得的角膜屈光度分布数据和眼睛屈光度测量单元测量的眼睛屈光度分布数据，计算等效正常眼角膜屈光度的分布数据；并且输出单元可以优先包括显示单元，用于用图形方法显示至少一个从包括角膜屈光度分布数据、眼睛屈光度分布数据以及等效正常眼角膜屈光度的分布数据中选择的分布数据。
不仅如此，正如权利要求8所述的那样，根据权利要求1所述的装置进一步包括校正屈光度输入单元，用于输入病人眼睛的校正屈光度数据；以及角膜形状计算单元，用于根据输入的校正屈光度数据计算待估计的手术后角膜形状数据；在该装置中，第二输入单元可以优先将角膜形状计算单元计算的结果输入到剥落量计算单元。
不仅如此，正如权利要求9所述的那样，根据权利要求1所述的装置，在第一输入单元与第二输入单元之间至少有一个可以满意地包括一个操作员可以利用其输入数据的输入单元。
角膜外科手术装置通过利用激光束剥落病人眼睛的角膜来校正屈光不正，根据权利要求10，该装置包括第一输入单元，用于输入手术前病人眼睛角膜形状数据；第二输入单元，用于输入待估计的手术后眼睛角膜形状数据；剥落量计算单元，用于以分别、独立计算对称分量剥落量数据和计算非对称分量剥落量数据的形式，根据第一输入单元和第二输入单元输入的数据，计算眼睛角膜剥落量；第一剥落单元，用于根据获得的对称分量剥落量数据剥落角膜；第二剥落单元，用于根据获得的非对称分量剥落量数据剥落角膜。
在这种情况下，正如权利要求11所述的那样，第一剥落单元可以满意地包括辐照光系统，该系统利用激光源产生的激光束辐照角膜；并且第二剥落单元可以满意地与第一剥落单元共享此辐照光系统。
在这种情况下，不仅如此，正如权利要求12所述的那样，第二剥落单元可以满意地包括分光单元，分光单元用于分离激光束，将分光单元设置在辐照光系统的光路上。
一种用于确定角膜剥落量的装置，根据确定的角膜剥落量进行校正屈光不正的外科手术，正如权利要求13所述的那样，该装置包括角膜形状测量单元，用于测量病人眼睛的角膜曲率半径分布数据；眼睛屈光度测量单元，用于测量眼睛的眼睛屈光度分布数据；角膜形状计算单元，用于根据角膜形状测量单元测量的手术前分布数据和眼睛屈光度测量单元测量的手术前分布数据，计算眼睛的等效正常眼角膜屈光度分布数据，然后根据获得的等效正常眼角膜屈光度的分布数据，计算待估计的手术前眼睛角膜曲率半径分布数据；剥落量计算单元，用于以分布、独立计算对称分量剥落量数据和非对称分量剥落量数据的形式，根据角膜形状测量单元的测量结果和角膜形状计算单元的计算结果，计算眼睛角膜剥落量数据；以及输出单元，用于输出剥落量计算单元的计算结果。
在这种情况下，正如权利要求14所述的那样，角膜形状计算单元可以满意地根据角膜形状测量单元测量的角膜曲率半径分布数据，计算角膜屈光度分布数据，然后，根据角膜屈光度分布数据和眼睛屈光度测量单元测量的眼睛屈光度分布数据，计算等效正常眼角膜屈光度分布数据；并且输出单元可以满意地包括显示单元，该显示单元以图形形式显示至少一个从包括角膜屈光度分布数据、眼睛屈光度分布数据、等效正常眼角膜屈光度分布数据、总剥落量数据、对称分量剥落量数据以及非对称分量剥落量数据中选择的数据。
在这种情况下，不仅如此，正如根据权利要求15所述的那样，输出单元可以优先包括发送单元，用于将剥落量计算单元计算的结果发送到角膜外科手术装置。
附图的简要说明
图1示出说明在根据本发明优选实施例在确定角膜剥落量的装置中的光学系统的基本配置的示意图；图2示出说明为照相光接收部分设置的光检测器的排列的示意图；图3示出说明在根据本发明优选实施例用于确定角膜剥落量的装置中的控制系统的基本结构的示意图；图4示出说明角膜曲率半径的计算方法的示意图；图5示出说明角膜屈光度的计算方法的示意图；图6示出说明通过测量角膜形状获得的角膜屈光度计算值与通过客观眼睛屈光度测量获得的测量值之间的差值的示意图；图7示出说明角膜剥落量的计算方法的示意图；图8示出说明角膜剥落量的计算方法的示意图；图9示出说明角膜剥落量的计算方法的流程图；图10示出说明关于屈光度分布和剥落量分布的彩色图像和三维图形显示的实例；以及图11示出说明根据本发明优选实施例的角膜外科手术装置的光学系统和控制系统的基本排列的示意图。
实现本发明的最佳方式现在，参考附图对本发明的优选实施例进行详细说明。图1示出说明在根据本发明优选实施例在确定角膜剥落量的装置中的光学系统的基本配置的示意图。该光学系统可以大致分为眼睛屈光度测量光学系统、固定目标投影光学系统以及角膜曲率半径测量光学系统。
