专利名称：用于将激光束递送到眼睛的晶状体的系统和装置的制作方法
技术领域：
本申请是2006年5月1日提交的序号为11/414，819的Frey等人的未决申请的部分延续和2006年5月1日提交的序号为11/414,838的Frey等人的未决申请的部分延续，这两个申请都是2006年1月20日提交的序号为11/337，127的Frey等人的未决申请的部分延续，这些申请的公开内容通过引用而结合于此。本发明涉及用于将激光束递送到自然的人晶状体并利用激光来治疗自然的人晶状体的结构以解决诸如老花、屈光不正和白内障以及这些的组合之类的各种医学状况的系统和装置。
背景技术：
眼睛的解剖结构在图1中被一般地示出，图1是眼睛的剖视图。巩膜131是围绕晶状体103中除了角膜101处之外的地方的白色组织。角膜101是包括眼睛的外表面的透明组织，光通过其首先进入眼睛。虹膜102是有色的可收缩的膜，其通过改变在其中心处的圆孔(瞳孔)的大小来控制进入眼睛的光量。眼睛晶状体或自然晶状体103的更详细的图在图IA-F(对类似的结构采用类似的参考标号)中示出，其刚好位于虹膜102后面。术语眼睛晶状体、自然晶状体和自然的人晶状体和晶状体(当指前述术语时)在这里被可互换地使用，并且指人眼的同一解剖结构。一般而言，眼睛晶状体通过睫状肌108的动作来改变形状，以允许视觉图像的聚焦。来自大脑的神经反馈机制允许通过小带(zonuleUll的附着来进行动作的睫状肌108 改变眼睛晶状体的形状。一般而言，当光通过角膜101和瞳孔进入眼睛、然后沿着视轴104 通过眼睛晶状体103并通过玻璃体110、在眼睛的后部触及视网膜105时发生视觉，在黄斑 (macula) 106处形成图像，该图像被通过视神经107传输到大脑。角膜101和视网膜105之间的空间在前房109中填充有称为房水117的液体，并在晶状体103后面的房中填充有玻璃体110(凝胶状透明物质)。图IA 一般地图示出通常为50岁的个人的晶状体103的或与之相关的组分。晶状体103是多结构系统。晶状体103的结构包括皮层113、核1 和晶状体囊114。囊114 是包络晶状体的其他内部结构的外部膜。晶状体上皮123形成于晶状体赤道121上，产生在眼睛晶状体周围的前面和后面生长的带状细胞或纤丝。核1 是由皮层113向核区的连续增加而形成的。晶状体中的层的连续体(包括核129)可以被表征为若干层、核或核区。 这些层包括胚核122、胎核130、婴幼儿核124、青少年核1 和成人核128，胚核122和胎核 130这两者在子宫中生长，婴幼儿核IM从出生到四岁的平均大约三年的时间中生长，青少年核1 从大约四岁到青春期生长，成人核1 在大约18岁及以上生长。胚核122的赤道直径(宽度)大约为0. 5mm,前后轴104 (AP轴)直径(厚度)大约为0. 425mm。胎核130的赤道直径大约为6. 0mm, AP轴104直径大约为3. 0mm。婴幼儿核124的赤道直径大约为7. 2mm, AP轴104直径大约为3. 6mm。青少年核126的赤道直径大约为9. 0mm, AP轴104直径大约为4. 5mm。成人核1 在大约36岁时的赤道直径大约为 9. 6mm, AP轴104直径大约为4. 8mm。这些都是大约50岁的典型成年人晶状体在调节后的状态下的平均值(体外)。因此，该晶状体(核和皮层)的赤道直径大约为9. 8mm, AP轴104 直径大约为4. 9mm。因此，晶状体的结构是分层或嵌套的，最老的层和最老的细胞朝向中心。如图1和图IA所示，晶状体是双凸形状的。晶状体的前侧和后侧具有不同的曲率， 并且皮层和不同的核一般遵循这些曲率。因此，晶状体基本上可以被看作是成层结构，其沿着赤道轴是不对称的并且由端对端地布置以基本上形成同心或嵌套壳体的长月牙纤维细胞构成。这些细胞的末端对准以在中心和中心旁区域的前面和后面形成缝线。皮层和核两者中的较老的组织具有降低的细胞功能，在细胞形成之后的几个月丢失了它们的细胞核和其他细胞器。随着变老而发生晶状体的紧缩。每年所生长的晶状体纤维的数目在整个生命中相对恒定。然而，晶状体的大小不会根据新纤维生长而变得与预期一样大。晶状体从出生到3岁生长，在仅3年中有从6mm到7. 2mm即20%的生长。然后，在接下来的大约十年中， 从7. 2mm长到9mm，即25% ；然而，这多于3倍长的时期9年。在接下来的大约二十年中，从 12岁到36岁，晶状体在M年中从9mm长到9. 6mm,即6. 7%，示出非常缓慢地观察到的生长速率，但是我们相信在这一时期期间存在纤维生长的相对恒定速率。最后，在所述的最后大约二十年中，从36岁到M岁，晶状体在18年中的生长是其年轻时生长的很小一部分，从 9. 6mm到9. 8mm,即2. 1%。尽管存在需要更多晶状体纤维来填充更大的外部壳体的几何效应，但是较老的晶状体的大小显著小于考虑了几何效应的纤维生长速率模型的预测。考虑包括核纤维紧缩在内的纤维紧缩来说明这些观察。在眼睛的晶状体中存在细胞器丰富区域，其位于晶状体的纤维伸长区域中。在该区域中，纤维细胞具有细胞器的完全补充，包括细胞核。例如，在大约50岁的晶状体中，细胞器丰富区域可以从赤道处的大约250 μ m变细至各极处的大约100-150 μ m(前极处大约是100 μ m,且后极处大约是150 μ m)。从晶状体的外表面向里，存在具有较少细胞器的区域，其被称为细胞器退化区域。 该区域在某种程度上与细胞器丰富区域的内侧部分重叠。在该区域中，细胞器正在退化或消除。纤维在积极地消除包括核在内的细胞器。例如，在大约50岁的晶状体中，退化区域将从细胞器丰富区域延伸到离赤道大约300 μ m，在各极处变细至大约125-200 μ m(前极处大约是125 μ m,且后极处大约是200 μ m)。从晶状体的外表面向里，存在基本上没有细胞器的区域，其被称为细胞器空闲区域。该区域可以位于退化区域内侧并且可以在某种程度上与该区域重叠。细胞器空闲区域中的纤维将被去核(denucleate)并且晶状体的该区域中的材料可以认为是去核的。一般而言，老花是调节幅度的丢失。一般而言，屈光不正通常是由于眼向轴长度的变动而引起的。近视是当眼睛太长时使得焦点落在视网膜之前。远视是当眼睛太短时使得焦点落在视网膜之后。一般而言，白内障是足以妨碍视觉的眼睛晶状体的浑浊化的区域。本发明所针对的其他状况包括但不限于眼睛晶状体的浑浊化。老花通常表现为近视力的缺乏，无法读取小字印刷，尤其是在大约40-45岁的年龄之后在暗光下。老花或者调节幅度随年龄的丢失与眼睛无法改变自然晶状体的形状有关并且发生在几乎100%的人口中，改变自然晶状体的形状的能力允许人在远和近之间改变焦距。已经示出了调节幅度在生命的第五个十年中随着年龄而不断地下降。历史上，研究一般将调节的丢失归结于晶状体随着年龄的硬化，更具体地，归结于晶状体材料的杨氏弹性模量aoung’ s Modulus of Elasticity)的增长。近来的研究检查了关于核和皮层之间的材料属性的相对改变的老化效应。这些研究提供了关于晶状体的硬化的各种理论和数据。一般而言，这种研究基本上提出了以下理论挠性的丢失是核和/ 或皮层材料的杨氏弹性模量的增长的结果。这种研究将该硬化视为调节幅度随着年龄而丢失并因此引起老花的主因素。本说明书假定了如何发生晶状体挠性的这种丢失以引起老花的不同理论，但本发明并不受此约束。一般而言，假定晶状体的结构(而非晶状体的材料属性)在挠性的丢失和所产生的老花方面比以前所理解的起更大的作用。因此，与上面给出的本领域中的现有研究的教导相反，材料弹性不是老花的支配性起因。相反，假定晶状体的结构和该结构随着年龄的改变是老花的支配性起因。因此，在不被该理论限制或约束的情况下，本发明公开了各种方法和系统，这些方法和系统至少部分地基于晶状体的结构和晶状体随着老化而发生的结构改变，提供激光治疗以增大晶状体的挠性。