用于自动放置扫描激光撕囊切口的装置的制造方法
【专利说明】用于自动放置扫描激光撕囊切口的装置
[0001]本申请是眼科医疗公司于2012年9月24日提交的申请号为201180015518.7、发明名称为“用于自动放置扫描激光撕囊切口的装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及眼科手术程序和系统。
【背景技术】
[0003]眼内透镜植入是世界上最常用的手术程序之一，全世界每年估计有1400万病例执灯手术。
[0004]典型地使用被称为超声乳化术的技术执行现代手术，其中在被称为前囊切开术或如今被称为撕囊术的执行晶状体前囊中的开口之后使用具有用于冷却的关联水流的超声尖端雕刻晶状体的较硬核。在这些步骤以及在不碎裂的情况下通过抽吸移除残余较软晶状体皮质之后，通过小切口将人工可折叠眼内透镜(1L)插入眼睛中。
[0005]该程序中的最早和最关键步骤之一是执行囊切开(或撕囊)。该步骤从被称为开罐式囊切开术的早先技术演变而成，其中使用尖锐针头以圆形方式穿透晶状体前囊，之后移除直径典型地在5-8_的范围内的晶状体囊的圆形碎片。由于与最初的开罐式技术关联的各种并发症，因此本领域的前沿专家试图开发更好的技术以用于在乳化步骤之前移除晶状体前囊。撕囊的概念是提供平滑连续圆形开口，通过该开口不仅可以安全地和容易地执行核的超声乳化，而且容易插入眼内透镜。它既提供用于插入的明确的中心进路一用于由患者将图像传输到视网膜的永久孔径，又提供剩余囊的内部的1L的支撑，该支撑将限制脱位的可能性。使用开罐式囊切开术的旧式技术，乃至使用连续撕囊术，可能产生与下列相关的问题:外科医生由于红光反射而不能充分地可视化囊，不能以足够的安全性掌握它，不能撕裂适当尺寸的平滑圆形开口而没有放射裂口和延伸，或与初始开口之后保持前房深度、瞳孔的小尺寸或由于晶状体浑浊引起的红光反射的缺少相关的技术难题。已通过使用诸如亚甲蓝或吲哚菁绿的染料最小化一些可视化问题。然而，囊的可视化只是一个问题。
[0006]眼睛的取向也可以为外科医生造成难题，原因是如果由立体成像系统引入视差误差，则可能使撕囊切口偏离中心。附加并发症在具有弱悬韧带的患者(典型地是老年患者)和具有很难机械地破裂的很软和弹性囊的年龄很小的儿童中产生。
[0007]需要改进精确和可靠放置眼切口(例如穿刺术、白内障器械进路、松弛和囊切开术)的医疗标准的眼科方法、技术和装置。
【发明内容】
[0008]一个实施例涉及一种用于患者的眼睛的白内障手术的系统，所述系统包括:激光源，所述激光源被配置成产生包括多个激光脉冲的治疗光束；集成光学系统，所述集成光学系统包括成像组件，所述成像组件可操作地联接到治疗光束输送组件使得它们共用至少一个公共光学元件，所述集成光学系统被配置成采集与一个或多个目标组织结构相关的图像信息并且以三维图案引导治疗光束以导致目标组织结构中的至少一个的破坏；以及控制器，所述控制器可操作地联接到所述激光源和所述集成光学系统，并且被配置成基于所述图像信息调节激光束和治疗图案，并且至少部分地基于所述图像信息的鲁棒最小二乘拟合分析区分眼睛的两个或以上解剖结构。所述两个或以上解剖结构中的一个包括角膜、巩膜、缘、虹膜、晶状体或晶状体囊。所述控制器可以被配置成进行一系列最小二乘拟合分析，并且在每个连续最小二乘拟合分析中迭代地包括更多数量的像素。所述控制器可以被配置成寻找紧密最小二乘拟合，其中相关最小二乘拟合分析预期球形表面。所述控制器可以被配置成寻找紧密最小二乘拟合，其中相关最小二乘拟合分析预期非球形表面。所述控制器还可以被配置成定位所述两个或以上解剖结构之间的边界。所述边界可以被限定为眼睛的角膜和眼睛的巩膜之间的交界。所述边界可以被限定为眼睛的角膜和眼睛的虹膜之间的交界。所述边界可以被限定为眼睛的晶状体和眼睛的虹膜之间的交界。所述控制器可以被配置成利用最小二乘拟合分析的拒绝点来识别眼睛的解剖结构。
