专利名称：完全矫正人眼视力缺陷的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种完全矫正人眼视力缺陷的方法和装置。
在眼科学中，在不正常视力的情况下通过组织消融来塑造角膜是公知技术。由此需要通过在患者的眼前放置标准矫正透镜进行矫正的基础上询问患者自身主观的视力视觉感来获得有关眼睛光路中的象差数据。除此以外，现有的用于测量眼睛外轮廓的方法需借助于例如由Orbtek,Tomey或Technomed公司生产的条形或环形投影系统。
在DE19705119A1中描述了用于改善沙克-哈特曼(Shack-Hartmann)传感器的方法，其可以测量在天文学领域中用于测量星状结晶体的波前面。
在DE19727573C1中，对现有技术做出的有价值的贡献是提供了一种通过激光消融上表面使特别是透镜的上述表面成形的装置和方法。
现有技术的缺点是存在这样的事实，即，仅仅是根据如不正常的角膜表面或与光路象差有关的亚优选数据等视力缺陷原因进行透镜矫正。因此只能进行与几何光学的标准透镜公式相应的矫正。
因此本发明的目的是提供一种能对包含视力不正常的眼睛中存在的光路象差在内的所有折射性视力缺陷进行完全矫正的方法和装置。
该目的是通过独立权利要求所述的装置和方法实现的。本发明的优选设计在从属权利要求中给出。
上述目的特别是通过用于矫正眼睛视力缺陷的装置实现的，该装置包括相干光源，用于形成相干光源和使相干光源的射线偏转的光调制装置，其中设有用于对眼睛中的光路波前进行分析的波前分析装置。通过该装置可以将通过对眼睛的象差进行分析后得到的数据应用到对将要矫正的眼睛的现有光学系统的矫正中。由此可以精确地对眼睛的光学系统进行矫正。
就眼睛而言，在特别是考虑人眼的同时，还可以联想到对其它生物的眼睛进行矫正。视力缺陷特别是指折射性视力缺陷，例如近视或远视、不正常的角膜表面或光路象差等。
就相干光源而言，优选的是激光器，特别优选折射式激光器，尤其优选点扫描的受激准分子激光系统。除此之外，还可以考虑激光射线处于其它光谱区的点扫描器，例如频率放大五倍的YAG激光器，3μm的IR激光器(如2.94μm的铒YAG激光器)或毫微微秒激光器(FS激光器)。
光调制装置优选由用于形成光线的装置以及用于使光线偏转和准直的装置构成。用于形成光线的装置优选采用透镜系统、衍射结构和折射元件。用于使光线偏转和准直的装置优选使用扫描装置、棱镜和反射镜。
就波前分析装置而言，可以优选使用沙克-哈特曼传感器。在此所涉及的是根据所述方法对波前面进行分析的传感器。这种传感器特别适用于天文学(s.o.)。借助于波前分析装置可以测出人眼射出的总波前面，并由此从眼睛中获得与包含眼内光路象差在内的视力缺陷有关的信息。
在本发明的另一个实施例中提供了一种装置，该装置中设有用于对眼睛的表面进行分析的局部形貌分析单元。该分析单元传递有关眼睛表面特别是角膜的曲率和轮廓的信息。由此，该系统可提供与眼睛的折射性视力缺陷有关的完整数据。这种系统不仅可以对眼睛或角膜的非理想表面轮廓进行分析，而且还可以对眼内象差进行分析，因此该系统可用来矫正眼睛的光学系统。由此可以实现对眼睛视力缺陷的完全矫正，并且可以达到正常人眼所具有的视力。完全可以对象差进行局部矫正，而且可以首先在与其它助视器具相结合的情况下进行全面矫正。优选的是可以形成目标象差，以便建立目前不可能或几乎不可能实现的视觉特征。上述象差可以用来完成特定的功能(例如空间视觉，视力调节等)。
在本发明的另一个实施例中提供了一种装置，在这种装置中设有控制单元，该单元用于处理波前分析单元的信号和/或处理局部形貌分析单元的信号，和/或控制相干光源和/或控制光调制装置。通过该控制装置可以对由分析单元得到的数据进行评价。可以在控制单元中独立地对波前分析单元的信号和局部形貌分析单元的信号进行处理和评价，或在一个步骤中对两种数据流进行处理。控制单元优选由多个单独的控制单元构成。
