CN102026602A - 用于屈光眼科手术的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于屈光眼科手术的系统，特别是用于LASIK的系统，该系统除切削激光器以及合适的其它光学引导装置(18，30)以外还具有作为集成组件的用于光学相干断层扫描的装置(34)，从而使由该装置获得的测量结果可用于在显示装置上表示的目的和/或用于控制切削的目的。

Description

用于屈光眼科手术的系统

技术领域

本发明涉及用于屈光眼科手术的系统。

背景技术

在屈光眼科手术中，通过使用激光辐射改变眼睛，特别是角膜的光学屈光特性，从而矫正或至少减轻视觉缺陷。屈光眼科手术的主要实例为LASIK，其中出于矫正视力缺陷的目的切除(切削)角膜组织以整形角膜。为了切除角膜组织，通常使用处于UV(紫外)区(一般为193nm)中的准分子激光。在一定时间及位置条件下引导激光辐射经过眼睛以便在角膜中所选点处切除一定量的组织。此切除由所谓的切削轮廓(ablation profile)描述，即，该切削轮廓指定切除(切削)在角膜中的各点处进行。

本发明特别涉及LASIK(准分子激光原位角膜磨镶术)。

通常，在实施关于待矫正的眼睛的手术介入(surgical intervention)之前计算切削轮廓。此计算的依据是对处于实际状态的眼睛的检查。对于这样的眼睛检查而言，在技术现状下熟知多种技术，特别是，地形图(topography)测量仪(所谓地形图仪)、波前分析器、沙伊姆弗勒仪(Scheimpflug instrument)以及测厚计。

使用波前分析器或使用地形图测量仪的屈光眼科手术几乎不能有效解析处于mm范围内的角膜的较小局部结构，更不必说以确定且局部精确的方式指派这些仪器以便能够进行位置可靠的治疗。使用地形图仪也几乎不可能探测到处于mm范围内的所谓的中心岛，即，角膜上的突出物，PRK早期的并非完全理想的手术常常产生角膜上的突出物。

目前，正试图在切削期间以联机(online)方式追踪需要的切削过程中的偏差，特别是基于所谓的眼球回旋转动或基于所谓的瞳孔中心偏移的偏差。

但使用目前已知的这些方法，通常不可能精确地探测到局部角膜不规则物，且不可能使激光束在该探测过程中以精确局部方式仅在此点处起作用，也不可能在该过程中追踪切削的结果。

所谓的光学相干断层扫描术已用在生物组织的非接触性检查的测量方法达一定时间，例如参看B.Wolfgang Drexler，Journal of Biomedical Optics，9(1)，42-74，2004。使用光学相干断层扫描术，特别是使用宽带照射器的光学相干断层扫描术，有可能检查非常精细的生物结构，特别是以处于1μm范围内及更精细的分辨率检查非常精细的生物结构。

EP 1 231 496 A2描述光学相干断层扫描术(OCT)对于眼睛中组织的可控变化的应用，在功率、曝露时间及斑点大小方面对治疗激光加以控制。其中，借助于OCT及阈值来区分经治疗的眼组织与未经治疗的眼组织。使用OCT确定已经以激光成功治疗的眼组织区域。

US2007/0282313A1(Huang等人)描述OCT在屈光手术中仅出于角膜地形图检查的目的的使用。并未发现其中提及借助于OCT的联机控制的光切削。在此技术现状下，以OCT获得的地形图数据仅用于切削程序的预先计算。

EP 0 697 611 A2描述一种类似于以上论述的EP 1 231 496 A2的系统，该系统具有用于眼科手术显微镜的自动聚焦系统。其中实现了角膜地形图测量，但并未实现以OCT对组织进行切除的联机控制。

US 2007/0073905A1并不使用OCT，但大体上描述了使用前述模型计算的关于眼睛的手术介入的技术现状。

WO 2006/087180A2描述一种用于切削的方法，但并未使用OCT。DE 10323 422 A1也并未描述OCT的使用，而仅描述组织中光学压力范围的探测。

