构图血浆介导激光钻孔晶状体囊和三维超声乳化分割的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种构图血浆介导激光钻孔晶状体囊和三维超声乳化分割的方法和装置。在眼组织中在不同深度进行切口的系统和方法。此系统和方法可以一种图案将光线会聚在处于眼组织中不同深度的各种焦点。分割的晶状体可用于同时产生多个焦点。可通过顺序或者同时地将光聚焦在不同深度、产生扩大的血浆柱以及产生长腰束而获得最佳切口。
【专利说明】构图血浆介导激光钻孔晶状体囊和三维超声乳化分割的方法和装置
[0001]本申请为发明名称为“构图血浆介导激光钻孔晶状体囊和三维超声乳化分割的方法和装置”、申请号为200680001991.9、申请日为2006年I月10日的专利申请的分案申请。
[0002]本申请要求享有2005年I月10日申请的美国临时申请60/643，056的权益。
【技术领域】
[0003]本发明涉及眼外科手术和系统。
[0004]发明背景
白内障摘除术是世界范围内最常用的外科手术之一，估计每年在美国有2.5百万病例，在全世界有9.1百万病例。预计截止2006年全球会增长至大约13.3百万病例。此市场由各个部分组成，包括供移植的人工晶状体，便于手术动作的粘弹性聚合体，包括超声乳化探头、管道、各种刀和钳的一次性仪器。在前晶状体囊中进行开口(称为前晶状体囊切开术或者最近的晶状体囊切开术)之 后，现代的白内障摘除术典型地通过称为超声乳化的技术进行，在这种技术中，具有用于冷却的相关水流的超声探头用于雕刻(sculpt)晶状体较硬的核。在这些步骤以及通过抽吸方法在没有分割的情况下去除剩余的较软晶状体皮质之后，合成的可折叠人工晶状体(10L)通过小切口插入眼中。此技术在多数情况下具有超过95%极高的解剖和视力成功率，并且可使视力迅速恢复。
[0005]手术中最早而且最重要的步骤之一是执行晶状体囊切开术。此步骤源自较早的称为开罐式解囊的技术，其中尖针用于以圆形方式穿孔前晶状体囊，接下来去除直径通常为5-8mm的圆形晶状体囊部分。这有助于通过超声乳化进行下一步的核雕刻。由于各种与初始开罐技术相关的复杂性，本领域的一流专家试图开发一种在乳化步骤之前去除前晶状体囊的更好技术。Neuhann和Gimbel在这一点上领先，并且于1991年在出版物中突出了这些(GimbeI，Neuhann, Development Advantages and Methods of the ContinuousCurvi I inear Capsulorhexi s.Journal of Cataract and Refractive Surgery1991; 17:110-111，包含在此作为参考)。晶状体囊切开术的概念在于提供一种平滑连续的圆形开口，通过这些开口不仅可以安全而简单地进行核超声乳化而且可容易插入人工晶状体。这样提供了用于插入的清晰中心通道，以及通过患者将图像传送至视网膜的永久开口，还提供了限制脱位(di s1cation )可能的位于剩余囊内的IOL支承。
[0006]采用较老的开罐式截囊术乃至使用连续晶状体囊切开术，会产生如下问题:医师由于缺少红色反射而不能充分显示囊，不能安全地抓住囊，不能没有径向开口和扩展地撕开合适尺寸的平滑圆孔；或者产生下面的技术问题:初始切开之后维持前腔深度，小尺寸瞳孔，或者由于晶状体不透明而缺少红反射。通过采用染料例如亚甲蓝或者靛青绿可尽量减少一些显示问题。另外的复杂性存在于具有弱悬韧带的患者(通常为老年患者)以及具有非常软和弹性的囊而且很难机械撕裂的非常年幼的患者。
[0007]最后，在术中外科步骤中以及在前连续环形晶状体囊切开术步骤之后，其直径通常处于5 - 7mm的范围，以及在IOL插入之前，进行水分离、水分层以及超声乳化步骤。这些是为了从眼中去除而识别和软化核。这些步骤最长，并且由于采用超声脉冲，其会引起无意撕裂后晶状体囊、晶状体碎片后脱位、以及之前对角膜内皮和/或虹膜以及其它精密的人工结构可能的损坏，所以认为这些步骤最危险。经历最浑浊并因此经历最大视力损害的晶状体中心核在结构上最硬并且需要特殊技术。产生了采用超声分隔并且要求医师很高技术灵活性的各种外科操作，包括雕刻晶状体即所谓的“划分和克服技术”以及大量相似的原创性命名技术，例如劈裂技术。