使用低功率激光的眼内部照明的制作方法

专利名称：使用低功率激光的眼内部照明的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于眼外科的照明器，尤其涉及产生适合于照明眼内部的眼内照明
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背景技术：
在解剖学上，眼被分为两个不同的部分，S卩，前段和后段。前段包括晶状体并且从角膜的最外层(角膜内皮)延伸到晶状体囊的后部。后段包括在晶状体囊后面的眼的部分。 后段从前玻璃体面延伸到视网膜，玻璃体的后玻璃体面与视网膜直接接触。后段远远大于前段。后段包括玻璃体，其是一种透明、无色、凝胶状的物质。它组成眼体积的大约三分之二，在出生前赋予它形式和形状。它由的胶原和透明质酸钠以及99%的水组成。玻璃体的前边界是接触晶状体后囊的前玻璃体面，而后玻璃体面形成它的后边界，并且与视网膜接触。玻璃体不类似于房水的自由流动，而是具有正常的解剖附着部位。这些部位之一是玻璃体基底部，其是3-4mm宽的带并且覆盖锯齿缘。视神经乳头、黄斑和血管弓也是附着部位。玻璃体的主要功能是将视网膜保持就位，保持眼球的完整性和形状，吸收由于运动产生的冲击，和在后面支撑晶状体。与房水相比，玻璃体不连续地被替换。玻璃体随着年龄在被称为凝缩的过程中变得更有流动性。凝缩导致玻璃体的收缩，这会对它的正常附着部位施加压力或牵引力。如果足够的牵引力被施加，玻璃体可能从它的视网膜附着部拉扯自身并且产生视网膜裂口或裂孔。通常在眼后段中执行被称为玻璃体-视网膜程序的各种外科程序。玻璃体-视网膜程序适合于治疗后段的许多严重状况。玻璃体-视网膜程序治疗诸如年龄相关性黄斑变性(AMD)、糖尿病性视网膜病和糖尿病性玻璃体出血、黄斑裂孔、视网膜脱落、视网膜前膜、CMV视网膜炎的状况和许多其他眼科状况。一种典型的玻璃体-视网膜程序是光凝固疗法。在光凝固疗法中，高强度激光用于加热眼睛中的蛋白以便修复视网膜的裂口并且防止能够导致脱落的异常视网膜血管系统的生长。在光凝固疗法中，外科医生使用耦合至激光源(例如氩离子激光器)的激光机头将激光施加于靶区。外科医生用显微镜和被设计成提供后段的清晰图像的专用透镜执行玻璃体-视网膜程序。在巩膜上在睫状环制造长度仅为一毫米左右的若干微小切口。外科医生通过切口插入微型手术器械，例如插入光纤光源以照明眼内部，插入输注管线以在外科手术期间保持眼睛的形状，和插入器械以切割和去除玻璃体。在这类外科手术程序期间，眼内部的适当照明是重要的。典型地，细光纤被插入眼中以提供照明。诸如金属卤化物灯、卤素灯、氙灯或汞蒸汽灯的光源常常用于产生由光纤运载到眼中的光。光穿过若干光学元件(典型地，透镜、反射镜和衰减器)并且被发射到将光运载到眼中的光纤。这样的光的品质取决于包括所选择的光学元件的类型的若干因素。

发明内容
在本发明的特定实施例中，一种眼外科系统包括具有激光治疗模式和照明模式的激光源。所述激光治疗模式具有第一功率，并且所述照明模式具有小于所述第一功率的第二功率。所述眼外科平台还包括在所述照明模式下可操作地将所述激光源光学耦合到光导的聚焦光学器件。在本发明的其他实施例中，一种照明眼内部的方法包括提供具有激光治疗模式和照明模式的激光源。所述激光治疗模式具有第一功率，并且所述照明模式具有小于所述第一功率的第二功率。所述方法还包括将内照明器机头光学耦合到所述激光源并且将所述内照明器机头通过手术切口插入眼中。所述方法然后包括在所述照明模式下使用来自所述激光源的激光照明眼内部。本发明的实施例的各种其他方面将从以下详细描述变得明显。


为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中相似的附图标记指示相似的特征，并且其中图1示出根据本发明的实施例的眼内照明器可以置于其中的眼部解剖结构；图2示出根据本发明的实施例的照明眼内部的眼内照明器；以及图3是示出根据本发明的特定实施例的使用眼内照明器照明眼的示例性方法的流程图。
