专利名称：预防或延缓一种或多种老视症状的装置和方法
技术领域：
本发明通常涉及预防或延缓老视的装置和方法。更具体地，本发明涉及消融眼睛晶状体出芽区(germinative zone)或前出芽区(pregerminative zone)中上皮细胞的方法和装置，以便延缓或预防老视的发生或进展或一种或多种症状。
背景技术：
老视是由于岁月或年龄的增长而引起的视力减退。老视是造成中年人或老年人将报纸、杂志或书籍置于眼睛一臂距离进行阅读的原因。许多老视个体带有双焦眼镜来帮助他们应对老视。在超过40岁的个体中通常可以观察到老视。患有老视的老视个体可以具有正常的视力，但是随着时间的流逝，聚焦于近距离物体的能力至少部分地丧失，因此这些个体在完成需要近视力的工作时，例如阅读时需要佩戴眼镜。老视或多或少地影响几乎所有超过40岁以上的个体。
眼睛能够产生不同距离的物体的清晰图像，调整眼睛的有效焦距以保持物体的图像聚焦于位于眼睛后部的视网膜上。眼调节指这种有效焦距的变化。眼调节是眼睛改变其聚焦的能力，并且主要通过改变晶状体的形状来完成。眼调节提供从远处物体到近处物体的聚焦改变的能力。老视影响从远处物体到近处物体的聚焦改变的能力。
通过使用眼中的某些肌肉和结构来改变晶状体的形状。如
图1所示，晶状体114位于眼睛的前部。晶状体具有通常是圆形的横截面，该圆形的横截面具有两个凸折射面。晶状体后面(其更接近玻璃体)的曲率高于前面的曲率。由被称为睫状小带104的胶原纤维的环状集合悬浮晶状体，所述小带在其内端与晶状体囊连接(晶状体外表面)并在其外端与睫状体115相连，睫状体是恰好位于眼睛外部支持结构即巩膜101中的组织肌肉环。睫状体115在未调节的眼中是松弛的，因此呈现其最大的直径。
在个体的生命期间，通过在晶状体中纬线上上皮细胞的分裂和来自某些上皮细胞的分化纤维细胞的形成，晶状体持续生长。老视被认为是至少部分由于晶状体的持续生长而引起的。这种生长的一个结果是晶状体弹性的持续下降，因此导致眼调节的持续下降。在囊界限内晶状体尺寸的生长会造成其丧失聚焦能力。
以往治疗老视的方法是处理眼睛的角膜和巩膜，虽然建议通过处理晶状体来治疗老视。根据http://www.allaboutvision.com/visionsurgery/presbyopia_surgery_2.htm，虽然某些外科医生处理巩膜，但是其它外科医生认为晶状体可能是老视手术的关键，并且他们建议了两种技术，但是还没有开始实验。一种技术叫做photophako reduction(PPR)，其使用激光在晶状体中创造腔，从而减小晶状体的尺寸。另一种技术叫做photophako modulation(PPM)，其使用激光在晶状体中创造微小的穿孔以使晶状体软化。另一技术涉及使用光分裂(photodisruptive)激光以软化晶状体的内部从而恢复弹性。
治疗老视的其它尝试涉及处理巩膜或小带。激光老视逆转手术(LAPR)涉及使用红外激光器以切除部分巩膜。外科医生使用激光器在巩膜内进行轮辐样切口以使之变薄并给晶状体更大的空间来发挥作用。另一被称为前睫状巩膜切开术(ACS)的方法试图通过在巩膜上或眼睛的白色部分上进行若干部分厚度的放射状切口，将与晶状体相连的纤维拉紧。某些外科医生将硅酮植入物置于放射状切口中，来试图防止退化。拉紧晶状体纤维的另一技术涉及使用红外激光器以策略地使巩膜变薄。
美国专利第5,465,737号(Schachar)和授予相同发明人的其它专利描述了通过增加眼调节幅度来治疗老视和远视的方法，通过增加老视眼中睫状肌有效工作距离进行所述眼调节幅度。Schachar叙述还可以通过向晶状体上皮应用热、辐射或抗有丝分裂药物抑制晶状体的持续生长来阻止老视。
建议了治疗老视的其它技术，最常见的技术是处理角膜或巩膜。美国专利第6,258,082号描述了角膜整形和老视校正的方法和外科手术技术。该系统的优选实施方案由扫描器、线束点调节器和耦联纤维以及基本激光器组成。通过使用消融激光器消融巩膜组织并增加睫状体的调节的方法来治疗老视。
美国专利第6,263,879号描述了通过使用消融激光器来消融巩膜组织并增加睫状体调节的方法来治疗老视。建议使用扫描系统以在角膜的巩膜区域实施不同样式从而治疗老视并预防其它眼部病症，例如青光眼。
美国专利第6,491,688号描述了老视校正的方法和装置。所公开的系统的优选实施方案由线束点控制器、光束输送装置、裂隙灯、可视瞄准束以及所选的固态激光器组成。通过由选择的激光器产生的约15-50℃的温度增高而产生的人睫状小带的热收缩来治疗老视。聚焦近红外激光器并通过角镜(gonio lens)向靶睫状小带区域输送，外科医生使用滑移灯观察。具有最佳吸收特性的所选的激光器高度聚焦，以便仅对靶小带加热，而不损伤角膜、晶状体和临近的区域。
美国专利第6,663,619号(VISX Incorporated)公开了通过进行角膜表面的消融光分解来治疗老视的眼外科系统和方法。激光器系统将组织消融成预定的消融形状，并且角膜显著愈合以形成多焦点形状校正老视。多焦点形状在中央校正近视力并且在周围校正远视力。使用具有比治疗区域更窄束的激光器，所述系统和方法能够进行广泛区域的治疗，并且能够被用于治疗与老视相关的多种疾病状态，例如远视、远视散光和不规则折射像差(aberration)。
美国专利第6,745,775号(Surgilight，Inc.)描述了一种治疗老视的方法，其使用多种激光器来除去巩膜组织的一部分并增加老视患者眼睛的调节。
美国专利第5,312,320号(VISX，Incorporated)描述了使用紫外激光辐射进行的角膜的可控消融，其中控制被照射的通量密度和暴露时间，以便实现期望的消融深度。、根据光束尺寸的情况，在角膜入射处，横跨激光束投影的横断面的通量密度的预表征分布形成雕刻作用，以匹配待消融的区域，并且暴露的持续时间确定曲率变化的程度。公开了近视校正、远视校正和散光校正的说明性的技术和情况。
美国专利第5,711,762和5,735,843号(VISX，Incorporated)描述了将辐射引导通过防护罩并引导在角膜组织上或其它生物物质上的氩气-氟化物准分子激光或其它激光源以在其中通过消融光解法形成预定构型和深度的消融。可形成具有裂缝，圆形、月牙形或其它宽度为30至800微米的开口的防护罩，并且甚至可以形成提供中心至边缘等级强度的防护罩。所述防护罩是能够反射的，或者是由有机聚合物构成的或表面涂有有机聚合物，以防止热积累。
美国专利第6,325,792号(Swinger and Lai)描述了将低能量、超短(飞秒)脉冲激光辐射以多种形式中的一种用于患者的眼睛，从而通过非常可控形式的光分解或光破坏的方法消融或切除暴露的眼部组织。在眼睛内部使用激光使外科医生可以进行青光眼手术，例如小梁成形术和虹膜切开术，进行白内障手术，例如囊切除术、撕囊术和晶体切除术，以及进行玻璃体视网膜手术，例如膜切除术。通过控制能通量或辐照、光束暴露的几何沉积和暴露时间来实现多种操作。
美国专利第6,706,036号(Lai)描述了用于角膜外科手术的基于激光器的方法和装置。本发明旨在主要用于消融有机物，尤其是切除人角膜。该发明使用具有浅消融深度(每激光脉冲0.2微米或更低)和低消融能量密度阈(小于等于约10mJ/cm2)特性的激光源，以实现光学平滑消融的角膜表面。Lai叙述了所述外科手术系统能够被用于进行外科手术操作，包括去除角膜瘢痕、形成切口、角膜移植以及校正近视、远视、散光和其它角膜表面轮廓缺陷。
