CN101677875A - 用于屈光手术的装置、方法和控制程序 - Google Patents

用于屈光手术的装置、方法和控制程序 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于屈光手术、特别是LASIK的装置和方法，为屈光手术提供角膜的顶点作为烧蚀中心。为此确定顶点的位置和有待治疗的眼睛的瞳孔特性的关系，并且由这种关系借助于测量的瞳孔特性计算在屈光手术中烧蚀中心的位置。

Description

用于屈光手术的装置、方法和控制程序
技术领域
本发明涉及一种用于屈光手术的装置，一种用于这种装置的控制程序以及一种用于产生这种控制程序的方法。
背景技术
在专业领域中将“屈光手术”理解为通过激光射线改变光学系统“眼睛”的成像特性。激光射线改变眼睛的一个或多个组成部分的折射特性。因为对于眼睛的成像特性来说主要起决定性作用的是角膜，因此利用屈光手术进行特别是角膜成形。
这种用于改变角膜折射特性的角膜重新成形的知名的例子就是LASIK(激光原位角膜磨镶术)。本发明特别涉及LASIK-技术。此外，本发明也可在PRK(屈光性角膜切除术)和EPI-LASIK(微型刀准分子激光角膜原位磨镶术)中普遍使用。在使用飞秒激光时也可使用本发明。
在LASIK中，根据现有技术确定所谓的烧蚀轮廓，即基于眼睛的测量以及必要时其它的影响值，计算在角膜的什么位置上移除多少组织(基质)，从而在移除之后角膜具有针对有待治疗的眼睛的最佳形状，即最大可能地矫正之前存在的眼睛的光学成像缺陷。
现有技术中存在各种各样的方法用于计算所述的烧蚀轮廓。
如果针对有待治疗的眼睛确定了烧蚀轮廓，那么就可以计算如何利用激光射线最佳地从角膜上移除(烧蚀)该轮廓。对此，在空间上和时间上计算一连串单个的激光脉冲，其与基质的相互作用产生所希望的角膜的重新成形。
烧蚀轮廓是三维的空间形状并且与应移除的角膜的容积一致。
这种利用计算机控制激光射线移除预设的烧蚀轮廓的方法在现有技术中是众所周知的。
在进行屈光手术时，计算机根据控制程序控制激光射线，例如使单个激光脉冲(“点”)按照空间和时间顺序经过眼睛。
在相对于眼睛控制激光射线时，最具决定性的参考值是所谓的烧蚀中心。烧蚀中心是空间上的参考点，激光脉冲的空间顺序参考该点。在现有技术中通常考虑瞳孔的中点(中心)作为烧蚀中心。瞳孔即为用于使光线透入眼睛的由虹膜作为孔口(Blende)的开放的开孔，瞳孔具有相对尖锐的轮廓因此可以很好地用摄像机拍摄以及用图像处理程序进行分析。这种拍摄装置和处理程序在现有技术中广泛公知，本发明可以部分地对此参照。
在屈光手术期间，有待治疗的眼睛不是恒定的值，而是在手术期间眼睛的特性以及定位会发生改变。根据现有技术，眼睛定位的改变利用所谓的眼球跟踪器进行跟踪。眼球跟踪器通常通过已经提到的利用摄像机对于瞳孔的拍摄以及利用随后的图像处理跟踪眼睛的运动。瞳孔跟随眼睛一起运动，因此可以通过这种方式确定该运动并且可以控制激光射线跟踪这种眼睛运动，即尽管在手术期间眼睛发生运动，通常无法可靠完成的之前计算过的烧蚀轮廓也会准确地被移除。
如上所述，现有技术中通常将瞳孔的中心作为烧蚀中心。本发明将改进该现有技术并且从下面的考虑出发：
在屈光手术期间，瞳孔在所有情况下都不具有一成不变的大小和形状。瞳孔通常也不是完美的圆形，而是具有规则的尺寸，该尺寸在一个方向上比在另一个方向上更长。众所周知，瞳孔的尺寸取决于入射的光量并且眼睛将瞳孔横截面调节为入射的光量的函数。在所有情况下，通过瞳孔大小的改变也发生瞳孔中心的位置的改变。换句话说，如果瞳孔扩大，那么该扩大不是同心的并且瞳孔中心(在非圆形的结构下瞳孔中心可以理解为比如面积重心)在所有情况下发生位移。该关系还会如此变得更加复杂，即借助于瞳孔的面积改变在所有情况下也发生非圆形的瞳孔形状的旋转，这在生理学中作为旋转(Zyklotorsion)是已知的。
如果在现有技术中，在屈光手术期间将瞳孔中心作为烧蚀中心，那么会得到一连串的系统上的错误根源。