具体实施例方式在图中示出了本发明的优选实施例，相似的附图标记用于表示各个图的相似和相应部分。图1例示了由本发明提供的用于眼植入物的改进设计可以置于其中的眼解剖结构。眼100包括角膜102，虹膜104，瞳孔106，晶状体108，晶状体囊110，小带，睫状体120， 巩膜112，玻璃体凝胶114，视网膜116，黄斑，和视神经120。角膜102是在眼表面上的用作窗口以让光进入眼睛的、透明的、圆顶状结构。虹膜104是被称为虹膜的眼的有色部分，是围绕瞳孔的、松弛和收缩以控制进入眼的光量的肌肉。瞳孔106是虹膜的圆形中央开口。晶状体108是有助于将光聚焦在视网膜上的眼内结构。晶状体囊110是包封晶状体的弹性袋， 有助于在眼聚焦于处于不同距离处的物体时控制晶状体形状。小带是将晶状体囊附着到眼内以将晶状体保持就位的细长韧带。睫状体是附着到晶状体的肌肉区域，所述肌肉区域收缩和松弛以控制用于聚焦的晶状体的尺寸。巩膜112是保持眼形状的眼的强韧最外层。玻璃体凝胶114是大的、充满凝胶的部分，所述部分朝着眼球的后部定位，并且帮助保持眼的曲率。视网膜116是在眼后部中的光敏感神经层，其接收光并且将光转换为信号以发送到大脑。黄斑是包含用于看到微细节的感受器的视网膜中的区域。视神经118将来自眼的信号连接和传输到大脑。睫状体122位于虹膜104正后方。被称为小带124的微纤维“导丝”附着到睫状体 122。晶状体108由小带纤维124悬挂在眼内。用于睫状体122的营养来自同样还供给虹膜104的血管。睫状体122的一个功能是通过改变晶状体108的形状来控制顺应调节。当睫状体122收缩时，小带IM松弛。这允许晶状体108加厚，增加眼睛近距离聚焦的能力。 当看远处物体时，睫状体122松弛，导致小带IM收缩。晶状体108则变得更薄，为远距视力调节眼焦点。通常，视网膜116由眼睛的天然晶状体108保护以免于紫外光，天然晶状体过滤进入眼睛的光。但是来自光学眼内照明器的光进入眼睛而不进行该晶状体过滤(即，无晶状体地)，并且如果该光包括靠近电磁波谱的紫外范围或红外范围的足够强的分量，则会损害眼组织。提供可见光波长的合适范围的光用于照明并且同时滤除有害的短和长波长可以大大减小通过无晶状体危害对视网膜的损害，包括蓝光光化学视网膜损害和红外加热损害以及类似的光毒性危害。典型地，在大约430至700nm的范围内的光对于减小这些危害的风险是优选的。然而为了获得足够的光强度，以前的眼内照明器基于宽带光源。例如，许多内照明光源使用卤素钨灯或高压弧光灯(金属卤化物、Xe)。弧光灯的优点是发射面积小(< Imm)、 色温接近日光并且寿命比卤素灯长GOO小时相比于50小时)。弧光灯的缺点是成本高、功率下降、系统的复杂性并且在系统的寿命期间需要更换灯若干次。基于LED的照明器可以提供显著更低的成本和复杂性以及50，000至100，000小时的特征使用寿命，这将允许在器械的整个寿命期间操作眼光纤照明器，而且输出下降很小并且不需要更换LED。典型的白光LED可以包括激励白磷光体帽产生足以用于内照明器的白光的紫外光(UV)/紫光/蓝光 LED。不同于常规照明器，本发明的各种实施例使用低功率激光提供照明。这提供可见光谱中的足够照明强度，同时避免可能对眼组织有害的电磁波谱的分量。有利地，用于低功率激光照明器中的光的波长可以被选择成改善可视化区域中的对比度。因此，例如用于某些光凝固器(例如，由Alcon Laboratories公司生产的PUREPOINT 光凝固器)中的激光源可以产生具有大约532nm的波长的绿色激光(术语“大约”在本文中用于表示在额定波长的+/-5nm内的激光的一致生成)。与以前的内照明器相比，由该波长的光的吸收产生的亮区和暗区可以改善视网膜血管系统和其他眼组织之间的视觉对比度。图2是位于眼中的眼内照明器160的横截面图，所述眼内照明器可以是根据本发明的各种实施例中的任一内照明器。