眼科激光方法和装置的制造方法
【专利说明】眼科激光方法和装置
发明背景
[0001]本发明涉及一种
飞秒激光器眼科装置和在角膜上产生瓣的方法，以用于LASIK屈光手术或用于在特定位置如在角膜移植、基质隧道(stromal tunnel)、透镜状角膜切除术以及白内障手术中需要去除角膜和晶状体组织的其他应用。
[0002]使用一种准分子激光器来改变角膜的形状被称为激光视力矫正(LVC)。当前最流行的方法被称为LASIK(激光辅助原位角膜磨镶术)并且占所有执行的LVC的大约85%。传统上，在LASIK过程中，外科医师使用称为机械微型角膜刀(物理刀片)的仪器来在角膜上产生瓣。然而，在过去几年中，飞秒激光器越来越多地被用来使用一系列成千上万的小激光脉冲以在角膜中产生裂开面(“切割”)来产生LASIK瓣。
[0003]飞秒激光器产生的角膜瓣可以提供比机械微型角膜刀更好的安全性、再现性、可预测性以及灵活性。此外，与该机械微型角膜刀相关联的难题如纽扣瓣(在非常陡峭的角膜中)、游离瓣(在非常扁平的角膜中)以及不规则瓣对于该飞秒激光器是罕见的。最后，飞秒激光器系统提供广范围的其他光学相关的应用，包括角膜移植、基质隧道、透镜状角膜切除术以及白内障手术。
[0004]然而，若干限制与当前的飞秒激光器系统相关联:当前的飞秒激光器系统的总尺寸比机械微型角膜刀系统大得多。同时，除了瑞士商碁明眼科科技股份有限公司(ZiemerOphthalmic AG)的飞秒LDV(Femto LDV)系统以外，当前的飞秒激光器系统需要患者的眼睛与固定的激光束递送点对准。这两个因素负面地影响手术过程中患者和外科医师的舒适度。通过机械微型角膜刀进行的角膜瓣产生和随后通过准分子激光器系统进行的角膜整形可以在不需要移动患者的情况下完成，而飞秒激光器系统的尺寸和固定的递送需要患者从一个位置转移到另一个位置。对于患者来说，必须移动到单独房间以便接受角膜整形并不罕见。该飞秒激光器产生的瓣还增加了手术时间(工作流程减少)，因为在激光瓣产生之后在可以移动患者之前常常存在必要的等待时间(用于空化气泡扩散)。这也是为什么世界上大多数眼科诊所仍然采用机械微型角膜刀用于更有效的工作流程的重要原因。
[0005]由拉特延(Rathjen)撰写的专利号7，621, 637描述了一种瑞士商碁明眼科科技股份有限公司的飞秒LDV系列当前使用的眼科装置，并且它解决了先前提到的尺寸、递送灵活性以及手术时间(用于更小的空化气泡的小激光点尺寸)的问题。拉特延提出通过一个反射镜-透镜中继臂将激光导引到一个手持件中，并且在该手持件的末端使用一个真空栗来附接一个吸引器以便将该手持件固定在患者的眼睛上。该系统使用了行扫描图案的消融方法。该行图案使用一个较快的扫描器来产生图案，并且使用一个较慢的扫描器移动该图案以便覆盖消融的必要区域。该图案可以各种方式移动，包括围绕一个中心轴线旋转以便消融必要区域。这种激光消融的方法与固定的递送系统所使用的传统方法形成对比。该固定的递送系统能够标出角膜区域，并且具有足够的激光功率和扫描速度以便使用激光点消融必要图案。这种方法对于需要通过一个光学单元(反射镜-透镜中继臂)将激光导引到一个可移动手持件中的系统来说是不可用的。对于拉特延途径的方法存在若干缺点。第一，为了避免在行旋转过程中由平移电机产生的眼睛上的图案扭曲，激光脉冲行扫描图案在穿过递送臂之后必须精确对准以便与平移电机的轨迹垂直。