(眼睛屈光度测量光学系统)眼睛屈光度测量光学系统100i包括隙缝光投影光学系统1和隙缝图像检测光学系统10。隙缝光投影光学系统1的光源2输出的在接近红外线范围内的光线被反射镜3反射，然后照亮旋转部分4的隙缝窗孔4a。旋转部分4在电机5的驱动下旋转。旋转部分4通过旋转扫描的隙缝光通过投影透镜6和限制膜片7，然后被射束分离器8反射。然后，隙缝光通过射束分离器9会聚到病人眼睛E的角膜附近Ec并被投影到其眼底Ef上。光源2设置在与角膜Ec相邻对投影透镜6的共轭点。
为检测光学系统10设置排列在主光轴L1上的照相光接收透镜11和反射镜12，以及排列在光轴L3上的膜片13和光接收部分14。其中光轴L3通过反射镜12反射形成。膜片13设置在通过反射镜12在透镜11的后焦点(即设置在对正常眼眼底的共轭点)。如图2所示，8个光检测器1Sa至15h设置在光接收部分14的表面上以位于接近角膜Ec对透镜11的共轭点。8个光检测器15a至15h中的6个光检测器15a至15f设置在通过光接收表面的中心的线上(即光轴L3)，这样就可以形成15a与15b、15c与15d以及15e与15f的光检测器对。这样设置各光检测器对以致使它们对光接收表面对称。这样设置这3对光检测器的距离，以致可以检测对应于角膜Ec的顶点方向上的相应位置的屈光度(在图2中，角膜上的等效尺寸)。相反，光检测器15g和15h位于与设置光检测器15a至15f的线垂直、其中心点位于光轴L3的线上，这样可以对中心对称。
在具有手术结构的测量光学系统100中，包括电机20、齿轮等的旋转机构21旋转投影光学系统1的部件(例如位于光轴L2上的光源2、反射镜3、部分4以及电机5)还旋转光轴L3上的光接收部分14，使得它们互相同步旋转。在优选实施例中，在对除去散光不算的远视眼眼底或近视眼眼底扫描隙缝光的情况下，光检测器15a至15f设置在与光接收部分14接收的隙缝光(图像)的长侧垂直交叉的方向上。
(固定目标投影光学系统)30是固定目标投影光学系统、31是可视光源、32是固定目标以及33是投影透镜。透镜33向着光轴移动，以致可以蒙蔽眼睛E。34是射束分离器，它可以产生观测光学系统同轴的光轴。光源31照亮固定目标32，通过固定目标32的光通过透镜33和射束分离器34，然后被射束分离器9反射，之后到达眼睛E。因此，可以将眼睛E固定到固定目标32。
(角膜曲率半径测量光学系统)角膜曲率半径测量光学系统包括用于测量曲率半径的目标投影光学系统25和用于测量曲率半径的目标图像检测光学系统35。投影光学系统具有以下配置。26是在其中心具有孔的锥形平盘。在此平盘上成型一个其中心在光轴L1上的环形，该环形在同心园上具有大量通光部分和阻光部分。27是多个照明光源，例如LED等，光源27产生的照明光被反射板28反射，这样就可以从背面几乎均匀地照亮平板26。通过平板26的通光部分的环形光被投影到角膜Ec上，并在角膜Ec上形成环形(平环)图像。
检测光学系统35包括射束分离器9、射束分离器34、摄影物镜37以及CCD摄像机38。在角膜Ec上形成的环形图像光线被射束分离器9反射，之后被射束分离器34反射，然后通过透镜37进入摄像机38的摄像单元(即接收图像)。此外，检测光学系统35还作为观测光学系统使用。因此，被眼球前部照明光源照亮的眼睛E的前部图像的光线(未示出)进入摄像机38的摄像单元(即接收图像)。电视监视器39显示拍摄的眼睛前部图像和在角膜Ec上形成的环形图像。
接着，以下参考图3所示的控制系统方框图，说明具有上述根据本发明结构的装置的运行过程。首先，说明角膜曲率半径和眼睛屈光度的测量过程。
在测量角膜曲率半径的过程中，操作员利用模式转换开关40选择测量角膜曲率半径模式。操作员通过观测被前部照明光源照亮的显示在监视器39上的眼睛E的前部图像进行调节。(可以利用已知方式进行调节。该方式是这样一种方式，即将位置调节目标投影到角膜Ec，然后使角膜反射亮点和十字线具有给定关系。)调节完成之后，操作员按下测量启动开关(未示出)，这样就产生启动信号，根据此启动信号，开始进行测量。
通过对摄像机38拍摄的图像进行处理，角膜形状计算部分53检测环形图像的边缘。然后，利用以给定间距(1°)获得相对于角膜Ec顶点的各边缘位置，计算部分53计算角膜曲率半径。
