用于矫正角膜不规则表面的系统及其用途的制作方法

本国际申请要求2016年12月13日提交的非临时申请美国序列号15/377,508的优先权利益，美国序列号15/377,508根据35u.s.c.§119(e)要求2016年9月16日提交的临时申请美国序列号62/395,793的利益，上述两个申请的全部内容通过引用结合于此。

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及眼科领域。更具体地，本发明涉及用于在眼科手术(诸如飞秒(femto)屈光手术)期间使角膜的不规则表面平滑化的系统。

相关技术描述

近年来，由于其高精度和低风险方法，飞秒屈光手术已变得相当普遍。在过去的几十年中，系统和操作程序已经得到了显著改善，以使功效达到最大并且使这类手术的副作用降至最低。

例如，kuehnert等人在美国专利号8491575b2中描述了一种激光系统和矫正装置，其用于在眼睛的角膜中产生矫正切割表面以矫正屈光不正(ametropia)。该系统包含用于发射脉冲激光辐射的激光单元，用于控制激光单元的控制单元，以及可释放地耦合到激光单元并且特别适合于相应地矫正切割表面的接触元件。脉冲持续时间例如在飞秒范围内(例如，50至800fs)，脉冲重复率在10至500khz之间。

脉冲激光辐射通过接触元件聚焦到眼睛的角膜中。通过形成可移动扫描器的两个偏转镜以及通过光学器件来实现聚焦。在控制单元的控制下进行扫描，使得角膜中的任何所需位置基本上都可以暴露于脉冲激光辐射。控制单元控制激光单元，使得在角膜中的相应焦点位置处产生光学穿透以分离组织。选择焦点位置以彼此相邻，使得在角膜中存在所需切割表面。

美国专利号8,491,575中公开的激光单元和控制单元可以例如以与常规激光角膜刀(诸如所谓的lasik方法(激光原位角膜磨镶术(keratomileusis))中使用的)相同的方式使用，以切割从角膜单侧地脱离的薄片(通常也称为皮瓣(flap))。因此，仅表示为透镜的光学器件可以包含若干光学元件，所述光学元件沿着从激光器直到接触元件的光束路径适当地布置。例如，该装置还可以至少包含第三接触元件，当接触角膜前表面时，该第三接触元件在其上施加另外的曲率，所述另外的曲率偏离标准曲率以及偏离第二接触元件的实际曲率，并且因此具有使用标准设置产生的切割表面导致进一步矫正切割表面的效果。

此外，限定实际曲率的相应接触元件的接触表面可以是柔性的。选择柔性使得可以补偿轻微的不规则处，尽管实际曲率通常施加在角膜前表面上。这所具有的有利效果是，待产生的矫正切割表面具有极其平滑的轮廓。然而，虽然可以通过例如形成接触表面的薄的柔性层(例如，凝胶层)实现柔性，所述柔性层又施用到相对于角膜为刚性的接触元件载体，但是美国专利号8,491,575中公开的柔性层是预成型的并且原位变形以适合角膜表面不规则处的能力有限。

因此，本领域公认需要一种眼科手术系统和方法，其包括填充角膜前表面上的不规则处的凝胶层。特别地，现有技术缺乏眼科学上可用的凝胶以使飞秒屈光手术中的不规则处平滑化。本发明满足了本领域中长期存在的这种需求和期望。

发明概述

本发明涉及用于使眼睛的不规则角膜表面平滑化以矫正受试者视力的系统。所述系统包含激光单元，所述激光单元包含脉冲激光发射器和与激光单元电子通信的激光控制单元。角膜接触单元与激光控制单元电子通信，并且可定位在角膜表面附近。凝胶固化单元被配置成引发凝胶组合物的聚合或热可逆固化。包含处理器和存储器的电子设备有形地存储算法，所述算法包含被配置成操作上述这些单元的处理器可执行指令。

本发明还涉及用于在眼科外科手术之前使眼睛中的不规则角膜表面平滑化的方法。所述方法包括将可聚合或热可逆凝胶施用到眼睛的角膜前表面并且在角膜前表面上模制凝胶。凝胶经由包含本文所述系统的凝胶固化单元固化，作为覆盖角膜前表面的层，从而使角膜表面中存在的不规则处平滑化。