发明内容

本发明的根本目的在于提供一种前面所述类型的能够改良手术结果的系统。

为此，本发明教示一种用于屈光眼科手术的系统，其具有：

a)用于切除角膜组织的第一激光器；

b)用于以时间可控且位置可控的方式将所述第一激光器的辐射引导至眼睛上的装置；

c)用于光学相干断层扫描术的装置，其具有用于对所述眼睛实施光学相干断层扫描术的第二激光器；

d)用于以时间可控且位置可控的方式将所述第二激光器的辐射引导至所述眼睛上的装置；以及

e)计算机，其：

e1)在角膜组织切除过程中，根据程序控制所述第一激光器及所述的用于以时间可控且位置可控的方式将所述第一激光器的辐射引导至所述眼睛上的装置，以便实现整形角膜的目的；

e2)控制所述用于光学相干断层扫描术的装置，并且被编程以便在角膜组织切除开始之前、切除期间及切除结束之后对所述角膜进行测量；以及

e3)在借助于光学相干断层扫描术测量之后，依据测量结果在特定条件下控制角膜组织切除的程序流程。

因此，本发明将用于光学相干断层扫描术(OCT)的模块集成到用于屈光眼科手术的系统中，以使得由此获得的测量结果以实际上联机的方式影响手术介入的过程。具体而言，高分辨率及高速OCT(HHS-OCT)能够以处于μm范围内的分辨率、在超高速下借助于处于几MHz至高达若干GHz范围内，特别是高达10GHz甚至高达100GHz的扫描速率，并以显著短于1秒的测量时间来确定并表示角膜结构。因此，不仅有可能检查角膜组织切除之前的初始结构及切除之后角膜的最终结构，还有可能追踪角膜组织切除前与切除后之间的治疗全过程并以依据治疗期间所获得的OCT测量结果的方式来控制该治疗。

根据本发明，由OCT引导的组织切除特别由UV激光器(通常为准分子激光器)实现，在该过程中，寻标(target)角膜的某些区域且接着经由许多经实时(联机)控制的冲击(shot)切除角膜组织直至实际上实时(联机)进行的OCT测量产生所希望的测量结果为止。

由于将OCT模块集成到用于屈光手术的系统中，因此，还可以识别某些角膜不规则物，特别是所谓的中心岛，并在治疗中考虑这样的中心岛。这样的中心岛，即角膜表面上的不规则突出物，具有几mm及小于几mm范围内的尺寸，因此不能够或几乎不能够在屈光手术过程中由传统测量方法记录。这样的不规则物在治疗之前或期间也不能被发现或几乎不能被发现，或不能精确寻址用于激光器控制。相应的解释适用于同样有时出现在角膜表面上的呈疤痕形式的极其精细的不规则物。

通过宽带光学相干断层扫描术可识别这样的不规则物，且相应地可以在例如中心岛(即，角膜上的突出物)区域中以寻标方式局部切除比在角膜其它区域中更多的角膜组织而形成切削轮廓，从而总体上出现光滑表面，而在前述疤痕的情况下，大幅减少在这些疤痕区域中的切除以致于因此同样出现基本平滑的角膜表面。若在技术现状下，这样的不规则物未在测量结果中加以识别且未在切削中加以考虑，则其在切削过程中被基本保留，并导致经治疗的角膜上或经治疗的角膜中也有相应不规则物。

根据本发明，通过将OCT集成到用于屈光眼科手术的系统中，有可能探测到关于横截面、厚度、前表面及后表面的精确角膜结构，并在治疗期间对其进行瞬时(立即)追踪。因此，本发明的特定配置教示在切削过程期间(即，在屈光手术期间)实际上实时(联机)计算角膜的各个瞬时成像特性，例如，由于已经达到的切削阶段而瞬时获得；且当已经以此方式联机计算的眼睛成像特性符合所希望的特定目标时，精确地结束切削。此举使得并行的地形图测量或甚至波前测量不再为绝对必要的。

本发明的用于屈光眼科手术的系统的较佳配置提供经编程的计算机以在显示装置上显示在角膜组织切除之前和/或切除期间在光学相干断层扫描术过程中获得的测量结果。以此方式，治疗医师可实质上以联机的方式，即，实际上实时的方式，检查以图形表示的切削的进展。举例而言，可使用线(在二维表示的情况下)或表面(在三维表示的情况下)将角膜的初始形状(在介入开始之前)在显示屏上呈现给医师，接着，在这之后，在介入期间使用例如色彩对比线或表面相应地连续呈现瞬时角膜结构。就此而言，此外，也可视情况将眼睛内侧的、也能够以相干断层扫描术进行检查的角膜表面指示给医师。这特别有助于避免角膜的剩余厚度过薄。也可以使用OCT检查所关注的经受治疗的眼睛的其它结构，如晶状体和/或瞳孔，并在显示装置上表示。

若在LASIK过程中采用前述方法，且若在此情况下使用例如飞秒激光器进行所谓瓣切取，则可使用OCT追踪出现的切口并在显示装置上表示；且在随后角膜组织切削过程中，可通过以计算及呈现将瓣复位后及所采取的愈合过程后的情形的方式进行计算，来确定前述以图形表示的线或表面。