首先，瞳孔中心并非正好位于眼睛的光轴上。关于光学系统“眼睛”定义了不同的轴，针对本发明特别有意义的是光轴和视觉的轴(视轴)。根据通常的定义，光轴将所计算的眼睛组成部分的表面的弯曲中点连接起来，即光轴通常垂直于所有的折射面。视轴通常是将由眼睛固定的点和中央凹连接起来的直线。该直线通常穿过所谓的节点，该节点位于晶状体的背面上，而且位于光轴通常也经过的点的位置上。
光轴通常不经过中央凹。光轴和视轴之间的角度典型地位于5°的范围中。
本发明从如下知识出发，如果既不将瞳孔的中心也不将光轴上的某个点作为用于烧蚀的参考点、即所述的烧蚀中心，那就可以得到改进的屈光手术的结果。在使用瞳孔中心作为烧蚀中心时，仅上述的取决于瞳孔大小的瞳孔中心的移动就已经经常地得到系统上的错误，并且该烧蚀在瞳孔中心上的居中仅可以偶然在刚做过手术的眼睛的确定的有利的特性下才能产生良好的烧蚀结果。
即使在确定烧蚀中心下考虑瞳孔大小改变时作为这种在生理学上已知的瞳孔中心的移动，也不会经常地改进移除，这是因为大概会连同出现与该选择相结合的系统错误。
前面的探讨对于以下情况也有效，即为了计算烧蚀轮廓以及为了生成用于激光射线的控制程序，借助于波前测试仪观测眼睛，例如根据哈特曼-夏克或彻宁或通过地形测量。在所谓的“标准”烧蚀中也需要确定具有较高精确度的烧蚀轮廓。
WO03/011177A2给出了将烧蚀在参考瞳孔中心下的视轴上进行居中的技术教导。
US2004/019346A1描述了一种用于在角膜上进行烧蚀的方法，其中，根据角膜表面和激光射线之间的角度相应地控制激光射线。考虑射线的各个局部的入射角用以确定局部所需的组织的烧蚀。这样确定的烧蚀图(烧蚀轮廓)不使用角膜表面的顶点用来将烧蚀轮廓定位在顶点上，特别不使用顶点的位置与瞳孔特性的关系。
发明内容
本发明的目的在于，为屈光手术提供一种通过相对简单的装置确定的烧蚀中心，利用该中心可以达到改进的屈光结果。
对此，本发明提出了一种具有权利要求1的特征的用于屈光手术的装置。本发明还提出了一种具有权利要求5的特征的用于这种装置的控制程序。
优选的设计方案在从属权利要求中描述。
本发明的目的在于，如果在手术期间将烧蚀在角膜的位于角膜正面上的顶点上居中，那么就可以达到改进的移除结果。
顶点是角膜的最高点。
上述在角膜的表面上的点在手术期间在所有情况下都不容易被确定，至少不能用已知的提供的装置。
因此，本发明经验地提出了确定用于有待治疗的眼睛的前面所述的在角膜表面上的点(该点应用作烧蚀中心)的空间位置与瞳孔的形状和位置的函数关系。如上所述，瞳孔在屈光手术中无论如何都要借助于摄像机和利用足够的频率进行观测，从而激光射线导向装置与眼睛一起运动(眼球跟踪器)。如果根据本发明，借助于摄像机以及这种甚至广为公知的图像处理程序观测瞳孔，并且为有待治疗的眼睛测量例如顶点的位置的依赖关系作为瞳孔数据的函数关系，并且将测量结果存储在计算机中，然后计算机控制屈光手术、即主要控制激光射线，然后进行控制的计算机使激光射线、即烧蚀轮廓与作为参考点(烧蚀中心)的顶点产生关系。此外，只需在屈光手术期间观测瞳孔或者说虹膜，如上所述，出于其它的原因无论如何总要进行观测。
作为有待观测的瞳孔的特性，该特性表示所述的在角膜上所选的烧蚀中心和在手术期间可测量的值之间的函数关系，该特性特别是指瞳孔的确定的尺寸以及其由此得到的形状。另一种改进由此实现，即烧蚀中心和测量值之间的函数关系也考虑虹膜的特性。如上所述，在瞳孔大小改变时通常虹膜旋转并且该旋转可由此辨认，即虹膜的确定的结构发生旋转，其可通过对借助于摄像机所拍摄的图像的图像处理进行辨认。
可以例如将所述的比如顶点的位置和瞳孔和/或虹膜的特性之间的函数关系以存储图表的形式存储到计算机中。
