专利名称：一种为眼睛晶状体实施激光雷达辅助手术的系统和方法
技术领域：
本发明向人眼天然晶状体提供激光的方法和系统，以解决白内障、晶状体浑浊化、透明晶状体摘除、天然晶状体材料去除、晶状体替换材料利用等问题以及其组合。另外，本发明还涉及提供预先确定的、精确的、可重复的激光照射模式的系统和方法，其可用于天然人眼晶状体中创建切口，这种发法和系统对于患者-患者和手术-手术是可重复的。
背景技术：
通常情况下，老花眼是调节振幅的衰减。一般来说，白内障是晶状体内浑浊区域达到了影响视力的程度。本发明所针对的其它条件包括但不限于晶状体浑浊化。老花眼大部分表现为年龄在大约40至45岁时的近距离视力缺陷，特别是在昏暗的灯光下无法看清较小的字体。老花眼或随年龄增长而来的调节振幅衰减，与眼睛无法改变天然晶状体形状来适应远近不同的焦点有关系，而且其在45岁以上人群中发生的概率为100%。据资料显示，在40-50岁期间，调节振幅随着年龄增长而稳定降低。白内障或天然晶状体变得不透明并出现视力暗淡的情况每年都发生在数以百万计的人群身上，可以通过外科手术技术得到有效治疗，比如由凯尔曼(Kelman)在40年前创建的超声波晶体乳化术。虽然经过多年的改善，这些技术越来越精炼，但人们对眼外创伤安全问题的担扰，尤其是对需要用超声波能量来分割硬化白内障的角膜内皮，仍然是令人不放心的，特别是对于那些受损过的角膜内皮，比如那些患有富克斯氏营养不良症的患者。此夕卜，白内障和其它浑浊物的光线散射效果会使通过光学手段确定晶状体位置和形状变得困难。因此，此处在本说明书中详细提供了对于晶状体位置和形状的确定，以及，在向晶状体组织包括晶状体囊、白内障和已浑浊组织传送激光时所做的改进。目前已建立的白内障治疗方法是摘除已浑浊的人眼晶状体，置换植入人工晶状体(人工晶状体)。一般来说，人工晶状体是由一个小塑料晶状体与被称为触觉的塑料侧支柱组成，支柱在眼内晶状体囊袋中固定晶状体于正确位置。典范类型的人工晶状体包括单焦点晶状体、多焦点人工晶状体和调节型人工晶状体。多焦点人工晶状体可以为患者在远近距离不同的情况下提供多焦点的视觉功能，调节型人工晶状体可以为患者提供视力调节功能。许多人工晶状体都很有灵活性，可以被转入和/或折叠起来置入胶囊袋内。人工晶状体的实例有美国专利第7，188，949号、第6，849，091号、第5，699，142号和第5，607，472号，以上专利的披露内容在此均作为参考。举例来说，可能从本发明中受益的商业用人工晶状体有 CRYSTALENS 和 ACRYSOF RESTOR。图2提供了一个可调节的人工晶状体实例的形状和总体结构示意图，其符合CRYSTALENS人工晶状体的标准。该人工晶状体有晶状体结构202、毗邻晶状体结构202的铰链203以及与晶状体囊201相接触的触觉结构204。该人工晶状体的整体形状是非几何形状的。此处术语“非几何形状”是指除了圆形、椭圆形、正方形和长方形之外的形状。此处术语“几何形状”是指圆形、椭圆形、正方形和长方形。
CRYSTALENS人工晶状体是由Eyeonics研发，现由博士伦(Bausch & Lomb)供应，据信其中至少部分内容为美国专利6，849，091所披露。有关其结构和功效的更多信息由美国食品及药物管理局(FDA)记录于PMA P030002文件及其相关文件当中。FDA批准CRYSTALENS标明使用的部分Zcrystalens型号AT-45调节型人工晶状体专为眼内晶状体囊袋一期移植而设计，用于已摘除白内障晶状体的无晶状体成年患者视力矫正，为其提供近距离、中等距离和远距离的不戴眼镜视力。crystalens人工晶状体大约一个屈光度的单眼视力调节”(2003年11月14日，PMA P030002，第二部分，安全性和有效性数据汇总，用途指示)。因此，CRYSTALENS是FDA批准的用于调节型人工晶状体的一个例子。术语“FDA批准的调节型人工晶状体”指所有获得FDA批准且有标明用途为调节型的人工晶状体，不论该人工晶状体实际上是否用于该批准用途。ACRYSOF RESTOR人工晶状体由爱尔康(Alcon)供应，据信其中至少部分内容被认为披露于美国专利第5669142号。有关其结构和功效的更多信息由美国食品及药物管理局(FDA)记录于PMAP040020文件及其相关文件当中。FDA批准RESTOR使用的部分“AcryS〇F REST〇R 人工晶状体标明用于已摘除白内障晶状体的无晶状体且无老花眼成年患者二期视力矫正，为其提供近距离、中等距离和远距离的增强视力。本人工晶状体晶状体要求置于晶状体囊袋内”(2004年4月24日，PMA P040020，第二部分，安全性和有效性数据汇总，指示)。因此，RESTOR是FDA批准用于近距离、中等距离和远距离视力人工晶状体的一个例子。术语“FDA批准用于近距离、中等距离和远距离视力人工晶状体”指所有获得FDA批准且有标明用途为用于近距离、中等距离和远距离视力的人工晶状体，不论该人工晶状体实际上是否用于该批准用途。CRYSTALENS也是FDA批准用于近距离、中等距离和远距离视力人工晶状体的一个例子。同时，RESTOR和CRYSTALENS也都是FDA批准的减少和/或消除戴镜需求的人工晶状体范例。一旦有了第一道切口，已浑浊天然晶状体的摘除和晶状体替换材料(如FDA批准人工晶状体)的置入需要通过撕囊和/或囊切术完成。撕囊通常包括摘除部分晶状体前囊、在晶状体囊内开孔或开穴，将导致至少部份撕裂动作。囊切术通常通过切除晶状体囊来完成，不撕裂囊或以最低程度撕裂囊。因此，为了摘除已浑浊天然晶状体材料，切开晶状体囊。现已有多种进行撕囊和囊切术的技术。这些撕囊技术中的一种是开罐器法。此方法使用一根小弯针在晶状体前囊周围开出一个小切口，在晶状体内开孔，通过这个孔摘除晶状体。此技术常导致晶状体囊的边缘成为锯齿形。这些技术中的另一种是连续环形撕囊(CCC)。CCC同样使用这一类型的小弯针来开始晶状体前囊的撕裂动作，然后用这根弯针和/或特殊的镊子，沿着切口边缘在晶状体囊内撕出一个圆孔。与开罐器法相比较而言，CCC减少了在开罐器法中使用开罐器技术而在晶状体内产生的锯齿边缘。然而CCC不能消除锯齿边缘的形成，而且这些锯齿边缘的的出现取决于手术技巧和技术。
也可以采用Fugo等离子刀在前囊开孔。这种技术被称为囊切术。Fugo等离子刀是一种手持设备，最初用于牙科。它是一个将能量聚焦用于冲切丝状体的电磁装置。更多关于 Fugo 等离子刀的信息可参阅 FDA PMA K063468、K001498、K041019 和 K050933。到目前为止，人们认为之前所有的用于在晶状体前囊创建开口的技术和设备，尤其是之前所有的FDA批准设备，都在不同程度上引起手术-手术间和患者-患者间的不规则行为。这些不规则导致了较慢或较少的伤口愈合和结果。之前用于在晶状体前囊创建开口的技术和设备进一度地以不同程度导致了不规则的形状、锯齿的边缘、参差不齐的边缘或标签或沿着开口边缘的毛刺和/或这些因素相结合的边缘特征。此外，据信，之前的所有这些技术和设备都是手动操作的，一般只能创建出圆形或椭圆形的切口，即，它们只能用于提供几何形状的切口，不能用于提供非几何形状的切口。还有，由于这些设备是手持设备，因此这些切口在患者与患者之间和医生与医生之间的形状则不同。因此，人们不认为，这些手持设备和非自动化技术可以提供本手术中的精确的、预先确定的囊切术。上述不规则的存在会导致困难和问题。进一步说上述的边缘特征，关于无法创建精确的、预先确定的和可重复形状的切口以及先前的用于实施撕囊和囊切术的技术和设备相关的可变性，在个体上和整体上都是不受欢迎的，会带来困难和问题，特别是当使用可调的人工晶状体时。而且，囊和囊切术形状数量的有限性，以及之前这些技术相关的可变性被认为是开发新的调节性人工晶状体的障碍。人们还认为形状数量的有限性和可变性是目前已知的人工晶状体可获得的调节性能总量的障碍，已有实例表明，有患者几乎没有或完全没有获得调节性功能改善。