美国专利第5,439,462号(Intelligent Surgical Lasers)描述了眼部激光系统，其通过晶状体组织的晶状体碎裂从眼睛的晶状体囊中除去白内障性组织，随后抽吸被治疗的组织。
虽然存在大量描述治疗老视的专利和专利申请，但是成功治疗老视仍然是困难的。亟需治疗或预防老视的方法和装置。
发明概述提供用于预防或延缓老视的装置和方法。所述方法包括在晶状体的出芽区或前出芽区消融上皮细胞。优选地，对称地和/或沿晶状体的缝线和/或通过偶数个消融点消融上皮细胞。所述方法能够包括对称地围绕晶状体的周缘形成消融点。所述方法能够包括在晶状体的出芽区或前出芽区中消融期望百分比的上皮细胞。使用本装置和方法，能够消融上皮细胞而不形成白内障或散光疾病状态，并且无需降低晶状体的中纬线直径。
另一方面，提供预防和延缓患者一种或多种老视症状的装置和方法。所述方法包括在确定患者老视症状之前选择患者，并在晶状体的出芽区或前出芽区消融上皮细胞。基于增加的老视危险因子选择所述患者，例如散光，或基于年龄，例如其中所选患者低于40岁。
另一方面，提供了激光装置和使用所述装置的方法以消融晶状体中的上皮细胞。所述装置包括提供激光辐射的激光源；以及与所述激光源可操作地连接的激光传输系统以接收来自所述光源的所述辐射并产生多束激光束。所述激光传输系统能够包括光纤束、衍射光学器件、二元光学器件或由单束激光束提供多束激光束的其它装置。所述激光传输系统还能够包括接收和聚焦所述多束激光束的聚焦透镜。所述激光传输系统能够包括具有不同焦距的多个主透镜和/或自动旋转所述多束激光束的旋转器。所述装置还能够包括在消融点提供可见光的校准机构。
附图简要说明图1显示包括晶状体在内的人眼内部构造。
图2显示人晶状体内上皮细胞的排列。
图3显示晶状体内上皮细胞的不同区域。
图4显示使用激光束在期望的位置处消融大量上皮细胞的激光系统。
图5显示使用衍射光学器件在期望的位置处消融大量上皮细胞的激光系统。
图6显示容易地并准确地改变在晶状体上产生的激光点图样的装置。
图7显示用于少量精准旋转消融点的机械旋转台。
图8显示聚焦透镜如何能够提供期望大小的消融点或在由光导纤维束提供的激光辐射的期望距离处如何提供期望大小的消融点。
图9显示聚焦透镜如何能够提供期望大小的消融点或在由衍射光学器件提供的激光辐射的期望距离处如何提供期望大小的消融点。
图10显示激光辐射如何聚焦于晶状体上而非角膜上的消融点。
详细说明提供了治疗或预防老视发生或进展的装置和方法。老视的发生和进展通常通过一种或多种老视症状显示，本发明的装置和方法能够被用于预防或延缓一种或多种老视症状。在患者被诊断出或开始患有一种或多种老视症状之前，所述装置和方法能够被用于预防或延缓老视的发生。所述装置和方法能够被用于预防或延缓老视的进展，从而一种或多种老视症状不会变得更糟或更加显著。
老视的症状包括对近距离物体聚焦能力下降、眼疲劳、难以阅读小号字体、当阅读或观察发光的屏幕时发生疲劳、难于看清楚近处的物体、当阅读印刷品时对比度下降、需要更加明亮和更加直接的光线来阅读、需要将阅读材料放置于较远的位置以便看清楚以及头痛，尤其是当使用近视力时头痛。
所述装置和方法通过抑制晶状体中上皮细胞的再生来应对老视的发生或进展。所述装置和方法能够被用于抑制将要进入晶状体出芽区的上皮细胞的再生。这些细胞通常位于晶状体的前出芽区。或者或此外，本发明的装置和方法能够被用于抑制已经在晶状体的出芽区的细胞的再生。
能够使用多种方法抑制上皮细胞的再生。通过避免、减慢或阻止上皮细胞的有丝分裂能够抑制上皮细胞的再生。通过消融晶状体前出芽区或出芽区中的上皮细胞能够抑制上皮细胞的再生。如下详述，上皮细胞的切除能够促进或确立晶状体的生长停滞。以避免、最小化或降低对晶状体囊和中央区上皮细胞或纤维细胞的损伤的方法进行上皮细胞的消融。
能够通过任何合适的技术消融晶状体前出芽区和/或出芽区中的上皮细胞，但是通常使用基于激光的外科手术技术进行消融。消融细胞意味着除去细胞，包括通过切除、摘除、汽化、磨、或者用于从活组织中除去细胞的任何其它合适的技术。当使用基于激光的外科手术技术时，通常将被消融的细胞汽化。
治疗方法通常将会包括扩张瞳孔的步骤以便暴露更多的晶状体。扩张将会促进包括出芽区在内的晶状体周边部分的暴露与治疗。扩张是有用的，因为本发明的技术将被用于晶状体而非虹膜，并且所述虹膜通常位于出芽区和前出芽区的区域之上。
治疗方法还能够包括目测识别晶状体出芽区或前出芽区中的上皮细胞。当显微观察其大小或形状时，能够识别上皮细胞。或者，能够通过生物化学标记或指示物识别出芽区中有丝分裂过程中的上皮细胞。因此，附加的步骤可以是给予该生物化学标记或指示物。
治疗方法还能够包括确定晶状体生长速率或晶状体中上皮细胞再生速率，以及估计为确立生长停滞而待消融的上皮细胞量的一个或多个步骤。如果确定了这些速率，那么能够根据一定的程度进行估计，所述程度应该避免、减慢或阻止上皮细胞有丝分裂过程以达到或接近由上皮细胞形成纤维细胞和/或晶状体生长的停滞。
图1显示了人眼的各种结构。眼睛的最外层被称为巩膜101，其通常被称为“眼白”。巩膜101是强韧的不透明组织，其作为眼睛的保护外层。微小的肌肉围绕着眼睛与巩膜101相连并控制眼睛的运动。巩膜101维持眼睛的形状。
角膜102位于眼睛的前部。当光进入眼睛时，其通过角膜102。角膜分层设置，即上皮、鲍曼层、间质、德斯密膜和内皮。上皮是角膜的最外侧区域。上皮阻止杂质的通过，提供光滑表面，所述光滑表面通泪液中吸收氧气和细胞营养物，然后将这些营养物分布到角膜剩余部分。上皮填充有成千上万的微小神经末梢，这些神经末梢使角膜在被揉搓或刮擦时对疼痛非常敏感。本发明的装置和方法设计为避免对角膜(包括上皮层)的损伤或造成疼痛。在上皮的下面是被称为鲍曼层的透明片状组织。鲍曼层由被称为胶原的强层化蛋白纤维组成。如果受到损伤，鲍曼层在愈合时能够形成疤痕。如果这些疤痕很大并且位于中央，那么会发生某些视觉损失。因此，本发明的方法和装置被设计为避免对鲍曼层或其它含有胶原的层的损伤。在鲍曼层的下面是间质，其构成角膜的的主要厚度。它通常是水和胶原。胶原为角膜提供强度、弹性和形式。胶原的形状、排列和空间产生了角膜的光导透明性。在间质的下面是德斯密膜，其是薄但强韧的片状组织，并作为防止感染和损伤的保护屏障。德斯密膜包括胶原纤维(与间质的胶原纤维不同)，并且由位于其下的内皮细胞构成。内皮从间质中泵出过量的流体。如果疾病或创伤损伤了内皮细胞，那么它们不能被修复或复制。如果损伤了过多的内皮细胞，那么可能发生角膜水肿和/或失明。此外，本发明的方法和装置被设计为当用于对患者治疗来预防老视时，避免损伤角膜的各层(包括角膜的内皮细胞)。
再次回到图1，脉络膜103(或葡萄膜)含有向眼睛的结构提供血液的血管。脉络膜103的前侧含有肌肉区域的睫状体105和与晶状体114相连的小带104。晶状体115收缩和放松以控制小带104，其又控制晶状体的大小以便聚焦。虹膜105是眼睛有颜色的部分。结缔组织和色素细胞的颜色决定了虹膜的颜色。较少的色素使得眼睛呈现蓝色，较多的色素使得眼睛呈现棕色。虹膜是围绕被称为瞳孔106的开口的可调控光装置。可以通过使用滴眼剂扩张瞳孔来移动虹膜105，所述滴眼剂例如是诸如阿托品、环喷托酯、后马托品、脱羟肾上腺素、东莨菪碱和托品酰胺灯扩瞳剂。眼科医生通常将扩张患者的眼睛作为眼睛检查的一部分。
视网膜107位于眼睛的后部。视网膜107是眼睛的感光部分。黄斑108位于视网膜的中央，并且在黄斑的中央是被称为中央凹的区域。该区域负责清晰地观察细微的细节。视网膜纤维神经在眼睛的后部聚集并形成视神经109，其向大脑传导电脉冲。视神经109与巩膜101在眼睛的后面相连。视神经和血管离开视网膜的点被称为视神经乳头盘110。该区域是视网膜上的盲点，因为在该位置不存在杆状细胞或视锥细胞。