这些数据优选作为理想光学系统的备用数据。根据这些数据可以确定光调制所需的参数。优选在另一个步骤中用这些参数来控制相干光源，以便预先确定例如幅值、脉冲宽度和光线能量等。此外，优选用这些参数来控制光调制装置，以便由此通过光线的偏转确定目标位和光线在目标点上的几何形状。
因此，在一个优选实施例中，为了制造单个元件特别需要计算发射位置。
在本发明的另一个优选实施例中提供了一种装置，该装置中的光调制装置是这样构成的，即可以利用所述光线处理眼内透镜和/或眼镜和/或眼晴的角膜和/或接触透镜和/或可植入的接触透镜(ICL)和/或眼镜片。通过优选用控制单元控制的光线可以对透镜系统的元件或工件进行能完全矫正视力缺陷或象差的加工。这类元件优选在相应应的操作之前先期预制的眼内透镜(IOL)。特别优选的是可设置透镜上的ICL(植入式接触透镜)。然后在目前得到的总信息的基础上根据因眼睛象差而导致的视力缺陷将这些IOL或ICL加工成使之能矫正现存的所有视力缺陷。还可以考虑借助于优选由控制装置控制的光线对眼镜本身进行校正。
此外，还可以考虑通过处理角膜进行矫正。优选的是制做接触透镜，由其对患者自身所有各种因折射性眼睛误差造成的象差、非对称柱状体和角膜异常等缺陷进行矫正。除此之外还可以单独生产眼镜片。为此，除了可以采用受激准分子点加工外，还可以采用光学工业中的一些方法，例如单点钻石车削法。因此，可以使用与矫正眼睛缺陷的光学系统有关的所有元件。
同样还可以将一些单个矫正元件结合使用。在对元件进行理论上可能的矫正而对元件提出较高要求并且这种要求特别是从医学的角度还不明显时，上述结合是很有益的。
通过本发明所述的用于矫正眼睛视力缺陷的方法可以进一步达到发明目的，在所述方法中，通过波前分析可以得到眼睛的光路并计算出矫正眼睛视力缺陷的理想透镜系统。特别优选的是，在采用本发明所述装置的前提下使用这些方法。在这些方法中，为了将眼内的光路象差转换到理想光学系统中而需对要矫正的光学系统进行计算。
在本发明的另一种方法中特别优选的是进行与眼睛的局部形貌有关的分析。由此该方法还能提供与眼睛不正常视力有关的其它信息，特别与象差、非对称柱面和角膜异常有关的信息。
在另一种优选方法中，根据从波前分析和/或局部形貌分析中得到的数据准备理想的光学系统。特别优选的是只准备与该光学系统有关的元件。用这种方式可以在另一个步骤中根据非正常视力的完整数据来制做一个或多个矫正元件。这样便可以率先实现对不正常视力的完全矫正。
在另一种优选方法中，借助于从波前分析和/或局部形貌分析中得到的数据来计算建立理想光学系统时的光线位置。用这种方式可以优选采用激光点受激准分子方法来生产光学系统的各元件。根据所用材料和考虑加工所用工时可以使发射位置达到最佳。
在本发明的另一种方法中把眼睛的旧光学系统改良成计算得到的理想光学系统。为此，可以直接对旧光学系统的元件进行加工，也可以制做并使用相应的校正元件或用新元件代替旧元件。通过这一方法可以将眼睛的旧(不正常视力)光学系统转换成(新的)理想的光学系统。特别优选的是用受激准分子激光器根据点扫描原理制做的新透镜或ICL。
光学系统的元件优选包括眼镜和/或眼内透镜和/或眼睛角膜和/或接触透镜和/或ICL和/或至少一个眼镜片。借助于折射外科学可以对例如眼睛的角膜进行改良，以便对现有的不正常视力进行矫正(例如，通过光折射角膜切除术、PRK、或通过在角膜病灶处用激光去除角膜的内部组织层、LASIK对角膜表面进行处理)。这些元件不仅具有可进行旋转式几何形状校正的结构，还可以具有可对患者不正常视力情况进行矫正的各种结构。因此可以制做已经引入透镜系统中的眼内透镜或接触透镜，特别是ICL，这些透镜不仅迄今为止可以矫正眼睛的较重不正常视力，而且还可以对所有异常、非对称性和光线变形一并进行矫正。由此可以达到几乎不可想象的与正常人的眼睛相当的视力。此外，用这种方法还可以制做眼镜片，这种眼镜片同样可以对不正常视力的眼睛或旧光学系统的异常、非对称性和光路变形进行一并矫正。