本发明还公开了提供激光治疗以增大晶状体的挠性，这些激光治疗主要基于晶状体的结构和晶状体随着老化而发生的结构改变。因此，通过查看和检查简单的假设模型，可以出于示例性目的来说明本说明书的假定理论。还应了解，该假设模型仅仅用于说明当前的理论，而不是预测晶状体将如何对激光脉冲作出反应和/或结构改变。为了理解结构本身可以是如何重要，考虑非常薄的木板， 即4英尺乘4英尺见方但0. 1英寸厚的木板。该薄木板不是很坚固并且如果在一端受到稳固的保持，不费很大力气就能显著弯曲该薄板。现在考虑摞起来的五个相同的这种0. 1英寸厚的板，但它们并未紧固或绑在一起。强度可能增大，对于相同的力，会发生略小的偏转。 现在考虑采用这五个相同的板并利用许多螺丝钉或通过利用非常强力的胶将它们紧固在一起，或者通过利用许多C型夹将它们绑定(bind)在一起。所绑定的板的强度高的多并且由同一力所造成的偏转将小的多。不必说，该简单模型反映了晶状体的复杂行为，我们一般假设当考虑(尤其是接近两极(AP轴)的)晶状体材料的体积(其基本上被由于老化所引起的增大的摩擦和紧缩所绑定)时，将那些绑定层分成基本上未绑定的层将会增大那些层针对同一施加力的偏转并因此增大晶状体的挠性。然而，申请人并不认为要被当前理论所绑定，其仅被提供用于提升技术，并且不应认为且不会限制或缩小本发明的范围。因此，进一步利用用于说明目的的该模型，在对老花的现有理论和治疗之下，方向主要针对材料属性(即堆叠材料的模量)，而非堆叠的结构(即这些层是否被绑定在一起)。另一方面，当前所假定的理论集中于结构特征和改变这些特征对挠性所产生的影响。一般而言，当前的老花治疗趋于集中于用于增大自然晶状体的调节幅度的可替换物。这些治疗包括被设计用于改变眼睛内的位置的新一类的人工调节眼内镜头(I0L’ s)， 例如Eyeonics CRYSTALENS ；然而，其仅提供物方测量的调节幅度的大约1个屈光度，而许多从业者目前认为需要3个或更多个屈光度来恢复对近处和远处物体的正常视觉功能。此外，研究者在寻找利用合成材料来再填充晶状体囊的技术和材料。另外，当前的用于植入人工调节I0L’s的外科技术是针对白内障的更严重状况所开发的技术。相信由于该侵入外科技术的风险，从业者当前不愿对可以简单地佩戴阅读眼镜来矫正近视力缺乏的患者利用调节IOL来替代患者的清晰但老花的自然晶状体。然而，可植入的器件和填充材料的发展可能提供更大级别的调节幅度。为了更好地利用这种器件改进，并增大现有可植入器件的调节幅度，这里提供了改进的外科技术作为本发明的一部分。通常由于眼睛的长度太长(近视)或太短(远视)所引起的屈光不正是影响大约一半人口的另一非常常见的问题。由iTrokel和L’ Esperance所提出并由Frey等人所改进的对角膜的激光手术的确提供了对屈光不正的有效治疗，但是诸如更高程度的屈光不正 (尤其是远视)、薄角膜或者例如由老花所引起的随着时间而改变的屈光不正之类的因素大大限制了激光角膜手术的临床使用。
发明内容
这里提供的是本发明的实施例。因此，提供了一种用于治疗晶状体的状况的系统， 大体上包括激光器，用于提供激光束，该激光束具有足以对眼睛的晶状体组织提供治疗效果的功率；衰减器，该衰减器可定位在第一位置和第二位置之间；激光聚焦光学装置；扫描仪；控制系统；以及距离确定系统，其中，当衰减器位于第一位置时，其不将激光束的功率降低到治疗效能以下，并且当衰减器位于第二位置时，其将激光束的功率降低到治疗效能以下，但仍然具有足以用于距离确定的功率。该系统还可以包括用于将激光束递送到眼睛的晶状体的预定发射图案。当激光束经过系统到达眼睛时，用于治疗效果的激光功率可以足以超过眼睛的晶状体的LIOB(如具体实施方式
中所定义的)。激光的功率与衰减器的效果相结合，使得当衰减器位于第一位置时，经过所述系统的激光束不超过眼睛的晶状体的 LI0B。此外，提供了一种用于确定晶状体的位置的系统，大体上包括激光器、衰减器、用于感测已经经过衰减器和眼睛的至少一部分晶状体的激光束的装置、激光聚焦光学装置、 扫描仪、控制系统，并且所述控制系统包括用于至少部分地基于感测装置获得的数据来确定晶状体囊的位置的装置。所述控制系统还可以包括用于将来自激光器的激光束递送到眼睛的晶状体的发射图案。衰减器还可在第一位置和第二位置之间移动。此外，当衰减器位于第一位置时，激光束经过衰减器，并且当衰减器位于第二位置时，激光束不经过衰减器。此外，提供了一种用于将激光束递送到眼睛的晶状体的系统，大体上包括用于产生激光束的激光器、扫描仪、用于将来自激光器的激光束定向到眼睛的晶状体的光学路径、 用于确定晶状体的位置的装置以及控制系统，所述装置包括扫描激光照明源和衰减器，所述控制系统用于将激光束聚焦到所述眼睛的晶状体中的位置，并且所述位置至少部分地基于从确定装置获得的信息。还提供了一种用于将激光束递送到眼睛的晶状体的系统，大体上包括用于产生激光束的激光器、扫描仪、聚焦光学装置、用于确定晶状体的位置的装置以及控制系统，所述控制系统能够以发射图案在眼睛的晶状体中定向激光束，所述发射图案部分地基于自然的人晶状体的几何图形，并且所述控制系统能够部分地基于由确定装置提供的信息，在眼睛的晶状体中聚焦发射图案的发射。在该系统中，用于确定晶状体的位置的装置可以包括距离确定系统。此外，在该系统中，用于确定晶状体的位置的装置可以向控制器提供数据，该数据至少部分地形成用于防止激光在晶状体的后表面上聚焦的基础。还提供了一种用于将激光束递送到眼睛的晶状体的系统，大体上包括用于产生治疗激光束的激光器、扫描仪、聚焦光学装置、用于将激光束以发射图案定向到眼睛的晶状体的控制系统、和衰减器，衰减器可定位在用于将激光束的功率降低到治疗效果以下的激光束的路径中，经过衰减器之后的激光束由扫描仪扫描，并且治疗激光束由扫描仪扫描。基于在这些说明书和附图中给出的教导，本领域普通技术人员将会认识到有这些教导的各种实施例和实现方式来实践本发明。因此，发明内容中的实施例不是要以任何方式来限制这些教导。
图1和图IA是人眼的剖视图。图2是根据本发明教导的一种用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统的示意框图。图2A是根据本发明教导的形成用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统的一部分的示例性组件的示意框图。图2B是根据本发明教导的形成用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统的一部分的示例性组件的示意框图。图2C是根据本发明教导的形成用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统的一部分的示例性组件的示意框图。图2D是根据本发明教导的形成用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统的一部分的示例性组件的示意框图。图2E是根据本发明教导的形成用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统的一部分的示例性组件的示意框图。图3是晶状体的与AP轴正交的前表面的图，其图示出具有花状形状的激光束发射图案，该形状的轮廓一般大约遵循从纤维末端的纤维长度的最后15%。图4A、4B、4C、4D和4E的图表示基于胎核(三缝分支核)的结构的、用于激光发射图案的开发的几何形状在其从后视图4A旋转直至前视图4E时的正视图。图5A、5B和5C的图分别表示基于婴幼儿核(六缝分支核)的结构的、用于激光发射图案的开发的几何形状的后面、侧面和前面正视图。图6A、6B和6C的图分别表示基于青少年核(九缝分支核)的结构的、用于激光发射图案的开发的几何形状的后面、侧面和前面正视图。图7A、7B和7C的图分别表示基于成人核(12缝分支)的结构的、用于激光发射图案的开发的几何形状的后面、侧面和前面正视图。图8和图8A是成年人晶状体的透视剪切图，其表示根据本发明教导的基本上同心壳体的布置。图9是与Burd所开发的模型有关的晶状体的剖视图。图10是基于Burd所开发的模型的晶状体的剖视图。图11是基于Burd所开发的模型的晶状体的剖视图。图12是基于Burd所开发的模型的晶状体的剖视图。