眼睛具有由晶状体114分离的两个液体充盈的部分。较大的后面部分含有被称为玻璃体111的清澈的凝胶样物质。较小的前面部分含有被称为房水112的清澈的水样物质。房水被分成被称为前房(在虹膜的前面)和后房(在虹膜的后面)两个部分。在睫状体115中产生房水并通过施莱姆管排出。如果该排出道受到阻塞，那么能够导致青光眼。
晶状体114是清澈的双凸结构，普通成人的晶状体直径约为10mm(0.4英寸)，儿童中稍小些。因为其与睫状体中的肌肉相连，所以晶状体可以改变形状。晶状体114被用于动态聚焦。图2、图3和下面的描述，以及Kuszak等人的Electron Microscopic Observations of theCrystalline Lens，Microscopy Research and Technique 33441-79(1996)和Kuszak等人的Biology of the LensLens Transparency as a Functionof Embryology，Anatomy，and Physiology，InThe Principles and Practiceof Ophthalmology(2nd ed.)，由Albert DA和Jacobiec FA编辑，Philadelphia，PASaunders，1999，p.1355-1408提供了关于晶状体的其它细节，本文以参考的方式引入上述两篇文献。
本发明的装置和方法主要涉及晶状体的解剖学。成人晶状体是非对称的、扁圆形球状体。晶状体是产生折光率梯度的高度特化细胞的复杂排列。
图2显示了晶状体201的通常结构。晶状体是透明的、后面较前面凸隆的双凸结构。晶状体的核包括沿着视轴伸长的初级晶状体纤维202的核。伸长的次级晶状体纤维203的皮层围绕着该核。在晶状体的前面存在一层立方细胞204，其构成晶状体201的中央区。前面的单层205作为晶状体的生发细胞层-复层上皮样组织。然而，不同于其它具有分布于基底生发细胞层的干细胞的复层上皮，晶状体的干细胞作为在晶状体上皮中的窄纬度带而被分隔，形成晶状体的出芽区。该出芽区位于晶状体中纬线正上方的晶状体上皮周围。某些出芽区细胞经历有丝分裂，并且大量子细胞最终分化为附加的晶状体纤维。在成为晶状体纤维206的过程中，在移行区中的出芽区外侧发现了分化细胞。因为它们是发育的第二晶状体纤维，所以它们被称为次级纤维203。称为囊207的非细胞外层覆盖该晶状体的上皮细胞。
图3一般地显示了晶状体上皮细胞趋向于在晶状体上皮内的不同区域被分隔。中央区302包括晶状体的宽广的极帽，该极帽覆盖了晶状体前表面的大部分。中央区细胞处于细胞周期的G0期，并不促成次级纤维的形成。在中央区302与出芽区304之间是被称为前出芽区303的相对狭窄的区域。少量前出芽区细胞经历有丝分裂，并且这些子细胞中的某些最终分化为次级晶状体纤维。最终，出芽区外是被称为移行区305的细胞的狭窄纬度带。移行区细胞是在出芽区中经历有丝分裂并且被选择以最终分化为次级晶状体纤维的细胞。在整个生命期间当另外的出芽区细胞被招募以成为次级晶状体纤维时，移行区细胞被迫使向后移动。在这些新生的次级晶状体纤维的移动期间，它们沿其极轴同时旋转180度，然后双向伸长直至其成为成熟的次级晶状体纤维。在伸长进行时，起初伸长的次级晶状体纤维的前端被跻到叠放的晶状体上皮的顶膜之下和初级晶状体纤维的前端之上。同时，相同的伸长次级晶状体纤维的后端被跻到晶状体囊之下和初级晶状体纤维的后端之上。当其一端对一端相接排列成完整的生长壳，而不是作为大多数复层上皮形式的层(layer)或组织层(stratum)时，次级晶状体纤维伸长完成并且纤维被认为成熟了。
由于在整个生命过程中，附加的次级晶状体纤维发生，所以其前端被挤到晶状体上皮的顶膜之下和之前形成的晶状体纤维的前端之上，而其后端被跻到囊之上和相同的之前形成的晶状体纤维的基膜之下。晶状体纤维的末端相遇以形成被称为缝线的定型线。如此，每一壳的晶状体纤维位于之前形成的壳的晶状体纤维之上和此后形成的壳的晶状体纤维之下。此外，整个晶状体被封在基膜样的囊中，该囊是由晶状体上皮细胞和伸长的晶状体纤维的基膜产生的。在整个生命过程中其连续产生的结果是晶状体囊变成机体中最厚的基膜。
与其它复层上皮不同，晶状体并非从其衰老的最上层抛弃细胞。相反地，在整个生命期间衰老的晶状体细胞日趋更加内化。如此，按照增长的时期，由其周围向内部的排列顺序，晶状体保持其全部的晶状体纤维。
在任何时期，出芽区303大约包括晶状体上皮前表面的外部10％(此外，移行区包括该区域的最外周部分)。中央区302和前出芽区304占晶状体上皮前表面的剩余90％。虽然晶状体上皮的全部区域的大小以时期为函数增加，但是有丝分裂活性主要被限制在出芽区。
如上所述，晶状体上皮细胞被分成两个不同的亚群。成体晶状体中央区上皮细胞是平均高度为3至7μm的立方形204。前出芽区和出芽区细胞通常较小。可以通过参考纬度和经度坐标在晶状体上识别出芽区，例如从90度(晶状体的顶部)至约75至约80度的纬度是中央区。出芽区是从约0度至约10度的纬度。经度坐标能够是0至90度，虽然优选使用对称的经度坐标。
能够在纤维细胞进入出芽区之前或之后，例如通过消融上皮细胞来预防、减慢或终止上皮细胞的有丝分裂过程从而减少晶状体中纤维细胞的增殖。如果预防、减慢或终止相当百分比的上皮细胞的有丝分裂过程，那么上皮细胞形成较少的纤维细胞，并且晶状体的生长能够停滞或接近停滞。此外，通过抑制有丝分裂过程，可以降低或减慢晶状体中上皮细胞的挤压。这些效果能够预防或延缓一种或多种老视症状的发生或进展。
根据本发明的技术，出芽区或前出芽区中上皮细胞的消融并不需要减少晶状体中纬线的直径，相反促进或确立晶状体的生长停滞，并且还可以降低皮层中纤维细胞和/或晶状体核的挤压。优选地，消融上皮细胞以便促进或确立晶状体的生长停滞，和/或避免或降低或最小化皮层的纤维细胞和/或晶状体核的压实，和/或维持晶状体的大小。在某些实施方案中，预防或延缓老视症状的方法能够包括消融晶状体中上皮细胞而不阻止晶状体的生长；也就是说晶状体可以继续经历某些生长并稍微有些变大，但是预防或延缓了老视的症状。
本发明的方法主要被设计为对称地消融晶状体前出芽区和/或出芽区中的上皮细胞。当在晶状体上形成消融点时，优选地，还存在一个或多个附加的消融点以便与第一(和任何其它的)消融点形成对称图样，从而消融点对称地围绕晶状体分布(更具体地，围绕晶状体前出芽区或出芽区分布)。
虽然某些类型的激光外科手术既可以使用偶数个消融点也可以使用奇数个消融点(例如在虹膜中提供孔以缓解青光眼的眼压)，但是希望在本发明的方法中优选使用偶数个消融点。当在晶状体中形成多个消融点时，希望消融图样是对称的并且在每一消融点之间的度数大约是相同的。
希望本发明的方法提供对称消融晶状体出芽区和/或前出芽区亚中的上皮细胞。这与对称性不是那么重要或无关紧要的其它类型的眼科手术相反。这是因为当晶状体细胞被损坏时，细胞或纤维的生长将朝向被损坏的区域，这可以造成视觉清晰度的破坏。通过对称消融上皮细胞，细胞和纤维生长的运动将趋向在晶状体中相对一致，这将避免或降低视觉清晰度的破坏。