以下说明获得角膜曲率半径的计算过程。如图4所示，当在位于光轴距离D的光源P的角膜凸出表面获得的图像i时，将检测的图像高度定义为h`，并通过透镜L在二维检测平面上形成距离角膜的高度H。将该装置光学系统的放大率定义为m。利用如下表达式给出角膜曲率半径RR＝(2D/H)mh`此外，还可以采用如下说明的计算角膜曲率半径的方法。将投影到角膜上的第j个环的区域的曲率半径定义为Rj。将根据第j个环的高度、到眼睛E的距离以及摄像放大率确定的比例常数被定义为Kj。将摄像平面上的图像高度定义为hj。根据此定义，由下式给出如上说明的关系表示Rj＝kj？hj其中，如果事先测量多个覆盖测量范围、具有已知不同角膜曲率半径的模型眼，则将获得的比例常数作为装置的本征值。因此，如果将常数kj读出并在测量时用于计算，则可以在极短的时间内获得角膜曲率半径分布。(关于此计算过程的细节，请参考与第HEI7(1995)-124113号日本未决专利申请对应的USP5,500,697等)将获得的角膜曲率半径分布数据存储到存储器55b。
追加部分是在假定瞳孔中心被定义为眼睛的起端情况下使用角膜外科手术装置的，但是，通常，角膜顶点与瞳孔中心不一致，因此应事先发现角膜形状(角膜中心等)与瞳孔中心之间的位置关系。由此看来，根据摄像机38拍摄的前部图像，将瞳孔中心定义为由如下第一条线和第二条线确定的交叉点第一条线通过两个点之间的中心并在垂直方向延伸(这两个点分别位于瞳孔的相对两侧，两侧上的点即与通过接近瞳孔中心的水平线的交叉点)，第二条线通过两个点之间的中心并在水平方向延伸(这两个点分别位于瞳孔的相对两侧，两侧上的点即与通过接近瞳孔中心的垂直线的交叉点)。定义瞳孔中心的方法并不局限于此，另一种方法也能满足要求。例如，可以根据瞳孔的重量满意地对瞳孔中心进行定义。然后，将获得的相对于角膜形状的瞳孔位置存储到存储器55b。
但是，在测量眼睛屈光度(以下简称客观眼睛屈光度)的过程中，操作员将模式改变到测量眼睛屈光度模式(在连续测量模式下，自动将模式改变为测量眼睛屈光度模式)，然后，通过测量光学系统100进行测量。根据光接收部分14的各光检测器输出各输出信号的各相位差，屈光度计算部分52获得客观眼睛屈光度。更具体地说，首先，利用与现有技术中测量屈光度的方法(例如相位差方法)进行基本测量。根据测量的结果，通过移动透镜33，覆盖眼睛E。因此，在放置光检测器15a至15f的顶点方向确定光检测器15a至15f的中心。此确定过程是根据光检测器15g和15h输出的各信号进行的，此输出信号随着隙缝光在光接收部分14上的运动发生变化。接着，对于各光检测器15a至15f的中心，根据各光检测器15a至15f的各输出信号之间的相位差，计算与各光检测器对应的各角膜部分的屈光度。如果在投影光学系统1和光接收部分14围绕光轴以给定角度(例如1°)旋转180°情况下，为了对各间隔的各顶点获得各屈光度进行此计算，则可以获得在顶点方向发生变化的屈光度分布(详细内容，请参考第HEI10(1998)-108836号和对应于USP5,907,388的第HEI10(1998)-108837号日本未决专利申请)。其中，屈光度值被表示为镜顶屈光度(该装置还可以输出或转换作为眼镜屈光度的屈光度，眼镜屈光度依赖于佩戴眼镜的位置)。将获得的客观眼睛屈光度分布数据存储到HDD55a或存储器55b。
如果如上所述获得包括角膜曲率半径和客观眼睛屈光度的各测量数据，则操作员根据显示在彩色显示器56上的指令操作键盘58和/或鼠标57，彩色显示器56与控制部分50相连，这样就可以开始进行分析了。为控制部分50设置的分析部分54将角膜曲率半径转换为角膜屈光度，然后执行分析程序以获得转换的角膜屈光度与对应的客观眼睛屈光度之间的关系。
接着，说明将角膜曲率半径转换为角膜屈光度的方法。角膜屈光度表示这样一种能力，即角膜对与光轴平行的光的折射能力。并且折射光与光轴交叉。将角膜屈光度定义为角膜顶点与交叉点之间距离的倒数。当将角膜曲率半径转换为角膜屈光度时，可以采用斯涅尔定律(或称折射定律)。当将角膜曲率半径转换为角膜屈光度D时，可以使用如下表达式来计算测量光轴的近似值(角膜中心的近似位置)，因为其误差小D＝(ne-1)/r其中，r被定义为角膜曲率半径，ne为等效折射率(通常，ne＝1.3375)。
然而，此表达式仅可以应用于计算测量光轴的近似值。如果将此表达式应用于计算远离光轴附近的角膜外围部分，则误差会增大。在说明角膜外围部分时，根据斯涅尔定律的屈光度是适当的。根据此定义获得的屈光度与相同情况下的客观眼睛屈光度进行比较。此外，斯涅尔定律还定义位于光束的入射点的法线与光束进入折射平面时在此入射点折射的光束位于同一平面上，并且进一步定义法线和入射光束之间夹角的正弦值与法线和折射光束之间夹角的正弦值之间的比值为常数。下式给出斯涅尔定律