7
图13是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的壳体激光发射图案的布置。图14是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的壳体激光发射图案的布置。图15是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的部分壳体激光发射图案的布置。图16是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的部分壳体激光发射图案的布置。图17是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的壳体激光发射图案的布置。图18-24是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的体积去除激光发射图案的布置。图25是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的立方体激光发射图案的布置。图沈-27是晶状体的剖视图，示出根据本发明教导的梯度折射率改变激光发射图
案的布置。图^A、28C和28E是示出在本发明的晶状体的前面部分上的激光缝切割发射图案的图。图^B、28D和^F是分别图示出图28A、28C和28E的发射图案的有关布置的图。图四是图示出在同一晶状体中执行的情况下，图^A、28C和28E的发射图案的有关布置的图。图30A-30D是晶状体的剖视图，图示出本发明的撕囊术(capsulorhexis)发射图案。图31A-31D是图示出年轻的和年老的梯度折射率行为的关系的图。图32-40是图示出激光发射图案的晶状体的剖视图。图41-42是图示出垂直激光发射图案的晶状体的剖视图。图43是激光递送测距系统的示意框图。图44是用于图43的系统的返回信号的图示。图45是图示出激光脉冲和突发串的图。
具体实施例方式一般而言，本发明提供了用于增大自然晶状体的调节幅度和/或改变自然晶状体的屈光力和/或允许去除自然晶状体的清晰或白内障晶状体材料的系统和方法。因此，如图2所一般地示出，提供了用于将激光束发射图案递送到眼睛的晶状体的系统，其包括患者支撑物201 ；激光器202 ；用于递送激光束的光学装置203 ；用于以特定图案将激光束递送到晶状体的控制系统204，该控制系统204与线205所表示的系统其他组件相关联和/或与其有接口连接；用于确定晶状体相对于激光的位置的装置206，该装置206接收眼睛的晶状体的图像211 ；以及激光患者接口 207。患者支撑物201安置患者身体208和头209，以与用于递送激光束的光学装置203
接口连接。一般而言，激光器202应当提供具有一定波长的束210，该波长经过角膜、 房水和晶状体透射。该束应当具有短脉冲宽度并具有能量和束大小以产生光分裂 (photodisruption)0因此，这里使用的术语激光发射或者发射(shot)指的是被递送到产生光分裂的位置的激光束脉冲。这里所使用的术语光分裂基本上指的是由激光使物质向气体的转换。具体而言，可以采用大约300nm至2500nm的波长。可以采用从大约1费秒至100皮秒的脉冲宽度。可以采用从大约1纳焦至1毫焦的能量。脉冲速率(也称为脉冲重复频率(PRF)和以赫兹为单位测量的每秒的脉冲)可以从大约IKHz至几GHz。一般而言，在商业激光设备中，较低的脉冲速率对应于较高的脉冲能量。取决于脉冲宽度和能量密度，可以使用各种激光器类型来引起眼睛组织的光分裂。因此，这种激光器的示例将包括=Delmar Photonics Inc.的iTrestlesIO,其是具有范围在780至840nm的波长范围、小于20费秒的脉冲宽度、大约100MHz PRF和2. 5纳焦的钛宝石(Ti 蓝宝石)振荡器；Clark CPA-2161，其是具有775nm的波长、小于150费秒的脉冲宽度、大约3KHz PRF和850微焦的经放大的Ti 蓝宝石；IMRAFCPA (光纤啁啾脉冲放大)μ Jewel D系列D-400-HR，其是具有1045nm的波长、小于1皮秒的脉冲宽度、大约5MHz PRF和100纳焦的％ 光纤振荡器/放大器；Lumera Maccato，其是具有1064nm的波长、大约10皮秒的脉冲宽度、大约IOOKHz PRF和100微焦的Nd :YV04 ；Lumera Rapid，其是ND :YV04，具有1064nm的波长、大约10皮秒的脉冲宽度并且可以包括一个或多个放大器以在25KHz至650KHz之间的PRF上实现大约2. 5至10瓦的平均功率，并且还包括可以对两个分离的50MHz脉冲列进行门控(gate)的多脉冲能力；以及IMRA FCPA (光纤啁啾脉冲放大)μ Jewel D系列D-400-NC，其是具有1045nm的波长、小于100皮秒的脉冲宽度、大约200KHz PRF和4微焦的％ 光纤振荡器/放大器。因此，这些激光器和其他类似的激光器可以用作治疗激光器。一般而言，用于将激光束递送到眼睛的自然晶状体的光学装置203应当能够在χ、 y和ζ维度上以精确和预定的图案来向自然晶状体提供一系列的发射。该光学装置还应当提供预定的束点大小以利用到达自然晶状体的激光能量来引起光分裂。因此，该光学装置可以包括但不限于x y扫描仪；2聚焦设备；和聚焦光学装置。该聚焦光学装置可以是传统的聚焦光学装置和/或平面场光学装置和/或远心光学装置，这些装置各自具有相应的计算机控制的聚焦，以使得实现x、y、z维度上的校准。例如，χ y扫描仪可以是一对具有位置检测器反馈的闭环电流计。这种χ y扫描仪的示例可以是Cambridge Technology Inc. Model 6450、SCANLAB hurrySCAN和AGRES Rhino扫描仪。这种ζ聚焦设备的示例可以是 Phsyik International Peizo 聚焦单元 Model ESee Z 聚焦控制和 SCANLAB varrioSCAN。一般而言，用于递送激光束的控制系统204可以是任何计算机、控制器和/或能够选择并控制X y Z扫描参数和激光点火的软件硬件组合。这些组件通常可以至少部分地与电路板相关联，这些电路板与χ y扫描仪、ζ聚焦设备和/或激光器有接口连接。控制系统也可以(但不是必须)进一步具有对系统的其他组件进行控制以及维护数据、获得数据和执行计算的能力。因此，控制系统可以包含程序，这些程序对激光进行指引使其通过一个或多个激光发射图案。一般而言，用于确定晶状体相对于激光的位置的装置206应当能够确定关于激光和晶状体的各部分的相对距离，该距离被患者接口 207维持为恒定。因此，该组件将提供用于确定所有三个维度上晶状体相对于扫描坐标的位置的能力。这可以通过若干方法和装置来实现。例如，晶状体的xy对中可以通过下述方式来实现利用共同瞄准线 (co-boresighed)相机系统和显示器观察晶状体，或者通过利用直接查看光学装置然后人工地将患者的眼睛定位到已知的中心。然后可以通过利用光学三角测量或激光和ccd系统的测距设备(例如Micro-Epsilon opto NCDT 1401激光传感器和/或Aculux Laser Ranger LR2-22)来确定ζ位置。三维查看和测量装置的使用也可以用于确定晶状体的x、y和ζ位置。