顶点(或者另一个根据本发明所选出的烧蚀中心)的位置与瞳孔的测量值，特别是瞳孔的大小和位置之间的函数关系的测量可以例如如此实现，即(理解为在屈光手术之前进行)针对有待治疗的眼睛用适当的装置确定顶点，比如地形测量仪。然后可以利用在角膜上的记号获取顶点的位置，该记号优选不直接位于顶点上。例如可以将所谓的角膜测量仪标记定位在顶点附近，该角膜测量仪标记定义了顶点的空间位置。从而可以确定瞳孔/虹膜的特性和顶点位置之间的所述的函数关系(这又在真正的手术之前进行)。
本发明也例如在数据载体上提供了用于屈光手术的装置的控制程序，该装置具有以下部件：
-激光射线源，
-参考有待治疗的眼睛用于成形和导向由激光射线源发射的激光射线的装置，
-用于拍摄眼睛的虹膜和瞳孔的摄像机，
-计算机，运行根据烧蚀轮廓控制所述装置的控制程序，其中
所述控制程序：
-包含眼睛的角膜的预设的点的位置与瞳孔的至少一个特性的函数关系，
-在屈光手术期间用摄像机拍摄瞳孔的瞬间特性并且由此借助于所述函数确定角膜的预设的点的位置，以及
-将烧蚀轮廓在如此确定的点的位置上定位。
在控制程序中，也可以详细使用上述的为装置描述的设计方案，特别是在考虑有关烧蚀中心的选择以及针对测量的瞳孔的特性下使用。
本发明也涉及一种产生用于屈光手术的控制程序的方法，利用该方法根据预设的空间和时间顺序将激光射线对准在有待治疗的眼睛上或眼睛中，其中，预设的空间和时间顺序参照眼睛的某个位置定位，并且其中
-在屈光手术之前针对有待治疗的眼睛确定和存储所述的位置与在屈光手术期间会发生改变的瞳孔的特性之间的关系，其中该位置位于眼睛的角膜上或角膜中。
前述眼睛的位置特别是前述的烧蚀中心、角膜的顶点或与顶点具有固定距离的点。还可以在按照本发明的方法中为了产生控制程序参考根据瞳孔特性的前述的参数。
附图说明
现在参照附图详细说明本发明的实施例。其中：
图1是具有这里特别有意义的轴和交点的眼睛的示意截面图；以及
图2是用于屈光手术的装置的示意图。
具体实施方式
根据图1的眼睛10的水平截面图示意性展示了角膜12、晶状体14、前房16、虹膜18、其边缘18a限制了瞳孔20、中央凹22、黄斑24、光轴26以及视轴28。
光轴26在位置O上与角膜12的正面12a相交。视轴28在位置V上与角膜的正面12a相交。
角膜12的顶点A通常既不在位置O上也不再位置V上，而是如在图1中示意性示出，视轴(视觉的轴线)的交点V位于顶点A与光轴和角膜表面的交点O之间。同时，V通常更靠近A而远离O。本发明利用了这种解剖学上的普遍性。
图2示意性展示了一种用于屈光手术的装置，该装置具有激光射线源34，其发射激光射线32，利用用于射线成形以及导向的装置36将该激光射线对准到有待治疗的眼睛10上。利用摄像机、比如红外摄像机38特别获取眼睛的瞳孔和虹膜的图像并且将数字的图像信号输入计算机40中。
计算机40控制所有所述的部件，即特别是激光射线源34以及用于射线成形和导向的装置36。至此所描述的部件在现有技术中广泛公知，在此不做详细说明。
首先，针对有待治疗的眼睛以已知的方式确定上述的烧蚀轮廓。其通过例如用波前测试仪观测眼睛得以实现。如此获得的烧蚀轮廓被存储在计算机40中。计算机40还包含根据烧蚀轮廓对特别是用于射线成形以及导向的装置36进行控制的控制程序。这同样在现有技术中广泛公知。
首先确定有待治疗的眼睛的角膜的顶点A，即测量顶点A的空间坐标。这可以例如借助于所谓的角膜测量仪记号来进行，即在角膜的表面12a上在顶点A附近投影一个或多个记号，其定义顶点A的位置。顶点的观测可以例如利用常见的地形测量仪实现。自此以后，顶点A的坐标可以假设为针对眼睛是恒定的并且用作参考点，即用作之后进行的烧蚀过程的烧蚀中心，其中，即使在瞳孔扩大和瞳孔旋转的变化下该参考点也保持不变。
确定顶点A的空间坐标之后，在下一步骤中为有待治疗的眼睛计算顶点A的位置与单独的瞳孔运动、即瞳孔扩大和瞳孔旋转的变化之间的函数关系。
对此，首先确定瞳孔中心的位置和瞳孔扩大的关系。如上所述，瞳孔的扩大在所有情况下不是同心的，即在瞳孔扩大后瞳孔中心通常发生位移。瞳孔中心的位置和瞳孔扩大的关系由此确定，即逐级地产生不同的瞳孔扩大并且针对每个瞳孔扩大利用顶点作为参考点确定瞳孔中心的坐标。同时，通过射入的可见光的改变实现瞳孔扩大的变化，从而实现自然给出的瞳孔扩大(瞳孔的药理学的扩大常常偏离于其自然的运动。)然后，借助于红外摄像机利用之前确定的顶点作为参考点为不同的瞳孔分别计算瞳孔中心的一个位置。
