激光眼科手术系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请要求享有2013年3月13日提交的美国申请N〇.61/780,736的优先权，其内容 出于所有目的通过引用并入本文。在此明确保留完整巴黎公约优先权。
技术领域
[0002] 激光眼科手术系统已经变得普遍存在并且有意变化。例如，激光眼科手术系统可 以被配置成经由切除（ablation)重塑角膜的前表面以实现屈光矫正。激光眼科手术系统 还可以被配置成创建角膜瓣以暴露角膜的底层部分，使得底层部分可以经由切除来重塑并 且然后利用所述瓣来恢复。最近开发的激光眼科手术系统可以被配置成创建角膜或角膜缘 中的一个或多个切口以重塑角膜、创建角膜中的一个或多个切口以提供用于白内障手术仪 器的通路和/或提供用于人工晶状体（intraocular lens)的植入的通路、在晶状体前囊中 切割囊切开术（capsulotomy)以提供用于移除白内障晶状体的通路、对白内障晶状体分段 和/或在晶状体前囊中切割囊切开术。
[0003] 许多激光眼科手术系统经由激光束源生成一系列激光束脉冲。激光束脉冲沿到患 者眼睛的光学路径传播。光学路径典型地包括诸如扫描机构和/或聚焦机构之类的可控元 件以相对于患者控制所发射的激光束脉冲的方向和/或位置。
[0004] 一些激光眼科手术系统被配置成追踪眼睛移动(例如眼睛的观看方向的改变)，使 得可以实现对所发射的激光束脉冲的方向和/或位置的控制以便计及眼睛移动。例如，激 光眼科手术系统可以在光学上追踪眼睛中的特征，诸如自然特征或添加到眼睛的基准标记 (fiduciary marker)，以便追踪眼睛的移动。
[0005] 相比之下，其他激光眼科手术系统可以被配置成抑制眼睛移动。例如，可以采用直 接接触角膜的前表面的接触透镜以便限制眼睛移动。然而，这样的限制可能导致相关联的 患者不适和/或焦虑。
[0006] 除了眼睛移动之外，许多激光眼科手术系统被配置成抑制患者与激光眼科手术系 统之间的相对移动。例如，激光眼科手术系统可以包括诸如专用支撑组件(例如座椅或床） 之类的多少有些坚固的患者限制特征，其可以包括被配置成抑制患者相对于支撑组件的移 动的限制特征。这样的专用支撑组件可以包括患者通过其可以被移动以相对于激光眼科手 术系统的光学路径定位患者眼睛的定位机构。此外，激光眼科手术系统可以被配置成刚性 支撑确定激光脉冲的光学路径位置的部件以便基本上防止光学路径相对于专用支撑组件 的移动，从而还抑制患者的眼睛相对于所发射的激光脉冲的相对移动。然而，专用支撑组件 和光学路径部件的刚性支撑可能显著增加激光眼科手术系统的复杂度和有关成本。此外， 光学路径部件的刚性支撑和专用患者支撑组件的使用可能未能排除患者与激光眼科手术 系统之间的某个水平的显著相对移动的可能性。
[0007] 因此，具有关于患者移动的改进特性的激光手术系统和有关方法将是有益的。
【发明内容】
[0008] 提供了成像系统和有关方法，其可以在合适的激光手术系统(诸如例如激光眼科 手术系统)中使用。在许多实施例中，用于对患者的眼睛进行成像的系统被配置成适应患者 的相对移动，同时保持患者的眼睛与至少部分地用于对眼睛进行成像的扫描电磁辐射射束 之间的对准。在许多实施例中，成像系统被配置成对由患者移动所引起的光学路径长度变 化是不敏感的。通过适应患者移动，可以避免与试图限制患者的移动相关联的附加系统复 杂度和有关成本。此外，可以采用对患者移动的适应来增加激光手术系统的使用简易性，诸 如通过将激光手术系统配置成由可以邻近于现有患者支撑组件(例如诸如床之类的非专用 患者支撑组件）移动的可重定位推车来支撑。