例如，来自Vision Engineering的Hawk三轴非接触测量系统可以用于进行这些确定。可以用于确定晶状体的位置的装置的又一示例是三维测量装置。该装置可以包括可查看基准和自然晶状体的相机，并且还可以包括用于照明自然晶状体的光源。这种光源可以是结构化光源，例如被设计为基于几何形状来生成三维信息的裂隙(slit)照明。系统的另一个组件是激光患者接口 207。该接口应当在包括确定χ y ζ位置的测量步骤和以发射图案来向晶状体递送激光的递送步骤在内的过程期间，使自然晶状体和激光之间的x、y、z位置保持固定。该接口设备可以包含透光夷平器(applanator)。该接口的一个示例是抽吸环夷平器，该抽吸环夷平器被固定到眼睛的外表面，然后被定位到激光光学机壳，从而固定激光、眼睛和自然晶状体之间的距离。用于三维查看和测量装置的基准标记可以被置于该夷平器上。此外，夷平器的下表面和角膜之间的接口可以是可观察的，并且这种观察可以用作基准。激光患者接口的另一个示例是具有下环(lower ring)的设备，该设备具有使接口附到眼睛上的抽吸能力。该接口还具有扁平底部，该扁平底部压向眼睛以使眼睛的形状变平。该扁平底部由透射激光束并且优选地(尽管不是必要的)在可见光谱中透射眼睛的光学图像的材料构成。上环(upper ring)具有用于与激光光学装置的机壳相接合的结构，和/或沿着激光束的路径与激光具有已知距离并且相对于激光固定的某种结构。这种设备的其他示例在US D462442, US D46M43和US D459807S中被一般地公开， 其公开内容通过引用结合于此。作为夷平器的替换物，接口可以是角膜形透明元件，借助该角膜形透明元件，角膜直接与接口接触或者在其间包含接口流体。在图2A中部分地示出例如利用用于递送激光束的专门光学装置203和用于确定晶状体的位置的装置206的示意性组合。图2A是图2的系统配置的更详细示意图。因此， 图2A的示例提供了激光器202和用于递送激光束的激光光学装置203，该光学装置包括扩束器望远镜220、ζ聚焦机构221、合束器222、χ y扫描仪223和聚焦光学装置224。图2A 中还提供了中继光学装置230、也可以包括缩放的相机光学装置231和ccd相机232，这些组件形成三维查看和测量装置的一部分。此外，这些组件231和232与光源233和扫描仪 223 一起是用于确定晶状体的位置的装置206。图2A的这种组合在仅用单个ccd相机232的情况下利用χ y扫描仪223来创建晶状体的立体视觉图像。眼睛213的光学图像211，具体而言是眼睛213的自然晶状体103 的光学图像，被沿着路径211传递。该路径211与激光束210沿着同一路径，从自然晶状体 103至激光患者接口 207、聚焦光学装置224、χ y扫描仪223和合束器222。图2A的这种组合还包括激光患者接口 207和光源233，光源233例如可以是均勻照明、裂隙照明或者其他被设计为提高三维精度的结构化光源。该光源出于确定晶状体的三维位置的目的而部分地提供患者眼睛的自然晶状体的照明。因此，来自相机的立体视觉图像和/或信息被发送到控制器和/或计算机(图加中未示出)，以供进一步处理和用于确定晶状体的三维位置。 立体图像可以被通过命令扫描仪转到名义左边位置并在该位置处暂停来生成，然后以电子方式触发相机和控制器以捕捉并存储左边图像；然后命令扫描仪/相机/控制器类似地捕捉并存储右边图像。可以以周期性方式来重复该顺序。这些左边和右边图像可以由处理器来处理以生成晶状体的位置和形状。左边和右边图像可以利用立体视频监视器来显示。相机图像或立体图像也可以用于测量患者晶状体中的缝(suture)几何形状和方向，其可以用于确定基于缝的发射图案的参数并将基于缝的发射图案与患者的晶状体缝几何形状和方向对准。图2A所示的组合提供了可以用于确定晶状体的形状(包括其前后表面)的三维信息。该信息也可以用于使晶状体的结构(包括缝)可视化。此外，关于从图2A的组合获得的晶状体的信息还可以用于确定激光发射图案和相对于晶状体形状和/或结构的激光发射布置。图2和图2A-2E是示意框图，因此其中所图示的组件的相对位置和间隔是示例性的。因此，这些组件彼此的相对布置可以变更，并且它们的功能和组件的全部或一部分可以被组合。图2B-2E是图2的系统的一部分的更详细实施例。在这些图以及图2和图2A中使用相似的标号，因此这些标号具有相同的含义。因此，图2B-2E提供了用于递送激光束的光学装置203和用于确定晶状体的位置的装置206的其他示例和组合。图2B是具有用于确定晶状体的位置的装置206的系统的一部分的示意框图，该系统采用扫描激光照明源。因此，提供了激光照明源235、扩束器和聚焦光学装置236、照明激光路径237和相机238，相机238用于查看由激光照明源所照明的晶状体103。组件235以及扫描仪223和相机238相结合，作为用于检测晶状体位置的装置206。激光照明源235可以是任何可见或近红外激光二极管，优选地具有用于更小散斑(speckle)的短相干长度。例如，激光器可以是khafter+Kirchhoff Laser (90CM-M60-780-5-Y03-C-6)，或者可以从MockerYale获得，并且也可以带有聚焦光学装置。在操作中，χ y扫描仪223扫描从照明激光器235进入聚焦光学装置224、通过患者接口 207并到达晶状体103上的束。因此，来自照明激光器235的束遵循照明激光路径 237。扩束器聚焦光学装置236与聚焦光学装置2M相结合地提供了高F数、慢聚焦束和长景深。景深大约等于激光照明束通过晶状体103的路径长度。因此，在晶状体103的前面和后面产生小的且大小近似相等的斑点。主要在一个轴上以与相机238的曝光时间相比足够快的速率来成行地扫描照明激光束，以使得扫描照明激光束在曝光时间期间像裂隙照明源那样动作。对于相机238随后的曝光或帧，照明激光束被扫描至不同的位置，从而随着时间照明整个晶状体。这可以作为具有不同χ位置曝光的一系列y扫描线而发生，或者这些线可以被径向扫描，而每一次曝光处于不同的角度。根据对来自这样获得的所有这些图像的数据的分析，可以确定前后表面的三维位置和形状以及这些表面之间的晶状体材料的散射幅度的空间分布。该信息可以由控制系统来处理并且用于甄别(screen)患者并实现激光发射图案。图2C是具有用于检测晶状体位置的装置206的系统的一部分的示意框图，该系统采用双相机。因此，提供了左相机241和右相机对2。组件Ml、242和233是用于检测晶状体位置的装置206。图2C的系统利用双相机立体查看技术来提供患者护理能力，并获得用于确定晶状体位置和/或形状的图像和数据。根据对来自这样获得的图像的数据的分析，可以确定前后表面的三维位置和形状，以及这些表面之间的晶状体材料的散射幅度的空间分布。该信息可以由控制系统来处理并且用于甄别患者并实现激光发射图案。图2D是具有用于检测晶状体位置的装置206的系统的一部分的示意框图，该系统采用结构化照明。因此，提供了结构化光源245和具有镜头M7的相机M6，相机246用于查看结构化光源。组件245和246相结合是用于检测晶状体的位置的装置206。