发明概述因此，有必要开发一种能够减少或消除这些不合需要的边缘特征的系统，其能够更大程度地控制切口的创建，而且其能使这些改进与患者和医生无关，或者至少降低患者与患者之间、医生与医生之间的可变性，从而克服目前所使用的 技术和工具的不合需要的特征。本发明提供了对天然人眼晶状体进行切口的新颖和改良的方法和系统，在这里天然人眼晶状体有时也指晶状体、天然晶状体、人眼晶状体和水晶晶状体，其包括了本发明的各个方面，并在本专利说明书中有详细阐述，从而可以更好地实现向眼睛晶状体提供激光光束、以更好地实现其它的方法和系统，如已公布的US 2007/173794A1、US2007/173795AUUS 2007/185475AU WO 2007/084694 A2 号(现美国申请号 12/217,295)、WO 2007/084627A2(现美国申请号12/217，285)，以上申请的全部披露内容均在此均作为参考。除了其它之外，本发明通过对创建精确的、预先确定的囊切术提供更大程度的控制，解决了这一需求，从而提供了包括更加精确的边缘开孔位置确定、更大程度的开孔边缘均匀性，并提供了降低产生不合需要的边缘特征的改进，使其与医生和患者的不同更加无关。因此，此处了提供了一种实施所要求保护的发明的系统和方法。因此，此处提供了一种在眼睛晶状体囊中创建切口时可降低眼睛与眼睛之间和医生与医生之间可变性的系统，该系统包括产生激光光束的激光器；将激光光束从激光器导向至眼睛晶状体的光学路径；在预先确定的拼图(jigsaw，或称锯齿)囊切图案(pattern,或称模式)中至少引导激光光束的控制系统,该图案包括位于x、y和z方向的、均导向至眼睛晶状体的多个激光照射。此外，在该系统中激光光束可包括低于激光诱导光学击穿(LIOB)的第一功率和大于或等于激光诱导光学击穿的第二功率；系统还可进一步使用第一功率作为激光雷达来确定眼睛晶状体前囊的位置，使用第二功率来切割晶状体囊，并用第二功率来实施囊切术；而且，在预先确定的拼图囊切图案中，还可进一步使激光光束照射在第一功率的一系列照射和第二功率的一系列照射之间交替变化；大部分的第二功率照射基本上是定位于晶状体囊的前部区域。
此处提供了一种在眼睛晶状体囊中创建切口时可降低眼睛与眼睛之间和医生与医生之间可变性的系统，该系统包括产生激光光束的激光器；导向激光光束从激光器至眼睛晶状体的光学路径；以及在预先确定的拼图囊切图案中至少引导激光光束的控制系统，该图案包括位于x、y和z方向的、均导向至眼睛晶状体的多个激光照射，其中，预先确定的照射图案包括第一基本上直线的区段、第二基本上直线的区段、第一曲线区段和第二曲线区段；且第一基本上直线的区段与第二和第三曲线区段相连接；进一步地，预先确定的照射图案的形状，是至少部分地基于人工晶状体的形状，该人工晶状体包话一个铰链，而且图案基本上仿照该人工晶状体的形状。此处提供了一种在眼睛晶状体囊中创建切口时可降低眼睛与眼睛之间和医生与医生之间可变性的系统，该系统包括产生激光光束的激光器；导向激光光束从激光器至眼睛晶状体的光学路径；拥有低于激光诱导光学击穿的第一功率和大于激光诱导光学击穿的第二功率的激光光束；一个至少在预先确定形状的照射图案中导向激光光束的控制系统，在晶状体前囊的一部分创建精确的预先确定非几何形状的囊切术；且该照射图案的形状，至少部分基于人工晶状体的形状。这里还提供了一个减少眼睛与眼睛之间和医生与医生之间在眼睛晶状体囊中实施创建切口手术时可变性的系统，该系统包括一台产生治疗激光光束的治疗激光器；一条导向治疗激光光束从治疗激光器至眼睛晶状体的光学路径；在预先确定的拼图囊切图案中至少引导激光光束的控制系统，该图案包括位于x、y和z方向的多个激光照射，均导向至眼睛晶状体；第一模式位于眼睛晶状体前囊的第一区域，该第一模式拥有一个z方向扫描，范围大约不到15微米；第二模式位于眼睛晶状体前囊的第二区域，该第二区域位于第一区域前方，第二模式拥有一个z方向扫描，范围大约不到15微米。另外，此处提供了一个减少眼睛与眼睛之间和医生与医生之间在眼睛晶状体囊中实施创建切口手术时可变性的系统，该系统包括一台产生治疗激光光束的治疗激光器；一条导向治疗激光光束从治疗激光器至眼睛晶状体的光学路径；在预先确定的拼图囊切图案中至少引导激光光束的控制系统，该图案包括位于x、y和z方向的多个激光照射，均导向至眼睛晶状体；且该模式基本上由多个单一 z方向扫描组成，其中每个单一 z方向扫描的所有照射在xy维度上重叠。这里还提供了一个减少眼睛与眼睛之间和医生与医生之间在眼睛晶状体囊中实施创建切口手术时可变性的系统，该系统包括产生治疗激光光束的治疗激光器；导向治疗激光光束从治疗激光器至眼睛晶状体的光学路径；在预先确定的拼图囊切图案中至少引导激光光束的控制系统，该图案包括位于x、y和z方向的多个激光照射，均导向至眼睛晶状体；且该模式包括多个单一 Z方向扫描，每个单一 z方向扫描基本上由在x-y维度上重叠的照射组成。这里还提供了一个减少眼睛与眼睛之间和医生与医生之间在眼睛晶状体囊中实施创建切口手术时可变性的系统，该系统包括产生治疗激光光束的治疗激光器；导向治疗激光光束从治疗激光器至眼睛晶状体的光学路径；在预先确定的拼图囊切图案中至少引导激光光束的控制系统，该图案包括位于x、y和z方向的多个激光照射，均导向至眼睛晶状体；且该模式包括多个单一 Z方向扫描，其中单一 Z方向扫描中的照射在X-y维度上重叠。这类系统还有至少包括一个基本上直线的区段的预先确定的照射图案；至少包括两个基本上直线的区段的预先确定的照射图案；拥有第一基本上直线的区段、第二基本上直线的区段、第一曲线区段和第二曲线区段的预先确定的照射图案或包括第一基本上直线的区段、第二基本上直线的区段、第一曲线区段和第二曲线区段的预先确定的照射图案；且第一基本上直线的区段与第二和第三曲线曲段相连接；预先确定的照射图案是锯齿模式；该人工晶状体是FDA批准的调节型人工晶状体；该人工晶状体是FDA批准的用于近距离、中等距离和远距离视力的人工晶状体；该人工晶状体是FDA批准的用于降低或消除配戴眼镜需求的人工晶状体；照射图案的形状至少有部分基于人工晶状体的形状，该人工晶状体至少有有一个铰链，且照射图案基本上遵循人工晶状体的形状方向扫描范围小于10微米；和/或z方向扫描范围大约不到5微米。本领域的普通技术人员能够理解，基于本说明书和附图的提示，可以有多种具体实施方式
以实现本发明。因而，本说明书中的具体实施方式
并不以任何形式限制本发明的范围。
图I是一种向人眼晶状体传递如图3-7和图12所示激光照射图案的系统的示意图，其可用于实施囊切术中如图8-11所示的切口创建。
图2是调节型人工晶状体的不意图。图3和图4是照射图案的示意图。图5显示了位于眼睛晶状体中的如图4的照射图案与图2的调节型人工晶状体的关系图不。图6是一照射图案的示意图。图7是晶状体材料切片和摘除照射图案的示意图。图8A-D是带状切断环形囊切术的示意图。图9A-C是锯齿圆形囊切术的示意图。图10A-C是锯齿切口椭圆形囊切术的示意图。图IlA-C是非居中锯齿切口圆形囊切术的示意图。
图12A-C是带有切口和未切割面的照射图案的示意图。图13是用治疗激光器追踪和切割的模式。图14是激光传输和取景系统的框图。图15是图14的系统返回信号的示意图。图16是EO模块的示意图。
具体实施方案总之，本发明涉及向天然人眼晶状体提供激光器的方法和系统，用于诊断白内障，晶状体浑浊化、清晰晶状体摘取、天然晶状体材料摘除、用替换材料转换这些材料，以及以、上内容的结合。本发明进一步与向眼睛结构提供其它切割的系统和技术相关，这些切割与天然晶状体材料的摘除和置换以及后续的眼睛治疗相关，这些系统和方法披露于本说明书中用于参考的申请中。