N sin i＝N｀sin i｀其中，各折射平面上的折射率被定义为N和N｀，入射光束与法线之间的夹角被定义为i，以及折射光束与法线之间形成的夹角被定义为i｀。
接着，以下将说明利用斯涅尔定律计算角膜屈光度的过程。在图5中，将与通过角膜顶点T和曲率中心Oa的直线平行的光线定义在角膜上、距角膜顶点T的距离为X的点P折射，并被定义在点f与直线TOa交叉。其中，给出如下定义(距离的单位为米)Ra点P处的角膜曲率半径Rr从点P到点f处的距离q点P处的法线与入射光之间的夹角g点P处的法线与折射光之间的夹角通过下列计算步骤可以计算点P处的屈光度。
首先，如图5所示，下式给出夹角qθ=sin-1(XRa)-----(1)]]>接着，根据斯涅尔定律，下式给出夹角gγ=sin-1(XRa×n)-----(2)]]>根据表达式(1)和表达式(2)，下式给出夹角α(线段hp与线段Pf之间形成的夹角)、距离Rr以及线段hfα＝90-θ＋γRr=Xcos(α)-----(3)]]>hf‾=Rr2-X2]]>
此外，下式给出线段Th的距离Th‾=Ra-Ra2-X2-----(4)]]>因此，下式给出从角膜顶点T到点f的距离Tf‾=Th‾+hf‾=Ra-Ra2-X2+Rr2-X2-----(5)]]>下式给出角膜的屈光度Dc=1Tf‾=1Ra-Ra2-X2+Rr2-X2-----(6)]]>相反，在定义折射率为n(＝1.376)情况下，下式给出空气中的屈光度D=n×DcnRa-Ra2-X2+Rr2-X2-----(7)]]>如果通过利用上述表达式(1)至(7)对全部测量区域进行计算，则可以计算角膜屈光度。换句话说，利用角膜形状计算部分53可以满意地进行计算。
接着，根据上述计算的角膜屈光度，将客观眼睛屈光度转换为等效于角膜表面的屈光度。转换的数值成为角膜屈光度形式用于使眼睛E成为正常眼(在此说明书中，可以将此定义为“等效正常眼角膜屈光度”)。
在此，以下说明根据角膜形状获得的角膜屈光度与客观眼睛屈光度之间的关系。如图6所示，角膜屈光度数值的意义与客观眼睛屈光度的数值的意义完全不同。通过计算焦距f，然后将它转换为屈光度可以获得角膜屈光度。相反，通过测量使眼睛成为正常眼必需的屈光度(校正数)df，可以获得客观眼睛屈光度。例如，如果在与客观眼睛屈光度在相同的测量区域内根据角膜形状获得的角膜屈光度为43.50D，并且如果测量的客观眼睛屈光度为0D，则表示眼睛E具有这样的光学系统，即当角膜屈光度为43.S0D时在视网膜上形成图像。如果角膜屈光度为43.50D并且客观眼睛屈光度为-2D，则表示为了在视网膜上形成图像，需要将眼睛E的角膜屈光度校正-2D(达到41.50D)。
因此，在测量客观眼睛屈光度的区域内，以将包括符号的测量客观眼睛屈光度与由角膜形状测量过程获得的角膜屈光度相加的形式，计算使眼睛成为正常眼的角膜屈光度。
根据下式，计算值证明为等效正常眼角膜屈光度等效正常眼角膜屈光度＝角膜屈光度＋客观眼睛屈光度此外，根据斯涅尔定律，可以将等效正常眼角膜屈光度转换为角膜曲率半径。通过利用与图5所示的相同方式建立的如下两个表达式，可以完成此转换过程Rr=Ra1-(Xn×Ra)2-1n1-(XRa)2----(8)]]>Rr2-X2+Ra-Ra2-X2-nD=0]]>其中，D被定义为等效正常眼角膜屈光度；Ra为求得的角膜曲率半径。
通过利用等效正常眼角膜屈光度D和转换角膜曲率半径Ra，可以以角膜表面的形式来表示客观眼睛屈光度数值与由角膜形状测量过程获得的角膜曲率半径数值以及角膜屈光度数值之间的关系。因此，可以利用此关系估计角膜表面形状。总之，可以说，眼睛的总屈光度即角膜屈光度与透镜屈光度之和，但是难以晓得透镜的屈光度。另外，眼睛的轴长度也是屈光不正的一个原因。但是，通过用角膜表面形状替换屈光不正，上述表达式可以使操作员理解与真实角膜表面形状的关系，即使操作员不知道未知数值(例如透镜屈光度、眼睛的轴长度等)。
接着，以下将说明在为了校正屈光不正进行外科手术过程中使用的剥落数据的分析过程。通过使用鼠标57等，操作员指示单元执行分析程序，然后，根据在角膜形状测量过程获得的角膜曲率半径和通过转换等效正常眼角膜屈光度获得的角膜曲率半径，分析部分54计算剥落数据。以下将说明此计算方法，此方法说明参考图7和图8对近视眼进行校正是必要的。图9是说明此计算方法的流程图。