本发明还涉及用于进行外科手术以矫正受试者的视力缺陷的方法。所述方法包括经由本文所述的系统在眼睛的角膜前表面上形成最小厚度的固化凝胶层。穿过固化凝胶层在角膜上激光切割第一矫正表面切口，并且移除固化凝胶层。眼睛的角膜前表面与第二接触元件接触。施加真空以向角膜前表面形成由第二接触元件的接触表面限定的第二曲率。当施加真空时，激光切割第二表面切口，其中第二表面切口与第一矫正表面切口相交，使得在角膜中形成皮孔。从角膜移除皮孔以形成矫正角膜曲率，从而矫正受试者的视力缺陷。

根据为了公开目的给出的本发明的目前优选的实施方案的以下描述，本发明的其他和另外的方面、特征和优点将是显而易见的。

附图简述

因此，可以获得并且可以详细理解本发明的上述特征、优点和目的以及将变得清楚的其他内容的事项，以上简要概述的本发明的更具体的描述可以参考附图中示出的其某些实施方案。这些附图构成说明书的一部分。然而，应当注意，附图示出了本发明的优选实施方案，因此不应认为限制其范围。

图1是在角膜压平之前接触元件相对于角膜前表面的定位的示意图。

图2是使用飞秒激光(femtolaser)技术在接触元件压平期间在角膜中产生的标准表面切口的示意图。

图3是在角膜表面不规则处施用一定量的凝胶的示意图。

图4是放置用于模制凝胶的接触元件的示意图。

图5是使用接触元件以在不规则角膜表面和接触元件的接触表面之间形成最小厚度的凝胶层的示意图。

图6是施加用于凝胶固化的uv辐射的示意图。

图7a-7b是使用通过具有凹形(图7a)或平坦(图7b)皮瓣接触表面的第一接触元件递送的飞秒激光束产生进入基质的第一矫正切口的示意图。

图8是移除凝胶后的角膜和第一矫正表面切口的示意图。

图9是在不具有凝胶层的情况下施加真空之后与角膜接触的接触元件和第一矫正切口的示意图。

图10是使用通过具有凹形(图10a)或平坦(图10b)皮瓣接触表面的第二接触元件递送的飞秒激光束产生进入基质的第二矫正表面切口的示意图。

图11是第一和第二矫正表面切口和基质内产生的皮孔的示意图。

图12是具有矫正曲率的角膜表面的示意图。

发明详述

如本文中在说明书中所使用的，“一个(“a”)”或“一种(“an”)”可以意指一个或多个。如本文中在权利要求中所使用的，当与词语“包含”结合使用时，词语“一个”或“一种”可以意指一个或多于一个。

如本文中所使用的，“另一个”或“其他”可以意指至少第二或更多的相同或不同的所述要素或其组分。类似地，除非上下文另有明确说明，否则词语“或”旨在包括“和”。“包含”意指“包括”。

如本文中所使用的，无论是否明确指出，术语“约”是指包括例如整数、分数和百分数的数值。术语“约”通常是指本领域普通技术人员认为等同于所述值(例如，具有相同的功能或结果)的一系列数值(例如，所述值的+/-5-10％)。在一些情况下，术语“约”可以包括四舍五入到最接近的有效数字的数值。

如本文中所使用的，术语“皮孔”是指在眼睛的角膜前表面上制得矫正表面切口和标准表面切口时形成的角膜上的区域。移除如此形成的皮孔产生所需的角膜曲率，其矫正视力缺陷。

如本文中所使用的，术语“受试者”是指经由本文所述的系统矫正视力缺陷的方法的接受者。优选地，受试者是人。

在本发明的一个实施方案中，提供了用于使眼睛的不规则角膜表面平滑化以矫正受试者视力的系统，所述系统包含：激光单元，所述激光单元包含脉冲激光发射器；激光控制单元，所述激光控制单元与激光单元电子通信；角膜接触单元，所述角膜接触单元与激光控制单元电子通信并且可定位在角膜表面附近；凝胶固化单元，所述凝胶固化单元被配置成引发凝胶组合物的聚合或热可逆固化；以及包含处理器和存储器的电子设备，所述电子设备有形地存储算法，所述算法包含处理器可执行指令以操作上述这些单元。

在该实施方案中，激光发射器可以被配置成在飞秒范围内以约10hz至约500khz的频率脉冲激光辐射。而且，激光控制单元可以被配置成控制发射的脉冲激光辐射的持续时间、定位和强度。另外，算法可以包含处理器可执行指令以鉴别曲率，从而实现所需的最终角膜曲率。

而且，在该实施方案中，可聚合凝胶的实例可以是聚氨酯甲基丙烯酸酯(puma)。在另一个实例中，可聚合凝胶包含聚酯和催化剂过氧化甲乙酮(mekp)。在又一个实例中，可聚合凝胶可以是水凝胶。此外，在该实施方案中，热可逆凝胶组合物可以包括可溶性胶原溶液。胶原的实例是猪胶原、牛胶原或其组合。