本方法和系统可以应用于新颖创新的激光系统技术，其主体为此处列出的共同代决专利申请，在此均可作为参考，本方法和系统可能应用于其它的激光传输系统，用于摘除晶状体材料，在一定程度上这样的系统将来可能研发成功。若有可能，本方法和系统可被吸收纳入结合并应用于此处参考的共同代决申请系统的应用。这种情况下，一个单一的系统与一个单一的治疗激光器，可以作为一种在摘除和置换天然晶状体实施过程中从开始应用到结束的必要切断装置。应用于晶状体材料摘除和转换的新颖性和创建性激光系统和方法在美国临时和定期专利申请中披露的有申请号61/228，560、《一种向眼睛晶状体提供激光照射图案的系统和方法》(代理人申请案编号12212/46);申请号61/228，484、《实施和密封眼睛边缘区域切口的系统和方法》(代理人申请案编号12212/48，申请标题)，申请日期2009年7月25日；以及申请号61/228，514、《实施矫正眼睛弧形切口的系统和方法》(代理人申请案编号12212/49);以及申请号12/509，412、《从人眼晶状体摘除和置换晶状体材料的方法和系统》(代理人申请案编号12212/51);以及申请号12/509，211、《为激光晶状体手术创造泡沫护罩的方法和系统》(代理人申请案编号12212/54)，提交于2009年7月24日，以上各件申请的全部内容在此均可作为参考。因此，图I为通常优选的激光系统的示例，即一个用于治疗患者的激光装置。该系统有一个治疗激光器101 ;用于传送激光光束104的光学系统102 ;用于以特定模式向晶状体传送激光光束的控制系统103 ;控制系统103与系统的其它组件相关联和/或连接，如图I中虚线示例，和和/或其它未在图I中显示的控制系统。通常情况下，治疗激光器101应提供传输通过角膜波长的光束104、房水和晶状体。光束应为短脉冲宽度，加上能源和光束尺寸，产生光致破裂。因此，此处使用的术语激光照射或照射指的是被传送至某一位置的激光光束脉冲，并在该位置引发光致破裂。此处使用的术语光致破裂本质上是指在激光光束焦点创造一个微小的冲击波并用激光将物质转换为气体。术语光致破裂还通常伴随着激光诱导光学击穿(LIOB)。特别是，采用约为300纳米至2500纳米之间的波长。脉冲宽度从I飞秒到100皮秒之间均可采用。能量从I纳焦耳到I毫焦耳均可采用。脉冲率(也称为脉冲重复频率(PRF)，计算单位为赫兹脉冲每秒)可能会在I千赫至几兆赫之间。一般来说，在商业激光设备中，较低的脉冲频率对应较高的脉冲能量。各式各样的激光类型可能被用于眼睛组织的光致破裂，依赖于脉冲宽度和能量密度。因此，这类型的激光器披露于美国专利申请第2007/084627A2号和第WO 2007/084694号申请，以上各申请的全部内容在此均作为参考。这些激光器和其它类似的激光器可以作为治疗激光器使用。一般地，向人眼结构包括天然人眼晶状体传送激光光束104的光学系统102应该有能力以精确且预先确定的模式从x，y和z三个维度向天然晶状体提供一连串照射。此处使用的z维是指相对应于或者基本上与人眼光学(AP)轴相平行的那条轴的维度。该光学系统还应提供一个预先确定的光束斑大小来引起光致破裂，激光能量达到天然晶状体。一般地，传送激光光束104的控制系统103可能是任何计算机、控制器和/或软硬件组合，能够选择和控制x-y-z扫描参数和激光照射。这些组件通常可能至少部分与电路板接口相连，电路板与χ-y扫描仪、z聚焦装置和/或激光器相接。该控制系统也可以，但不一定必须，进一步控制其它的系统组成部件，以及维护数据、获取数据和执行计算。因此，控制系统应包含指导激光器从一个照射图案切换到更多照射图案的程序。同样，该控制系统也许能够处理来自生物缝隙扫描激光的数据和/或来自缝隙扫描激光系统的单独控制器的数据。缝隙扫描激光系统是一个用于测量眼睛内部光学表面位置的系统，如晶状体前部和后部、角膜表面或其它眼睛特征，如晶状体白内障。控制系统采用这些测量来激发激光照射，执行预期的晶状体切口。传送激光光束104的激光光学系统102包括一个激光扩束镜105、一个z焦点机械装置106、一个光束组合器107、一台x-y扫描仪108和一个聚焦光学系统109。另有一台继 电器110，摄像机光学系统111，包括一个变焦和一个CXD摄像头112。眼睛114的光学图像113，特别是眼睛114的天然晶状体光学图像115是沿着一条路径113传送。这条路径113与激光光束104的路径相同，从天然晶状体115到激光患者界面116，再到聚焦光学系统119，再至x-y扫描仪108，最后至光组合器107。另有一个激光患者界面116和一个结构化光117和一个带镜头的结构化光源照相机118。应用于本系统的患者界面及相关仪器的实例出现于申请号第12/509，021号，《眼科激光手术用液体灌装指标匹配设备》(代理人申请案编号12212/53)，《眼科激光手术用液体支撑界面设备》(代理人申请案编号12212/47)，申请提交于2009年7月24日，以及美国申请号第12/840，818号，申请提交于2010年7月21日，以上各件的全部披露内容在此均可作参考。结构化光源117可能是有聚焦和结构化光投影光学系统的缝隙照明系统，如Schafter+Kirchhoff Laser Macro Line Generator 型号 13LTM+90CM,(类型 I3LTM-25OS-41+90CM-M60-780-5-Y03-C-6)或 StockerYale 型号 SNF-501 L-660-20-5，它也被称为缝隙扫描激光器。在本具体实施方式
中，结构化照明源117还包括缝隙扫描工具119。当使用扫描缝隙照明系统时，手术包括在晶状体一侧定位缝隙、保存图像，然后将缝隙移动大约一条缝隙的宽度，再保存一次图像，然后重复这一动作，直至观察完整个晶状体。例如，一条100 μ m的缝隙宽度可以用90张图像扫描标称直径9毫米的瞳孔散大，使用30赫兹帧率的摄像机，大约耗时3秒。为使前表面获得的图像为单一图像，没有重叠，缝隙应该与结构化光源相机118的轴成一个角度，也就是说，不应与该轴相平行。标称缝隙角度与结构化光源相机的轴的平角约为30-60度。在摄像机敏感性范围内的任何可见或近红外波长光源都可使用。在结构化摄像机图像中，低相干长度光源更利于减少散斑噪声。结构化光源照明源117和结构化光源摄像机118成直角关系。该直角的关系可能包括调整结构化光源摄像机探测器与摄像机光学系统轴所成的角度，这在众所周知的Scheimpflug配置中可能出现但并非必须要求的。结构化光源117连同缝隙扫描装置119，以一个角度或多个角度投影一条线或一组线到角膜和晶状体115上。从这些对象上散射出的光束被晶状体115聚集于摄像系统118。由于角膜和晶状体115的缝隙照亮图像与摄像机间的夹角角度可能较大，这表示摄像机的大景深和整个缝隙图像可能并非急剧聚焦在摄像机内。通过将摄像机倾斜一个角度或多个角度，沿着照亮图像平面的图像可以更加急剧地聚焦。在某种程度上，如果未能获得更加急剧的聚焦，将使用算术数据评价手段进一步确定更精确的关于激光设备照明结构的位置。
或者，结构化光源照明源可能是一条聚焦光束，其焦点扫描眼内所有感兴趣的区域。该光束的扫描路径可能模拟上述扫描缝隙照明系统照亮的区域，通过执行对眼睛平面进行光栅扫描，类似于被缝隙激光器照亮。由此而论，光栅扫描指的是一个过程，在该过程中，光束焦点被逐行扫描，照亮眼睛的一个区域。在这种情况下，摄像机的探测器会在整个光栅扫描的过程中暴露在散射光束的散射光线中。