拉特延用一个旋转元件补偿以便维持垂直轨迹。这产生了更复杂、可靠性更低以及可能更昂贵的装置。第二，由行产生的任何图案将具有固有的宽度(至少该行的长度)，该固有的宽度限制了可用的3D轨迹的灵活性。第三，当吸力环附接到该手持件上时，将该吸力环定于眼睛的中心对于外科医师来说是麻烦的。这需要另外的精细动作以便在该吸力环连接到眼睛上之后对准激光点中心和眼睛中心。最后，当前的设计使用了一种反射镜-透镜中继光学臂来将激光束从主机柜递送到该手持件中。将透镜放置在一个光学臂中放大了对准误差并且产生一个更复杂的模块。
[0006]在本发明中，一种眼科装置使用了飞秒激光束，该飞秒激光束通过与反射镜-透镜中继光学臂不同的旋转镜组模块来传播。仅使用反射镜简化了光学系统的设计和操作。该旋转镜组模块被附接到该主机柜和一个手持件上，其中该激光束通过一个二维XY扫描器装置偏转为激光脉冲的预定的图案。通过将消融区域划分为定于眼睛角膜中心的大约12mm X 12mm的一个矩阵网格来确定所需的消融图案。该矩阵网格被进一步划分为单个单元，并且以预定的顺序在每个单个单元中完成消融直到该矩阵网格中的所有单元被消融。这种方法消除了对现有技术中所遇到的补偿光学器件、旋转元件或轨迹限制的需要。该吸力环被设计成与该手持件分开而对准眼睛中心并且附接到眼睛中心上。一旦该吸力环被固定在眼睛上，通过一个滑动锁机构移动该手持件以便与该吸力环连接。这种方法确保该吸力环和手持件这两者适当地对准。
发明概述
[0007]使用一种眼科装置消融眼睛组织的方法包括由一个飞秒激光器产生脉冲激光束并且引导所产生的激光束穿过一个扩束器。使用一个计算机控制的电子激活快门和一个旋转镜组模块，这样使得该激光束以垂直于它的入射面入射进入手持件模块。将该激光束施加到该手持件模块中的一个二维XY扫描器上，以便产生激光脉冲的预定的扫描图案(此后称为“扫描图案”)。将该扫描图案同轴施加到由该手持件模块中的一个XYZ平移电机支持的一个可变焦扫描聚焦透镜上，并且它将该扫描图案聚焦到患者眼睛上。通过将角膜区域映射为由多个单个单元组成的矩阵网格，通过一个XYZ平移电机以预定的图案将该扫描图案移动到患者的眼睛上。该扫描图案在一个单元中完成消融，并且然后以预定的顺序移动以便在下一个单元中完成消融，直到在该矩阵的所有单元中完成消融。扫描单元的顺序可以改变。通常最有效的是，从一个单元移动到一个相邻的单元直到在该矩阵的所有单元中完成扫描。可以使用激光束点随机产生的扫描或使用任何所希望的扫描图案对每个单元进行扫描。
附图简要说明
[0008]被包括以便提供本发明的进一步理解的附图构成说明书的一部分并且连同描述来说明本发明，以便解释本发明的原理。
[0009]在这些附图中:
[0010]图1是装置的关键模块外部和这些模块如何装配在一起以便形成飞秒激光器眼科手术装置的附图；
[0011]图2是根据本发明的一种飞秒激光器眼科手术装置的框图；
[0012]图3是图1和图2的手持件模块的图解视图，该图解视图示出当飞秒激光离开反射镜组模块并且施加到二维XY扫描器上并且然后被由平移电机支持的可变焦扫描聚焦透镜聚焦时的飞秒激光特征的变化；
[0013]图4是手持件模块和吸力环的滑动锁机构的侧面图解视图；
[0014]图5是映射为矩阵网格的角膜区域，该矩阵网格由单个单元和该矩阵中的每个单个单元中的扫描图案组成；