在该实施方案的一个方面，角膜接触单元可以包含：第一接触元件，所述第一接触元件具有可与在其上施用有凝胶组合物的角膜前表面可移除地接触的凹形接触表面；第二接触元件，所述第二接触元件具有可与在其上未施用固化凝胶的角膜前表面可移除地接触的凹形或平坦接触表面；以及设置在第二接触元件上的真空施加器，所述真空施加器被配置成产生与凹形接触表面的曲率相对应的角膜前表面的曲率。在这方面，当平均角膜指数为约1.4屈光度时，角膜和固化凝胶组合物之间的角膜屈光率的差异小于约0.5屈光度。

在另一个方面，凝胶固化单元可以包含：紫外光发射器，所述紫外光发射器被配置用于触发可聚合凝胶组合物的聚合；冷却单元，所述冷却单元被配置用于通过冷却或其组合来固化热可逆凝胶组合物；液体发射器，所述液体发射器被配置成在固化的聚合树脂上施用催化剂；或其组合。进一步对于该方面，凝胶固化单元可以包含施用器，所述施用器被配置成将凝胶组合物施用在角膜前表面和角膜接触单元的接触表面之间。

在本发明的另一个实施方案中，提供了用于在眼科外科手术之前使眼睛中的不规则角膜表面平滑化的方法，所述方法包括以下步骤：将可聚合或热可逆凝胶施用到眼睛的角膜前表面；模制在角膜前表面上的凝胶；以及经由包含上文所述系统的凝胶固化单元将凝胶固化为覆盖角膜前表面的层，从而使角膜前表面中存在的不规则处平滑化。

在该实施方案的一个方面，施用步骤可以包括经由施用器将最小量的凝胶递送到角膜表面上。

在另一个方面，模制步骤可以包括：选择第一接触元件，所述第一接触元件具有与有效矫正视力缺陷的曲率相对应的凹形表面曲率；以及将接触元件定位在角膜上，使得凝胶与接触元件的凹形表面和眼睛的角膜前表面接合。

在又一个方面，固化步骤可以包括用紫外辐射照射可聚合凝胶层。备选地，固化步骤可以包括冷却热可逆凝胶层。在另一个替代方案中，固化步骤可以包括通过施用化学固定剂来化学固定凝胶组合物。

在本发明的又一个实施方案中，提供了用于进行外科手术以矫正受试者的视力缺陷的方法，所述方法包括以下步骤：经由上文所述的系统在眼睛的角膜前表面上形成最小厚度的固化凝胶层；穿过固化凝胶层在角膜上激光切割第一矫正表面切口；移除固化凝胶层；使眼睛的角膜前表面与第二接触元件接触；施加真空以向角膜前表面形成由第二接触元件的接触表面限定的第二曲率；当施加真空时激光切割第二表面切口，其中第二表面切口与第一矫正表面切口相交，使得在角膜上形成皮孔；以及从角膜移除皮孔，以形成矫正角膜曲率，从而矫正受试者的视力缺陷。

在该实施方案的一个方面，形成固化凝胶层的步骤可以包括：经由施用器将最小量的可聚合凝胶、聚合树脂或热可逆凝胶递送到角膜表面上；将第一接触元件定位在角膜上，使得凝胶与第一接触元件的凹形接触表面和眼睛的角膜前表面接合；以及用紫外辐射照射可聚合凝胶层或冷却热可逆凝胶或化学改性聚合树脂，从而固化凝胶。在这个方面，在定位步骤之前，所述方法可以包括：施加算法以鉴别对应于第一表面切口的第一曲率和对应于第二表面切口的第二曲率；选择具有与第一曲率相对应的接触表面曲率的第一接触元件；以及选择具有与第二曲率相对应的接触表面曲率的第二接触元件。进一步对于这些方面，所述方法可以包括施加算法以配置激光器，从而切割角膜以产生具有与所选择的第一接触元件的第一曲率相对应的曲率的第一切割表面，以及具有与所选择的第二接触元件的第二曲率相对应的曲率的第二切割表面。

在该实施方案的另一个方面，激光切割步骤可以包括：选择激光辐射的持续时间、定位和强度；以及在飞秒范围内以约10hz至约500khz的频率脉冲激光辐射以产生第一切割表面和第二切割表面。