[0009]另一个实施例涉及一种系统，所述系统还包括允许视网膜的成像的可调节聚焦组件，所述可调节聚焦组件提供关于小凹(fovea)和/或中心凹(foveola centralis)的位置的信息以确定患者的视轴线。这样的视网膜特征可以经由来自成像设备的图像信息识别并且与关于晶状体的几何信息结合使用以提供增强的囊切开图案放置。成像设备可以提供3D或2D图像或两者。
[0010]另一个实施例涉及一种系统，所述系统还被配置成使得用户能够选择使用上述拟合中的任何一个来放置激光制造切口。例如，视频系统可以显示覆盖有缘、几何和视觉定心结果的患者眼睛的正面图像(en-face)。用户然后可以基于关于视频图像的它的外观选择方法。类似地，系统可以显示角膜切口的(一个或多个)预期位置供用户进行选择。
[0011]在又一个实施例中，所述系统还包括第二成像系统，例如视频系统。OCT和视频系统都可以用于引导激光切口。例如，可以通过同时考虑OCT和视频系统数据确定像素或眼睛位置是瞳孔还是非瞳孔像素而确定瞳孔的中心。对于认为在瞳孔内的位置，可能需要两个系统独立地辨别该结论。备选地，如果至少一个系统得出该结论，则位置可以在瞳孔内。
[0012]另一个实施例涉及一种光学系统，所述光学系统包括:可调节光源，用于将患者的眼睛暴露于可变照明条件或亮度的水平；以及成像设备，例如摄像机，所述成像设备捕获眼睛的图像以确定瞳孔的尺寸、形状、位置和对准标记或解剖基准以便最佳地确定用于制造激光囊切开切口的合适侧向位置。
[0013]本文中所述的技术和系统提供胜过当前的医疗标准的许多优点。具体地，撕囊切口的图像引导对准。本文中所述的技术可以用于便于植入眼内透镜(10L)，包括镜中袋(bag-1n-lens)和袋中镜(lens-1n_bag)类型。切口不仅仅限于圆形，而是可以是有助于接着进行诸如复杂或高级1L装置或固定适应1L的注入或形成的程序的任何形状。通过回顾说明书、权利要求和附图，本发明的其它目的和特征将变得明显。
【附图说明】
[0014]图1是光束扫描系统的示意图。
[0015]图2是显示备选的光束组合方案的光图。
[0016]图3是具有备选的OCT配置的光束扫描系统的示意图。
[0017]图4是具有另一个备选的OCT组合方案的光束扫描系统的示意图。
[0018]图5是眼睛的横截面示意图，描绘了角膜、虹膜、晶状体和晶状体囊。
[0019]图6显示了对应于切割激光器、OCT和视频子系统的光束路径相对于眼睛的关系。
[0020]图7是眼睛的正面示意图，描绘了虹膜、虹膜边界、目标囊切开切口位置和切口的中心。
[0021]图8是从系统的用户接口捕获的正面图像，描绘了覆盖有检测到的虹膜边界和预期囊切开切口的患者的眼睛的视频图像。
[0022]图9是具有带标记的结构和特征的OCT复合图像。
[0023]图10是指示具有目标表面的校准透镜的光学设计。
[0024]图11是用于校准视频的分划板目标的视频图像。
[0025]图12是将视频像素映射到眼睛中的相应物理尺度的视频校准曲线的例子。
[0026]图13是由切割激光器在用于配准切割激光器放置、OCT检测和眼睛的物理尺度的校准目标中制造的标记或烧灼图案的视频图像。
[0027]图14是用于将切割激光器、OCT和视频图像配准到眼睛的物理尺度的包括像素缩放、中心定位和旋转的关键校准因素的表。