根据在角膜形状测量过程获得的角膜曲率半径，手术前角膜形状数据为三维形状。根据通过转换等效正常眼角膜屈光度获得的角膜曲率半径，获得手术后角膜形状(为校正目标)。随后，根据两个数据之间的差值，计算总剥落量数据。即，如图7(a)所示，角膜形状数据71相对于手术前角膜形状75向下移位最大量Dh1(得到角膜形状71｀)。其中，角膜形状数据71为校正目标，而最大量Dh1为属于剥落区域的光区70内的差值。如图7(b)所示，通过移位获得的高度分布数据被定义为总剥落量数据72，并将获得的高度分布数据作为高度分布数据的三维形状72｀。通过修匀，优先对此时的剥落量数据进行处理。
在等效正常眼角膜屈光度不被用作本发明优选实施例情况下，通过从手术前角膜形状数据中减去手术后角膜形状数据可以获得剥落量分布数据。其中，通过角膜形状测量过程获得手术前角膜形状数据，手术后角膜形状数据为根据校正屈光度数据获得的估计数据(根据通过主观眼睛屈光度测量过程获得的屈光度进行定义)。
获得总剥落量数据72后，对球形分量剥落量数据进行计算。例如，获得球形形状76的最小曲率半径R1。其中，球形形状76基本上内接总剥落量数据72的三维形状72｀(请参考图7(b))。具有最小曲率半径R1的球形形状76向下移位以位于三维形状72｀的数据内(球形形状76｀)。通过移位获得的高度分布数据被定义为球形表面77的剥落量数据。图8(a)示出通过从总剥落量数据72(三维形状数据72｀)内减去球形表面剥落量数据77获得的剩余剥落量数据73。随后，根据剩余剥落量数据73计算圆柱形分量剥落量数据。
在计算圆柱形分量剥落量数据之前，如下说明的过程定义轴向角A。首先，通过利用总剥落量数据72的形状可以产生位于各坐标位置的角膜曲率半径分布数据。然后，在产生的数据之间建立最平坦曲率方向并将它定义为轴角方向A。在图8(a)中，轴角方向A被定义为0°。
接着，获得圆柱形形状78的最大曲率半径R2。其中，如图8(a)所示，利用定义的轴角方向A，圆柱形形状78内接在剩余剥落量数据73的形状内。具有最大曲率半径R2的圆柱形形状78的高度分布数据被定义为圆柱形表面79的剥落量数据。图8(b)示出通过从剩余剥落量数据73中减去圆柱形表面79剥落量数据获得的剩余量数据。剩余量被定义为非规则色散分量(非对称分量)剥落量数据74。
上述说明适合于对近视进行校正的情况，但是优选实施例并不局限于此。根据上述过程，在校正远视情况下，可以获得球形分量剥落量数据和圆柱形分量剥落量数据，以致可以获得这样的形状，即外围部分的剥落量大于中心部分的剥落量。
此外，上述过程是计算对称分量剥落量和非对称分量剥落量的计算方法的一个例子。因此，可以利用各种方法获得剥落量。例如，按上述方法获得散光轴角方向A，随后，为了获得总剥落形状数据，每2μm定位一个剖面形状，然后，对于获得的各剖面形状，定位基于轴角方向A的各内接园。因此，可以获得球形分量和/或非球形分量，并且可以获得他们的各剥落量。不仅如此，可以对通过从总剥落量中减去旋转对称的球形分量和/或非球形分量、线性对称的圆柱形分量获得的剩余量进行计算，并将它定义为非对称分量剥落量。
如上所述，可以分别获得球形分量(非球形分量)剥落量、圆柱形分量剥落量以及非规则散光分量，然后以图形方式将这些数据输出并显示到彩色显示器56以与客观眼睛屈光度分布数据和角膜屈光度分布数据进行方便、可视比较。
图10示出说明关于屈光度分布和剥落量分布的彩色图像和三维图形显示的实例。在位于显示屏幕右上角的显示部分62，利用彩色图像显示作为校正目标的角膜屈光度分布；在位于显示屏幕左上角的显示部分61，利用彩色图像显示手术前角膜屈光度分布。此外，在位于显示屏幕左下角的显示部分63，将总剥落量分布显示为三维形状；在位于显示屏幕中下部的显示部分64，将对称分量剥落量分布(例如圆柱形分量)显示为三维形状；在位于显示屏幕右下角的显示部分65，将非对称剥落剥落量分布显示为三维形状。此外，还可以以上述方法、以图形方式显示对称分量剥落量分布。不仅如此，利用设置在显示屏幕右下角部分的转换开关60，可以在彩色显示、三维显示以及在特定经线方向的剖面(剖视)图形显示之间相互改变显示方法。