从摄像机118获得的图像可能被传送至控制器103进行处理，进一步用于系统运行。它们也可被送到一个单独的、与控制器103相连的处理器和/或控制器。结构化光源117，摄像机118及缝隙扫描装置119，包括一个用于确定晶状体位置的装置和与激光系统相关的角膜表面，还包括一个确定位置和与激光系统相关的晶状体顶端位置的装置。一般来说，本发明提供了激光光束传送给应用于或至少部分基于晶状体几何学、晶状体曲率和/或与不同设备相关的晶状体的位置的模式。作为本发明的一部分，此处提供了匹配和/或补偿曲率及晶状体囊位置的概念。前部和后部曲率可以基于Kuszak老化晶状体模型，Burd数值模拟以及Burd等人的视觉研究42 (2002) 2235-2251，或基于特定晶状体测量。因此，一般来说，这些激光传送模式是完全和/或部分建立在数学建模和对晶状体形状、晶状体位置和/或晶状体几何学的实际观测数据的基础之上。此处提供了摘除晶状体材料的激光照射图案的传送。因此，此处提供了产生切口的方法与系统，即在晶状体前囊创建切口。这些切口由治疗激光光束104创建，光束以精确的预先确定的高度可重复模式向晶状体前囊传送，传送导致精确的预先确定的高度可重复的成形的切口，此模式如此处描述和教述，或可能被要求用于特定人工晶状体或其它设备或材料植入晶状体囊内。此处使用的几何形状的模式或切口指的是圆形和椭圆形模式或切口。此处使用的非几何形状的的模式或切口指的是除圆形和椭圆形之外的所有其它形状。在晶状体前囊创建这些切口的方法和系统提供了优于先前公知的手持设备和装置的结果，应用于撕囊和囊切术，因此，此处披露的这些方法和系统被认为是这些技术的实质性进步。此外，激光照射图案的传送是以大大降低漏切风险的方式进行，取决于特定的应用程序，传送可能具有十分重大的意义。而且，在以下提供的实例中，前囊可事先预想假设可能是一个连续切口，切口和平面(切口之间未切的囊部分)和穿孔。因此，此处使用的术语“漏切”或“漏切们”指的是原本是要执行一个特定的激光照射图案的传送来创建一个切口，但却因为激光光束错过了晶状体囊或目标晶状体材料而未能形成切口，或者击中了目标材料但却未成功形成切口。因此，在切口和平面模式下，如果原来想要被激光模式保留未切的平面将不会被认为是漏切。晶状体前表面的切口是用于在晶状体囊内开一个孔，以便摘除晶状体的内部结构。为辅助摘除，此处提供了多种激光照射图案将晶状体内部结构切割的较小的体积块，小到可以从晶状体囊中摘除。这些小体积块的范围从大约Imm3到大约16_3不等，优选范围从大约2. 5mm3到大约4_3不等。因此，可以在晶状体内部结构中应用网格激光照射图案，创造出内部晶状体材料的立方体形状体积块。这些立方体的单侧长度范围可能在约100微米至约3毫米、4毫米之间，优选范围是约约500微米至2毫米之间。体积形状最理想的大小是与抽吸管末端开口的尺寸相匹配。这样单个的体积形状块就能很容易地被吸入抽吸管，不使用或者最低程度地使用超声能量。比抽吸管开口小很多的体积形状块需要更多的激光照射，却没有显著增加的益处。另外，本发明不限于应用于形成相似的一般大小的立方体和其它形状的体积块。例如，其它形状如三角形和圆切片形状的体积形状也可应用。晶状体前囊的激光切口是用于在晶状体囊的前表面开一个小的开口，以便摘除内部结构中的分段体积块。因此，该手术可以用于治疗白内障。该手术也可以用来摘除已浑浊但尚未发展成白内障的晶状体。该手术可能会进一步用于摘除清澈但已失去调节能力的天然晶状体。在以上所述的情况下，摘除晶状体材料后，晶状体囊内将会被放入合适的替换材料，如人工晶状体、调节型人工晶状体、或合成晶状体填充材料。此外，开口的尺寸和形状是可变并可精确控制的，最好是目前已知的晶状体填充材料和人工晶状体，直径为2毫米或更小的晶状体填充应用，5毫米的人工晶状体。这些活动进行的顺序可以取决于内部晶状体结构的特定性质，白内障的密度、白内障的位置、用来摘除内部晶状体材料的装置，一旦晶状体材料被剖开成较小的体积块后，所使用的激光类型和力量，激光所产生的气泡的数量和尺寸和其它因素。因此，虽然此处的实例提供了实施晶状体前表面切除和晶状体内部结构切片活动的顺序，但应当认识到的是，这一顺序是可以改变的，本质上来讲是可以同时实施的。本发明中优选的用于治疗患者的激光系统能够对晶状体囊进行精确的和预先确定的切口创建，从而得到精确和预先确定形状的囊切术。因此，此处提供了获取和分析人工晶状体形状和结构的方法，特别是获取和分析调节型人工晶状体、能够减少并/或消除配戴眼镜需求的人工晶状体和/或用于近距离、中等距离和远距离视力的人工晶状体、包括但不限于上述FDA批准版本的人工晶状体的形状和结构。基于这一分析，能够确定应用于特定人工晶状体的囊切术的优化形状和位置，或类似形状的人工晶状体的分类。然后向激光系统提供执行这一优化形状囊切术的预先确定的照射图案，最好是向控制系统103提供这一照射图案。该激光系统然后可以用于一个或以下所有程序，确定晶状体前表面特别是晶状体囊前表面的形状和位置、确定与激光系统相关的晶状体囊的顶点、执行拥有为特定类型人工晶状体选定了精确和预先确定的形状的激光囊切术，以及天然晶状体材料的摘除。因此，举例如下，一个精确的囊切术的形状及其相应的照射图案可由基本上直边组成，每一边都连接到曲线区段或圆形区段。图3为这一类型预先确定的切口的实例图示。因此，图3中有晶状体囊301，图中作为参考的X和y轴分别为305和306。这里还进一步显示了一个预先确定的照射图案，带有基本上直线的区段303与曲线区段304相连。图3的照射图案是此处使用术语非几何形状模式的实例。这一照射图案由激光系统实施，在晶状体囊中创建精确的预先确定的切口，会在晶状体囊中创建出一个精确的预先确定的开孔，图中显示了这一精确的预先确定的囊切术的形状。该预先确定的照射图案的基本上直线的区段可从约O. 25毫米至4. 5毫米。此处使用的开孔、囊切术、切口或照射图案的任一区段，其基本上直线的区段长度长于O. 2毫米，被认为是切口或模式的基本上直线的区段。这一精确的预先确定的照射图案、开孔、囊切术和切口可能只有一个单个的直线区段或可能有两个、三个、四个、五个或更多。此外，除了基本上直线的区段，可能还会有一些区段，其曲率半径与该模式的其它区段相比大幅度减少。因此，例如，如图4中 有一个晶状体囊401，其中作为参考的X和y轴分别为405和406。图中还进一步显示了一个预先确定的照射图案402，在由激光系统进行实施时，将会创造一个精确的预先确定的切口，即囊切术，有两个基本上直线的区段403，四个曲线区段404和两个曲率半径大幅度减少的区段407。相应地，每个基本上直线的区段403连接到由曲线区段404导致曲率半径大幅度减少的区段407。图5说明了一个精确的预先确定的非几何结构切口，该切口的创建通过实施预先确定的与图2所示的人工晶状体相关的照射图案而完成。因此，此处提供了一个人工晶状体结构502、毗邻晶状体结构502的铰链503、与晶状体囊501相接触的触觉系统504。另外还提供了一个精确的预先确定的非几何结构囊切术505，带有两个曲线区段和两个基本上直线的区段。图5还进一步说明了这些段的位置，基本上直线的区段位于铰链内部，S卩，朝向晶状体结构。这一切口和模式会是基本上遵循人工晶状体的切口、开孔、囊切术和模式的实例，这一切口一直被称为全开(ALL-ON)切口。因为它留得晶状体囊材料在所有人工晶状体。图6显示模式和切口能够离开囊601的相关中心的实例。因此，此处提供了向人眼晶状体传送激光光束的技术、系统和设备，在特定情形下，以一种精确且预先确定的方式向眼内的晶状体囊传送，以实施预先确定的囊切术。这些模式的形状可以通过锯曲或环形传送序列进行传送。