图2D的系统利用结构化光源和相机来提供患者护理能力，并获得用于确定晶状体位置和/或形状的图像和数据。根据对来自这样获得的图像的数据的分析，可以确定前后表面的三维位置和形状以及这些表面之间的晶状体材料的散射幅度的空间分布。该信息可以由控制系统来处理并且用于甄别患者并实现激光发射图案。图2E是具有用于检测晶状体位置的装置206的系统的一部分的示意框图，该系统采用结构化照明和双相机。因此，提供了结构化光源对5、用于查看结构化光源的相机M6、 用于相机M6的镜头M7、左相机241和右相机M2。组件245和246相结合作为用于检测晶状体位置的装置206。组件Ml、242相结合作为用于提供患者护理的装置，其包括监视能力。该组合241、242也可以提供用于确定晶状体位置的信息和/或数据。图2E所图示的系统中的组件的组合提供用于优化晶状体的位置的确定精度的能力，同时还提供分离地和/或独立地优化患者护理的能力。患者护理包括但不限于眼睛及其周围区域的可视化、诸如附接抽吸环、涂滴眼液(ophthalmic drop)、利用仪器和针对手术来定位患者之类的过程。在一个实施例中，结构化光源245可以是具有聚焦和结构化光投射光学装置的裂隙照明，例如S chafter+Kirchhoff Laser Macro Line Generator Model 13LTM+90CM(型号为 13LTM-250S-41+90CM-M60-780-5-Y03-C-6)或者 MockerYale Model SNF-501L-660-20-5。在该实施例中，结构化照明源245还包括扫描装置。结构化光源245的另一实施例可以是投射在晶状体上的固定栅格图案。根据对来自这样获得的图像的数据的分析，可以确定前后表面的三维位置和形状以及这些表面之间的晶状体材料的散射幅度的空间分布。该信息可以由控制系统来处理并且用于甄别患者并实现激光发射图案。当使用扫描裂隙照明时，操作包括在晶状体的一侧上定位裂隙、拍摄图像然后将裂隙移动大约一个裂隙宽度、然后拍摄另一图像以及然后重复该顺序直到整个晶状体被观察。例如，100 μ m的裂隙宽度可以在90张图像中扫描名义上9mm的扩张瞳孔直径，这利用 30Hz帧率相机会耗费大约3秒。为了在单张图像中不重叠地获得前后表面的图像，裂隙应当与AP轴有夹角，S卩，裂隙不应与该轴平行。名义裂隙角度可以与AP轴大约成15至30度。 可以使用在相机灵敏度内的任何可见或近顶波长源。优选地用低相干长度源以降低散斑噪声。图2E所示出的结构化光照明子系统的另一实施例是以公知的所谓的 Scheimpflug配置来布置结构化光照明源对5、结构化光相机246和用于结构化光相机的镜头M7。简言之，Scheimpflug条件表明，在给定对象、镜头和图像的情况下，如果对象平面、镜头平面和图像平面在同一条线上相交，则对象平面被锐利地成像在图像平面中。结构化光源M5以一个角度或多个角度将一条线或多条线投射到眼睛晶状体103上。在眼睛晶状体103处散射的光形成将由镜头247成像并将被聚焦到相机系统246的对象。由于眼睛晶状体103中受到裂隙照明的图像可以相对于相机镜头247和相机246成大角度，因此这呈现了相机的大景深并且整个裂隙图像在相机处可以不是锐聚焦。通过使相机镜头和相机以一个角度或多个角度倾斜以满足kheimpflug条件，沿着被照明平面的图像可以是锐聚焦。或者，相机和/或镜头可以被倾斜以使得受到裂隙照明的图像平面和相机焦平面之间的角度被减小，从而改善焦深锐度，但是可能不满足kheimpfIug条件。这些配置还可以通过减小光学路径的孔径来改善锐度，从而增大系统的F#。这些角度将取决于裂隙束与眼睛所成的角度。这将增大对象处的景深、来自裂隙照明器的散射光，并且允许其通过镜头而成像到相机的图像平面上并对于对象的整个深度而言保持准焦。还提供了对诸如裂隙照明之类的结构化光照明和接收系统的使用，该系统除了三维地测量前后晶状体表面的位置和形状之外，还可以用作用于确定候选患者对激光晶状体手术的适合性的甄别工具。因此，来自结构化光系统的光被朝着主体镜头(subject lens) 定向。然后评估所接收的分布在整个晶状体中的散射光的幅度以检测超过阈值的散射区域，所述阈值是可能会妨碍激光手术的散射水平。因此，可以检测或评估可能妨碍或降低过程功效的晶状体散射畸形。晶状体的这种散射畸形可以包括但不限于白内障、前期白内障和非白内障组织。这种散射畸形可能位于整个晶状体中，或者可能限于晶状体的特定区域。 例如，图2A-2E的系统可以与控制器和/或处理器协同，用作这种结构化光照明和接收系统。结构化光照明和接收系统可以包含在外科激光系统中，或者其可以是用于评估候选患者对激光晶状体手术的适合性的分离单元。这种结构化光照明和接收系统的商业上可得的示例是 Ziemer Ophthalmic Systems 的 GALILEI Dual Scheimpflug Analyzer 禾P the Oculus,Inc.的PENTACAM。相信这些系统无法用于确定晶状体相对于治疗激光的位置。然而，来自这些系统的晶状体形状数据可以被获得，然后与诸如图2A-2E的系统之类的系统所提供的位置数据结合使用。适合性的意思是激光晶状体手术对于特定患者的晶状体可能是合适的 (indicated)或不合适的(contra-indicated)。另外，还意味着取决于畸形的位置、发射图案、发射图案的布置和发射图案的预期效果，某些发射图案和/或发射图案的组合和布置可能是合适的或不合适的。可能显著地妨碍激光发射图案的期望效果的畸形会使激光发射图案是不合适的。因此，例如，对于具有后面散射畸形的患者，对该特定晶状体的前面的激光手术可以是合适地，例如图20所示的图案，而对后面的激光手术可以是不合适的，例如图21所示的图案。为了确保晶状体的激光治疗不冲击(impinge)前囊或后囊，也不在囊的某一距离内造成冲击，以确保活细胞不受任何光分裂发射的扰动，需要束递送引导系统。眼睛手术状况的限制在于晶状体具有未知的梯度折射率，已经显示该梯度折射率在很大程度上取决于年龄。为了精确地体外测量后表面，必须透过前表面和具有梯度折射率的块纤维材料来进行观察以看到后表面。以前的技术具有检查分离测量仪器来测量晶状体形状，这些仪器都受累于这种未知的梯度折射率现象。因此，本说明书提供了一种新的方法来测量晶状体的前面和后面的形状。该方法还提供了激光治疗，这种激光治疗将分离测量设备的系统误差最小化并且还将由于晶状体的未知梯度折射率引起的误差最小化。图43中示出一种示例性系统，该系统例如利用用于递送激光束的特定光学装置和用于确定晶状体(具体而言，晶状体的前囊和后囊)的位置的装置。因此，图43的示例提供了激光器4302和激光光学装置4303，该光学装置包括扩束器望远镜4320、偏振分束器 4322,ζ聚焦模块或机构4321、偏振器1/4波片4323、x y扫描仪43M和成像或聚焦光学装置4325。因此，如图43所示，激光束路径4310部分地从扩束器望远镜4320传至偏振分束器4322、至ζ聚焦模块或机构4321、至偏振器1/4波片4323、至χ y扫描仪43M然后至成像或聚焦光学装置4325。还提供了距离检测器组件4306，其包括光学检测器4330、模拟电子装置4331和数字电子和控制装置4332，光学检测器4330接收沿着路径4311的返回激光束并产生模拟输入信号4312，模拟电子装置4331接收模拟输入信号4312并产生模拟输出信号4313，数字电子和控制装置4332接收模拟输出信号4313并产生控制信号4314，该控制信号被ζ聚焦模块或机构4321接收。还提供了用于距离检测器的激光束路径4311。还提供了衰减器4340，其可以在激光被衰减的位置4340a和激光未被衰减的位置4340b之间移动。提供了激光患者接口 4307。图43是示意框图，因此其中所图示的组件的相对位置和间隔是示例性的。因此， 这些组件彼此的相对布置可以变更，并且它们的功能和组件的全部或一部分可以被组合。该方法利用将被用作透射者/照明者的治疗激光的衰减版本。提供了被同时双向偏振(polarization duplexed)到单个收发器路径4311/4310中的光学接收器4322，其与治疗激光利用到眼睛的同一光学路径。在这种方式下，收发器路径穿过提供用于光分裂的小斑点尺寸的Z聚焦机构4321和成像光学装置4325，但是由于衰减器而不会进行光分裂。 收发器束因此在整个晶状体体积中是可扫描的。在衰减器处于位置4340a的情况下，AC周期抖动(dither)被随着时间而施加到 Z幅度上。