正如所说明的那样，用图形方法、逐一、分别显示角膜形状测量结果、客观眼睛屈光度测量结果、基于上述结果的总剥落量数据、球形(非球形)分量剥落量数据、圆柱形分量剥落量数据以及非规则散光分量剥落量数据之间的关系。因此，在为了将病人眼睛校正为正常眼进行角膜校正手术情况下，操作员可以可视地知道应该利用激光辐照将眼睛象差的哪个分量剥落。
如果最大剥落量超过对所有光区70的角膜剥落允许量，则通过使光区70减小，将剥落量校正到允许量范围内。
将分析部分54计算的以下各数据(例如球形(非球形)分量剥落量数据、圆柱形分量剥落量数据以及非规则散光分量剥落量数据)存储到HDD55a和/或存储器55b。将这些数据传送到角膜外科手术装置90，该装置通过通信电缆与通信端口59b和软盘驱动器(FDD)59a驱动的FDD59c相连，它利用准分子激光束剥落角膜。还将根据上述数据的瞳孔中心位置传送并存储到角膜外科手术装置90。根据角膜剥落量输入数据，角膜外科手术装置90对病人眼睛角膜的各坐标确定辐照脉冲数和辐照能量。根据确定的数值，通过控制激光辐照，角膜外科手术装置90对角膜Ec进行外科手术。
在第HEI9(1997)-122167号(对应于USP5,800,424)日本未决专利申请中以及第HEI9(1997)-266925(对应于USP5,906,608)号日本未决专利申请中披露了角膜外科手术装置90的各种实例。
图11示出说明对角膜外科手术装置设置90的光学系统和控制系统的基本排列的示意图。101为准分子激光束光源，102为反射镜。103为分光掩膜，它具有多个形成一条直线的带形掩膜。利用分光掩膜驱动单元104关闭和打开带形掩膜，因此可以在长度方向部分截割激光束光源101产生的细长方形的准分子激光束。平板反射镜105扫描通过掩膜103的激光束，这样，激光束被移动(移位)。107为转像器，109a为具有可变开口的园孔。109b为具有可变开口的隙缝孔，更具体地说，利用隙缝孔驱动单元110b可以控制其开口的宽度，并且隙缝开口的方向可以绕着光轴L旋转。111为投影透镜、112为用于反射准分子激光束并使可见光通过的分光镜，114为观测光学系统。121为数据输入单元，120为用于控制各驱动单元的控制单元。
接着，以下将说明利用角膜外科手术装置90进行角膜外科手术的过程。首先，通过输入单元121输入利用确定角膜剥落量的装置获得的角膜剥落量数据和瞳孔中心位置数据。随后，获得瞳孔中心以定义作为外科手术标准位置的眼睛焦点。与上述用于确定角膜剥落量的装置的过程相同，根据观测光学系统114内的CCD摄像机(未示出)拍摄的前部图像，进行定义瞳孔中心的过程。在此过程中，瞳孔中心被满意地定义为这样一个交叉点，即由下列第一条线和第二条线确定的交叉点第一条线通过两个点之间的中心并在垂直方向延伸(这两个点分别位于瞳孔的相对两侧，位于两侧的点为与通过接近瞳孔中心的水平线的交叉点)；而第二条线通过两个点之间的中心并在水平方向延伸(这两个点分别位于瞳孔的相对两侧，位于两侧的点为与通过接近瞳孔中心的垂直线的交叉点)。或者，根据瞳孔的重量满意地对瞳孔中心进行定义。除了这些方法之外，操作员还可以利用手术显微镜观测瞳孔，然后就可以简单定义瞳孔中心。随后，控制装置120使根据确定角膜剥落量的装置发送的角膜剥落量数据的瞳孔中心位置与由上述角膜外科手术装置90确定的瞳孔中心位置一致。然后，根据球形(非球形)分量剥落量数据、圆柱形分量剥落量数据、非规则散光分量剥落量数据，控制装置120以如下方法进行剥落。
如果根据球形(非球形)分量剥落量数据，对球形(非球形)表面近视进行校正，利用园孔109a限制激光束，然后再移动平板反射镜105，这样激光束会移动到高斯分布方向。每次激光束在一个表面上完成移动(一次扫描)时，转像器107就旋转并使激光束改变移动方向(例如以120°为间隔的三个方向)。然后，利用接近均匀的激光束剥落园孔109a限制的区域。如果在每次改变园孔109a的开口区域时进行此剥落，则可以对球形(非球形)分量进行此剥落过程，这样就可以对角膜的中心部分加深剥落而对角膜的外围部分进行轻微剥落。
在根据圆柱形分量剥落量数据校正散光时，根据光区的大小，固定园孔109a的开口区域的大小，而改变隙缝孔109b的开口宽度。事先利用驱动装置110b调节隙缝孔109b以在强最大主经线方向改变隙缝的开口宽度。关于与上述近视校正过程相同的激光束辐照过程，通过移动平板反射镜105来移动激光束，这样激光束可以移动到高斯分布方向。然后，每次扫描激光束时，转像器107均旋转，这样就可以改变激光束的移动方向。因此，可以接近均匀地对隙缝孔109b限制的区域进行剥落。在依次改变隙缝孔109b的开口宽度的情况下，重复进行此剥落过程。这样，就可以对圆柱形分量进行剥落。