本文提供了用于在眼科外科手术(例如，飞秒屈光手术)期间使角膜的不规则前表面平滑化的系统和方法。通过施用生物相容性组合物(诸如可聚合或热可逆凝胶或胶原组合物)作为在眼睛的角膜前表面上的层来完成表面平滑化。施加到组合物上的真空在角膜表面和设置在角膜表面上的手术系统的接触元件(诸如凹形接触表面)的压平组件之间形成最小厚度的层。在固化时，所述层填充角膜表面上存在的任何表面不规则处并且提供平滑界面。通过本领域已知的任何合适的方法施用组合物，例如但不限于注射器样施用器。

生物相容性组合物可以包括但不限于可聚合凝胶，诸如聚氨酯甲基丙烯酸酯。备选地，生物相容性组合物可以是热改性凝胶或热可逆胶原组合物。热改性凝胶可以包括化学改性的可溶性胶原溶液和聚合剂。热可逆胶原组合物的实例包括但不限于可溶性猪胶原、牛胶原或其他类型的胶原或其组合。如本领域已知的，通过施加紫外光或冷却来引发组合物的固化。此外，生物相容性组合物可以包括通过催化剂聚合的树脂。聚合树脂的实例是由过氧化甲乙酮(mekp)聚合的聚酯。

本文所述的系统包含多个电子通信的单元，其被配置成产生平滑化层并且在角膜的基质中产生一个或多个表面切口。例如，所述系统通常可以包含具有脉冲激光发射器和激光控制单元的激光单元。激光器被配置成发射脉冲激光辐射并且由控制单元控制以在角膜基质上产生一个或多个矫正表面切口以产生平滑的角膜表面，所述平滑的角膜表面具有所选择的最终曲率以矫正受试者视力中的一个或多个缺陷。在非限制性实例中，激光辐射可以在飞秒范围内以约10hz至约500khz的频率脉冲，。控制单元至少控制发射的脉冲激光辐射的持续时间、定位和强度。

在其上产生矫正表面切口之前，角膜接触单元经由施加真空来压平固化层和/或角膜前表面。包含所述单元的接触元件为角膜表面提供用于固化凝胶或胶原界面的边界。接触元件可以具有凹形或平坦的接触表面。所述系统还包含凝胶固化单元，利用所述凝胶固化单元，如本文所述施用和固化生物相容性组合物。例如，固化单元可以包含紫外光发射器和/或冷却单元以实现聚合或固化。

通常，所述系统包含电子设备，诸如本领域已知的计算机或智能设备，其具有存储器、处理器和至少一个网络连接，在其上有形地存储一个或多个算法。所述一个或多个算法包括处理器可执行指令，其功能为或被配置为操作包含所述系统的单元。特别地，执行所述算法以鉴别曲率，从而实现最终的矫正角膜曲率和/或以配置激光器，从而切割角膜以产生具有与所选择的接触元件的曲率相对应的曲率的第一和第二切割表面。

还提供了使用所述系统的方法。例如，所述系统可用于在眼科外科手术(诸如飞秒屈光手术)之前使眼睛中的不规则角膜表面平滑化。此外，本文提供的系统可以用于进行外科手术以矫正受试者的视力缺陷。如本文所述，在角膜前表面上产生固化的平滑化层之后，可以确定最终的所需曲率并且计划矫正表面切口以实现视力的矫正。技术人员十分清楚，压平曲率和最终矫正曲率的选择取决于特定受试者及其在视力上的具体缺陷。

如下所述，本发明提供了许多优点和用途，然而这样的优点和用途不受这种描述的限制。参考附图更好地说明了本发明的实施方案，然而，这样的参考不意味着以任何方式限制本发明。本文详细描述的实施方案和变体应由所附权利要求及其等同物解释。

图1描绘了不具有设置在接触元件诸如系统的皮瓣接触镜1a和角膜前表面4之间的凝胶层或界面的一般系统。在手术系统中，激光单元和控制单元(未示出)被配置为使用皮瓣接触镜1a切割皮瓣。此处限定皮瓣接触镜1a的标准设置，其包含内部的凹曲接触表面或皮瓣接触表面2a，其面向角膜3或设置在角膜3附近。控制单元的标准设置适合于皮瓣接触镜1a和通过皮瓣接触表面2a施加在角膜前表面4上的曲率，使得可以产生标准表面切口5(图2中的虚线)。

