对物质的折射率的原位确定的制作方法
【专利说明】对物质的折射率的原位确定
[0001]交叉引用
本申请要求2013年6月25日提交的申请号为61/858，445的美国临时专利申请的优先权，其与下述专利申请有关:于2008年3月3日提交的序号为12/048，182的题目为“METHODAND APPARATUS FOR CREATING INCIS1NS TO IMPROVE INTRAOCULAR LENS PLACEMENT”的美国专利申请，200年3月13日提交的序号为12/048，186的题目为“METHOD AND APPARATUSFOR CREATING OCULAR SURGICAL AND RELAXING INCIS1NS” 的美国专利申请以及2012年11 月2 日提交的序号为61/722,064 的题目为“LASER EYE SURGERY SYSTEM CALIBRAT1N” 的美国专利申请，这些专利申请的整体通过引用被结合于本文。据此明确地保留完整的巴黎公约优先权。
【背景技术】
[0002]本公开一般地涉及通过脉冲激光束诱发的光致破裂和对光致破裂的定位以便处置物质(诸如眼睛的组织)。尽管是对定位用于光致破裂的(多个)目标部位以及切削组织以用于外科手术(诸如眼外科手术)做出具体参考，但如本文中描述的实施例可以与许多物质一起按照许多方式被使用，以处置许多物质中的一种或多种，诸如切削光学透明物质。
[0003]可以利用凿子、小刀、手术刀和其他工具(诸如外科手术工具)机械地完成物质的切削。然而，现有的切削方法和装置至少在一些情形中可能是不太合意的以及提供不太理想的结果。例如，至少一些现有的用于切削物质(诸如组织)的方法和装置可以提供比将是理想的表面稍微更粗糙的表面。脉冲激光器可以用来切削许多物质中的一种或多种以及已经被用于激光外科手术来切削组织。
[0004]外科手术组织切削的示例包括切削眼睛的角膜和晶状体。可以切削眼睛的晶状体来纠正晶状体缺陷(例如去除白内障)以及可以切削眼睛组织来进入晶状体。例如可以切削角膜来进入白内障晶状体。可以切削角膜以便纠正眼睛的屈光不正，例如利用激光原位角膜磨镶术(keratomileusis)(以下称为 “LASIK”)。
[0005]许多患者可能具有不太理想的眼部光学性能。至少一些患者可能具有眼部屈光不正，其例如可以用眼镜和隐形眼镜来纠正。然而，患者可能具有不规则的眼角膜(诸如来自示例的不规则散光或角膜瘢痕)。至少在一些情形中，可以用现有的方法和装置来容易地纠正眼睛的不规则性。处置患病角膜的现有方法已经包括角膜成形术，诸如例如穿透性角膜成形术(以下称为“PK”)。至少在一些情形中，现有的角膜成形术过程可以导致不太理想的患者成果。例如，患者在角膜成形术过程之后可能具有不太理想的视敏度。至少在一些情形中，除对组织切削的不太理想的定位和位置之外，可能导致这种不太理想的视敏度。
[0006]现有的短脉冲激光系统已经用于切削组织，以及已经用于处置许多患者。然而，至少在一些情形中现有的短脉冲系统可能提供不太理想的结果。例如，至少在一些情形中，目艮睛与激光外科手术系统的对准可能是不太理想的，诸如当把眼角膜的屈光处置与眼睛的晶状体的处置(诸如从眼睛中去除皮质(cortex)和核(nucleus))相组合时。在另一个示例中，至少在一些情形中激光眼外科手术系统可能没有适当地考虑眼睛解剖学的不同的折射率，这至少在一些情形中可能影响组织切削的定位。
[0007]为了更精确的处置眼睛，现有的方法和装置已经组合光学测量系统(诸如层析照相系统。然而，至少在一些情形中这样的现有测量设备的精度可能是不太理想的。例如，为了确定结构的物理位置，现有的设备可以依赖假定的折射率，其可以根据正被处置的个体的特定眼睛的实际折射率而变化。进一步地，至少一些现有的设备可能依赖于针对组织的折射率的假定的平均值，该组织(诸如晶状体组织)具有变化的折射率。个体内的折射率的变化量可以比针对人群的标准值变多或变少，这样至少在一些情形中潜在地使假定值不够精确。至少在一些情形中，处置射束可以包括除测量射束外的不同波长，至少在一些情形中潜在地在测量中进一步混合了误差。
[0008]现有方法和装置的降低的精度至少在一些方面可能限制现有方法和装置的处置。例如，折射率的可变性可能导致组织被切入的深度的可变性，由此潜在地降低了现有外科手术过程的精度以及潜在地限制了将激光用来切割近敏感性的组织。