[0028]图15是眼睛的横截面示意图，显示了倾斜囊切开切口平面。
[0029]图16显不了视网I旲图像的不意性表不。
[0030]图17是显示在虹膜的前表面上看到的特征的图形。
[0031]图18是用于在环境照明条件下测量患者的瞳孔的装置的图形。
[0032]图19是照明水平坡道的例子。
[0033]图20是从虹膜图像收集的瞳孔直径数据的例子。
[0034]图21是从虹膜图像收集的瞳孔形心数据的例子。
【具体实施方式】
[0035]本发明可以由将光束投射或扫描到患者的眼睛68中的系统(例如图1中所示的系统2)实现，该系统包括超快激光器(UF)光源4(例如飞秒激光器)。使用该系统，可以在三个维度X、Y、Z中在患者的眼睛中扫描光束。在该实施例中，UF波长可以在1lOnm至I10nm之间变化并且脉冲宽度可以在10fs至1000fs之间变化。脉冲重复频率也可以在1kHz至250kHz之间变化。关于对非目标组织的非预期损伤的安全极限限制关于重复率和脉冲能量的上限；而阈值能量、完成程序的时间和稳定性限制脉冲能量和重复率的下限。在眼睛68中并且具体地在眼睛的晶状体69和前囊中的焦斑的峰值功率足以产生光破坏并且启动等离子介导消融过程。近红外波长是优选的，原因是生物组织中的线性光吸收和散射在该光谱范围内减小。作为例子，激光器4可以重复脉动1035nm装置，其以10kHz的重复率产生500fs脉冲和在十微焦耳范围内的单独脉冲能量。
[0036]激光器4由控制电子装置300、经由输入和输出装置302控制以产生光束6。控制电子装置300可以是计算机、微控制器等。在该例子中，整个系统由控制器300控制，并且数据通过输入/输出装置1 302移动。图形用户界面⑶I 304可以用于设置系统操作参数、处理⑶I 304上的用户输入(UI)306并且显示收集信息，例如眼结构的图像。
[0037]生成的UF光束6朝着患者眼睛68前进，穿过半波片8和线性偏振器10。可以调节光束的偏振状态使得期望的光量穿过一起用作UF光束6的可变衰减器的半波片8和线性偏振器10。另外，线性偏振器10的取向确定入射在光束组合器34上的入射偏振状态，由此优化光束组合器处理量。
[0038]UF光束前进通过遮光器12、孔径14和选截装置16。系统控制遮光器12出于程序和安全原因保证激光的开/关控制。孔径设置激光束的可使用外径并且选截器监视可使用光束的输出。选截装置16包括部分反射镜20和检测器18。可以使用检测器18测量脉冲能量、平均功率或组合。信息可以用于反馈到用于衰减的半波片8并且检验遮光器是打开还是关闭。另外，遮光器12可以具有位置传感器以提供冗余状态检测。
[0039]光束穿过光束调节级22，其中可以修改光束参数，例如光束直径、发散度、圆度和散光。在该示例性例子中，光束调节级22包括由球面光学器件24和26组成的二元光束扩展望远镜以便获得预期光束尺寸和准直。尽管未在这里示出，但是变形系统或其它光学系统可以用于获得期望的光束参数。作为另一个例子，可以使用变焦或反转长焦透镜系统。用于确定这些光束参数的因素包括激光器的输出光束参数、系统的总放大率和治疗位置处的期望数值孔径(NA)。这些调节光学元件可以是动态的或可调节的，要么是一次性手动的，要么是自动的。动态元件的例子可以是将能够调节焦距和放大率的变焦光束扩展器。这样的变焦可以用于减小或增加进入最后聚焦物镜的激光束的光束直径并且因此增加和减小治疗位置处的NA。诸如此的可变特征可以有用于确定等离子阈值水平并且还可以用作影响阈值的其它参数的补偿。这些其它参数可以是激光器的光束品质(M2)、激光器的脉冲持续时间以及光束串的传输。改变NA并且因此改变阈值水平的能力有利于在在整个预期