图2描绘了机头164，其中带有在使用中的机头162。 机头162通过睫状环区域中的切口插入眼100中。机头162照明眼100的内部或玻璃体区域114。在该配置中，机头162可以用于在玻璃体-视网膜手术期间照明内部或玻璃体区域 114。机头162通过光导168连接到激光源166，所述光导典型地是光纤。聚焦光学器件170 将从激光源166发射的激光束耦合到光导168。聚焦光学器件170可以位于激光源166或关联的眼外科控制台的内部或外部。光导168可以包括适合于运载由激光源166产生的波长的光的任何导管，具有任何期望的芯体、包层、掺杂物、折射率、热性质、机械性质或本领域中已知的其他特征。用于眼科应用的玻璃或塑料光纤对于用于输送治疗辐射的光纤来说直径典型地具有50-300 μ m范围的直径并且对于用于输送照明的光纤来说具有400-750 μ m
6的范围的直径。激光源166可以是用于产生强度足以允许眼组织可视化的可见光谱波长的相干激光的任何合适设备。在一个特定实施例中，激光源166产生具有大约532nm的波长的绿激光。激光源166也可以耦合到激光治疗机头172，所述激光治疗机头也可以包括相应的光导174，所述光导1174类似于为内照明器机头162描述的光导，但是适合于运载用于产生眼组织中的光化学变化的激光。聚焦光学器件170也可以包括用于将激光源166耦合到激光治疗机头172的独立和/或部件。在特定实施例中，内照明器机头162和激光治疗机头 172可以被集成在单个组合机头内。在操作中，激光源166具有两个不同的操作模式。第一模式是激光治疗模式，所述激光治疗模式具有的照射眼组织的激光束的功率密度足以例如通过由束斑所靶向的眼组织的相对小的区域内的激光的吸收产生的热效应产生光化学变化。在特定实施例中，这样的光化学变化用于修复视网膜组织中的裂口或脱落或者抑制视网膜中的异常血管系统的生长。在特定实施例中，激光治疗模式可以是通过眼组织的蛋白中的热变化产生视网膜组织的凝固的光凝固模式。第二模式是照明模式。在照明模式中，激光用于照明手术操作靶部位周围的术野。照明模式使用较低功率使得视网膜组织的性质不变。在多数应用中，光斑大小也将显著大于激光治疗模式的光斑大小以便提供围绕手术操作靶部位的区域的视图， 但是在窄角照明应用中，光斑大小可以是相当的。在一个例子中，激光源166也用于光凝固。在典型的光凝固应用中，用于产生眼组织中的热变化的激光功率对于视网膜处的Imm量级的光斑大小为至少IOOmW,其中激光束在5mm的估计工作距离处发射并且在平衡盐溶液介质中传输。在这样的应用中，激光源166 例如可以用于生成50 μ m或以下的光斑大小，耦合具有数值孔径的光纤以在视网膜处产生 Imm的光斑大小。不同于光凝固所需的强度，对于充分照明没有明确的最小强度要求，原因是不同的外科医生之间的要求可能不同。以前用于眼外科的商用照明器在术野处对于普通照明产生高达12流明的光通量并且对于广角照明产生15流明或以上的光通量，但是特别地当内照明器机头有利地被配置成使得取决于内照明器所产生的光通量的靶手术部位的有效辐照与点源相比可比较地较高时，甚至最大值的10%的通量水平也可能足够。假设如上所述的一般要求，用于激光源166的照明模式的功率水平可以被选择。激光器对于特征波长常常具有相对高的转换效率，因此高通量水平通常可以用相对低的功率生成。因此，对于大约600流明/瓦的可容易获得的转换效率，产生相同最大通量所需的功率将仅仅为大约20-25mW。用于光凝固器的典型的眼科激光源在100-600mW 的范围内操作。但是存在一些现有的激光源，例如由AlconLaboratories公司制造的 PUREPOINT 激光源，其具有大约30mW至2W的操作范围，下限靠近现有照明器的峰值功率，可以在不进行大幅修改的情况下使所述激光源在照明模式下工作。对于窄角应用， 功率水平原则上甚至可以更低，并且通常，IOnff至50mW之间的功能水平将是覆盖许多应用的功率水平的优选范围。