因此，本发明的方法将优选产生偶数个消融点(虽然在某些情况下奇数也是合适的)。更优选地，本发明的方法基本围绕晶状体的整个周缘形成对称图样的偶数个消融点。例如，如果在晶状体的不同经度产生6个消融点，那么能够在90度、91度、92度以及270度、271度、272度处形成消融点，因为这使得每一侧均有消融点，虽然0度和180度的区域并不被消融。然而，更加希望在0度、60度、120度、180度、240度和300度处具有消融点，以便消融点对称地围绕晶状体的整个周缘分布。
优选地，围绕晶状体对称地消融上皮细胞和/或形成偶数个消融点。例如，在晶状体中形成至少4个对称消融点，例如在围绕出芽区或前出芽区周缘的约0度经度、约90度经度、约180度经度以及约270度经度处形成消融点。另一个实例是，在晶状体出芽区形成至少12个对称消融点，例如在围绕出芽区或前出芽区周缘的约0度、约30度、约60度、约90度、约120度、约150度、约180度、约210度、约240度、约270度、约300度以及约330度(均为经度)处形成消融点。
通过使用对称消融，认为降低了引起白内障或散光疾病状态的风险。白内障是晶状体混浊。当晶状体扭曲时会发生散光，因为并没有一致地减慢或终止围绕晶状体周缘的上皮细胞的进展。通过使用对称消融，认为改善了维持晶状体光学清晰度的可能性。
希望使用维持晶状体光学清晰度的方法形成消融斑点。为此，希望维持纤维细胞朝着天然存在于晶状体中的缝线进行生长，并避免纤维细胞以不同的或偶然的方式生长。缝线是相互排列的纤维细胞端对端的相接处。一种改善维持纤维细胞朝着缝线生长的可能性的技术是沿着晶状体缝线消融上皮细胞。
以对称图样和/或沿着缝线消融上皮细胞降低风险，所述风险为其它上皮细胞以干扰光学清晰度的方法修复由消融造成的损伤。虽然本发明的方法被设计为消融分化之前的上皮细胞，然而，分化过程中的纤维依赖于提供关键信息的上皮细胞。此外，消融某些上皮细胞能够降低分化支持因子的供给，从而降低了未消融的上皮细胞的再生和/或分化。
本发明的方法可以包括在晶状体的出芽区或前出芽区的上皮细胞中形成多个消融点以预防或延缓一种或多种老视症状的发生或进展。能够通过在出芽区或前出芽区形成合适数目的消融点来消融上皮细胞，例如在晶状体的出芽区或前出芽区中形成2、3、4、6、8、12、16、20、24、28、30、60、120、180、360、480、540、600、660、720、800、840或960个消融点。此外，可以希望在出芽区或前出芽区中形成偶数个更多的消融点，例如1000、1800、2000、2400、3000、3600、4000、4800、5000、6000、7000、7200、8000、8800、9000、9600或10000个。可以组合上述数目的任意两个以形成消融点的范围。
优选地，充分地消融出芽区或前出芽区中的上皮细胞，以便确立晶状体的生长停滞。或者，充分地消融出芽区或前出芽区中的上皮细胞，以便确立生长速率为消融前生长速率的约95％或低于生长速率。或者充分地消融出芽区或前出芽区中的上皮细胞，以便确立生长速率为消融前生长速率的约85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、3％、2％或1％。
本发明的方法包括形成足够数量的消融点，而不消融许多上皮细胞使得晶状体的功能或结构受到严重损伤，例如产生严重的白内障或散光状态。考虑并不消融出芽区中的每一和全部上皮细胞，但消融一定百分比的上皮细胞。在优选实施方案中，消融晶状体出芽区中至少约10％的上皮细胞。或者消融晶状体出芽区和/或前出芽区中至少约0.001％、至少约0.01％、至少约0.1％、至少约1％、至少约2％、至少约5％、至少约7％、至少约10％、至少约12％、至少约15％、至少约18％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约50％、至少约60％或更多的上皮细胞。或者，可以消融出芽区和前出芽区周缘一定百分比的上皮细胞。例如，能够消融出芽区和前出芽区周缘约0.001％至100％的上皮细胞。
本发明方法中消融点的数目将部分取决于消融点的大小和形状。例如，当消融点较大时，通常将形成较少的消融点。消融点的大小包括但不限于，具有约1.6微米至约3000微米直径的消融点，或者约3微米至约1000微米，或者约3.12微米至约106微米。优选地，消融点的大小为直径约3至约300微米。消融点的大小还包括但不限于，具有约14立方微米至约1.4×107立方微米体积的消融点，或者约140立方微米至约1.4×106立方微米，或者约1400立方微米至1.4×105立方微米。消融点的形状能够是圆形的、正方形的、多边形的或其它形状。例如，消融点可以具有圆形、弯曲线或月牙形，这可以促进在每一消融点处消融大量的上皮细胞。能够连接消融点以形成较大的和/或不同的形状或图样。例如，能够连接消融点以形成基本上围绕晶状体整个周缘的线形、圆形或环形。
所述方法还可以包括在一种或多种老视症状发生之前选择患者，并消融所选患者晶状体出芽区或前出芽区中大量上皮细胞的步骤。消融大量上皮细胞以预防或延缓一种或多种(优选全部的)老视症状。可以根据年龄或者根据一种或多种老视症状的危险因子来选择患者。例如，患者可以是至少12岁、或者至少15岁、或者至少18岁、或者至少21岁、或者至少25岁、或者至少30岁、或者至少35岁、或者至少40岁、或者至少45岁、或者至少50岁、或者至少55岁、或者至少60岁、或者至少65岁、或者至少70岁、或者至少75岁、或者至少80岁。或者，患者年龄可以小于12、15、18、21、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75或80岁。可以根据对老视症状增加的危险因子来选择患者，所述危险因子例如远视(这增加了对晶状体屈曲性的附加要求)、职业(需要近视力的职业是一种风险因子)、性别(老视在妇女中经常较早发生)、眼部疾病或创伤(对晶状体或睫状肌的损伤能够加速老视)、全身性疾病(糖尿病和多发性硬化症增加了老视的风险)、药物使用(例如酒精、抗抑郁药和抗组织胺类药等药物能够降低晶状体的屈曲性)、或者大气或地理因素(较高的年气温和对紫外线较多的暴露增加个体的老视风险)。
本发明的装置和方法包括用于抑制上皮细胞有丝分裂，尤其抑制是在晶状体出芽区中那些细胞的有丝分裂的若干技术。例如，可以使用基于激光器的方法，其中使用激光器通过消融有丝分裂活跃的晶状体上皮细胞来抑制上皮细胞的有丝分裂。那些上皮细胞通常位于晶状体的出芽区。
本发明的装置将包括能够产生激光束的激光源。优选地，所述激光源产生短脉冲激光，该激光具有不损伤角膜以及对眼睛不产生实质热损伤的波长。通常，每一脉冲的激光能量优选为约0.1微焦至约1200微焦、优选为约1微焦至约120微焦、更优选约12微焦。许多商业上可获得的激光器满足这些需要。希望在非常短的脉冲期使用具有相对可预测功率水平的激光器，因此如果激光器被精确校准，那么为每一消融点提供的能量不应有显著差异。
优选的激光源包括可见波长激光和红外激光源。优选地，使用YAG激光器，例如Nd:YAG(钕钇铝石榴石)激光器。白内障手术后用于激光晶状体囊切开术的眼部Nd:YAG激光器包括7970 CoherentYAG激光器；可以从Nidek Incorporated of Fremont，California获得的眼部Nd:YAG激光器YC-1600；以及Alcon 2500 YAG激光器。Nd:YAG激光器已经被用于眼科手术，例如晶状体后囊切开术和周边虹膜切开术。Nd:YAG激光器产生短脉冲、低能量、高功率、相干光辐射。当激光器输出与聚焦光学器件组合时，对靶的高辐射度通过光分解引起组织破坏。发射非常特定波长的YAG晶体中能够包括不同的材料。在医疗应用中，钬和铥是YAG晶体中经常使用的杂质，但是它们的波长差别很小。