[0009] 因此，在一个方面中，提供了一种在适应患者的移动的同时对眼睛进行成像的方 法。该方法包括使用射束源来生成电磁辐射射束。该电磁辐射射束沿着可变光学路径从射 束源到扫描仪进行传播，该光学路径具有响应于眼睛的移动而变化的光学路径长度。电磁 辐射射束在眼睛内的位置处被聚焦到焦点。扫描仪用来将焦点扫描到眼睛内的不同位置。 从焦点位置反射的电磁辐射射束的部分沿着可变光学路径传播回到传感器。该传感器用来 生成强度信号，所述强度信号指示从焦点位置反射并且传播到传感器的电磁辐射射束的部 分的强度。
[0010] 在该方法的许多实施例中，使用一个或多个光学路径有关部件来适应患者移动。 例如，该方法可以进一步包括使用第一支撑组件来支撑扫描仪以便适应扫描仪和第一支撑 组件之间的相对移动，以便适应眼睛的移动。该方法可以包括使用第二支撑组件来支撑第 一支撑组件以便适应第一支撑组件和第二支撑组件之间的相对移动，以便适应眼睛的移 动。该方法可以包括使用第一支撑组件来支撑第一反射器，所述第一反射器被配置成反射 电磁辐射射束以便沿着可变光学路径的部分传播到扫描仪。该方法可以包括使用底座组件 来支撑第二支撑组件以便适应第二支撑组件和底座组件之间的相对移动，以便适应眼睛的 移动。该方法可以包括使用第二支撑组件来支撑第二反射器，所述第二反射器被配置成将 电磁辐射射束反射成沿着可变光学路径的部分传播以便入射在第一反射器上。
[0011] 在该方法的许多实施例中，从除焦点外的位置反射的电磁辐射射束的部分被阻挡 以确保仅从焦点反射的电磁辐射射束的部分被用来生成强度信号。例如，使用传感器来生 成强度信号可以包括使电磁辐射射束的经反射部分穿过孔口来阻挡从除焦点位置外的位 置反射的电磁福射射束的部分。
[0012] 偏振敏感设备(例如偏振射束分离器/组合器）可以用来将从焦点反射的电磁辐 射射束的部分引导成入射在配置成生成强度信号的检测器上。例如，该方法可以进一步包 括使电磁辐射射束穿过偏振敏感设备。该方法可以进一步包括修改以下中的至少一个的偏 振：电磁辐射射束和从焦点位置反射的电磁辐射射束的部分。该方法可以进一步包括使用 偏振敏感设备来反射从焦点位置反射的电磁辐射射束的部分以便入射在传感器上。
[0013] 在该方法的许多实施例中，电磁辐射射束可以被配置成以便不修改组织。例如，电 磁辐射射束可以具有低于针对组织修改的阈值水平的能量水平。替代地，电磁辐射射束可 以被配置成修改组织。
[0014] 电磁辐射射束可以具有任意合适的配置。例如，电磁辐射射束可以包括具有在320 纳米和430纳米之间的波长的多个激光脉冲。作为另一个示例，电磁辐射射束可以包括具 有在800纳米和1100纳米之间的波长的多个激光脉冲。
[0015] 在另一个方面中，提供了一种眼科手术系统。该系统包括眼睛接口设备、扫描组 件、射束源、自由浮动机构和检测组件。眼睛接口设备被配置成与患者的眼睛对接。扫描组 件支撑眼睛接口设备并且可操作为将电磁辐射射束的焦点扫描到眼睛内的不同位置。射束 源被配置成生成电磁辐射射束。自由浮动机构支撑扫描组件并且被配置成适应眼睛的移动 以及提供用于电磁辐射射束和从焦点位置反射的电磁辐射射束的部分的可变光学路径。可 变光学路径被布置在射束源和扫描仪之间并且具有响应于眼睛的移动而改变的光学路径 长度。检测组件被配置成生成强度信号，该强度信号指示从焦点位置反射的电磁辐射射束 的部分的强度。
[0016] 在该系统的许多实施例中，扫描组件包括一个或多个扫描设备。例如，扫描组件可 以包括z扫描设备和xy扫描设备。z扫描设备可以可操作为在电磁辐射射束的传播方向上 改变焦点的位置。Xy扫描设备可以可操作为与电磁辐射射束的传播方向横切地改变焦点的 位置。