因而保持χ和y坐标不变而使焦点移动，从晶状体的前表面之上，通过晶状体到达后表面，然后稍微超出。在这种方式下，对于任何χ y坐标，所返回的激光束的幅度将具有显著的改变，该改变将被光学检测器4330检测到。因此，将提供模拟输入信号4312、模拟输出信号4313和控制信号4314。这种改变将与晶状体外表面对应。在图44中提供了这种改变的示例，其中4401表示在焦点位于晶状体的前表面之上时的返回信号，4402表示在焦点移动通过前晶状体囊时的信号，4403表示在焦点位于晶状体中时的信号，4404表示在焦点移动通过后晶状体囊时的信号，且4405表示在焦点超出晶状体(在晶状体后面)时的信号。此外，如以下段落中更详细的描述，可以利用伺服对晶状体的任何χ y坐标以预定偏置来锁定ζ方向焦点，以防止治疗激光使晶状体囊处或其附近的材料分裂。抖动可以是Z聚焦组装件的Z幅度随时间抖动的斜坡的、锯齿的、或简单符号 (simple sign)的波(幅度大约是几十至几百μ m)，然后在Z方向上将Z聚焦模块从角膜之上向下偏置到前囊(通常是几mm)，直到收发器4330从前囊收到越来越强的周期信号返回4402。与均勻房水相比，房水和晶状体囊之间的折射率改变以及来自囊或纤维组织的有限散射提供了由光学接收器感测的光学返回信号。随着抖动且聚焦的收发器被向下Z偏置并接近囊的边缘，接收器中所检测到的周期信号会增大。当Z焦点被推入到纤维质中时，抖动信号将达到最大值，然后开始减小。Z聚焦偏置和信号“S-Curve”的前沿用于形成鉴别器功能，其可以提供取决于方向的误差信号来驱动Z聚焦偏置，以通过闭环伺服技术来使囊边缘处的抖动信号返回最大化。一旦Z偏置环(主要是距离伺服)闭合，则收发器焦点将会在Z偏置中跟踪前囊上的任何位置。在Z偏置环闭合且跟踪之后，χ和y扫描现在可以完成，并且针对每一个X，y位置所跟踪的Z偏置位置的记录实质上将会创建前表面的三维图。足够地慢以不破坏Z偏置跟踪器上的锁定的XY扫描图案可以以螺旋或其他图案从前极向外至大约刚好小于瞳孔直径处进行扫描，以在瞳孔限制的晶状体直径上创建相当均勻的采样的三维图。一旦这种前面数据被捕捉，XY可以返回到0，0，然后打开环并命令Z偏置朝着后极进一步向下，并且在后囊和玻璃体之间的界面处将再次发生信号增大，尽管可能发生符号改变。同样，Z偏置环现在可以锁定到后囊并跟踪后囊，并且类似的xy扫描可以用于绘制后面晶状体形状。该技术的显著优点在于，因为并不真正记录晶状体表面的绝对XYZ形状，而是在后囊所在的每个XY处、在任何和任意未知梯度存在时、在治疗束的同一波长处所必须的Z 命令，所以晶状体的未知梯度折射率不会给该测量带来误差。这意味着晶状体的形状是在没有系统误差的情况下以与治疗激光完全相同的坐标来限定的，这是因为其是相同的，但是衰减后的激光被用作透射者，其具有相同的Z聚焦组装件和相同的成像光学装置。图4A-4E图示出在晶状体的胎核415中所发现的结构的环境中的三分支形即Y形缝几何形状。因此，这些图提供了如层130所示结构(其包括图IA的层122)的更详细视图。在图4A-4E中，晶状体的内部层的视图被从晶状体的后侧图4A逐步旋转到前侧图4E。 因此，晶状体的该层具有三条后缝线401、402和403。该层还具有三条前缝线412、413和 414。前缝线比后缝线长，并且当沿着前后(AP)轴411来查看时，这些线是交错的。晶状体纤维形成核的层，并由线404示出，应当理解，这些仅是示例性线，在晶状体的实际自然层中将会存在更多倍的纤维。为了帮助图示核的该层的结构和几何形状，代表性的纤维405、 406、407、408、409和410已被夸大并在图4A-4E中被各个画上阴影。因此，当晶状体核的视图从这些代表性纤维的后面旋转到前面时，它们彼此的关系和它们与缝线的关系被图示。前侧的缝线的长度大约是它们所在的层或壳体的赤道半径的75%。后侧的缝线的长度大约是相应前缝线的长度的85%，即该壳体的赤道半径的64%。这里所使用的术语“基本上遵循”可以描述晶状体的外表面和胎核415形状的关系。胎核是双凸形状的。晶状体的前侧和后侧具有不同的曲率，前侧更平。这些曲率大体上遵循晶状体的皮层和外部层和一般形状的曲率。因此，晶状体可以被视为成层结构，其由端对端地布置以基本上形成同心或嵌套壳体的长月牙纤维细胞构成。如下面的段落中通过以下示例所更详细说明的，本发明利用晶状体层、纤维和缝线的这种和进一步提出的几何形状、结构和定位来提供激光发射图案，以增大晶状体的调节幅度。尽管不受该理论约束，但是目前相信，与晶状体和晶状体纤维的材料属性相比，是晶状体和晶状体纤维的结构、定位和几何形状引起了调节幅度的丢失。因此，这些图案被设计来改变和影响该结构、定位和/或几何形状以增大调节幅度。图5A-5C图示出在晶状体的核515的婴幼儿层中所发现的结构的环境中的六分支或星形缝几何形状。因此，这些图提供了如图IA的层IM所示结构的更详细视图。在图 5A-5C中，晶状体的层的视图被从后侧图5A旋转到侧视5B并旋转到前侧图5C。因此， 核的该层具有六条后缝线501、502、503、504、505和506。核的该层还具有六条前缝线509、 510、511、512、513和514。前缝线比后缝线长，并且当沿着AP轴508来查看时，这些线是交错的。晶状体纤维形成核的层，并由线507示出，应当理解，这些仅是示例性线，在晶状体的实际自然层中将会存在更多倍的纤维。晶状体的外表面形状基本上遵循婴幼儿核515，其是双凸形状的。因此，晶状体的该层的前侧和后侧具有不同的曲率，前侧更平。这些曲率一般遵循晶状体的皮层和外部层和一般形状的曲率。这些曲率一般也遵循胎核415的曲率。因此，晶状体可以被视为成层结构，其由端对端地布置以基本上形成同心或嵌套壳体的长月牙纤维细胞构成，婴幼儿核515 将胎核415嵌套在其中。随着经过青少年期的继续发展，另外的纤维层生长，其包含的缝在 6条和9条缝之间。
15
图6A-6C图示出在晶状体的核611的青少年层中所发现的结构的环境中的九分支或星形缝几何形状。因此，这些图提供了如图IA的层1 所示结构的更详细视图。在图 6A-6C中，晶状体的层的视图被从后侧图6A旋转到侧视6B并旋转到前侧图6C。因此， 核的该层具有九条后缝线601、602、603、604、605、606、607、608和609。核的该层还具有九条前缝线612、613、614、615、616、617、618、619和620。前缝线比后缝线长，并且当沿着AP 轴610来查看时，这些线是交错的。晶状体纤维形成核的层，并由线621示出；应当理解，这些仅是示例性线，在晶状体的实际自然层中将会存在更多倍的纤维。角膜的外表面遵循青少年核611，其是双凸形状的。因此，该层的前侧和后侧具有不同的曲率，前侧更平。这些曲率一般遵循晶状体的皮层和外部层和一般形状的曲率。这些曲率一般也遵循被嵌套在青少年核611中的胎核415和婴幼儿核515的曲率。因此，晶状体可以被视为成层结构，其由端对端地布置以基本上形成同心或嵌套壳体的长月牙纤维细胞构成。随着经过成人期的继续发展，另外的纤维层生长，其包含的缝在9条和12条缝之间。图7A-7C图示出在晶状体的核713的成人层中所发现的结构的环境中的十二分支或星形缝几何形状。因此，这些图提供了图IA中所示的成人层128的更详细视图。在图 7A-7C中，晶状体的层的视图被从后侧图7A旋转到侧视7B并旋转到前侧图7C。因此， 核的成人层具有十二条后缝线 701、702、703、704、705、706、707、708、709、710、711 和 712。 核的该层还具有十二条前缝线714-725。前缝线比后缝线长，并且当沿着AP轴7 来查看时，这些线是交错的。晶状体纤维形成核的层，并由线7 示出；应当理解，这些仅是示例性线，在晶状体的实际自然层中将会存在更多倍的纤维。成人核713是双凸形状的，其遵循晶状体的外表面。