在减小对眼组织的无晶状体危害方面，可以用使用白光照明的常规内照明器可比较地评估眼损害的风险。常规白光内照明器被认为是无晶状体安全的，具有在12-15流明的范围内的通量水平，如上所述。对于这样的器械即使当在持续一小时以上的手术中使用时也不会注意到视网膜组织损害。使用具有围绕单波长的窄发射分布的激光器，无晶状体危害范围内的光谱的分量具有显著更小的强度。例如，如果将532nm激光器与Xe灯泡照明器比较，则视网膜上的无晶状体危害电磁辐射的总辐照将减小到差不多12分之一。因此， 对于相同程度的照明，对眼组织的损害的风险比常规内照明器更小。激光照明器的唯一难题是对光导168的热损害的可能性。内照明器典型地使用塑料光纤，所述塑料光纤是挠性的以允许将内照明器容易地置于眼内。光被耦合到典型地大约0.5的相对高的光束数值孔径(NA)的塑料照明器中以在术野处产生足够大的光斑大小。 但是在诸如光凝固的应用中使用的激光束常常以小的光斑大小发射使得耦合到具有这样高的数值孔径的光纤将在束腰处产生极强的辐照，即使在相对低的激光功率下亦是如此。 塑料光纤对该强辐照的吸收可以将塑料加热到它的熔点之上，导致光纤断裂。因此，不同于使用将白光源耦合到内照明器光纤的常规光学器件，激光内照明器 160的聚焦光学器件170应当被配置成防止强辐照的光斑在塑料内照明器光纤上形成。为了防止光纤上的这样强的光斑，有利的是扩展入射光束的大小以尽可能密切地填充光纤， 同时保持期望的NA。因此，例如圆柱形石英棒可以被放置成近端处于激光束焦点并且远端抵靠光导168的近端，这使光束漫射为显著更大的光斑大小而不明显减小输送到光导168 的总光强度。在另一个例子中，可以使用散射板。在一些情况下，也可能期望具有相对窄的照明视野，这对于照明某些结构会是有用的。在这样的情况下，当激光源166是照明模式时，激光源166可以耦合到具有较低数值孔径的用于治疗的光纤，从而以比治疗光束低得多的强度产生相对小的照明光斑。当激光治疗机头172在手术期间在眼内时这样的实施例可以允许激光源166在治疗和照明之间切换，因此用单机头172提供照明和治疗而不需要机头172中的分开的照明和治疗光纤。图3是示出了根据本发明的特定实施例的用光学内照明器照明眼部的示例性方法的流程图300。在步骤302，提供具有激光治疗模式和照明模式的激光源166，如结合以上各种实施例所述。在步骤304，将内照明器机头162光学耦合到激光源166。在步骤306，通过手术切口将机头162插入眼中。在步骤308，使用机头照明眼内部。在步骤310，将激光治疗机头172光学耦合到激光源166，并且在步骤312通过切口将激光治疗机头172插入眼中。在步骤314，使用来自激光源166的激光产生眼组织中的光化学变化。尽管详细地描述了一种特定方法，但是应当领会可以以与上述的眼外科系统的各种实施例一致的方式重排和/或省略各种步骤，并且可以加入附加步骤。因此，可以预料到在本发明的范围内使用这类眼外科系统的任何合适的方法。在本文中例示了本发明，并且本领域普通技术人员可以进行各种修改。例如，可以通过将衰减器附件耦合到激光源以便产生至机头的某个输出功率水平而实现激光源的低功率模式。尽管详细地描述了本发明，但是应当理解可以对其进行各种变化、替代和更改而不脱离如权利要求所述的本发明的范围。
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权利要求