当进行激光辅助白内障手术时，在使用光致破裂激光切除核的过程中，会导致柔软皮层附近形成足够多的气泡，使得气泡漫向晶状体囊。在这些情况下，气泡汇集在靠近前囊的位置，当激光试图切囊时，突然间释放的气泡可能会在传送激光照射图案过程中改变前囊的位置，导致激光未击中囊，导致至少在囊周围的圆周部分不能成功创建切口。要解决这个问题，此处提供了一个特殊的切断模式，该模式对囊位置与时间的依赖性较小，不管在激光囊切术手术过程中位置是否变化，均能完成囊切除。因此，能够大幅度减少或完全消除漏切现象。此处提供了以高速率大范围Z扫频的规激光照射图案的应用，而X-Y位置以圆形或椭圆形或其它模式或理想的形状以较慢的速度移动，以便激光切割动作能够在基本上同一个X-Y位置多次发生。因此，可以想象，激光光束的操作就像是线锯刀片快速上下拉动，对比X-Y定位来创建切口形状。在这种情况下，如果这个前囊在切割过程中由于气泡传播或其它原因而产生移位，仍然会继续对囊进行切割，虽然可能会在Z方向中心区域之外的照射上下分布，而且更多可能移至该分布的前部或后部末端。针对核的激光切割，会有大量的气泡产生，就面积而言，Z范围或上下范围内，切割应该为大约I毫米，集中于前囊，允许大约+/-475微米的囊运移，并仍能切开25微米厚的囊。除了使手术中称动的囊能够被切割中，这一手术可以用来弥补由比如测量误差而带来的囊位置静态误差。这样，Z范围的程度可以由已知的系统误差增加。除了此处披露的较大Z范围扫频,这里还考虑使用一个较小Z范围内的切割运动，以应对囊位置不确定的情形，这里的位置不确定可来自于静态测量误差和因位置改变可能比预期更小。可能范围在数百微米或高度精确的测量数据的情况下和手术中囊的近零运动。在这种情况下，Z范围可能为数十微米范围一足以切割囊的厚度。 囊切术中的Z范围扫描，照射图案提供了在白内障摘除手术中优化激光手术去除效率的能力。因此，晶状体核可在进行囊切术之前分成小体积块。在这种情况下，由核切片形成的任何气泡将会被困在囊内。通过维持气泡位于囊中，它们对激光传输的影响就会被降低，对比于其逃离出囊和并迁移到房水或汇集并形成于角膜后部附近而产生的影响而言。向气泡照射激光光束的不利影响随着光束穿过气泡后至到达其预期位置需要通过的距离的增加而增加。因此，通过捕获气泡于囊中，这一距离被限制为绝对最小，因此其射穿气泡的不良影响，也同样最小。然而在囊中累积的气泡增加了晶状体和/或囊在囊切术中转移的可能性，因为气泡可能通过晶状体囊上的切口跑出。如前所述，这一位置转移可能导致漏切和不完整的囊切术。因此，Z范围横扫避免了晶状体或囊移动产生的任何漏切，并相应提供了增加激光效率、减少气泡不利影响和减少囊切术中漏切的促进优势。因此，此处提供了一种优化激光手术效率的系统和方法，在本发明的一个具体实施方案中，使得核首先被切除，由此切除而形成的气泡被包在囊中，直到囊切完成。将气泡包含于囊中避免了必须通在前房射穿气泡，但需首先创建囊切。然而，这一解决方案会导致气泡在晶状体纤维内大量累积，可能导致囊在囊切的过程中移动。为了解决这一潜在移动，本发明还提供了不同z方向运动的激光光束。然而，应该理解有一种囊移动不确定性较小的情况，即是在囊切中，激光切割先于核材料切割，气泡不放入晶状体内。在这种情况下，如果位置的不确定性足够小，那么z范围的程度足够小，因此只有较小数量的气泡可能出现在前房，不会干扰核的激光切割。这里应该进一步理解为，当指的是结构切割的顺序时，如本段所述，当执行一个顺序满足一个结构的大部分先于另一个结构被切割，例如，在向第一个结构传送照射图案时放置一些激光照射并不能防止第一个结构被认为是顺序当中的第一个结构。还有更多的方法和系统定义眼睛结构尤其是前囊的高精度位置测量，通常能提供更高准确性、高精度和患者至患者眼睛可重复性手术，特别是囊切，在申请号12/509，412 (《一种从眼睛晶状体中摘除和置换晶状体材料的方法和系统》)，申请时间为2009年7月24日，代理人申请案编号12212/51，其全部披露在此均可作为参考。此处提供了一个进一步优化的方法和系统，来提高从晶状体囊中抽吸晶状体材料的灵活性。在切片晶状体材料的过程中，有可能纤维团的切割碎片从囊袋中跑出，无论是由漂浮或因气泡或只是天然存在的，除非有手段进行阻止，总会有这样的碎片跑出。因此，本方法和系统的另一个方面是提供一种手段来抑制这些碎片，直到他们预备好被抽吸出来。这一手段的完成通过仅执行部分囊切除，余留的囊作为约束，预防和/或减少切片晶状体材料的跑出。一旦囊的部分切除要求可以完成抽吸，即囊切是完整的，切片晶状体材料被抽吸出晶状体囊。此处所有提供的激光照射图案中，优选普遍遵循(仿照)晶状体形状的激光照射图案，模式中单个照射的放置与相邻照射互相之间足够接近，如此一来，当模式完成后，晶状体材料的一个足够连续的层和/或线和/或体积则被摘除。在此作为必要，仔细考虑了较短的照射间隔或更长的距离，包括重叠，来获得期望的结果。照射间隔考量包括气泡耗散、体积摘除效率、排序效率、扫描仪性能和分裂效率等等。例如，作为说明，针对δ障碍物大小光点，能量大小足以引起光致破裂，20微米或更大的间距导致单个的气泡，不聚合且散失速度更快，相比之下，相同能量下较近的照射间隔将导致气泡聚合。随着照射间变近，体积效率增加。随着照射间隔变近，气泡聚合也随之增加。然后出现一个转折点，照射间隔近到一定程度，体积效率就大幅下降。例如，作为说明，在分裂透明眼睛组织时，一个450飞秒的脉冲宽度和2微焦耳的能量以及约5微米的光斑大小和10微米的分离结果。此处使用的、术语分裂指的是大幅度分离组织。此外，对照射间隔的更小或更大程度的考量，基于完成此处对象的当前披露内容，本领域内的普通技术人员将知道如何评价这些条件。最后，仔细考虑了单个照射图案的放置相关于相邻照射图案可能通常情况下尽可能较近，通常通过光致破裂物理现象的大小和时间帧进行限制，可能还包括其它，比如先前照射的气泡膨胀。此处使用的光致破裂物理现象时间帧指的是光致破裂周围发生的影响，比如等离子体形成与膨胀、冲击波传播、气泡膨胀和收缩。因此，序列脉冲的时机，它们的时间快于一些，原理上的，或者所有这些效果，可以增加体积摘除和/或分裂效率。相应地，我们建议使用从50兆赫到5兆赫的脉冲重复频率，可通过具备以下参数的激光器来完成一个模式锁激光器，腔长3米至3厘米。这样的高PRF激光器能够更容易地产生多脉冲重叠在一个位置，允许每脉冲以较低能量来达到光致破裂。术语第一、第二、第三，是相对术语，必须视上下文内容进行理解。除非有特别说 明，它们不与时间相关。因此，第一切口后面必有第二切口。一般来说，优选点燃激光照射，一般在激光模式中是从后面的点到前面的点，以避免和/或使得从先前激光照射产生的气泡带来的影响最小。但是，由于此处提供了不同的激光照射图案，从后至前的照射顺序并非严格限制的必要条件。此外，在白内障的案例中，从前向后照射可能更有利，因为激光基本上不能穿透白内障。因此，此处提供了一种晶状体结构改造的方法，使其更容易摘除而且通过减少和/或消除在超声乳化中使用的高频超声波能量的需求可能增加手术的安全性。总之，在特定形状模式中使用光致破裂切断来创建切片晶状体材料，即将晶状体切开成为分段的体积形状，如图7所示的小立方体结构，其体积足够小，可由1-2毫米的抽吸针吸出。如图7所示，此处提供了一个照射图案，用于将晶状体材料创建O. 5毫米大小的立方体。因此，此处提供了一个外晶状体表面701，是由晶状体囊形成，是晶状体的外形。这里还进一步提供了一个照射图案702，创建像网格一样的切口，其末端切口基本上遵循晶状体的外形。这里还提供一个壳切口 704，与网格形切口是一个整体。图7模式的激光照射的顺序可按照从后方到前方执行，就此处披露的多数模式而言，通过减少由穿过气泡的照射导致的变化来获得更多可预测的结果。然而，选择更少的两个不太合需的效果从前方到后方照射白内障可能会不太理想。因此，比起射穿白内障组织，射穿气泡或者使其消散可能更加有利，因为射穿白内障组织会带来更加严重的散射光，比起气泡干扰会更加迅速地防止光致破裂。因此，在此提出首先光爆破白内障的最前端部分，然后向后方移动，射穿白内障组织的气泡残留，然后到下一层白内障组织。除了在前部z位面进行激光照射后向后部移动，再进一步向下钻深，从前部至后部，在本文中即为z轴移至x/y，然后再次向下。图7的照射图案也可应用于清澈晶状体，随后该晶状体材料也会被摘除。当处理清澈晶状体时，应用从后部到前部的照射是合适的。图10A-D显示外科医生摘除晶状体的囊切。这些图片有一个外表面801，其表面是由晶状体囊形成，因此其形状是晶状体的外形。另外还有一个环形带状切口 802和照射图案。该照射图案是把激光光束排成一系列紧密排列的照射，置于环形周围最深处中(大多数位于后部的环形)，然后继续重复操作，环形深度随之减少。一般来说，在转移到更浅的深度之前，照射将会被分布在整个环形周围的一定深度。因此，本图显示此圆柱形切口的横截面及相对应的环形的两侧802。此处的环形囊切切口在尖端约有100微米深，由上述参考方法确定，在晶状体前囊表面，直径约为5毫米。囊切的直径为约O. I毫米至约9毫米。既然晶状体囊大约有5到15微米厚，因此期望切口的深度典型在5至数百之间，虽然多切几毫米，并不会受到惩罚。有了更精确的位置和晶状体形状及晶状体顶端的形状，晶状体囊上和房水中的带厚，特别是带的数量就能下降。囊切的形状可以是椭圆形，不同的X轴，然后是I轴或其它形状。因此，囊切的形状可以是任何有利于特定人工晶状体的形状，例如囊切的形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形或非几何形状。该形状将至少部分基于将并至少部分由人工晶状体的某些方面而确定，特别是调节型人工晶状体或那些减少或消除配戴眼镜需求的人工晶状体。一个特定的人工晶状体，如此处讨论的FDA批准人工晶状体，可能得益于并/或可能需要一个特定的囊切形状和光滑的开口。