这些均存在通常的与精密人工动作相关的复杂性(Gimbel.Chapter 15: Principles of Nuclear PhacoEmulsifixation.In CataractSurgery Techniques Complications and Management.2nded Edited by Steinert et al.2004:153-181,组合在此作为参考)。 [0008]在白内障手术之后，视力不健全的其中一个重要原因在于后晶状体囊中不透明性的缓慢发展，其通常作为支撑晶状体的方法在白内障手术中保持完好以提供良好的IOL集中性，还作为一种防止半脱位在后面进入玻璃体腔的手段。据估计大约28 - 50%的患者出现复杂的后晶状体囊浑池(Steinert and Richter.Chapter 44.1n Cataract SurgeryTechniques Complications and Management.2nded.Edited by Steinert et al.2004:pg.531-544，并且组合在此作为参考)。由于这个问题，认为其发生原因在于沿后晶状体囊的上皮和纤维化的发生，后晶状体囊处于留在晶状体中纬线附近剩余上皮细胞小胰岛的中心，开发了起初采用手术夹层以及最近采用钕YAG激光以在中心无创开口的技术。但是，仍然认为大多数这些技术较为初级，其要求医师较高程度的灵活性并且产生一系列在后晶状体囊上手工规划的I到IOmJ的高能脉冲，同时要努力防止对人工晶状体的损坏。Steinert 和 Richter.Chapter 44.1n Cataract Surgery Techniques Complicationsand Management.2nded的图44 — 10,第537页(参见完整的上述引用)中清楚描述了所产生开口的过程。
[0009]所需要的是提高白内障医疗标准的眼科方法、技术以及设备和其它眼科病理学。
[0010]发明概述
这里公开的技术和系统具有许多优点。特别是，可以采用三维构图激光切割实现快速而准确地打开晶状体囊和切割晶状体核以及皮质。降低了此步骤的持续时间和打开囊与切割硬核的风险，同时提高了手术的精度。采用构图激光扫描和仅仅采用细吸针去除了切成小碎片的晶状体。采用如下技术去除了切成小碎片的晶状体，即构图激光扫描和使用常规超声乳化技术的超声乳化器，或者被修正以识别切割晶状体更易去除(即要求较低的手术精度或者灵活性)和/或至少明显降低超声乳化能量、精度和/或持续时间的技术。能够在晶状体囊上的精确位置形成非常小且几何准确的开口，这里采用常规、纯手工技术如果可能将非常困难地形成晶状体囊中开口。这些开口使得常规眼科手术更加精确或者改变更大，并且可以产生新方法。例如，这里描述的技术可有助于促进前和/或后晶状体去除、植入可注射或者小的可折叠10L，以及注射适于形成适合IOL的化合物或者结构。
[0011]这里所描述的技术可实现的另一个步骤控制形成前晶状体表面中的半圆或者环形瓣。这与需要完整的圆或者几乎完整的圆切割的常规方法相反。采用常规、手工晶状体囊切开术技术形成的开口主要依赖于晶状体囊组织的机械剪切特征和晶状体囊的不可控撕裂形成开口。这些常规技术限制在中心晶状体部分或者采用常规切割仪器可到达的区域，并且在形成撕裂期间以变化的限制程度利用精确的解剖测量。相反，这里所描述的可控制构图激光技术可用于在前晶状体表面上的任何位置以及以任何形状产生半圆囊瓣。其可自发密封或者借助自体或者合成组织胶或者其它方法密封。而且，这里所描述的可控制构图激光技术还具有可用性和/或采用精确的晶状体囊尺寸、测量和其它允许形成瓣或者开口同时最小化对周围组织影响的空间信息。瓣不限于半圆形状，而可以是任何有益于继续例如下面步骤的形状，即注射或者形成复杂或者高级的IOL设备或者所谓的可注射聚合物或者固定的适应10L。 [0012]可在白内障手术期间采用这里所公开的技术以去除所有或者一部分前囊，或者将其用在术中需要去除后囊的环境中，例如孩子的特殊环境或者当存在于去除核之后不能通过抽吸去除的密集后囊不透明性时。在白内障手术的第一、第二和第三年，后晶状体囊的间接不透明性会普遍，并且会通过采用这里所公开技术而使得执行或者改进的后晶状体囊切开术受益。
[0013]因为采用这里的技术所形成切口的准确性和无损伤性，因此认为对最小创伤眼科手术和可自己愈合的晶状体切口产生了新的含意。
[0014]一方面，在眼组织中形成切口的方法包括产生光束，将光束聚集在位于眼组织中第一深度的第一焦点，以一定图案的光束扫描眼部同时将光束聚集在第一深度，将光束聚集在位于眼组织中与第一深度不同的第二深度的第二焦点，并以此图案的光束扫描眼部同时将光束聚集在第二深度。