[0015]图6是从矩阵的单元到单元进行扫描的水平蛇形顺序的图；并且
[0016]图7是从矩阵的单元到单元进行扫描的螺旋形顺序的图。
示例性实施方式的详细说明
[0017]如在附图中所见，尤其如在图1、图2和图3中所见的根据本发明的激光眼科手术装置10包括连接到一个主机柜11上的一个用户界面12。一个脚踏开关13和一个用户界面12被连接到主机柜11内部的一个计算机14上。在该主机柜11内，由一个飞秒激光器15产生激光脉冲，该激光脉冲通过一个附接的旋转镜组模块16来导引。眼科装置10具有连接到旋转镜组模块16的任一末端上的主机柜11和一个手持件模块17。一个激光扩束器18被定位在主机柜11中，以便在通过旋转镜组模块16引导激光束点之前扩大该激光束点尺寸。该激光束穿过旋转镜组模块16并且以垂直于二维XY扫描器19的入射进入手持件模块17，该旋转镜组模块16具有反射镜20、反射镜21以及反射镜22，但当希望时可以具有多于三个反射镜。二维XY扫描器19使该激光束偏转以便产生激光脉冲的扫描图案。在该手持件内部，使用一个可变焦扫描聚焦透镜22来减小该激光束光尺寸。该透镜通过手持件模块17中的一个XYZ平移电机24来支持，该XYZ平移电机被用来根据预定的顺序将扫描图案移动到患者的眼睛23上。
[0018]更详细地根据光程，光脉冲发生器是可以具有小于1000飞秒脉冲宽度和大于ΙΟΚΗζ脉冲重复率的一个飞秒激光器15。通过一个扩束器18来扩大该激光束点尺寸，并且然后通过一个快门25阻断直到脚踏开关13被压下。如图2中所示，当脚踏开关13被压下时，允许光束连续穿过旋转镜组模块16并且进入手持件模块17中。在手持件模块17内部，通过二维XY扫描器19将该激光束偏转为预定的扫描图案并且通过反射镜39偏转以便基于矩阵网格顺序消融角膜。如在图5、图6和图7中所见，角膜被划分成组成覆盖角膜整个区域的矩阵网格的多个单个单元。在一个单元中在移动到下一个单元之前激光将依次完成扫描，并且继续这样做直到在该矩阵的所有单元中完成扫描。该矩阵中的每个单元31可以使用激光束点34随机产生的扫描进行扫描以便完全扫描单元31，或可以使用所希望的任何扫描图案进行扫描。该扫描图案可以具有高达2MHz的激光脉冲重复率。
[0019]如更清楚地在图3和图4中所见，在手持件17内部，一个紧凑的、低焦距比数(高数值孔径)的可变焦扫描聚焦透镜22被安装在一个XYZ平移电机24上以便使该激光束点尺寸减小到小于3微米。平移电机24支持可变焦扫描聚焦透镜22并且具有比当前最常见用于飞秒眼科系统中的F-θ透镜更小的尺寸和更高的聚焦能力。该更高的聚焦能力产生更小的激光束点尺寸，这基于相同能量密度减小所需的能量。减小的能级形成更小的空化气泡并且更快地被周围组织吸收。这还意味着由光分裂导致的声波影响减小。此外，可以将更小的透镜尺寸并入更小的手持件模块中，这使得它更易于与用于LASIK的现有UV激光器眼科装置集成。
[0020]如图4中所示，手持件17通过一个透明的一次性吸力环26被附接到眼睛上。一次性吸力环26被放置于眼睛23上并且使用由一个真空栗27产生并维持的低压来固定。手持件17通过一个滑动锁机构被连接到可拆卸的一次性吸力环26上。该激光束穿过一次性吸力环26到眼睛23的角膜上。吸力环26被放置于眼睛23上并且使用显微镜对准。一旦对准，该手持件被手动地推入由吸力环26所指定的合适