这里还提供了一个用于实施精确囊切的锯齿传送顺序或模式。如图9A-C，此处提供了一个外表面901，其表面是由晶状体囊形成，因此其形状是晶状体的外形。图9A是晶状体的截面图，图中X轴为905和Z轴为904。图9B是晶状体的顶视图，图中有Z轴，还有X轴905和Y轴906。这里还提供了一个锯齿形切口 902和照射图案，从Z轴904往下看，在X轴905和Y轴906上围成一个圆圈的形状。该激光照射图案由一系列在该模式下同一X-Y的点上紧密间隔的垂直扫描进行传送。因此，随着照射的传送，Z位置将会因X-Y位置的改变而相关地多次变化。这一相对于X-Y位置迅速变化的Z位置被称为模式902的垂直扫描，这一扫描的范围通过箭头903显示。一个特定的人工晶状体，如此处讨论的FDA批准人工晶状体，可能得益于并/或可能需要一个特定的囊切形状和光滑的开口。如图10A-C，此处提供了一个外表面1001，其表面是由晶状体囊形成，因此其形状是晶状体的外形。图IOA是晶状体的截面图，图中X轴为1005和Z轴为1004。图IOB是晶状体的顶视图，图中有Z轴，还有X轴1005和Y轴1006。这里还提供了一个锯齿形切口1002和照射图案，从Z轴1004往下看，在X轴1005和Y轴1006上围成一个椭圆形的形状。该激光照射图案由一系列在该模式下同一 X-Y的点上紧密间隔的垂直扫描进行传送。因此，随着照射的传送，Z位置将会因X-Y位置的改变而相关地多次变化。这一相对于X-Y位置迅速变化的Z位置被称为模式1002的垂直扫描这一扫描的范围通过箭头1003显示。一个特定的人工晶状体，如此处讨论的FDA批准人工晶状体，可能得益于并/或可能需要一个特定的囊切形状和光滑的开口。图IlA-C提供了一个圆形锯齿切口的例子3，远离X-Y轴的中心。因此，此处提供了一个外表面1101，其表面是由晶状体囊形成，因此其形状是晶状体的外形。这里有一个X轴1105、一个Y轴1106和一个Z轴1104。这里还有一个锯齿形切口 1102和照射图案，当从Z轴1104往下看时，在X轴1105和Y轴1106的平面上围成一个圆圈的形状。这个模式1102的圆圈的中心并不是晶状体的中心，即X-Y交叉处，而是位于中心右边约I毫米的地方。图12A-C提供了一个圆形切口和锯齿切口。因此，此处提供了一个外表面1201，其表面是由晶状体囊形成，因此其形状是晶状体的外形。这里有一个X轴1205、一个Y轴1206和一个Z轴1204。这里还有一个锯齿形切口 1202和照射图案，当从Z轴1204往下看时，在X轴1205和Y轴1206的平面上围成一个圆圈的形状。这个照射图案1202有切口 1207，SP晶状体材料，特别是晶状体囊材料被切除/摘除，平面1208未摘除任何材料。此处阐述的锯齿类型切口可以进一步由快速小振幅z扫描完成，从后部的位置扫描至前部的位置，这一扫描具有Z方向振幅，比囊的厚度略大，以及高脉冲频率(PRF)，因此当沿着轴从前部到后部看时，“单一 z方向扫描”的所有脉冲从z轴往下在两个方向上重叠。一个“单一 z方向扫描”被定义为一种沿着锯齿照射图案扫描从最低(大多数从后部)点指向最高(大多数从前部)点沿，或者也可以从最高点到最低点。因此，用正弦曲线作类比，一个“单一 z方向扫描”将会是曲线从波峰到波谷或从波谷到波峰的一部分，并且“一个完整波形的z方向扫描”将会是一条曲线从波峰到波谷或从波谷到波峰的一段连续的部分。为了演示，锯齿切口的波长被定义为从一个波峰到下一个波峰的水平方向距离。
因此，举例来说，这种重叠可以通过带有大约10-20微米z方向振幅的照射图案来获得。更确切的说，这样的照射图案的例子是带有+/-7. 5微米z方向振幅的，波长2. 5微米，锯齿模式的单一 z方向扫描的三等份间隔脉冲。对于100千赫的PRF，在照射之间有10微秒，这样一个照射图案需要6000全波的z方向扫描,来切割单一垂直环形囊切,直径5毫米。针对这一全环形迷你锯齿模式的全36000次脉冲模需要O. 36秒来完成。一个完整的囊切将包含一系列相同直径的全环形迷你锯齿模式，每一个全环形迷你锯齿模式都有一个15微米的垂直长度，在z方向上与邻接的迷你锯齿模式相重叠，以确保在每层z水平上有完整的切口。迷你锯齿模式将从最后部的迷你锯齿模式开始切割；当该模式切除后，下一个前方部分将会加入，直至堆叠式的迷你锯齿模式的高度足够，可以从下方(后部)至前方晶状体囊的位置，穿过囊达到前房。这些堆叠模式的复合形式是一个环形的形状。环形的高度需要确保在z范围上足够大，以保证环形切穿晶状体前囊，这取决于囊的厚度，还有激光脉冲位置的准确度和精确度。这样的准确度和精确度可由标准偏差定位其特点，该标准偏差包括所有来源在激光照射z位置上的实际与预期变化。使用这种模式和比率，第一模式(迷你锯齿模式)可以在最后部的位置以3至5σ的准确度来传送。因此，针对标称50微米的z标准偏差(σ )，第一模式会在低于囊的标称估计位置大约150到250微米的地方，然后在每一个模式完成之后，下一个模式会向前移动一个单位量，略小于该标称长度，因此，例如该模式下，每一个后续的模式在第一个之后能够向前移动10微米(如33%或在15微米标称长度中占5微米)，直到囊切完成。因此，举例来说，使用这一迷你锯齿技术的囊切能够在大约11秒内完成——标称3 σ治疗，+/-150微米总模式，30迷你锯齿切口 ；29次向前10微米移动；0. 36秒/迷你锯齿模式。此处提供了锯齿类型模式和切口的变化和优化改进。治疗激光器被用作位置确定激光器即激光雷达(LADAR)和用于实施囊切。图14显示的说明性系统应用于具体的光学系统，该光学系统用来传送激光光束，也是一种确定晶状体位置的确定，特别是晶状体前囊和后囊的位置。因此，图14的例子提供了一个激光器4302、激光光学系统4303、该光学系统包括激光扩束镜4320、偏振光束分光器4322、z聚集模块或机构4321、偏光器1/4波片4323、x-y扫描仪4324和影像或聚焦光学系统4325。因此，如图14，激光光束路径4310部分通过激光扩束镜4320到偏振光束分光器4322，再到z聚集模块或机构4321，再到偏光器1/4波片4323，再到x-y扫描仪4324，然后再到影像或聚焦光学系统4325。这里还提供了测距仪元件4306，包括光学检测器4330，用以接受沿着路径4311返回的激光光束，并产生模拟输入信号4312年，模拟电子系统4331，用以接受模拟输入信号4312和产生模拟输出信号4313，以及数字控制系统和控制系统4332，用以接受模拟输出信号4313和产生控制信号4314，该控制信号由z聚集模块或机构4321接收。这里还给测距仪提供了激光光束路径4311。还提供了衰减器4340，在位置4340a和4340b之间移动 ,在前一个位置,激光会衰减,后一个位置,激光不会衰减。