[0017] 在该系统的许多实施例中，自由浮动机构包括射束偏转设备。例如，自由浮动机构 可以包括第一射束偏转设备和第二射束偏转设备。第一射束偏转设备可以被配置成将在第 一方向上传播的电磁辐射射束偏转成在不同于第一方向的第二方向上传播。第二射束偏转 设备可以被配置成将在第二方向上传播的电磁辐射射束偏转成在不同于第二方向的第三 方向上传播。第一射束偏转设备也可以被配置成将从焦点位置反射并且与第三方向相反地 传播的电磁福射射束的部分偏转成与第二方向相反地传播。第二射束偏转设备也可以被配 置成将从焦点反射并且在与第二方向相反地传播的电磁辐射射束的部分偏转成与第一方 向相反地传播。以下中的至少一个可以被改变以适应眼睛的移动：（1)第一射束偏转设备 和第二射束偏转设备之间的距离，以及（2)第一射束偏转设备和第二射束偏转设备之间的 旋转取向。
[0018] 自由浮动机构可以包括第三射束偏转设备。第三射束偏转设备可以被配置成将在 第三方向上传播的电磁辐射射束偏转成在不同于第三方向的第四方向上传播。第三射束 偏转设备也可以被配置成将从焦点位置反射并且与第四方向相反地传播的电磁辐射射束 的部分偏转成与第三方向相反地传播。以下中的至少一个可以被改变以适应眼睛的移动： (1)第二射束偏转设备和第三射束偏转设备之间的距离，以及（2)第二射束偏转设备和第三 射束偏转设备之间的旋转取向。
[0019] 在系统的许多实施例中，检测组件包括被配置成生成强度信号的传感器。检测组 件可以包括孔口，该孔口被配置成阻挡从除焦点外的位置反射的电磁辐射射束的部分到达 传感器。
[0020] 在许多实施例中，该系统包括偏振敏感设备和偏振设备。偏振敏感设备可以沿着 射束源和自由浮动机构之间的电磁福射射束的光学路径来布置。电磁福射射束可以在电磁 辐射射束从射束源到自由浮动设备的传播期间穿过偏振敏感设备。偏振设备可以用来修改 以下中的至少一个的偏振：电磁福射射束和从焦点位置反射的电磁福射射束的部分。偏振 敏感设备可以反射从焦点反射的电磁辐射射束的部分以便入射在配置成生成强度信号的 传感器上。偏振设备可以包括例如四分之一波片。
[0021] 在该系统的许多实施例中，电磁辐射射束可以被配置成以便不修改组织。例如，电 磁辐射射束可以具有低于将修改组织的阈值水平的能量水平。替代地，电磁辐射射束可以 被配置成修改组织。
[0022] 电磁辐射射束可以具有任意合适的配置。例如，电磁辐射射束可以包括具有在320 纳米和430纳米之间的波长的多个激光脉冲。作为另一个示例，电磁辐射射束可以包括具 有在800纳米和1100纳米之间的波长的多个激光脉冲。作为进一步的示例，电磁辐射射束 可以包括具有在100飞秒和15飞秒之间的脉冲持续时间的多个激光脉冲。
[0023] 为了对本发明的本质和优点的更完整的理解，应当对随后的详细描述和附图做出 参照。本发明的其他方面、目的和优点将根据随后的附图和详细描述而显而易见。
[0024] 通过引用的合并 在本说明书中提及的所有公开物、专利和专利申请通过引用在如同每一个单独的公开 物、专利或专利申请被特定地且单独地指示为通过引用并入的相同程度上以其整体并入本 文。
【附图说明】
[0025] 在随附权利要求中以特定性阐述本发明的新颖特征。本发明的特征和优点的更好 理解将通过对阐述其中利用本发明的原理的说明性实施例的以下详细描述和附图的参考 而获得，以及在附图中： 图1是依照许多实施例的激光手术系统的示意图，其中患者接口设备经由扫描组件和 支撑扫描组件的自由浮动机构而耦合到激光器组件和检测组件。
[0026] 图2是图1的激光手术系统的实施例的示意图。
[0027] 图3A示出了图1的自由浮动机构和扫描组件的实施例的等距视图。
[0028] 图3B示意性图示了可以被用于图1的自由浮动机构和扫描组件的实施例中的相 对移动。