1.一种眼外科系统，包括具有激光治疗模式和照明模式的激光源，所述激光治疗模式具有第一功率，并且所述照明模式具有小于所述第一功率的第二功率；以及在所述照明模式下可操作地将所述激光源光学耦合到光导的聚焦光学器件。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一功率是至少IOOmW,并且所述第二功率在 IOnff到50mW的范围内。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述激光源产生波长在430到700nm范围内的激光。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述激光源产生波长为532nm的激光。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述激光源产生具有第一光斑大小的激光，并且所述聚焦光学器件在照明模式下将所述激光扩展至大于所述第一光斑大小的第二光斑大小。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述聚焦光学器件包括圆柱形石英棒。
7.如权利要求1所述的系统，还包括耦合至所述激光源的激光治疗机头。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述激光治疗机头被配置为使用由所述激光源在激光治疗模式中产生的激光来产生视网膜组织的光凝固。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述激光治疗机头被配置在5mm的距离外在眼部组织内直径小于Imm的圆形区域中产生光化学变化。
10.如权利要求1所述的系统，还包括耦合至激光源的光导，以及耦合至所述光导的内照明器机头。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述内照明器机头被配置为照明眼内直径至少 12mm的区域。
12.一种照明眼内部的方法，包括提供具有激光治疗模式和照明模式的激光源，所述激光治疗模式具有第一功率，并且所述照明模式具有小于所述第一功率的第二功率； 将内照明器机头光学耦合到所述激光源； 将所述内照明器机头通过手术切口插入眼内；以及在所述照明模式下使用来自所述激光源的激光照明眼内部。
13.如权利要求12所述的方法，还包括 将激光治疗机头光学耦合至所述激光源；以及在所述照明模式下使用来自所述激光源的激光在眼组织内产生光化学变化。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述光化学变化是光凝固。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述第一功率是至少IOOmW,并且所述第二功率在 IOnff到50mW的范围内。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述激光源产生波长在430到700nm范围内的激光。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述激光源产生波长为532nm的激光。
18.如权利要求12所述的方法，其中照明步骤包括照明直径至少12mm的区域。
19.一种眼外科系统，包括具有激光治疗模式和照明模式的激光源，所述激光治疗模式具有至少IOOmW的第一功率，并且所述照明模式具有在IOnW到50mW之间的第二功率，所述激光源可操作用于产生具有约532nm波长的激光；以及内照明器机头；以及用于将所述激光源光学耦合到所述内照明器机头中的光导的聚焦光学器件。
20.如权利要求19所述的系统，还包括光学耦合至激光源的激光治疗机头，所述激光治疗机头被配置为使用来自激光治疗模式下的激光源的激光执行眼组织的光凝固。
全文摘要
一种眼外科系统包括具有激光治疗模式和照明模式的激光源。所述激光治疗模式具有第一功率，并且所述照明模式具有小于所述第一功率的第二功率。所述眼外科平台还包括在所述照明模式下可操作地将所述激光源光学耦合到光导的聚焦光学器件。
文档编号A61B18/22GK102458321SQ201080025492
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年6月10日
发明者B·达凯, M·J·亚德洛斯基 申请人:爱尔康研究有限公司