以下是对非规则散光分量的剥落过程，将分光掩膜103设置在光路上。依次使平板反射镜105移动，这样发射到角膜Ec上的激光束就可以移动到这样的方向(高斯分布方向)，即与其长方形形状的长度方向垂直的方向。同时，如果分光掩膜103的带形掩膜被选择性地开启和/或关闭，则利用这种激光束仅对角膜Ec通过掩膜开启部分的小区域进行辐照。根据非规则散光分量的剥落量数据，在被平板反射镜105移动的激光束的各移动位置对分光掩膜103的开启和/或关闭进行控制，并且通过掩膜移动装置115，分光掩膜103可以在光束的长度方向少许移动。此外，通过控制辐照的时间周期可以调节各位置的剥落量。因此，可以完成非规则散光分量剥落过程。
如上所述，分别、独立地进行对称分量(球形(非球形)分量剥落过程，圆柱形分量剥落过程)和非对称分量的剥落过程。因此，可以缩短进行手术所需的时间周期，并可以有效完成手术。
在此优选实施例中，以此顺序完成球形(非球形)分量剥落过程、圆柱形分量剥落过程以及非对称分量剥落过程，然而，此顺序并不局限于此，所以可以自愿改变此顺序。
不仅如此，在此优选实施例中，例如，根据通过控制孔和/或分光掩膜进行剥落的角膜外科手术装置对优选实施例进行了说明。除了此外科手术装置外，本发明还可以应用于这种装置，即以二维扫描形式扫描小点激光束的装置。对于这种类型的装置，剥落对称分量的步骤可以满意地与剥落非对称分量的步骤分离。因为可以容易地对激光束的扫描过程进行控制，所以准确地进行剥落。
不仅如此，在此实施例中，根据本发明的装置(用于驱动角膜剥落量的装置)在一个主体内包括以下所有机构用于测量角膜形状(角膜曲率半径)的机构；用于测量眼睛客观屈光度的机构；用于根据上述两个机构的测量结果计算被用作校正目标的角膜形状数据的装置；以及用于根据手术前角膜形状数据和校正目标角膜形状数据计算角膜剥落量的机构。然而，可以为独立装置满意地单独设置这些机构，或这些机构中的一些机构被满意地组合并为各装置设置一些这种机构。用于确定角膜剥落量的装置可以满意地为这样的装置，即通过简单输入手术前角膜形状数据和角膜目标角膜形状数据可以计算角膜剥落量数据。如上所述，对于本发明可以进行各种调整和变换。
工业应用如上所述，根据本发明，即使是在非规则散光等情况下，为了对充分校正屈光不正进行外科手术，可以根据待手术的眼睛的角膜形状和/或屈光度准确确定角膜剥落量。
在这种情况下，以根据确定的角膜剥落量分别对对称分量进行剥落和对非对称分量进行剥落的形式，优先利用外科手术装置对角膜进行剥落。因此，可以缩短整个手术过程所需的时间周期，并且可以有效、方便地进行手术。
权利要求
1.一种用于确定角膜剥落量的装置，根据确定的角膜剥落量进行校正屈光不正的外科手术，该装置包括第一输入单元，用于输入病人眼睛的手术前角膜形状数据；第二输入单元，用于输入待估计的眼睛的手术后角膜形状数据；剥落量计算单元，用于根据第一输入单元和第二输入单元输入的数据，以单独地、分别计算对称分量剥落量数据和非对称分量剥落量数据的形式，计算眼睛的角膜剥落量数据；以及输出单元，用于输出角膜剥落量计算单元的计算结果。
2.根据权利要求1所述的装置，其中输出单元包括用于以图形方法显示剥落量计算单元的计算结果的显示单元。
3.根据权利要求1所述的装置，其中输出单元包括用于将剥落量计算单元的计算结果发送到角膜外科手术装置的发送单元。
4.根据权利要求1所述的装置，其中剥落量计算单元至少计算一个从包括球形分量、非球形分量以及圆柱形分量的组中选择的数据用作对称分量剥落量数据。
5.根据权利要求1所述的装置，该装置进一步包括测量单元测量眼睛角膜曲率半径数据的角膜形状测量单元；其中第一输入单元将角膜形状测量单元测量的手术前分布数据输入到剥落量计算单元。
6.根据权利要求1所述的装置，该装置进一步包括角膜形状测量单元，用于测量眼睛角膜曲率半径分布数据；眼睛屈光度测量单元，用于测量眼睛的眼睛屈光度分布数据；角膜形状计算单元，用于根据角膜形状测量单元测量的手术前分布数据和眼睛屈光度测量单元测量的手术前分布数据，计算等效正常眼眼睛角膜屈光度，随后，根据获得的等效正常眼角膜屈光度分布数据计算待估计的手术后眼睛角膜曲率半径分布数据；其中第一输入单元将角膜形状测量单元的测量结果输入到剥落量计算单元，第二输入单元将角膜形状计算单元获得的结果输入到剥落量计算单元。