其它激光源包括氦-镉激光器、氩离子激光器、氪离子激光器、氙激光器、碘激光器、钬涂覆的钇铝石榴石激光器、钇锂氟化物激光器、准分子激光器、化学激光器、谐波振荡激光器、染料激光器、氮激光器、钕激光器、铒激光器、红宝石激光器、钛-蓝宝石激光器和二极管激光器。合适的YAG激光器还包括倍频和三倍频YAG激光器。许多YAG激光器的波长能够通过特殊晶体对其照射从红外变至光谱的绿或UV部分。由于从原始的红外波长变质基频的第二或第三谐波，所以提供了合适的附加范围的激光波长。
激光源提供具有特征功率的光束，这取决于激光辐射的波长。激光束还具有接触的直径和表面积。例如，如果光束的直径是1.17cm，那么被照亮的表面积将是1平方厘米，因为等式πr2决定了面积，其中r是光束的半径。如果激光源提供具有1瓦功率以及直径1.17cm的激光束，那么光束的辐射度或强度为每平方厘米1瓦，因为强度是由等式I＝P/A决定的，其中P等于功率(以瓦为单位)除以A，A是被光束照亮的面积，单位为平方厘米。因此，如果激光束具有1瓦功率以及直径0.56cm，那么辐射度是4w/cm2，因为被照亮的表面积是0.25cm2。
如果使用聚焦透镜将相同的该激光束聚焦于更小的直径和表面积上，那么强度将会大大增强。例如，如果将相同的光束(具有1瓦的功率)聚焦于15.7×10-11cm2，那么强度为1w/15.7×10-11cm2，即637万瓦/cm2。由这些计算能够看出，当聚焦时，具有相对低的激光功率的激光束能够产生高强度。由于这个原因，许多激光传输系统包括聚焦透镜以调整激光束的大小和强度。
对于本发明的装置，应该以避免、降低或最小化对角膜的损伤的方式选择并操作激光源和激光传输系统。激光的波长可以是通常不被角膜吸收的波长。优选约400nm以及更长的波长，或约632nm以及更长的波长。优选约1400nm以及更短的波长。激光传输系统能够包括聚集透镜，其将激光束聚焦于希望的消融点，而不是眼睛的另一部分。
所有的材料均具有损伤阈，这是激光束强度将引起所述材料开始气化或燃烧的水平。所述阈是损伤开始出现的水平。对于室温下的材料，损伤阈取决于激光的强度、激光照射面积的时间长短以及被所述材料吸收的激光的量。
当激光束与材料接触时，所述材料可以吸收辐射并将其转化为热。来自被材料吸收并被转化为热的激光束的能量总量部分取决于激光束的波长。对于眼睛组织，电磁波谱的可见部分的波长(从约400nm至约700nm)易于通过角膜和晶状体，并在视网膜被吸收。如果角膜和晶状体组织是健康的，那么它们吸收非常少百分比的激光能量。然而，在低于400nm的波长(光谱的紫外部分)时，形成角膜和晶状体的组织吸收较多百分比的能量。这对于大于700nm的波长也是如此。光谱的近红外部分(从约700至约1400nm)，虽然肉眼不可见，但是其能够通过角膜和晶状体，然而比可见光具有更高的吸收水平。角膜完全吸收大部分大于1400nm的波长。Nd:YAG激光器在光谱的近红外部分的1064nm处运行。因此，在该波长下，在角膜和晶状体组织中发生部分吸收。
如上所讨论，当被照射的面积减少时，激光的强度增大。对于光的给定波长，用于聚焦光的聚焦透镜具有特定的焦距。透镜的焦距指在由光会聚的透镜至再次发散或展开之前最小直径之间的距离。这通常指透镜的最佳焦点，因为这是在给定条件下聚焦透镜形成的最佳或最小的斑点。
当激光束(或者更通常地，任何光)通过聚焦透镜后，离开聚焦透镜的激光束的直径变得越来约小直至其达到最佳焦点。例如，具有约10nm直径的YAG激光束被直接瞄准到具有标称焦距为50mm的透镜的中心。如果在聚焦透镜后的25mm距离处测量激光束，那么该激光束的直径大约为5mm。换句话说，在距离最佳焦点一半处(距具有50mm焦距的透镜25mm处)，激光束是其原始直径的一半。在距透镜37.5mm处，激光束的直径约为2.5mm。在距透镜43.75mm处，激光束的直径约为1.25mm。在距透镜46.875mm处，激光束的直径约为0.625mm(625μm)。在距透镜48.4375mm处，激光束的直径约为312μm。此下降一直持续到最佳焦点，即在距透镜50mm处，产生的聚焦光斑的直径约为3.2μm(具有大约10.24平方微米的面积)。当前不可能得到小于聚焦光波长3倍的聚焦光斑。对于1.064μm的Nd:YAG激光器，最佳焦点约为3.2μm。
图10显示了如何使用聚焦透镜的距离来选择性地消融晶状体上皮细胞而不损伤角膜或晶状体囊。在该图示中，聚焦透镜1001聚焦与眼睛1003接触的激光束1002。定位聚焦透镜以便其“最佳焦点”位于晶状体1004的上皮细胞上。在角膜1 004的表面，激光束的直径为约312μm。然而，在晶状体1005上，激光束的直径为3.12μm。使用1瓦的激光，在角膜表面上其强度为1309瓦/平方厘米，并且在晶状体组织上其强度为4千万瓦/平方厘米。这是因为角膜表面物理上远离最佳焦点。虽然1.5mm的距离似乎不是远距离，然而在这种情况下，它是显著的距离，其接近焦距为50mm的聚焦透镜的最佳焦点。虽然分隔两组织的距离(1.5mm)相对较小，但是在这两个面上的激光束的强度显著不同。
例如，虽然角膜表面和晶状体组织的间距为1.5mm，但是患者的实际间距可能变化非常小。因此，考虑本发明的装置和方法还可以包括用于测量间距的步骤和装置，尤其是测量角膜厚度并根据所测量的厚度调整消融或激光传输系统的步骤和装置。测量角膜厚度的合适的技术包括光学低相干反射计测量(OLCR)厚度计或超声厚度计。
即使角膜和晶状体趋于吸收激光，那么角膜也能够将吸收的激光能量作为热进行消散而不产生损伤，因为该激光具有低于角膜组织损伤阈的强度(约1309瓦/平方厘米)。然而，当约4千万瓦/平方厘米时，晶状体上皮细胞汽化，因为超过了该组织的损伤阈。简而言之，通过将聚焦透镜定位于距眼睛晶状体的精准距离处，本发明的方法和装置能够消融上皮细胞而不损伤角膜。
当超过组织的损伤阈时，组织被消融并形成云状的汽化物。汽化的组织吸收一定百分比的激光。这意味着一部分激光脉冲可以趋于加热汽化物，形成等离子体。在最佳焦点处或接近最佳焦点处可以观测到一瞬间的白光。只要激光脉冲对其继续加热，那么所述等离子体继续加热并膨胀，汽化更多的外围组织。等离子体所产生的热与晶状体组织相互作用，这不同于纯激光，并且趋于加热外围晶状体组织，这造成更多的热损伤而非汽化。然而，通过及时限制激光脉冲的长度，可以通过降低趋于加热等离子体的剩余激光能量的总量来使不期望的热损伤最小化，该等离子体是由脉冲的前沿形成的。相对于热损伤，具有低于约1微秒的脉冲长度的激光束更趋于消融损伤。更短的脉冲长度趋于更少的热损伤，但是需要更高的激光平均功率以产生期望的消融。因此，希望提供具有足够高强度的激光束以在相对短的脉冲中消融上皮细胞。例如，考虑约100微秒或更短的脉冲持续时间、或者约10微秒或更短、或者约1微秒或更短、或者约100纳秒或更短、或者约10纳秒或更短、或者约1纳秒或更短、或者约100皮秒或更短、或者约1皮秒或更短、或者约100飞秒或更短、或者约10飞秒或更短。