在本发明的一种特别优选的方法中，在第一步骤中制造用于检查理想光学系统的理想光学系统的单个光学元件，例如透镜，并且在第二步骤中取下单个元件并相应地换上其它元件，特别是角膜。通过这一方法可提高合格率，因为一次发射的光线位置将进入光学元件例如透镜，而且这种(植入式)矫正可以立即获得对眼睛进行完全矫正后能够进行观看的视觉感。现在应考虑的情况是，检验相应的矫正光学系统的总体效果并对矫正的视觉情况或对角膜进行手术前观察到的情况进行评价。在第二步骤中，可以将透镜从理想光学系统中取出，并且优选对角膜进行理想加工，以便为相应的视力矫正作准备。优选的临时光学元件是透镜，可以考虑为该透镜添加一付光学系统中的临时眼镜架。在材料方面特别优选的是在湿润的接触透镜周围首先形成照射图案。因此特别有效的是可以这样选择接触透镜，即用该透镜可以矫正待治疗患者的球柱面象差。借助于治疗用激光器可以对先前测得的接触透镜上的较大象差进行矫正。特别优选的是透镜具有的折射率和加工特性还与角膜相适应。由此，临时光学元件的照射位置随后将与合适的光学元件特别是角膜相对应。优选的是将临时光学元件，特别是接触透镜对中并确定波前面测量的基准轴，例如眼轴。优选用例如PMMA等材料作为临时光学元件的消融材料。因此，在将该材料与角膜比较的同时除了应考虑不同的消融深度之外还应特别考虑两种介质的不同折射率。由于具有恒定的系数，所以可以进行很好的数学控制和转换。
通过该方法可以根据数据对同样可进行波前面矫正的临时透镜进行照射，正如对角膜进行的可预期的后改良一样。因此优选将透镜设在架上，以便使透镜与眼睛之间不需要接触。特别优选在测量光学系统中的波前面时完成(临时)透镜的制做。因此优选反复处理临时透镜，并且再次对波前面进行重新测量，直到不再存在总系统象差为止。特别优选的是在这一过程中，可以通过例如一个十字丝来固定患者的眼睛。还可以考虑使临时透镜与角膜之间的距离变为零，而且对眼睛上的透镜进行加工，当将透镜放在眼睛上时特别优选对其进行反复加工。优选在完成相应的局部加工步骤后中断加工，以便进行视力测试。由此，借助于患者的直接帮助和利用受激准分子激光器可以逐渐接近最佳视力。优选逐个改善不同级别的象差1．散光，2．彗形象差，3．…为此特别优选制做具有内、外球形表面的眼镜，其中在这些表面的至少一个表面上具有相关的图案，该图案的传递函数与由光学系统或眼睛引起的波前面的不规则变形在相位上是共轭的。由此可以用这种眼镜进行特定矫正。
在一个优选方法中，为了制造这样的眼镜而需要知道眼睛屈光正常时波前面的平均值，并计算表示屈光正常时平均矫正值的内、外表面的半径，加工至少一个具有一定曲率半径的表面，按照前一步骤中矫正的屈光正常时波前面最大偏差的量级改变所述曲率半径，这样便利用了与光学系统或眼睛的波前不规则变形图案相应的表面偏差。
在另一个优选方法中，通过在表面上进行材料去除或材料被覆可以解决表面不规则的问题。上述去除可以通过激光束、热或绝热工序(例如消融)来实现。
在表面上被覆可以通过点射实现。
特别优选的是所述表面在不同的区域内均能精确地与眼睛相适应，这样就可以形成例如两个区域，在该区域中如果利用相应的区域进行补偿的话，可以根据眼睛的视力调节状况选择性地进行补偿。
优选的改变表面的方式是，根据眼睛光学系统的基本表面补偿眼镜表面的几何错位。
此外，本发明的目的还可以通过一个根据本发明的方法和/或借助于本发明的装置制造的理想光学系统来实现，其中所述光学系统的元件由适合植入的和/或适合粘附的和/或适合消融的材料、特别是塑料或玻璃制成。通过选择本发明所述透镜系统的这些材料可确保在使用这些元件时的亲和性。这些材料是例如PMMA、丙烯腈、硅酮或这些材料的组合物。