7.根据权利要求6所述的装置，其中角膜形状根据角膜形状测量单元测量的角膜曲率半径分布数据，计算单元计算角膜屈光度分布数据，随后，根据获得的角膜屈光度分布数据和眼睛屈光度测量单元测量的眼睛屈光度分布数据，计算等效正常眼角膜屈光度分布数据；并且输出单元包括显示单元，该显示单元以图形方法至少显示一个从包括角膜屈光度分布数据、角膜屈光度分布数据以及等效正常眼角膜屈光度分布数据的组中选择的分布数据。
8.根据权利要求1所述的装置，该装置进一步包括校正屈光度输入单元，用于输入校正的眼睛屈光度数据；以及角膜形状计算单元，用于根据输入的校正屈光度数据，计算待估计的手术后角膜形状数据；其中第二输入单元将角膜形状计算单元的计算结果输入到剥落量计算单元。
9.根据权利要求1所述的装置，其中在第一输入单元与第二输入单元之间至少有一个包括操作员用于输入数据的输入单元。
10.一种角膜外科手术装置，它通过利用激光束剥落病人眼睛的角膜校正屈光不正，该装置包括第一输入单元，用于输入手术前眼睛角膜形状数据；第二输入单元，用于输入待估计的手术后眼睛角膜形状数据；剥落量计算单元，用于根据第一输入单元和第二输入单元输入的数据，以分别、单独计算对称分量剥落量数据和非对称分量剥落量数据的形式，计算眼睛角膜剥落量数据；第一剥落单元，用于根据获得的对称分量剥落量数据，剥落角膜；以及第二剥落单元，用于根据获得的非对称分量剥落量数据，剥落角膜。
11.根据权利要求10所述的角膜外科手术装置，其中第一剥落单元包括利用激光光源产生的激光束辐照角膜的辐照光学系统；第二剥落单元与第一剥落单元共享辐照通信系统。
12.根据权利要求11所述的角膜外科手术装置，其中第二剥落单元包括用于分裂激光束的射束分裂单元，将该射束分裂单元设置到辐照光学系统的光路上。
13.一种用于确定角膜剥落量的装置，根据确定的角膜剥落量进行校正屈光不正的外科手术，该装置包括角膜形状测量单元，用于测量病人眼睛的角膜曲率半径分布数据；眼睛屈光度测量单元，用于测量眼睛的眼睛屈光度分布数据；角膜形状计算单元，用于根据角膜形状测量单元测量的手术前分布数据和眼睛屈光度测量单元测量的手术前分布数据，计算等效正常眼眼睛角膜屈光度分布数据，随后，根据获得的等效正常眼角膜屈光度分布数据计算待估计的手术后眼睛角膜曲率半径分布数据；剥落量计算单元，用于根据角膜形状测量单元的测量结果和角膜形状计算单元的计算结果，以分别、独立计算对称分量剥落量数据和非对称分量剥落量数据的形式，计算眼睛角膜剥落量数据；以及输出单元，用于输出剥落量计算单元的计算结果。
14.根据权利要求13所述的装置，其中角膜形状计算单元根据角膜形状测量单元测量的角膜曲率半径分布数据，计算角膜屈光度分布数据，随后，根据获得的角膜屈光度分布数据和以及屈光度测量单元测量的眼睛屈光度分布数据，计算等效正常眼角膜屈光度分布数据；并且输出单元包括显示单元，该显示单元用图形方法至少显示一个从包括角膜屈光度分布数据、角膜屈光度分布数据、等效正常眼角膜屈光度分布数据、总剥落量数据、对称分量剥落量数据以及非对称分量剥落量数据的组中选择的数据。
15.根据权利要求13所述的装置，其中输出单元包括发送单元，该发送单元将剥落量计算单元的计算结果发送到角膜外科手术装置。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种确定角膜剥落量的装置,为了准确进行校正屈光不正的校正手术,它根据角膜形状和/或眼睛屈光度计算角膜剥落量。本发明的另一个目的在于提供一种角膜外科手术装置,利用该装置可以根据获得的角膜剥落量有效进行外科手术。一种用于确定角膜剥落量的装置,根据角膜剥落量进行校正屈光不正的外科手术,该装置包括:第一输入单元(53),用于输入病人眼睛的手术前角膜形状;第二输入单元(52、53、54),用于输入待估计(将成为校正目标)的手术后眼睛角膜形状;剥落量计算单元(54),用于根据第一输入单元和第二输入单元输入的数据,以分别、独立计算对称分量剥落量数据和非对称分量数据的形式,计算眼睛的角膜剥落量数据;以及输出单元(56、59a、59b),用于输出剥落量计算单元的计算结果。
文档编号A61B3/103GK1327378SQ00802338
公开日2001年12月19日 申请日期2000年8月3日 优先权日1999年10月21日
发明者藤枝正直, 伴幸信, 小柳津昌宏 申请人:株式会社尼德克