本发明的装置可以包括提供脉冲激光的激光源。所述激光源可以包括产生激光的元件，该元件产生具有选定脉冲长度和/或脉冲率的激光脉冲。通过内部使用多种方法的激光器产生脉冲，例如通过脉冲激发机制或调Q，或者所述激光器能够在连续波(CW)模式下运行并使用诸如声光或电光类型的偏转仪或调节器进行外部调节。激光源可以包括可操作地与产生激光的元件耦联的脉冲选择元件，例如当产生激光的元件产生激光连续束，而非激光脉冲束时，或者产生不同于期望的脉冲时。合适的脉冲选择元件是商业上可以从Neos Technologies andMra-action Corporation得到的。与激光波长和能量水平结合来选择脉冲长度和脉冲率，从而应用激光消融期望的上皮细胞而不过分地损伤外围组织或角膜。任何合适的脉冲长度均可以用于本发明的方法和装置。可以以具有纳秒级长度的脉冲向晶状体应用激光，所述纳秒级长度例如是几十纳秒或几百纳秒。或者，脉冲长度可以是微秒、皮秒或飞秒。使用飞秒激光器，每一脉冲的激光具有飞秒级(即千万亿分之一秒)的脉冲长度。
期望短脉冲长度以避免传递热量或撞击被激光照射的材料，这意味着能够进行消融而不发生对外围组织可见的损伤。此外，能够非常精准地使用飞秒激光器。本领域已知产生飞秒脉冲的激光器。这种类型的激光器能够当前产生短至5飞秒的脉冲长度，并具有至10KHz的脉冲频率。
虽然可以使用如上所述的常规激光器设备来应用本发明的方法，但是发明人开发的能够适用的新的基于激光的外科手术装置。激光源，例如Nd:YAG激光源能够可操作地与产生多束激光束的激光传输系统耦联，从而可以在晶状体上同时产生多个消融点。激光源能够包括产生激光的介质、电子控制、动力供给和用于脉冲波或连续波控制的光学器件。激光源向外部元件提供光束，所述外部元件可以包括透镜、或多个反射镜和光束分离光学元件以便将激光能耦合至激光传输系统。例如，可以通过光导纤维束、衍射光学器件或二元光学器件来产生激光束。光导纤维束是一组通常仅在末端结合在一起的光导纤维，并被包裹在柔软的保护套内。光导纤维束的末端能够包括大多数任意数量的光导纤维并且能够被排列成不同的形状和结构。
除了合适的激光源以外，激光器装置还包括提供多束激光束的激光传输系统。激光传输系统可以包括光纤束、衍射光学器件或用于产生多束光束的其它分立元件以及用于支撑、旋转或定位传输系统元件的机械装置。所述激光传输系统还能够包括光束控制器，其能够调节每一激光脉冲的能量，从而消融可成为另一方式控制的消融。激光源和/或激光传输系统能够可操作地与计算机控制器相连，编程所述控制器以控制激光束的产生。计算机控制器能够与聚焦透镜相连并被编程以移动聚焦透镜从而提供消融点分离的精准变化。
图4显示了激光装置，其中使用正透镜将来自激光源401的激光辐射(激光束)传输进入一束单模光导纤维的近端，所述正透镜在本文中指发射透镜402。该激光传输系统的光导纤维束的远端403提供多束激光束。单模光导纤维通常具有9μm或更低的核直径，这使得仅有一种类型的激光能量分布通过它们进行传输。光纤束中光导纤维的数量能够变化。每一光导纤维将接收来自激光源的总能量的一部分。考虑治疗方法所需的来自每一光导纤维的能量的量，来自激光器的可以获得的能量的量以及光导纤维远端的潜在损伤阈是可以使用实际光纤数目的因素。对于该实例，表示6根独立的光导纤维。其改进形式是将发射激光能量进入单根光导纤维。该光导纤维可随后劈成两根光导纤维。然后将所述的两根光导纤维再次分开以便形成4根光导纤维。能够连续进行该方法以在远端实现期望数量的光导纤维。优选将该方法用于在光导纤维的每一远端处更加一致的激光强度。
在光导纤维束的远端403处，每一光导纤维被分离并被放置在支撑物上，所述支撑物是由根据其它光导纤维设定每一光导纤维末端的位置和间距并允许抛光作为一个单元的全部光导纤维的材料制成的。所述材料例如但不限于铝、尼龙或塑料，它们例如可以被用于将光导纤维连接到光导纤维束中。通常使用合适的环氧树脂固定光导纤维的末端。发射进入光导纤维束近端的能量将从远端离开并向主聚焦透镜传输。光导纤维束的远端与主聚焦透镜之间的距离应该使来自全部光导纤维的总激光能量落入透镜的通光光圈中以使损失最小化。
图4的激光传输系统还包括聚焦透镜404。主聚焦透镜将在聚焦透镜的焦距处对来自光纤的激光成像。聚焦的激光束将在成像面405的最佳焦点处形成斑点。例如，如果9μm的核光导纤维的末端被放射状地分散为3.75mm的直径，那么主聚焦透镜将产生具有在透镜焦点处相同相对间距的约9μm斑点的像。这是1∶1像传递的例子。改变主聚焦透镜的焦距能够影响所产生的斑点的间距。图8显示了一对相互偏移θ角的光导纤维801如何能够与位于光导纤维801之前的聚焦透镜802相互作用。光导纤维801发射激光束804和807，其通过聚焦透镜802并被其聚焦。每一激光束804和807在偏心角处与聚焦透镜802接触。聚焦透镜802提供当其接近焦点时直径变窄并且辐射增加的光束805和806。聚焦透镜802能够是计算机控制的和/或机动化的，从而能够调节至光导纤维的距离，借此调节消融点的间距。能够通过任何方法进行聚焦透镜的马达启动，例如通过电传动装置或压电执行器。
光导纤维束能够被置于能够旋转所述装置的机械台中，例如沿着3.75mm直径旋转，其中光纤末端位于其中。这还允许斑点在眼组织中成像以便旋转。它还允许沿着固定的直径照射待治疗的新组织。该旋转装置能够是手动的或机动化的。这些装置能够配有数字读出装置，所述数字读出装置能够给出光导纤维束或具有高精准性的衍射光学器件的旋转信息，所述衍射光学器件与环状聚焦光斑的旋转直接相关。
能够使用可见的瞄准系统将不可见的Nd:YAG激光辐射靶向在出芽区或出芽区附近或另一靶区。图4还显示了使用校准机构如何能够将低于眼睛损伤阈的可见激光能量引入光导纤维装置中的，所述校准机构在消融点提供可见光，从而使得医生能够观察来自消融激光源的激光能量欲打击的相对位置。图4中的激光装置还包括校准机构406，其为低功率的可见激光装置，例如在可见光谱中630nm处的激光二极管，所述校准机构向光导纤维束中提供光束，该校准机构使用二色分光器407、涂层反射镜、或类似的装置或者向单一位置提供多于一束光束的装置。能够使用反射可见光并传输通常由YAG激光器产生的1064nm近红外光的涂层来制造这些装置。例如，能够在一侧涂覆反射镜，从而其从一侧反射光并从另一侧透射光。能够使用可见光束与消融激光束共线的方法定位二色分光器407和校准机构406。因为光导纤维装置中所使用的材料既能够传递可见激光能量又能够传递近红外激光能量，所以这两种激光器均能够使用相同的元件而不相互影响。图4描述了光导纤维装置(其包括位于近端的SMA连接器408和位于远端的柔韧保护套403)。当进行治疗时，二色分光器407使校准机构406打开或关闭成为可能。
图5显示了使用单一光学元件502以产生多束激光束，所述单一光学元件例如衍射光学器件或二元光学器件。该光学器件改变激光束的相位关系，使激光能量以期望的形式分布。例如，在距离具有2英寸焦距的主聚焦透镜503 3.75mm处形成一套6个圆形的聚焦光斑。每一衍射光学器件502被设计为具有固定的性质，并且在像平面504处由主聚焦透镜503成像的斑点图样是固定的。图9显示激光源901是如何能够与衍射光学器件902和位于激光源901之前的聚焦透镜903相互作用的。激光源901提供穿过衍射光学器件902的激光束904，衍射光学器件902能够衍射光以提供多于一束的激光束。在图9中，衍射光学器件902提供两束激光束905和906，虽然其他合适的衍射光学器件可以提供更多数目的激光束。聚焦透镜903提供直径变窄并且当其接近焦点时辐射增强的光束907和908。如上所述，改变与激光传输系统的透镜焦距有关的聚焦透镜的位置将增加或减小聚焦光斑的直径或间距。聚焦透镜903的位置能够是计算机控制的和/或机动化的，从而能够调整光至光导纤维的距离，借此调节消融点之间的间距。能够通过任何方法进行聚焦透镜的马达启动，例如通过电传动装置或压电执行器。