因此，该层的前侧和后侧具有不同的曲率，前侧更平。这些曲率一般遵循晶状体的皮层和外部层和形状的曲率。这些曲率一般也遵循基本上与成人核713同心并且被嵌套在成人核713中青少年核611、婴幼儿核 515和胎核415的曲率。因此，晶状体可以被视为成层结构，其由端对端地布置以基本上形成同心或嵌套壳体的长月牙纤维细胞构成。在一些40岁之后的个人中也可能存在具有15条缝的随后成人层。该随后成人层在总体结构上与稍后的成人层713类似，并且具有这样的认识该随后成人层将具有包含更多缝的几何形状，并且将包含稍后的成人层713 ；这样，随后成人层将是核的最外层，并且因此是离核的中心更远的层并且是年龄上最年轻的层。一般而言，本发明提供激光束以图案方式的递送，所述图案利用或者至少部分地基于晶状体缝的几何形状和/或晶状体曲率和/或核内的各层；和/或核内的各层的曲率； 和/或核内的各层的缝的几何形状。作为本发明的一部分，提供了将前切除(ablation)的曲率与前囊的特定曲率相匹配的概念，尽管对后切除具有不同的曲率，但是其又匹配晶状体的后面曲率。前面和后面曲率可以基于Kuszak老年晶状体模型、Burd的数字建模、Burd 等人的Vision Research (视觉研究)42 (2002) 2235-2251，或者基于特定晶状体测量，例如可以从用于确定晶状体相对于激光的位置的装置获得的那些测量。因此，一般而言，这些激光递送图案全部和/或部分地基于与晶状体的形状、晶状体的层的形状、缝图案、缝的位置和/或缝的几何形状有关的实际观察数据和数学建模。此外，如更详细地给出的，不一定要使晶状体的自然缝线或晶状体的层的自然布置被激光发射图案精确地复制在晶状体中。实际上，这些自然结构被激光发射图案的精确复制尽管也在本发明的范围内，但不是必需的，并且优选为不需要，以实现调节幅度的增大。相反，本发明部分地试图仿效自然晶状体几何形状、结构和定位和/或其一些部分，并且通过使用这里所描述的激光发射图案来建立、修改并重新定位这种自然发生的参数。因此，可以采用在晶状体中切割了一系列基本上同心的(S卩，嵌套的)壳体的激光束递送图案。优选地，壳体可以基本上遵循晶状体的前面和后面曲率。因此，在晶状体中创建了一系列的切割，其类似于图4、5、6和7的核层。这些切割可以遵循这些层的同一几何形状(即，形状和离中心的距离)，或者可以仅遵循该几何形状的一部分。在图8中图示出这些壳体的一个示例，其提供了晶状体103、第一壳体切割801、第一壳体802、第二壳体切割803、第二壳体804和第三壳体切割805。还提供了成人核1 和皮层113。因此，术语壳体指的是晶状体材料，并且术语壳体切割指的是激光束递送图案和随后根据该图案在晶状体中对激光束发射的布置。可以利用更多或更少的壳体切割和壳体。此外，切割可以使得它们实际上创建了完整的壳体，即该壳体和壳体切割完全包含晶状体材料的体积。切割也可以使得小于完整的壳体被形成。因此，可以采用通过利用部分壳体切割对部分壳体的创建。这种部分切割例如仅是壳体的一部分，例如前四分之一、前半个、后四分之一、堆叠的环圈、交错的环圈和/或其组合。这种部分壳体和部分切割可以是三维形式的任何部分，包括椭圆体、球状体和其组合(这些术语在其最广的意义下被使用)，所述三维形式一般遵循晶状体、囊、皮层、核和/或包括核的层在内的晶状体的层的轮廓。此外，完整和部分的壳体和壳体切割的使用可以用在单个晶状体中。因此，后一点比如，第一切割801和第二切割803 是环形切割，而第三切割是完全切割。部分壳体的另一种使用是使壳体的形状遵循缝线的几何形状和/或布置。因此， 通过使用部分派(partial pie)形状的壳体切割，创建了部分派形状的壳体。这些切割可以被置于晶状体的各层的缝线之间。这些部分壳体可以遵循晶状体的轮廓，即具有弯曲形状， 或者它们可以是更加扁平的并且具有更加平坦的形状或者是扁平的。这些派形壳体的另一种使用是以类似缝的方式来创建这些切割，但是不遵循晶状体中的自然缝布置。因此，在晶状体中作出了切割的缝状图案。其遵循自然晶状体缝线的一般几何形状，但是不是它们在晶状体中的精确位置。除了派形切割之外，可以采用其他形状的切割，例如一系列椭圆、矩形平面或方形。部分壳体和/或平面部分壳体的另一种使用是通过利用重叠的交错部分壳体切割来创建一系列重叠的交错部分切割。在这种方式下，晶状体材料的基本上完整且不间断的层被分裂，创建了晶状体的平面状剖面，这些剖面可以使一个在另一个之上滑动从而增大调节幅度。这些部分壳体可以直接位于彼此之上(当沿着AP轴查看时)，或者它们可以被轻微地交错、完全交错或者其任何组合。除了壳体和部分壳体的使用之外，线也可以被切割到晶状体中。这些线可以遵循各条自然缝线的几何形状和/或几何形状和位置。因此，提供了一种激光发射图案，该激光发射图案将发射置于图4、5、6和7所示的晶状体的一个或多个自然层的一个或多个自然缝线的几何形状以及置于15缝线层中，或者其可以遵循晶状体的层的连续体中的任何其他图案。这些发射图案可以遵循自然缝线的一般几何形状，即一系列的星形，每个星中的腿的数目随着它们的布置从晶状体的中心离开而增大。这些星形发射图案可以遵循晶状体的层的自然缝图案的精确几何形状；或者其可以在自然晶状体中所在的或通过自然晶状体的建模所确定的相同距离处，遵循缝的精确几何形状和布置。在星图案的所有这些利用中，一个或多个星可以被切割。星的腿的线的长度可以更长、更短或者与自然缝线一样长。此外，如果该长度短于缝线的自然长度，则其可以被朝向星形的中心(即，线彼此接合的点)或者朝向缝线的末端(即，缝线上离接合点最远的点)放置。此外，如果切割朝向缝线的末端，则其可以延伸超过缝线或者可以与其共终点。此外，可以使用部分星形切割，例如具有“V”形状或者垂直或者水平或者其间具有角度的切割。上面所讨论的这些线性切割在这里一般指的是激光创建的缝线。此外，激光创建的缝线可以被分组在一起，从而实际上形成壳体或部分壳体。目前在理论上，对在缝线末端附近的切割的使用将对增大调节幅度具有最大影响，这是因为认为接近晶状体的前极和后极(AP轴与晶状体交叉的点)的纤维末端比接近赤道的纤维部分更自由地移动，在所述赤道处存在更多数目的使纤维面绑定的缝隙接合。 目前，假定纤维长度的大约最后15%是具有高调节幅度的年轻晶状体中最自由的。而且在理论上，由于纤维层的上述生长所引起的表面粗糙度的增长和紧缩的组合，纤维层趋于变得随着年龄而受到绑定。因此，如图3所图示，发射图案301被提供给晶状体的层302的前面部分。该发射图案301具有轮廓303，轮廓303遵循由线304所表示的纤维的纤维长度的大约最后15%的轮廓。因此，该壳体切割类似于花的形状。另外，花形壳体中的花瓣数目应当对应于该生长层处的缝线305的数目。因此在理论上，该部分壳体切割和/或多个切割将具有使层解除绑定并且将晶状体返回到更加年轻的更大调节幅度的效果。类似地，利用部分壳体，出于相同原因可以采用该一般区域(即，在缝线的末端处或附近的一般区域)中的环形部分壳体或平面部分壳体。该理论是出于提供进一步的教导并提升技术的目的而被提出的。然而，实施本发明不需要该理论；并且这里的发明和权利要求不由该理论约束或者限制，或者局限到该理论。对包括星形图案在内的激光创建的缝线的使用可以结合壳体、部分壳体和平面部分壳体来使用。在特定的激光发射图案或者一系列的发射图案的情况下，采用这些形状中的每一个的要素。这些图案可以基于图4-7所示的几何形状以及这里所讨论的15缝线几何图形；它们可以整个或部分地精确遵循该几何形状；并且/或者它们可以整个或部分地遵循该几何形状并遵循晶状体中该几何形状的位置。尽管在自然晶状体中已知最多15条缝线，但是也可以采用多于15条由激光创建的缝线。此外，这里所称的晶状体具有多个层， 且连续缝线的范围从3到15，因此，本发明不限于图4-7的缝专利，而是覆盖从3到15的任何数目(包括其分数)的缝线。