还提供了激光患者界面4307。图14是原理框图，图中示例了相关的位置和元件间距。相应地,这些元件之间针对彼此的相对位置可以有所不同，而且全部或部分的功能和元件可以结合。这种方法利用治疗激光器的衰减版本作为一个发射器/照明灯。此处提供了一个光学接收器，是偏振双工4322连至一个单一收发器路径4311/4310，利用治疗激光的同一条光学路径达到眼睛。以这种方式，收发器路径通过Z聚焦机构4321和影像光学系统4325，为光致破裂提供了一个小光点的大小，但由于衰减器的缘故，则不会发生光致破裂。因此，收发器可在整个晶状体体积内进行扫描。随着在位置4340a的衰减，交流周期期调频振动随时间应用于Z振幅。保持x和y坐标相同的情况下，然后焦点就从晶状体前部上方移动穿过晶状体到达后部表面，然后略略超过该位置。在这种情况下，针对任何x-y坐标，返回的激光光束的振幅会有明显改变，这些改变可被光学检测器4330探测到。因此，这里会提供模拟输入信号4312、模拟输出信号4313和控制信号4314。该变动将与晶状体的外表面相对应。图15显示了这一改变的一个示例，其中，当焦点位于晶状体前表面之上时，4401代表返回信号，当焦点在晶状体前囊穿行时，4402代表信号，当焦点位于晶状体内时，4403代表信号，当焦点在晶状体后囊穿行时，4404代表信号，当焦点超过晶状体(位于晶状体后方)时，4405代表信号。其次，在以下各段更加详细地描述了伺服可以利用z方向锁焦点xy坐标的任何镜头，以预定的偏移，防止激光干扰治疗透镜材料达到或接近胶囊。高频振动可以是Z振幅一个斜坡或锯齿或简单正弦波和随时间进行的高频振动，大约为针对Z聚焦的10个至100微米的振幅。为了最先找到前囊的位置，应用一个偏移量于Z聚焦模块，焦点只是从后方到角膜，然后在Z中向后执行到前囊(通常是以毫米)直到收发器4330接收到从前囊返回越来越强的周期信号4402。眼房水和晶状体囊之间指数的变化以及从囊和纤维组织而来的散射，与均匀的房水相比，提供了光学返回信号，该信号能被光学接收器接收到。接收器探测到的周期信号将随着振动和聚焦的收发器Z偏移下降并靠近囊边缘时而增强。随着Z焦点被推进纤维体，振动信号将达到最大值，然后开始减少。Z焦点偏移的方向和信号“S-曲线”的前沿是用来形成结鉴别器功能的，该鉴别器能提供一个定向从属误差信号，来驱动Z-焦点偏移，以通过闭环伺服技术最大化从囊边缘返回的信号。一旦Z偏移回路被关闭，它基本上来说是一个范围伺服，然后收发器焦点将在Z-偏移内跟踪前囊上的任何位置。在Z-偏移回路被关闭后并处于跟踪之时，X和Y扫描现可完成，每一个被跟踪的x，y的Z-偏移位置的记录基本上会创建成一张前表面的3D地图。速度够慢的X-Y扫描模式，可以不打破Z-偏移跟踪装置上的锁，该跟踪器可从前杆向外至大约小于瞳孔直径之处以螺旋或其它形态进行扫描，仓Il建一个适度的均勻的样本3D地图,大于瞳孔限制晶状体直径。一旦这一前方数据被捕获后，X-Y会返回至0，0，然后环路打开，Z偏移控制进一步向下到后杆，并再一次在后囊和玻璃液之间的信号加强会发生，虽然也可能发现信号变化。同样，Z-偏移环路现可锁定并跟踪后囊，且类似的x-y扫描可用来绘制出后部晶状体的形状。这一技术的优势是，晶状体的未知梯度折射率以及角膜折射率不会带来测量的不确定性，因为不是记录绝对的、实验室固定的笛卡尔X-Y-Z位置和晶状体表面的形状,而是每个X-Y位置在前囊定位光束位置所必需的Z偏移控制命令。由于治疗光束与用于定位晶状体囊的衰减探针光束是一样的波长，测绘Z偏移到需要用于在晶状体囊聚焦衰减光束的光束焦点，作为X，y位置的函数也提供必要的Z偏移给治疗光束，作为在晶状体囊进行切割的X，y位置函数，独立于此处的角膜折射率和晶状体和不均匀性。这意味着晶状体的形状在治疗激光器所使用的完全相同的坐标系统中正被定义为没有系统性误差；衰减的激光器被作为收发器，有着同样的Z-焦点总成和与治疗光束相同的影像光学系统。在更优配置中，EO调制器作为衰减器替代品。如图16所示例的系统，目标平面1600将会回应或定位于或在天然晶状体专利之中。激光光束路径1610从激光器(图中未显示)到目标平面1600 ;第二激光光束路径1611反射从眼睛传输回来的激光光束。然后这一返回路径被光束分离器装置1601和1602分为三个激光束返回路径1612、1613和1614。第一返回路径1612提供了一个参考信号或通道。这一光束路径穿过图示中的部件，然后所 得信号被发送到主计算机进行处理。第二返回路径1613为距离较近的空间滤波器装置1618提供了一个信号或通道。这一光束路径穿过图示中的部件，然后结果信号被发送到一个主计算机进行处理。第三返回路径1614为距离较远的空间滤波器装置1622提供了一个信号或通道。这一光束路径穿过图示中的部件，然后结果信号被发送到一个主计算机进行处理。这里还提供了一个扫描仪1606和带插图的组件。在这种情况下，使用远距离和近距离的空间滤波器1622和1618提供了选通效果，消除了大量的杂光散射，只让来自扫描后的收发器光束的分散的或反射的光线通过进行处理。这就在z方向提供了高度敏感性，使得确定晶状体囊位置的能力得到了提高。如图13所示，此处提供了一个带有z变焦的激光模式的演示说明。为了在此图中进行演示说明，图中显示的运动简化为在X和Z方向进行，这样变得更容易理解，在X和y两个方向都可发生运动，将优先考虑。因此，这里显示了 z轴1301 (与晶状体前-后
同时存在)，激光照射图案1302，具体照射集1303和1305在晶状体1304的前表面区域实现了激光诱导光学击穿(LIOB)，余下的照射在模式1302当中低于LIOB的阈值。激光照射集1305在囊前表面的10-15微米内。最好是大多数的照射在模式中超过该模式中应有的LI0B，S卩大多数的照射超过LIOB应有的范围应在，囊前表面的-5-15微米。更好的是，绝大多数的照射超过LIOB应有的范围，从O到15微米之间，伴于囊表面之前，更加更加好的是，在范围O到大约10微米之间。理论上来讲，应用这一理论进一步提供于本行业的教学但并不受这一理论限制，在这一区域激光照射的反应略高于囊创建的类比触摸功能，触摸切割火焰将从后部照射位置沿着激光光束传送照射的一般路径扩展。治疗激光作为激光雷达的光源，激光雷达用于使用伺服系统测量和跟踪晶状体前囊位置，正上述例子所示。最初，激光能量/功率低于用于确定晶状体前囊位置的LIOB阈值。这是通过在x，y模式中进行扫描来实现的，如椭圆形、圆形或任何其它预先确定形状的囊切，并改变z焦点在这种情形下，可以沿着囊切的位置确定晶状体前囊的位置。位置确定后，可以继续扫描，将激光能量/功率增加到那些照射的LI0B，十分接近于晶状体前表面。在这样跟踪方式下，位置确定和切割可以同时完成。这为减少气泡形成提供了更多的好处，因为基本上只有照射需要在LIOB阈值之上完成囊切，因此气泡形成减少并最小化。
因此，优选使用z高频振动范围环路来定伴晶状体表面。在这样的环路中，激光光束在z方向振动(沿晶状体前后轴)，使得跟踪装置回路能够使用光学接收路径检测从前囊返回的信号，该路径包含一个小的F#空间滤波器，以便返回信号对伺服系统z位置敏感，因此爬坡式伺服——众所周知的伺服控制算法，可以用来追踪囊的前表面。当z高频振动环路在预先确定的扫描中闭合并稳定，激光能量会升到LIOB阈值以上，将进行切割动作。因此，这里披露的类型中提供了减少气泡形成的锯齿类型切 口。此处提供的切口模式和类型的结合可以互换，并且其它形状的模式和相对于晶状体X-Y中心的位置也可采用。此外，由于在带状切割，即环形传送顺序或模式，与锯齿顺序相比，有更大的可能性出现漏击照射，如图8A-D所示，当采用环形顺序时，利用该技术确定晶状体的位置、顶点与形状是很重要的，但不是至关重要的。从上述描述说明来看，本领域技术人员可以很容易地确定本发明的本质特征，同时在不偏背离其精神和范围的前提下，可使本发明拥有各种各样的变化和/或修改以适用于各种用途和条件。因此，本发明在不背离其精神或本质特征的前提下，可以应用于除开本说明书中披露的其它具体实施方式