继续参考图1，图2示出了一旦角膜前表面4具有由皮瓣接触镜1a的皮瓣接触表面2a预先确定的标准曲率，在切割操作期间产生的标准表面切口5。产生标准表面切口5，使得从切割表面到角膜前表面4的距离是恒定的。为了产生所需切口，制成从角膜前表面基本上垂直延伸的开口切口6。在图2中，角膜前表面4的轮廓被描绘为具有自然曲率，而不具有在实际角膜中出现的不规则处，诸如凹陷。因此，相对于角膜表面4产生的标准表面切口5(称为参考表面)被描绘为具有相同的曲率。图2中描述的标准表面切口5不代表用于矫正有缺陷的视力(屈光不正)的所需矫正表面切割，而是用于表征控制单元的标准设置。

图3示出了如何将少量的合适的凝胶7施用到角膜上。注射器样或其他类型的凝胶施用器8使得使用者能够控制组合物在角膜前表面上的量和位置。

图4示出了被称为第一接触元件1a的皮瓣接触镜定位在所施用的凝胶7上方并且与其接触。接触表面2a用作模制表面以将所施用的凝胶模制在角膜前表面上的不规则处上或不规则处中。

图5示出了皮瓣接触表面2a如何在角膜前表面上产生新表面，其中最小量的凝胶7填充角膜表面和第一接触元件1a的模制表面之间的空间。凝胶7在角膜3上施加实际曲率，与标准曲率相比，该曲率是改进的。为此目的，可以利用术前角膜地形图或角膜曲率术数据来预先确定给定的角膜表面曲率，用于矫正包括屈光不正的不规则性。通常，与用于隐形眼镜验配的这些方法类似的方法可以用于皮瓣接触镜选择。对于视力矫正，使用最佳地适合待治疗的角膜3的皮瓣接触镜或第一接触元件1a是必要的。皮瓣接触镜1a可以选自一系列预先存在的皮瓣接触镜。

继续参考图5，图6示出了在定位皮瓣接触镜之后使可聚合凝胶聚合以在不规则角膜表面上形成凝胶层7作为最小厚度层。紫外(uv)辐射的递送引发凝胶的聚合。聚合凝胶层或界面使角膜不规则处平滑化。

图7a-7b描绘了由点线示出的第一矫正表面切口9。在图7a中，第一接触元件1a具有与聚合凝胶层7接触的凹形皮瓣接触表面2a。在图7b中，第一接触元件1b具有与聚合凝胶层接触的平坦皮瓣接触表面2b(图7b)。使用本领域已知的标准设置，经由激光单元和激光控制单元(未示出)通过在飞秒范围的激光辐射中的脉冲产生穿过聚合凝胶层的第一矫正切口9。

图8描绘了在第一接触元件1a(参见图7a)和剩余的聚合凝胶层从角膜移除之后，完成飞秒激光切割后的第一矫正切割表面9。

图9示出了在制得第一矫正切割之后，如何将被称为第二接触元件1c的第二皮瓣接触镜定位在角膜3的第一矫正切割表面9上。施加在第二接触元件上的真空用于配合角膜上的第一矫正切割表面，以在不具有凝胶的情况下接触凹形表面或凹形模制表面2c。

图10a-10b描绘了由虚线示出的第二切口或标准切口10，其经由所述激光辐射产生。图10a示出了第二接触元件1c，在聚合凝胶层被移除的情况下，其具有设置在角膜3上方的凹形模制表面2c。图10b示出了第二接触元件1d，在不具有凝胶的情况下，其具有设置成平坦且模制到角膜的平坦模制表面2d(图10b)。第二标准切口10和第一矫正表面切口9一起产生皮孔11(参见图11)。

图11示出了在从角膜移除第二皮瓣接触镜1c之后，矫正切割表面9和第二标准切口10二者限制所需的皮孔11。为了矫正有缺陷的视力，必须将角膜皮孔11与角膜3分离，使得角膜前表面的如此修改的曲率导致有缺陷的视力的所需矫正。

图12描绘了从小切口移除皮孔后的角膜前表面12。在移除后，第二标准切割表面10停留在第一矫正切割表面9上并且形成具有所需曲率的角膜前表面12，从而实现有缺陷的视力的矫正。矫正切割表面与角膜前表面或参考表面之间的距离的轮廓根据患者而变化。

本发明非常适合于获得所提及的结果和优点以及其中固有的结果和优点。以上公开的特定实施方案仅是说明性的，因为本发明可以以受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等同的方式进行修改和实践。此外，除了如下面的权利要求中所述以外，旨在不限制本文所示的结构或设计的细节。因此，显而易见的是，可以改变或修改以上公开的特定说明性实施方案，并且所有这些变化都被认为在本发明的范围和精神内。