进一步提供了用于去除晶状体材料的发射图案的递送。提供了一种发射图案，该发射图案将晶状体切割成小立方体，这些立方体然后可被从晶状体囊中去除。立方体的边长的大小范围在大约100 μ m至大约4mm的长度，大约500 μ m至2mm是优选大小。另外，本发明不限于形成立方体，可以采用类似的普通大小的其他体积形状(volumetric shape) 0 在另一个实施例中，激光还用于在晶状体囊的晶状体前表面中创建小开口(撕囊术)以去除所分割的立方体。因此，该过程可以用于治疗白内障。该过程也可以用于去除具有浑浊化(其还未发展到白内障的程度)的晶状体。该过程还可以用于去除清晰但丢失了调节能力的自然晶状体。在所有上述情形中，应当理解，在去除晶状体材料之后，晶状体囊随后将容纳合适的替换物，例如I0L、调节IOL或者合成晶状体再填充材料。此外，撕囊术的大小和形状是可变的且被精确地控制，并且优选地对于晶状体再填充应用是2mm或更小的直径， 且对于IOL是大约5mm。用于提供撕囊术的过程的另一实现方式是仅提供部分环形的切割并因此使囊的一部分附接到晶状体，以创建铰接襟翼状结构。因此，该过程可以用于治疗白内障。还提供的是，晶状体的体积去除(volumetric removal)可以被执行以矫正眼睛的屈光不正，例如近视、远视和散光。因此，激光发射图案使得晶状体材料的选定体积和/或形状被通过光分裂而从晶状体去除。这种去除具有改变晶状体形状并因此降低和/或矫正屈光不正的效果。可以结合为了增大调节幅度而提供的各种发射图案来执行晶状体组织的体积去除。在这种方式下，可以通过同一发射图案和/或一系列发射图案来解决老花和屈光不正这两者。晶状体组织的体积去除的进一步应用在于改进患者的矫正误差，这些患者已经进行了之前的角膜激光视力矫正(例如LASIK)和/或其角膜太薄或太脆弱以致于无法进行激光角膜手术。在这里所提供的所有激光发生图案中，优选的是，激光发射图案大体遵循晶状体的形状，并且图案中各个发射相对于相邻发射的布置彼此足够近，以使得当图案完整时，晶状体材料的足够的连续层和/或线和/或体积已被去除；产生影响调节幅度和/或屈光不正的结构改变和/或晶状体材料从囊中的去除。这里想到了更小或更大距离的发射间隔， 并且其包括获得希望的结果所需要的重叠。发射间隔考虑包括气泡消散、体积去除效率、排序效率、扫描仪性能和解理效率(cleaving efficiency)等。例如，作为示例，对于具有足以引起光分裂的能量的5 μ m大小的斑点而言，20 μ m或更大的间隔产生个体气泡，这些个体气泡与利用具有相同能量的近发射间隔(其产生气泡聚结)相比，不被聚结并且消散得更快。随着发射间隔更靠近在一起，体积效率增大。随着发射间隔更靠近在一起，气泡聚结也增加。此外，形成这样的点，在该点处，发射间隔变得如此接近以致于体积效率急剧下降。 例如，作为示例，对于450费秒脉冲宽度和2微焦能量以及大约5 μ m斑点大小和10 μ m分离，导致透明眼睛组织的解理。这里所使用的术语解理(cleaving)的意思是基本上将组织分离。此外，前述那些发射间隔考虑在或大或小的程度上是相互关联的，并且本领域技术人员将知道如何基于本公开的教导来评估这些条件以实现这里的目的。最后，考虑到图案中的各个发射相对于相邻发射的布置一般可以使得它们尽可能接近，这通常由大小和光分裂物理的时间框架来限制，光分裂物理包括前一发射的气泡膨胀等。这里所使用的光分裂物理的时间框架指的是围绕光分裂所发生的效应，例如等离子体形成和膨胀、冲击波传播以及气泡膨胀和收缩。因此，对顺序脉冲进行定时使之比这些效应的一些、其要素或其全部更快地定时，可以增大体积去除和/或解理效率。因此，我们提议使用从50MHz到5GHz的脉冲重复频率，这可以通过具有以下参数的激光器来实现腔长度从3米到3cm的模式锁定激光器。这种高PRF激光器可以更容易地产生覆盖一个位置的多个脉冲，从而允许每个脉冲的较低能量可以实现光分裂。这里所使用的术语第一、第二、第三等是相对术语，必须在使用它们的环境中来查看。它们不涉及定时，除非具体这样提及。因此，第一切割可以在第二切割之后进行。一般而言，优选地一般从激光图案的后面点向前面点来点火激光发射，以将从以前激光发射所产生的气泡的影响避免和/或最小化。然而，由于这里提供了各种激光发射图案，所以不要求遵循严格的后面到前面的发射顺序。此外，在白内障的情况下，由于激光基本无法刺穿白内障，因此可以有利地从前面到后面来发射。无需进一步详细描述，相信本领域技术人员利用前文的描述可以在最完整的限度地利用本发明。因此，下面的具体实施例被提供作为本发明的示例，并且应当被解释为仅作为说明，无论如何也不是以任何方式来限制这里的发明或公开的范围。以下示例基于所测量的晶状体数据和通过利用Burd建模而获得的晶状体数据， i^HMi Burd ^AW Numerical modeling of the accommodating lens (
数字建模)，Vision Research (视觉研究)42 (2002) 2235-2251中给出。Burd模型提供了用于前面和/或后面形状的以下算法Z = aR5+bR4+cR3+dR2+f用于该算法的系数在表II中给出。表II
20
权利要求
1.一种用于确定晶状体的位置的系统，包括 激光器；衰减器；用于对已经经过所述衰减器和眼睛的至少一部分晶状体的激光束进行感测的装置； 激光聚焦光学装置； 扫描仪； 控制系统，其中，所述控制系统包括用于至少部分地基于由所述感测装置获得的数据来确定晶状体囊的位置的装置。
2.一种用于将激光束递送到眼睛的晶状体的系统，包括 激光器，用于产生激光束；扫描仪；光学路径，用于将来自所述激光器的激光束定向到所述眼睛的晶状体；用于确定所述晶状体的位置的装置，所述装置包括扫描激光照明源和衰减器；以及控制系统，用于i.将激光束聚焦到所述眼睛的晶状体中的位置；并且 .所述位置至少部分地基于从所述确定装置获得的信息。
3.一种用于在眼睛的晶状体中创建壳体切割的系统，包括 激光器，用于产生激光束；扫描仪； 聚焦光学装置；控制系统，用于以发射图案将所述激光束定向到所述眼睛的晶状体，所述发射图案包括形成壳体切割的一系列发射，所述壳体切割整个地位于所述晶状体中并且基本上遵循所述晶状体的形状。
4.一种用于确定眼睛组件的三维位置和形状的系统，包括 扫描仪；相机； 处理器； 照明源； 眼睛接口设备；其中，所述扫描仪与所述眼睛接口设备光学地相连，以使得当所述眼睛被所述照明源照明时，光会从所述眼睛通过所述眼睛接口设备行进到所述扫描仪；所述扫描仪与所述相机光学地相连，以使得所述扫描仪具有向所述相机提供所述眼睛的立体图像对的能力；所述相机与所述处理器相连，其中，所述相机能够向所述处理器提供所述眼睛的数字图像；并且所述处理器具有部分地基于从所述相机提供的数字图像来确定所述眼睛的组件的形状和位置的能力。
全文摘要
本申请涉及用于将激光束递送到眼睛的晶状体的系统和装置，提供了用于增大自然晶状体的调节幅度和/或改变屈光力和/或允许去除自然晶状体的清晰或白内障晶状体材料的系统和装置。大体上，该系统包括激光器、用于递送激光束的光学装置和用于以特定图案将激光束递送到晶状体的控制系统。还提供了距离确定系统，用于确定晶状体的形状和相对于激光的位置。还提供了用于以预定发射图案在眼睛的晶状体中递送激光束的方法和系统。
文档编号A61F9/008GK102335061SQ201110205299
公开日2012年2月1日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年1月20日
发明者乔格·A·德卡斯特罗, 乔治·R·丹纳斯, 加里·P·格雷, 尼尔·赞普金, 杰罗米·R·库兹扎克, 理查德·泰·奥姆斯泰德, 鲁多非·W·弗里 申请人:雷萨公司