[0015]另一方面，在眼组织中形成切口的方法包括产生光束、使光束通过多焦距光学元件，从而第一部分光束聚集在位于眼组织中第一深度的第一焦点，第二部分光束聚集在位于眼组织中与第一深度不同的第二深度的第二焦点。
[0016]而另一方面，在眼组织中形成切口的方法包括产生至少具有第一光脉冲和第二光脉冲的光束，将第一和第二光脉冲连续地聚集在眼组织中，其中第一脉冲在眼组织中的第一深度产生血浆(plasma)，并且第二脉冲在血浆消失之前到达并被血浆吸收以使血浆沿光束在眼组织中延伸。
[0017]而另一方面，在眼组织中形成切口的方法包括产生光束，将此光聚集在眼组织中以在眼组织中产生长聚集光柱，其中聚集包括使光通过下面元件的至少一个:非球面晶状体、具有球面像差的高度聚集晶状体、曲面镜、柱面晶状体、自适应光学元件、棱镜以及衍射光学兀件。
[0018]另一方面，从眼中去除晶状体和碎屑的方法包括产生光束，将光聚集到眼中以将晶状体切割成块，去除晶状体块，然后将光聚集到眼中以烧蚀眼中的碎屑。
[0019]另一方面，从眼中的晶状体囊去除晶状体的方法包括产生光束，将光聚集进眼中以在晶状体囊中形成切口，将超声探针通过切口插入并插入晶状体囊以使晶状体破裂为碎片，从晶状体囊去除晶状体碎片，清洗晶状体囊以从中去除内皮细胞，并将至少一个合成的可折叠人工晶状体或者光学透明的凝胶插入晶状体囊。
[0020]另一方面，治疗眼组织的眼科手术系统包括产生光束的光源，将光束聚集在眼组织上的传送系统，控制光源和传送系统从而使光束聚集在眼组织中多个深度上多个焦点的控制器。
[0021]而另一方面，治疗眼组织的眼科手术系统包括产生具有第一光脉冲和第二光脉冲光束的光源，将光束聚集在眼组织上的传送系统，控制光源和传送系统从而使第一和第二光脉冲连续聚集在眼组织上的控制器，其中第一脉冲在眼组织中的第一深度产生血浆，其中第二脉冲在血浆消失之前到达并被血浆吸收以使血浆在眼组织中沿光束延伸。
[0022]另一方面，治疗眼组织的眼科手术系统包括产生光束的光源，将光束聚集在眼组织上的传送系统，传送系统包括下面元件的至少一个:非球面晶状体、具有球面像差的高度聚集晶状体、曲面镜、柱面晶状体、自适应光学元件、棱镜以及衍射光学元件，控制光源和传送系统从而在眼组织中产生长聚集光柱的控制器。 [0023]通过浏览说明书、权利要求书和附加的附图将清楚本发明的其它目的和特征。
附图简介
[0024]图1是将光束射入或者扫描进患者眼中的系统平面图。
[0025]图2是眼部前腔和在晶状体囊上的焦点产生血浆的激光束的视图。
[0026]图3是用于前晶状体囊切开术(capsulorexis)的虹膜和环形图案晶状体的平面图。
[0027]图4是应用在用于前腔轴面OTC测量的晶状体上的线图案视图。
[0028]图5是眼部前腔和应用于晶状体囊的3维激光图案的视图。
[0029]图6是通过连续应用延迟短于血浆寿命的脉冲串(1，2和3)而在焦点区产生的轴向长血衆柱。
[0030]图7A — 7B为将激光束聚集在沿着相同轴上的三个点的多片段晶状体。
[0031]图7C — 7D为具有焦点沿相同的轴但是焦距F1、F2、F3不同的共轴和不共轴部分的多段晶状体。
[0032]图8是以一套晶状体聚焦为多个点(I，2，3 )并因此在组织内不同深度(I，2，3 )上产生血浆的纤维轴向阵列(I，2，3)。
[0033]图9是示出可应用于核分割的图案实例的视图。
[0034]图1OA — C是用于分割晶状体囊切开术和超声分割的一些组合图案的平面图。
[0035]图11是将光束发射或扫描进患者眼部的一个系统实施例的平面图。
[0036]图12是将光束发射或扫描进患者眼部的另一个系统实施例的平面图。
[0037]图13是将光束发射或扫描进患者眼部的另一个系统实施例的平面图。
[0038]图14是示出在材料去除的“跟踪和治疗”方法中所采用步骤的流程图。
[0039]图15是示出在采用用户输入的材料去除“跟踪和治疗”方法中所采用步骤的流程图。
[0040]图16是由变形光学方案产生的横向焦点区的透视图。
[0041]图17A - 17C是构成反向开普勒望远镜的变形望远镜配置透视图。
[0042]图18是用于沿单根经线延伸光束的棱镜侧视图。
[0043]图19是描述眼晶状体上横向焦点体位置和运动的顶视图。
[0044]图20描述了通过本发明一个实施例所产生眼晶状体的分割图案。