[0009]鉴于以上所述，将期望提供克服上述现有系统和方法的上述限制中的至少一些的改进的方法和装置。理想地，这些改进的系统和方法将提供对光学透射性物质的折射率的原位测量，提供对光学透射性物质内的结构位置的改进的测量，以及提供利用激光束在物质内的更精确聚焦的改进的处置。
【发明内容】
[0010]本公开提供用于确定物质折射率的系统、设备和方法，所述物质诸如是患者的眼睛的一个或多个解剖结构，例如眼睛的晶状体。在许多实施例中，测量一个或多个组织结构的折射率以便更精确地处置所述组织。可以确定折射率以便更精确地处置所述物质，以及可以沿着处置射束的光束路径来确定折射率以便更精确地处置所述物质。沿着射束路径的折射率可以包括平均折射率，或者映射到物质的位置的多个折射率。在许多实施例中，用具有一个或多个第一波长的第一光束原位确定折射率，以及使用第二光束(诸如具有与第一一个或多个波长不同的第二一个或多个光波长的激光束)来处置组织。光学系统的一个或多个部件可以沿着射束路径将光聚焦到在物质内具有位置的焦点。可以响应于物质内的焦点的位置来确定物质的折射率。尽管可以以许多方式中的一个或多个来确定焦点，但在许多实施例中，利用与光束的相干性有关的干涉信号的强度来确定焦点，使得焦点和对应的折射率可以被精确地测量。该物质可以包括邻近于具有第二折射率的第二物质的表面，以及射束路径可以延伸从表面到焦点的距离。可以响应于从表面到目标焦点和从表面到实际焦点的距离来确定折射率，该实际焦点可以与物质内聚焦光的光学相干信号的峰值强度的位置相对应。确定的折射率可以映射到物质中的区域。多个确定的折射率可以被用来生成物质的折射率分布，诸如物质的梯度折射率分布。激光系统可以利用梯度折射率分布来将激光束焦点定位在物质内以更精确地放置切口。
[0011]本文描述的实施例可以很好地适合于响应于测量的一个或多个折射率的白内障外科手术、响应于测量的一个或多个折射率的视网膜外科手术、响应于测量的一个或多个折射率的玻璃体-视网膜外科手术、响应于测量的一个或多个折射率的青光眼外科手术、响应于测量的一个或多个折射率的屈光眼外科手术、响应于测量的一个或多个折射率的角膜外科手术、以及响应于测量的一个或多个折射率的许多其他眼外科手术过程。
[0012]本公开的一个方面提供了一种确定物质折射率的方法。光可以沿着射束路径被聚焦到在所述物质内具有位置的焦点，以及响应于焦点在所述物质内的位置来确定所述物质的折射率。所述物质可以包括邻近于具有第二折射率的第二物质的表面，其中第一折射率与第二折射率不同。射束路径可以延伸从所述表面到所述焦点的距离。可以响应于从所述表面到所述焦点的距离来确定折射率。所述物质可以包括目标物质。并且，可以例如响应于光学干涉信号的峰值强度的位置，来利用聚焦光的光学干涉信号确定射束路径的位置。
[0013]在许多实施例中，目标物质包括患者的眼睛的光学透射性组织结构。眼睛的光学透射性组织结构可以包括如下中的一个或多个:泪膜、角膜、房水、晶状体、前部晶状体囊、晶状体皮质、晶状体皮质的前部分、晶状体皮质的后部分、晶状体核、后部晶状体囊或玻璃体。第二组织结构可以包括第二物质，所述第二组织结构在光学透射性组织结构之前，在所述第二组织结构和所述光学透射性组织结构之间布置有表面。多个焦点沿着射束路径的多个位置可以被确定以便确定光学透射性组织结构的折射率。多个位置可以包括第一焦点的第一位置和第二焦点的第二位置。折射率可以与第一点和第二点之间的物质的平均折射率相对应。
[0014]在一些实施例中，第一位置包括眼睛的晶状体的前部分的前部位置以及第二位置包括眼睛的后部分的后部位置。折射率可以与晶状体的前部分和晶状体的后部分之间的平均折射率相对应。该平均折射率可以与折射率沿着前部位置和后部位置之间光学路径长度的积分相对应以便确定处置射束靠近晶状体后囊的定位。多个聚焦的激光束脉冲可以被引导到晶状体的后部分来切割晶状体的后部分。可以响应于平均折射率而将多个聚焦的激光束脉冲引导到晶状体的后囊来切割晶状体的后囊。聚焦射束可以包括不同于聚焦激光束的光的一个或多个波长。
[0015]在一些实施例中，响应于多个焦点沿着射束路径的多个位置来映射组织结构的折射率。可以针对多个焦点中的每个位置来重复聚焦和确定步骤以便针对所述多个位置中的每个位置来确定目标物质的折射率。多个位置可以包括眼睛的晶状体的位置。可以响应于多个焦点在眼睛的晶状体内的多个位置来确定眼睛的晶状体的梯度折射率分布。