如图6的聚焦透镜所示，衍射光学器件或二元光学器件能够被保持在旋转台中。此外，通过旋转光学器件，能够沿着固定直径将6个聚焦光斑定位于不同的位置。
图5还显示了使用在消融点提供可见光的校准机构。虽然由于校准激光器更短的波长，聚焦光斑图样的直径可以落到稍微不同的周缘，但是仍然提供如图4所示的校准光束506。如果确定对于该应用每一周缘的差异是显著的，那么能够考虑在二色分光器之前在校准光路中加入负校正透镜。图5显示了具有与图4所述相关的二色分光器505的光学系统，虽然可以使用向单一位置提供多于一束光束的其它装置或工具。如前所述，二色分光器允许校准光束在治疗期间保持处于打开状态而不产生副作用。
本文中所述的光导纤维束以及衍射和二元光学器件是所考虑用于产生多个消融点的更加广泛的一类光学器件的示例。例如，考虑其它元件，例如分光器、衍射光栅、二元光学器件、衍射光学器件、微小光学器件、滤光器、光栅以及其它光学器件。优选的装置具有偶数个产生激光束的元件，例如产生偶数个聚焦光斑的光导纤维束或光学器件中的偶数个光导纤维。能够制造激光引导元件以产生围绕周缘的相等距离的斑点以保持期望的对称性。
还可以产生偏移中线的斑点。在上述实例中，激光束被导向中心并且对于透镜是正常的。换言之，激光束以90度角碰撞透镜。这将产生共线的聚焦光斑，即与激光位于相同的中线。能够从最佳焦点的斑点通过透镜中心返回至激光束的中心并一直返回直至激光器画线。然而，能够将激光调离中线，然后返回指向聚焦透镜，以致所述光束仍然碰撞透镜中心。与原始中线相比，从光束中心向透镜所画的线将有某些角度的偏移。
如果原始中线与新的光路之间的角度偏移10度，那么聚焦透镜仍然将在距离透镜相同的位置处产生聚焦光斑。然而，因为光束以一定角度进入透镜中心，所以现在产生的聚焦光斑还有某些角度的偏移。透镜试图混合激光束回到原始中线，但是以一定角度将激光指向透镜造成聚焦光斑似乎偏移到中线的一侧。如果在原始中线的另一侧建立第二激光并指向透镜的中心，那么将在原始中线的对侧产生第二聚焦光斑。两个聚焦光斑的间距是两束光束之间当前为20度的总角度和透镜焦距的组合。透镜的焦距越长，焦点处两个光斑的间距约大。
对于以上讨论的光导纤维束，如果光纤末端相对于聚焦透镜倾斜一定的角度(如图8所述)，那么透镜将产生上述的分离的斑点。然而，如果光纤没有角度，那么还能够使用透镜以对将仍产生单独斑点的光纤尖端成像。能够形成的最小的聚焦光斑是无角度的光纤的尖端直径。这是指像中继系统。衍射光学器件工作更类似于两个激光器的例子。单束光束被以90度的方式指向衍射光学器件的中心。衍射光学器件造成50％的光束在一个方向偏离透镜的中线，并且50％的光束在相反方向以同样的角度偏离透镜的中线。正如实例那样，透镜产生两个聚焦光斑，因为衍射产生的两束光束以一定角度到达透镜。两个斑点的间距是衍射光学器件的光栅周期和透镜的焦距的组合。对于衍射系统，如果衍射维持恒定，那么改变透镜的焦距将改变斑点的间距。
当使用聚焦透镜时，能够制造衍射光学器件以产生两个斑点。透镜具有50mm的焦距。所产生的两个斑点的间距为10mm。如两束激光指向共同透镜的例子中所述，增加透镜的焦距将增加两个斑点的间距。透镜的焦距越长，两个聚焦光斑的间距越大。通过增加或减小所述衍射系统中透镜的焦距，对于每一单独的患者能够调整间距。衍射是旋转敏感的，即当衍射光学器件旋转时，产生的两束光束围绕中轴旋转。这可以在固定的周缘上以任意角度定位两个斑点。此外，将聚焦透镜变为具有不同焦距的透镜将可以在不同周缘上定位两个斑点，以满足不同患者的需要。
可以使用其它技术以在晶状体上形成消融点图样。例如，如美国专利第6,263,879号所述，能够使用具有扫描机理的防护罩或者具有较宽直径的激光束以形成期望的图样。如美国专利第5,711,762和5,735,843号所述，可使用防护罩来将激光束限制为确定的图样，从而形成期望的消融图样。例如，可以使用具有圆形或月牙形狭缝的防护罩。
图6显示了激光传输系统的透镜阵列，所述激光传输系统能够被用于容易并准确在激光路径中改变主聚焦透镜。透镜阵列包括框架601，其具有供多个聚焦透镜使用的开口。图6所示的开口601具有供聚焦透镜使用的6个开口，602a至602f。在该透镜阵列中，每一圈602a、602b、602c、602d、602e和602f分别代表一个聚焦透镜(例如图4中聚焦透镜404和图5中聚焦透镜503所代表的那些聚焦透镜)。如图6的侧视图所示，透镜602a、602b、602c和602d可以从框架601中伸出(在侧视图中，透镜602e和602f藏在透镜602b和602c之后)。图6显示了透镜602a至602f在不同的距离伸出。然而，优选将距框架相同距离处或在框架中安置透镜。该透镜阵列位于所述光导纤维束或衍射光学器件之后。透镜阵列是可以旋转的，从而全部激光束仅仅照射透镜阵列的一个透镜。能够使用透镜阵列以改变聚焦光斑图样的周缘。该装置的侧视图显示不同焦距的透镜能够如何在简单的支撑物中偏移的，从而通过在距像平面不同的距离处固定每一透镜，像平面保持恒定以补偿这些主聚焦透镜的不同焦距。焦距可以变化，例如从0.01至2mm。
激光传输系统还能够包括滑动聚焦透镜靠近或远离患者的机构。能够通过滑动装置调节聚焦透镜，例如当透镜被安置在沿经度方向运动的滑动调整台上时，可以靠近或远离待治疗的眼睛。透镜被安置在具有微米范围调整能力的滑动物上。例如，能够将距待治疗眼睛的距离从原始50mm焦距调整至调整后的51mm焦距。
激光传输系统还能够包括旋转激光束的机构，以便可以在一个患者上进行另一套消融。用于旋转激光束的装置包括自动的和手动的装置，并且包括轮子和转台，其中激光器元件位于中部或周缘上。该用于旋转的机构使得在多于一步中对晶状体的消融变得容易。例如，如果在晶状体上形成1,000个消融点，那么从业者可以希望一次形成500个，随后第二次再形成500个。可以希望具有更少数量的与单一激光源相连的产生激光束的元件，以便避免对激光源的过度功率需要。对于该选择，可以希望在可以旋转的轮子上安置多个产生激光斑点的元件。优选地，所述轮子能够精密而准确地旋转，例如在微米范围的精度内旋转。进行该操作的医生或其它医学从业者能够在相对于晶状体的第二位置处定位该轮子，然后通过在该滑动物上仅使用测微计，在该台上进行1mm的调整。患者仍然位于原来的位置。
图7显示了用于准确旋转消融点的机械旋转台。该装置的中心是空的，从而能够以能够使用最小程度的离轴操纵旋转该装置的方法固定光导纤维束、衍射光学器件或二元光学器件的固定设备。离轴操纵能够引起斑点旋转出靶区位置。值得注意的是，因为激光束通过衍射光学器件或二元光学器件，所以通常离轴操纵并不对其产生影响，而对于光导纤维束阵列要多加考虑该问题。
装置还可以包括数字显示装置，其与配有编码器或其它反馈机构的旋转轮可操作地连接，从而产生激光斑点的元件(光学器件)的位置能够被设定到精确的度数。所述数字显示装置能够以高精确度指示何处将产生激光斑点，所述高精确度例如百分之一度。使用这样的数字显示装置，能够将产生激光斑点的元件例如进行0至359.99度的旋转。对于产生激光斑点的元件围绕该周缘旋转时，这提供了准确的反馈，所以总能够保持对其的追踪。或者，可以驱动该产生激光斑点的元件的旋转。能够将小马达安置在具有反馈的旋转轮上，医生既能够将其推进至下一位置，又能够进行期望度数的旋转，并且产生激光斑点的元件将旋转至期望的位置。