在本发明的另一个实施例中，设有一个理想的光学系统，其包含由折射和/或衍射结构构成的元件。折射和/或衍射结构目前只用于光线形成。用一个小透镜系统引导并形成入射光，以便在目标面上得到特定的光线分布。通过在光学系统的一个元件上采用这种折射和/或衍射结构可以用超常规的理想方式对不正常视力进行最终矫正。所以，通过采用这种结构不仅可以稳定地校正象差，而且还可以赋予光学系统一般人眼所不具备的特性。
此外本发明的目的还可通过(理想)透镜系统中具有折射和/或衍射结构的元件来实现。这种元件可以是眼内透镜，改良角膜，接触透镜，ICL或眼镜片。
下面将结合附图详细说明本发明的实施例和优选结构。其中
图1是表示按照本发明所述用于矫正眼睛光路象差的装置实施例的方框图。
图2是表示分别进行视力缺陷检测(图2a)的装置以及在所有缺陷重叠(图2b)时所用装置的示意图。
图1示出了按照本发明所述用于矫正眼睛视力缺陷的装置实施例的方框图。波前面分析单元2和局部形貌分析单元2’与控制单元3相连。控制单元3通过总线与激光器4和光调制装置5相连。光调制装置5的后面示出的是透镜6。波前面分析单元2和局部形貌分析单元2’的前面示出的是眼睛1。
在工作状态下，波前面分析单元2和局部形貌分析单元2’对眼睛1进行扫描，而且将得到的信号送入控制单元3。单元3对信号进行处理，并计算适合眼睛1的理想光学系统。在所述情况下，需计算的光学系统元件是理想的透镜6。特别需要在考虑有关激光数据的前提下在计算单元3中计算所有对制做理想透镜6的激光器4有用的照射位置，所述控制单元发送从信号中得到的数据。在此基础上控制单元3控制激光器4并确定光束7的能量和脉冲重复频率。光束7通过光调制装置5传导。在光调制器5中通过扫描器和透镜系统根据由前面的控制单元3算出的照射位置形成光束7并使其偏转，这样通过由受控制的激光束7在未加工的材料上进行消融可制做出顾客专用的透镜6。控制单元3还优选以多个分控制单元的形式工作，这些分控制单元与所述装置中的一个部件相连接。
用这种方式，可以给出一种用于完全矫正人眼视力缺陷的新的优选方法和装置，上述方法将测量方法和加工方法相结合，在使用本发明所述的这种结合时可以对人眼进行完全矫正。在这种方式中所采用的测量方法能精确检测角膜表面和记录在附加光路中的视网膜上产生的象差。在进行与理想的眼睛矫正透镜(例如根据白内障手术)或理想的角膜表面矫正有关的计算中完成由计算机支持的对测量结果的评价。可以优选用点扫描受激准分子激光系统来制做符合局部形貌的患者专用透镜和/或实现角膜的理想矫正。
特别是通过改变光学系统的元件可以实现矫正。因此，为了改善白内障和视力不正常患者的视力，需对眼内透镜进行完全矫正。在这种情况下，除白内障手术之外不再需要进行折射手术。
图2示出了单独测量视力缺陷的装置(图2a)和所有缺陷叠加时所用的装置(图2b)。其中用眼睛和四个光学元件来表示所述光学系统。现在用这些光学系统可以矫正单一视力缺陷，其中单个光学元件专用于矫正单一的视力缺陷。因此，例如用第一光学元件矫正球状象差，用第二光学元件补偿散光，用第三光学元件修正彗形象差。因此可以根据通过矫正参数得到的照射位置来依次加工和分别修正单个光学元件。优选的是在每次(局部)矫正后进行视力检测，以便对这些改变进行主观检查。
与之相反，图2b表示的是重叠的所有缺陷怎样作用于一个光学元件上和如何在光学元件上实现下列情况的上述补偿。在对单个光学元件进行了单独矫正之后，将信息传递到一个临时光学元件上。然后在另一个步骤中向例如角膜发送矫正所依据的光线，并使临时光学元件产生变形。
用这种方式可以提供一种用于矫正人眼视力缺陷的装置和方法，借助于它们可以对包括所有折射性视力缺陷在内的视力不正常眼睛的光路象差进行完全矫正，而且其中在不需要对眼睛实施手术的情况下，通过灵活的矫正可以优选预先在一个或多个临时光学元件上对单个缺陷进行矫正，并可以由观察者进行评价。