[0029] 图4是依照许多实施例的成像和/或修改眼内目标的方法的动作的简化框图。
[0030] 图5、6和7是依照许多实施例的可以在图4的方法中完成的可选动作的简化框 图。
[0031] 图8是图1的激光手术系统的实施例的示意图。
[0032] 图9是图示了依照许多实施例的校准板的平面图，该校准板可以用来校准图1的 激光手术系统。
[0033] 图10是图示了使用图9的校准板来校准图1的激光手术系统的相机的示意图。
[0034] 图11是图示了使用图9的校准板来校准图1的激光手术系统的扫描组件的示意 图。
[0035] 图12是图示了使用荧光材料来校准图1的激光手术系统的扫描组件的示意图。
[0036] 图13是图示了使用可重定位的反射表面来校准图1的激光手术系统的扫描组件 的示意图。
[0037] 图14图示了使用图13的反射表面所生成的信号相对于用于图1的激光手术系统 的z扫描设备的控制参数在强度方面的变化。
[0038] 图15示出了依据许多实施例的囊切开术切口定位器的平面图和示出囊切开术切 口定位器在晶状体前囊上的投影的截面图。
[0039] 图16示出了依据许多实施例的限定了横切晶状体前囊的封闭边界切口表面的囊 切开术切口区域和眼睛的截面图。
[0040] 图17是依据许多实施例的用于相对于眼内目标的边界来适应性地扫描电磁辐射 射束的焦点的方法的动作的简化框图。
[0041] 图18图示了依据许多实施例的当按照跨越眼内目标的边界的扫描模式扫描电磁 辐射射束的焦点时所生成的信号在强度方面的变化。
[0042] 图19是图示了依据许多实施例的重复使用用于焦点的扫描模式跨越眼内目标边 界的位置以确定针对用于焦点的后续扫描模式的深度上限和/或深度下限的示意图。
[0043] 图20是图示了依据许多实施例的可以用于切割横切眼内目标边界的表面的一系 列扫描模式的示意图。
[0044] 图21和图22是图示了可以与图20的扫描模式一起使用的扫描方向的实施例的 示意图。
[0045] 图23至25图示了依据许多实施例的可以由图1的激光手术系统形成的角膜的弧 形切口的各方面。
[0046] 图26至31图示了依据许多实施例的可以由图1的激光手术系统形成的角膜的主 白内障手术通路切口的各方面。
[0047] 图32至图36图示了依据许多实施例的可以由图1的激光手术系统形成的角膜的 侧口（sideport)白内障手术通路切口的各方面。
[0048] 图37和38是依据许多实施例的用于控制可以在图1的激光手术系统中使用的电 磁辐射射束的强度的方法的动作的简化框图。
[0049] 图39是依据许多实施例的在晶状体囊中定位的IOL和玻璃体的前玻璃状表面的 相邻部分的侧视图。
[0050] 图40是示出了依据许多实施例的相对于图39的IOL被取代的玻璃体的前玻璃状 表面的相邻部分和可以由图1的激光手术系统形成的横切晶状体后囊的封闭边界切口表 面的侧视图。
[0051] 图41是示出了依据许多实施例的折射率改变侧视图，该折射率改变可以由图1的 激光手术系统在IOL中引起。
[0052] 图42至44图示了依据许多实施例的可以由图1的激光手术系统形成的晶状体破 碎切口的各方面。
[0053] 图45图示了依据许多实施例的晶状体破碎模式。
[0054] 图46是依据许多实施例的可以由图1的激光手术系统形成的角膜瓣的透视图。
[0055] 图47是在图46的角膜瓣的外围和边缘已经被图1的激光手术系统切割之后的角 膜的截面图。
[0056] 图48是在图46的角膜瓣的外围和边缘已经被图1的激光手术系统切割之后的角 膜的平面图。
[0057] 图49是示为从角膜剥离的图46的角膜