例如，可以期望形成64个消融点。一个选择是将64个产生激光斑点的元件与单一激光源相联。激光器仅闪一次光并且完成了治疗。然而，后果是激光源的功率被分成64份。如果激光器不具有为64个斑点中的每一个提供足够的能量的充足功率，那么操作将不如期望的那么有效。一解决方法是提供更大的激光器，因为激光器的功率限制能够产生多少个斑点。另一解决方法是将激光器分成较少数量的产生激光斑点的元件，并如本文所述在多于一步中对晶状体应用激光斑点。
调整消融点的间距的选择包括替换具有不同焦距的聚焦透镜。操作者能够进行细微的调整。还能够机动化那些滑移物，并且其还能够提供带有显示的高精密度的反馈。能够使用在其中设有编码器的线性或旋转台来提供高精确度数。
能够使用操作系统中的平动台以便为不同患者的不同大小的眼睛定制斑点直径。使用在适当位置的透镜阵列，能够选择正确的透镜位置，然后能够进行调整以偏移焦点，从而个体仍处于相同的位置。透镜焦距变化的偏移相对较小，对于本文所述的方法通常是几毫米的数量级。
在光导纤维、光导纤维尖端和个体位置之间存在基本的像布置、放大倍数和光学器件。必须考虑转递光纤末端的像和放大倍数。如果放大倍数改变了，例如从1∶1变为1∶8，那么消融点将更加远离。结果是被有效地缩小或者在像平面上形成更大的斑点阵列。本领域技术人员会认识到，通过改变个体和光纤末端之间的光学系统的放电倍数将改变在远端或输出端上由光纤阵列形成的圆形斑点的大小。
另一途径是采用两束或多束光导纤维并且相互独立地对其进行操作，从而向透镜发射的光以微小的角度击中透镜，并且如果其中的每一束以微小的不同角度，那么透镜将成像实际上相同直径的两个斑点，并且间距是当光纤照射透镜时，光纤倾斜角度为多少的函数。考虑可以使用劈成两束的单一光导纤维，其是商业上可以得到的设备。这需要非常精准地定位那些角度，以便如果直接通过眼睛中心画直线，如果一束光导纤维被旋转3度以使其以3度角而非直接沿着中部击中透镜，并以3度角旋转其它光纤，那么必须保证这两束光导纤维非常精准地朝着透镜旋转3度角。如果这两个角中的一个是3度并且另一个不同，例如是2.8度，那么一个斑点将画出与另一个不同的弧线，结果将是基本上两个不同的周缘被消融。不希望的结果是消融点的不对称图样，而不是蛋型或椭圆形的图样。存在使用光纤尖端，例如通过控制阵列或束中其放大倍数，或者使用单独的光导纤维并各自控制它们并改变其对透镜的入射角的角度产生多个斑点的其它方法。
还考虑了其它形成多个消融点的技术。例如，可以使用具有扫描特征的激光装置。所述扫描特征移动激光束，从而移动消融点。本领域已知扫描激光装置，并且通过前后移动激光束来将其用于产生的光线。能够通过在扫描移动中移动激光束形成消融斑点，优选地在计算机的控制下以产生期望的消融图样。例如，计算机控制的扫描镜能够在焦平面处的X-Y方向移动或扫描激光束。能够以多种方式进行扫描。例如，可以形成点、圆形或曲线。能够在美国专利第6,325,792和6,706,036号中找到扫描激光技术的其它描述和说明(以参考的方式将其并入本文)，虽然这些专利中说明了角膜的消融，而非晶状体上皮细胞的消融。
任选地，可以替代基于激光的方法而使用生物化学的方法，或者除了使用基于激光的方法以外，还可以使用生物化学的方法，其中使用一种或多种生物化学活性剂以抑制上皮细胞的有丝分裂。合适的生物化学活性剂可以包括泰索(Taxol)、噻氨酯哒唑(Nocodazole)或其它的纺锤体抑制剂、或羟基脲或其它核苷酸合成抑制剂。合适的生物化学活性剂可以与适于向眼睛给药的有机或无机载体或赋形剂混合。或者，可以摄入或注射生物化学活性剂。优选地。通过滴眼剂或眼软膏剂给予活性化学剂。
例如，可以使用基于激光的方法以处理细胞，并且此后可以使用含有合适的生物化学活性剂的滴眼剂。或者，可以使用光敏药物。
以参考的方式全部并入本文引用的专利、测试步骤和其它文献，其引入的程度使得其公开内容与本发明一致并且对于全部权限这样的引入是被允许的。
虽然通过参考具体的实施方案已经描述并说明了本发明，但是本领域技术人员应该理解，本发明自身会带来本文未说明的许多不同的变化。基于这些原因，为了确定本发明的真正范围，应当仅参考所附的权利要求。
虽然根据美国专利实践，从属权利要求仅是引一项的从属权利要求，但是任一从属权利要求中的每一特征能够与其它从属权利要求或主权利要求的每一特征组合。
权利要求
1.通过消融晶状体中上皮细胞来预防或延缓老视的方法，所述方法包括消融所述晶状体出芽区或前出芽区中上皮细胞的步骤，其中所述上皮细胞被对称地消融。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述晶状体的出芽区形成消融点。
3.如权利要求1所述的方法，其中在所述晶状体的前出芽区形成消融点。
4.如权利要求1所述的方法，其中沿着所述晶状体的缝线消融所述上皮细胞。
5.如权利要求1所述的方法，其中围绕所述晶状体形成偶数个消融点。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述晶状体具有周缘，并且所述方法包括围绕基本上整个周缘对称地形成消融点。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述晶状体的出芽区中至少约10％的所述上皮细胞被消融。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述上皮细胞被消融而不减小所述晶状体的中纬线直径。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述上皮细胞被消融而不形成白内障或散光疾病状态。
10.预防或延缓患者一种或多种老视症状的方法，所述方法包括以下步骤在检测患者的老视症状之前选择患者，以及消融晶状体出芽区或前出芽区中的上皮细胞。
11.如权利要求10所述的方法，其中根据老视的增加的危险因子选择所述患者。
12.如权利要求10所述的方法，其中根据年龄选择所述患者。
13.消融晶状体中上皮细胞的装置，所述装置包括提供激光辐射的激光源；以及与所述激光源可操作地连接的激光传输系统，用于从所述激光源接收所述辐射并产生多束激光束。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述激光提供具有约400nm至约1400nm波长范围的辐射。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述激光传输系统包括光导纤维束。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述激光传输系统包括衍射光学器件或二元光学器件。
17.如权利要求13所述的装置，其中所述激光传输系统包括用于接收并聚焦所述多束激光束的聚焦透镜。
18.如权利要求17所述的装置，其中所述激光传输系统包括具有不同焦距的多个聚焦透镜。
19.如权利要求13所述的装置，其中所述激光传输系统包括用于自动旋转所述多束激光束的旋转装置。
20.如权利要求13所述的装置，其中所述激光装置包括在所述消融点提供可见光的校准机构。
全文摘要
本发明通常涉及预防或延缓老视的装置和方法。更具体地，本发明涉及消融眼睛晶状体出芽区或前出芽区中上皮细胞的方法和装置，以便延缓或预防一种或多种老视症状的发生或进展。
文档编号A61B18/18GK101094619SQ200580045543
公开日2007年12月26日 申请日期2005年11月1日 优先权日2004年11月2日
发明者乔治·J·麦卡德尔, 布赖恩·L·奥莱伊尼恰克, 杰瑞·R·库萨克 申请人:透镜研究集团有限责任公司