中。此处的具体实施方式
仅为说明而非限制，本发明的保护取决于其权利要求，并非上述的描述。
权利要求
1.一种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生激光束的激光器； b.将激光束从激光器引导至眼睛晶状体囊的光学路径；以及 c.控制系统，该控制系统在预定的拼图囊切图案中至少用于引导激光束至眼睛晶状体，该图案包括位于x、y和z方向上的若干激光照射。
2.如权利要求I所述的系统，其中，所述的激光束包括低于LIOB的第一功率以及等于或高于LIOB的第二功率。
3.如权利要求2所述的系统，其中，第一功率用作确定眼睛晶状体前囊之位置的激光雷达，第二功率用于切割眼睛晶状体前囊，其中第二功率进行晶状体囊切。
4.如权利要求3所述的系统，其中，在预定的拼图囊切图案中，所述的若干激光照射在第一功率的一系列照射和第二功率的一系列照射之间交替变化。
5.如权利要求4所述的系统，其中，第二功率的一系列照射的大多数基本上是定位于晶状体前囊的前部。
6.如权利要求I所述的系统，其中 所述预定的拼图囊切图案包括第一基本上直线的区段、第二基本上直线的区段、第一曲线区段和第二曲线区段；以及 第一基本上直线的区段连接至第一和第二曲线区段。
7.如权利要求I所述的系统，其中，所述预定的拼图囊切图案的形状是至少部分地基于人工晶状体的形状，该人工晶状体包括铰链，所述预定的拼图囊切图案基本上仿照人工晶状体的形状。
8.一种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生激光束的激光器； b.将激光束从激光器引导至眼睛晶状体囊的光学路径； c.所述的激光束包括低于LIOB的第一功率以及高于LIOB的第二功率； d.控制系统，该控制系统在预定形状的照射图案中至少用于引导激光束至眼睛晶状体前囊的部分，以创建精确的、预定的、非几何形状的囊切；以及 e.所述预定形状的照射图案的形状至少部分地基于人工晶状体的形状。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述预定形状的照射图案包括至少一个基本上直线的区段。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述预定形状的照射图案包括至少两个基本上直线的区段。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述预定形状的照射图案包括第一基本上直线的区段、第二基本上直线的区段、第一曲线区段和第二曲线区段。
12.如权利要求8所述的系统，其中 所述预定形状的照射图案包括第一基本上直线的区段、第二基本上直线的区段、第一曲线区段和第二曲线区段；以及 所述第一基本上直线的区段连接至第一和第二曲线区段。
13.如权利要求8所述的系统，其中，所述预定形状的照射图案是一拼案。
14.如权利要求8所述的系统，其中，所述的人工晶状体是FDA批准的可调节的人工晶状体。
15.如权利要求8所述的系统，其中，所述的人工晶状体是FDA批准的、用于近距离、中等距离和远距离之视力的人工晶状体。
16.如权利要求8所述的系统，其中，所述的人工晶状体是FDA批准的、可降低或消除眼镜需要的人工晶状体。
17.一种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生医用激光束的医用激光器； b.将医用激光束从医用激光器引导至眼睛晶状体囊的光学路径； c.控制系统，该控制系统在预定的拼图囊切图案中至少用于引导激光束至眼睛晶状体，该图案包括位于x、y和z方向上的若干激光照射； d.位于眼睛晶状体前囊之第一区域的第一图案，该第一图案z方向的扫描范围小于约15 μ m ； e.位于眼睛晶状体前囊之第二区域的第二图案，第二区域在第一区域的前方，该第二图案z方向的扫描范围小于约15 μ m。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述预定的拼图囊切图案的形状是至少部分地基于人工晶状体的形状，该人工晶状体包括铰链，所述预定的拼图囊切图案基本上仿照人工晶状体的形状。
19.如权利要求17所述的系统,其中,第一图案和第二图案在z方向的扫描范围均小于约 10 μ m。
20.如权利要求17所述的系统,其中,第一图案和第二图案在z方向的扫描范围均小于约 5 μ m。
21.一种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生医用激光束的医用激光器； b.将医用激光束从医用激光器引导至眼睛晶状体囊的光学路径； c.控制系统，该控制系统在预定的拼图囊切图案中至少用于引导激光束至眼睛晶状体，该图案包括位于x、y和z方向上的若干激光照射；以及 d.所述预定的拼图囊切图案主要包括若干单独的z方向扫描，其中，在若干单独的z方向扫描中的每一个扫描中的所有照射，在xy方向发生重叠。
22.一种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生医用激光束的医用激光器； b.将医用激光束从医用激光器引导至眼睛晶状体囊的光学路径； c.控制系统，该控制系统在预定的拼图囊切图案中至少用于引导激光束至眼睛晶状体，该图案包括位于x、y和z方向上的若干激光照射；以及 d.所述预定的拼图囊切图案包括若干单独的z方向扫描，其中，若干单独的z方向扫描中的每一个扫描主要包括在X y方向发生重叠的照射。
23.一种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生医用激光束的医用激光器； b.将医用激光束从医用激光器引导至眼睛晶状体囊的光学路径； c.控制系统，该控制系统在预定的拼图囊切图案中至少用于引导激光束至眼睛晶状体，该图案包括位于x、y和z方向上的若干激光照射；以及 d.所述预定的拼图囊切图案包括若干单独的z方向扫描，其中，在单独的z方向扫描中的照射在xy方向发生重叠。
24.—种能在眼睛晶状体囊中创建切口的过程中降低从患者到患者和从医生到医生之可变性的系统，该系统包括 a.产生激光束的激光器； b.将医用激光束从激光器引导至位于眼睛晶状体内的靶定目标的光学路径； c.第一反射光束路径，其接受眼睛传导的第一部分光，并将该第一部分光引导至产生第一信号的、距离较近的空间滤波器装置； d.第二反射光束路径，其接受眼睛传导的第二部分光，并将该第二部分光引导至产生第二信号的、距离较远的空间滤波器装置； e.计算机，其接受和处理第一信号和第二信号，使得消除大量的背散射光。
25.如权利要求24所述的系统，其进一步包括第三反射光束路径，其接受眼睛传导的第三部分光，其产生第三信号，该第三信号被计算机接受和处理，以生成参比信号。
全文摘要
本发明提供了一种开发激光系统的系统、装置和方法，该激光系统能创建精确的、预定的拼图囊切模式。本发明的系统、装置和方法可以进一步提供一种激光系统，其采用单一的激光器作为治疗激光和作为激光雷达，其降低了与手持装置在进行撕囊和囊切时从患者到患者和从医生到医生相关的波动性。本发明还进一步提供了一种精确的、预定的拼图式照射图案，其形状至少部分地基于人工晶状体的形状，特别是可调节的人工晶状体。
文档编号A61B18/20GK102639078SQ201080042503
公开日2012年8月15日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年7月24日
发明者内尔·塞普平, 加里·P·格雷, 鲁道夫·W·费赖 申请人:能斯雅有限公司