[0016]在许多实施例中，光源包括层析照相系统的光源。层析照相系统可以包括如下中的一个或多个:光学相干层析照相系统、光谱光学相干层析照相系统、时域光学相干层析照相系统、Scheimpflug成像层析照相系统、共焦层析照相系统或低相干反射测量系统。焦点的位置可以用层析照相系统来确定。
[0017]在许多实施例中，响应于预定的折射率来确定目标物质的折射率。预定的折射率可以包括如下中的一个或多个的折射率:患者接口光学器件、水、盐水、角膜或房水。可以通过用目标物质的表面和确定的射束路径位置之间的距离除以目标物质的表面和预期焦点之间的距离的商的平方根乘以预定的折射率来计算所述折射率。
[0018]本公开的另一个方面提供了一种处置眼睛结构的方法。向所述结构中将光源聚焦到具有位置的焦点上。响应于光学干涉信号来识别焦点的位置。响应于焦点的位置来确定物质的折射率。将折射率映射到所述结构。响应于所述映射来确定结构的分布。响应于所述结构的分布来切割所述结构。眼睛的结构可以包括如下中的一个或多个:泪膜、角膜、房水、晶状体、前部晶状体囊、后部晶状体囊、晶状体皮质、晶状体核或玻璃体。
[0019]本公开的又一个方面提供了一种用于确定物质的折射率的装置。所述装置包括层析照相系统和处理器。所述层析照相系统包括生成光束的光源。所述处理器包括耦合到成像系统并且配置为接收来自层析照相系统的数据的有形介质。所述有形介质体现了响应于射束焦点的位置来确定物质的折射率的指令。
[0020]在许多实施例中，所述有形介质进一步体现用以进行如下操作的指令:向所述物质中将光束聚焦到具有预期位置的预期焦点，识别聚焦光的干涉信号的位置，响应于预期焦点位置和确定的干涉图案位置来确定目标物质的折射率，以及将确定的折射率映射到所述物质的位置。
[0021]在许多实施例中，所述装置进一步包括脉冲激光器和光学传递系统。脉冲激光器可以生成脉冲激光束来切割所述物质。所述光学传递系统被耦合到激光束、层析照相系统和处理器。所述有形介质可以进一步包括用以响应于折射率来确定处置分布的指令。在一些实施例中，脉冲激光器包括第一一个或多个波长以及第二激光器包括与所述第一一个或多个波长不同的第二一个或多个波长。并且，所述处理器包括用以响应于第一一个或多个波长的折射率来确定包括第二一个或多个波长的脉冲激光束的多个聚焦位置的指令。在一些实施例中，所述有形介质进一步体现用以响应于映射来确定物质分布以及响应于所述物质分布来用激光器切割所述物质的指令。在一些实施例中，所述处理器体现下述指令，其用以响应于物质的折射率来确定在物质之后的第二结构的切口分布的指令。
[0022]在许多实施例中，所述有形介质体现用以确定眼睛的多个组织结构沿着到眼睛的目标组织结构的光学路径的多个折射率的指令。所述有形介质可以体现用以响应于沿着光学路径的多个折射率来确定脉冲激光束的聚焦位置以切割组织的指令。所述多个组织结构可以包括如下中一个或多个:眼睛的泪膜、角膜、房水、晶状体、前部晶状体囊、前部晶状体皮质、晶状体核、后部晶状体皮质、后部晶状体囊或玻璃体。
[0023]在许多实施例中，所述层析照相系统包括如下系统中的一个或多个:光学相干层析照相系统、光谱光学相干层析照相系统、时域光学相干层析照相系统、Scheimpflug成像层析照相系统、共焦层析照相系统或低相干反射测量系统，以及其中用层析照相系统来确定焦点的位置。
[0024]本文提供的权利要求根据实施例提供了附加的方面以及通过引用结合于本文中。
【附图说明】
[0025]图1示出了透视图，其示出了根据许多实施例的激光眼外科手术系统；
图2示出了简化框图，其示出了根据许多实施例的激光眼外科手术系统的配置的顶级视图；
图3A示出了简化框图，其图示了根据许多实施例的激光眼外科手术系统的光学组件的配置；
图3B示出了根据许多实施例的眼睛的映射的处置区域，该眼睛包括角膜、后囊和角膜缘；
图4A示出了根据许多实施例的激光传递系统的可移动部件和传感器部件之间的对应性；
图4B示出了根据许多实施例的从眼睛空间坐标参考系到机器坐标参考系的坐标参考的映射； 图5A示出了聚焦到眼睛的晶状体上以确定眼睛的折射率的光源；
图5B和5C示出了用于确定各种解剖结构的折射率的经过