[0045]图21描述了通过本发明一个实施例所产生眼晶状体的环形切口。
[0046]优选实施例详述
本发明可通过将光束投射或者扫描进患者眼部I的系统例如图1所示出的系统实施。此系统包括光源10 (例如激光器、激光器二极管等等)，其可通过输入和输出设备14由控制电子装置12控制以产生光束11 (cw或者脉冲)。控制电子装置12可以是计算机、微控制器等等。可通过采用一个或多个移动光学元件(例如透镜、光栅或者如图1所示的镜16)实现扫描，光学元件也可由控制电子装置12通过输入和输出设备14控制。镜16可倾斜以如图1所不偏尚光束11，并将光束11指向患者眼部I。光学眼晶状体18可用于将光束11聚焦到患者眼部I。光束11的位置和特征和/或其在眼睛上形成的扫描图案还可进一步通过输入设备20例如操纵杆或者任何其它的合适用户输入设备控制。
[0047]这里的技术包括采用光源10例如配置为提供一个或多个如下参数的外科激光器:
1)脉冲能量达Iμ J，重复速率达1MHz，脉冲宽度〈lps
2)脉冲能量达10μ J，重复速率达100kHz，脉冲宽度〈lps
3)脉冲能量达1000μ J，重复速率达1kHz，脉冲宽度<3ps。
[0048]此外，激光器可采用包括近红外范围:800 -1lOOnm的各种范围波长。一方面，因为减少了组织吸收和散射而选择了近红外波长。此外，可配置激光器以提供近红外辐射低能超短脉冲，其可以是单独的脉冲宽度低于IOps或者Ips的脉冲或者在大于IkHz或者大于IOkHz的高重复速率下与脉冲能量不超过100 μ J的脉冲结合。
[0049]聚焦进眼组织2的短脉冲激光将在焦点产生电介质击穿，在光致血浆附近使组织2破裂(参见图2)。焦点直径通过d= λ F/Db给出，这里，F是最后聚焦元件的焦距，Db是最后透镜的光束直径，λ是波长。对于焦距F = 160mm，最后透镜的束直径Db = 10mm，波长λ = 1.04 μ m,则焦点直径将是d ~ λ / (2.NA) ^ λ F/Db=15 μ m,这里聚焦光学设备的数值孔径 NA ^ Db/ (2F)。
[0050]为连续切割，激光焦点不应被组织中激光脉冲所产生凹陷的多个宽度隔开。假定破裂区为R= 15μπι (在低能下在激光焦点的中心会发生电离但电离不会扩展至整个点尺寸)，假定晶状体囊切开术圆的最大直径D。= 8mm,则如图3所示在接目镜(eye lens) 3周围提供环形切割线22所需要的脉冲数为N= JiDe/R=1675。对于从5 — 7mm的较小直径，所需要的脉冲数将更少。如果破裂区更大(例如50 μ m)，则脉冲数将降至N = 503。
[0051]为产生准确的环形切割，这些脉冲应当在短暂的眼部定影时间(fixation time)传送至组织。假定定影时间为t = 0.2s，则激光器重复速率应当为:r = N/t = 8.4kHz。如果定影时间更长，例如0.5s，则所需要的重复速率可降至3.4kHzο对于50 μ m的破裂区，重复速率可进一步降至IkHz。
[0052]以4ns脉冲电介质击穿的阈值福射量大约为Φ = 100J/cm2。对于d =15μ m的焦点直径，阈值脉冲能量将是Eth = Φ* Ji d2/4=176 μ J0对于稳定而可再现的操作，脉冲能量至少应超过阈值2倍，因此目标(target)脉冲能量为E =352 μ J0产生气穴泡需要花费达10 %的脉冲能量，即Eb = 35yJ。此对应泡直径
【权利要求】
1.一种治疗眼组织的眼科手术系统，包括: 光源，用于产生至少具有第一光脉冲和第二光脉冲的光束； 传送系统，用于将光束聚集在眼组织上；和 控制器，用于控制光源和传送系统从而使第一和第二光脉冲连续聚集在眼组织上，其中第一脉冲在眼组织中的第一深度产生血浆，并且其中第二脉冲在血浆消失之前到达并被血浆吸收，以使血浆在眼组织中沿光束延伸。
2.如权利要求1所述的系统，其 中第一和第二脉冲至少隔开0.1ps但不超过10ns。
3.如权利要求2所述的系统，其中第一和第二脉冲每个都具有至少大约Iμ J的能量。
【文档编号】A61F9/007GK103536390SQ201110250567
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2006年1月10日 优先权日:2005年1月10日
【发明者】M.S.布卢门克兰茨, D.V.帕兰克, D.H.莫道恩特, D.E.安德森 申请人:光学医疗公司