权利要求
1．一种用于特别是对眼睛(1)的折射性视力缺陷进行矫正的装置，包括相干光源(4)，用于使相干光源(4)的光束成形和偏转的光调制器(5)，其特征在于，设有用于分析眼睛(1)内的光路波前面的波前面分析单元(2)。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有用于分析眼睛(1)表面的附加局部形貌分析单元(2’)。
3．根据上述任一与装置有关的权利要求所述的装置，其特征在于，还设有用于对波前面分析单元(2)的信号进行处理，和/或对局部形貌分析单元(2’)的信号进行处理，和/或对相干光源(4)进行控制，和/或对光调制单元(5)进行控制的控制单元(3)。
4．根据上述任一与装置有关的权利要求所述的装置，其特征在于，光调制单元(5)的构成应使得能借助于光束对眼内透镜和/或眼镜和/或眼睛(1)的角膜和/或接触透镜和/或可植入式接触透镜和/或眼镜片进行处理。
5．根据上述任一与装置有关的权利要求所述的装置，其特征在于，上述相干光源(4)是激光器，特别是点扫描受激准分子激光系统。
6．一种特别是在使用上述权利要求所述装置的前提下对眼睛(1)的折射性视力缺陷进行矫正的方法，其特征在于，通过波前面分析得出眼睛的光路；和计算矫正眼睛(1)视力缺陷的理想光学系统。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于，分析眼睛(1)的相关局部形貌。
8．根据上述方法权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据通过波前面分析和/或局部形貌分析得到的数据设计理想光学系统。
9．根据上述方法权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用从波前面分析和/或局部形貌分析中得到的数据计算制做理想光学系统所需的照射位置。
10．根据上述方法权利要求之一所述的方法，其特征在于，将眼睛(1)的旧光学系统转换成计算出的理想光学系统。
11．根据上述方法权利要求之一所述的方法，其特征在于，光系统包括眼镜和/或眼内透镜和/或眼睛角膜和/或接触透镜和/或ICL和/或至少一个眼睛片。
12．根据上述方法权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了检查理想光学系统而在第一步骤中制做理想光学系统的单个临时元件，特别是透镜，和在第二步骤中用另一个相应的替换元件特别是相应的替换角膜替换上述单个元件。
13．根据上述方法权利要求之一和/或借助于上述与装置有关的权利要求所述的装置之一制做的理想光学系统，其特征在于，上述光学系统元件包括适合植入的和/或适合附着的和/或适合去除的材料，特别是塑料或玻璃。
14．根据上述与光学系统有关的权利要求之一所述的理想光学系统，其特征在于，光学系统元件包括折射和/或衍射构件。
15．光学系统中使用的元件，其特征在于，所述元件具有折射和/或衍射结构。
16．使用上述方法权利要求之一所述的方法和/或上述与装置有关的权利要求之一所述的装置对眼睛的视力缺陷进行完全矫正。
全文摘要
本发明涉及一种用于完全矫正人眼视力缺陷的方法和装置。本发明所采用的将测量和处理方法相结合的方式可以完全矫正人眼。
文档编号G02C7/02GK1320026SQ00801669
公开日2001年10月31日 申请日期2000年8月11日 优先权日1999年8月11日
发明者曼弗雷德·迪克, 埃克哈德·斯克勒德, 约阿希姆·菲德勒, 霍尔格·莫伊泽扎尔, 瓦瑟尔·莫列布利 申请人:阿斯科莱平医疗技术股份公司