类似地确定瞳孔旋转的角度与瞳孔扩大的关系。此外，红外摄像机除了辨认瞳孔中心之外也辨认虹膜模式的位置的改变，该虹膜模式提供瞳孔旋转的信息。
通过这种方式计算用来表示顶点A的位置与瞬间给出的瞳孔特性、如特别是瞳孔扩大和旋转状态的特性的关系的函数。这种针对有待治疗的眼睛的经验测得的关系被存储在计算机40中并且在随后进行的屈光手术中、特别是LASIK中使用，用以算出瞬间的烧蚀中心。在该例子中将烧蚀在顶点A上居中。
这在屈光手术中如此实现，即利用足够高的频率借助于红外摄像机38拍摄眼睛的瞳孔20和虹膜14，该频率足以快速获取眼睛的运动和瞳孔变化，从而在这种变化下调节烧蚀。在计算机40中存储的图像处理程序借助于上面描述的、存储的针对瞬时瞳孔大小和瞳孔位置的函数计算出顶点A的坐标，并且在控制为其进行射线导向的装置36时，计算机40将该瞬间顶点A作为烧蚀中心，即根据烧蚀轮廓定位单个激光脉冲，其中，瞬间测得的顶点A的位置用作烧蚀中心。其在整个屈光手术期间利用所述的高频率一再实施，从而使瞬间的烧蚀中心始终与眼睛实际的状态一致。同时，在该方法期间利用摄像机38和计算机40也实施这种已知的“眼球跟踪”。
前面描述的烧蚀在顶点A上的居中已经带来了屈光手术的结果的改进，即改进了视觉矫正。

Claims (6)

1.一种用于屈光手术的装置，具有
-激光射线源(34)，
-参考有待治疗的眼睛(10)用于成形和导向由激光射线源发射的激光射线的装置(36)，
-用于拍摄眼睛的虹膜和瞳孔的摄像机(38)，
-计算机，具有根据烧蚀轮廓控制所述装置的控制程序，
其特征在于，
所述控制程序：
-包含眼睛(10)的角膜(12)的顶点(A)的位置与瞳孔的至少一个特性的函数关系，
-在屈光手术期间用摄像机拍摄瞳孔的瞬间的特性并且由此借助于所述函数关系确定角膜的顶点(A)的位置，以及
-将所述烧蚀轮廓在如此确定的顶点(A)或者与顶点具有固定的距离的角膜表面上的一个点的位置上定位。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述瞳孔的特性是瞳孔尺寸中的一个或多个尺寸。
3.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述瞳孔的特性是瞳孔形状和/或瞳孔中心。
4.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制程序也借助于拍摄的虹膜的特性确定角膜的预设的点(A；V)的瞬间的位置。
5.一种用于屈光手术的装置的控制程序，所述装置具有以下部件：
-激光射线源(34)，
-参考有待治疗的眼睛(10)用于成形和导向由激光射线源发射的激光射线的装置(36)，
-用于拍摄眼睛的虹膜和瞳孔的摄像机(38)，
-计算机，所述计算机运行根据烧蚀轮廓控制所述装置的控制程序，
其特征在于，
所述控制程序：
-包含眼睛(10)的角膜(12)的顶点(A)的位置与瞳孔的至少一个特性的函数关系，
-在屈光手术期间用摄像机拍摄瞳孔的瞬间的特性并且由此借助于所述函数关系确定角膜的顶点(A)的位置，以及
-将所述烧蚀轮廓在如此确定的顶点(A)或者与顶点具有固定的距离的角膜表面上的一个点的位置上定位。
6.一种产生用于屈光手术的控制程序的方法，利用所述方法将激光射线根据预设的空间和时间顺序对准到有待治疗的眼睛上或眼睛中，其中，预设的空间和时间顺序参照眼睛的一个位置定位，其特征在于，在屈光手术之前，针对有待治疗的眼睛确定和存储顶点(A)或在角膜表面上与顶点具有固定距离的一个点的位置与在屈光手术期间会发生改变的瞳孔的特性的关系。
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