本发明的另一较佳配置规定提供一种输入装置，使用者可使用该输入装置使计算机使用第一激光器在所表示的光学相干断层扫描术的测量结果的所选范围内进行额外角膜组织切除，或减少所选范围内的角膜组织切除。

本发明也教示利用用于使用优选具有处于10GHz或以上且优选处于100GHz或以上的范围内的重复率的飞秒辐射源的OCT的极快速装置，特别是利用所谓的VECSEL或VCSEL(垂直外腔面发射激光器)。尽管物理尺寸处于厘米范围内，但这样的半导体激光二极管可经电泵浦或经光学泵浦并获得极高输出及效率。本发明也可采用飞秒纤维激光器。本发明也教示使用这样的辐射源：这样的辐射源产生带宽大于100nm至1000nm且重复率大于100GHz的fs超连续光谱，以便可获得极高测量速率，即，与在切削程序过程中实际上瞬时实现的角膜状态相比，以极短的延迟而于例如显示屏上产生角膜结构的影像，即，实际上实时(无时间延迟)的方式以图形表示角膜的实际状态，且也可通过无时间延迟的计算进行处理。

本发明的用于屈光眼科手术的系统的其它较佳配置在从属权利要求中描述。

附图说明

以下将根据附图具体描述本发明的示例性实施例。

图1是用于屈光眼科手术的系统的示意图；以及

图2是用于显示使用光学相干断层扫描术获得的数据的显示装置的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出待由屈光眼科手术治疗的眼睛10、其角膜12、瞳孔缘14及角膜的所谓不规则物16，不规则物16在此处为所谓的中心岛形式，即角膜上具有处于mm范围至μm范围内的尺寸的突出物。

该系统以已知方式展现固定激光器18，其发出(弱)激光束18′且该激光被患者观看，以实现固定眼睛的目的。

该系统以众所周知的方式如在LASIK设备的情况下展现UV激光器20，如准分子激光器，其发出具有193nm的波长的辐射20′，该辐射经由透镜22指引至扫描镜24、24′上且经由偏转镜26偏转至眼睛10上。计算机C根据预先计算的切削轮廓以众所周知的方式控制激光器20及扫描镜24、24′。使用所呈现的系统以已知方式进行例如LASIK。

此外，该系统展现所谓的眼睛追踪器。眼睛追踪器包括摄影机(camera)30，由摄影机30记录来自眼睛10的经由偏转镜28的在箭头32方向上的影像，接着以众所周知的方式对这样的影像进行影像处理，从而追踪尽管有固定激光器18但患者往往还是无法避免的眼睛运动，并以对应于眼睛运动的方式追踪扫描镜24、24′对激光束20′的控制，以便以位置上尽可能可靠的方式切除切削轮廓。

在计算机C中处理摄影机30以数字方式获得的记录，且接着计算机C相应地对于切削束20′控制扫描镜24、24′。

将用于光学相干断层扫描术的装置34集成到用于LASIK的系统中，该装置以众所周知的方式包括适当的激光器。用于光学相干断层扫描术的装置34根据双向箭头36发出辐射及接收辐射。经由扫描镜38、40实现扫描。图1中由线及箭头指示计算机C与个别组件的交互。相应地，计算机C控制用于光学相干断层扫描术的装置34以及从属于该装置的扫描镜38、40。

用于光学相干断层扫描术的装置34依据所使用的辐射源以处于几MHz范围内的扫描速率至高达处于GHz范围内的扫描速率操作，从而对于待检查的整个表面(即，大致对应于角膜的切削区)来说获得显著短于1秒的测量时间。

用于光学相干断层扫描术的装置34的辐射源，如激光器，为极宽带辐射源，其具有显著大于100nm的宽带度量且具有大于10MHz、高达100GHz以上的极高重复率。这能够实现在10μm及小于10μm的范围内的高三维分辨率。在此情况下，可在小于1秒内检查，并可经由计算机C在显示装置D上表示角膜表面，例如，在连续切削期间的瞬时表面的所关注的影像。Δλ＞＞100nm的宽带辐射具有处于约800nm至1300nm范围内的中心波长λ。因此，根据所示的示例性实施例，检查角膜地形图、其厚度、眼睛前房的范围及诸如虹膜及晶状体这样的毗邻结构的局部位置，且经由计算机C在显示装置D上交替地且以所希望的组合表示这种结构的相应几何影像。

在此情况下，深度(一般指定为z方向)的分辨率处于μm，如小于3μm的范围内，而在横向方向(一般指定为xy方向)上同样获得显著小于10μm的分辨率。因此，可很好地识别角膜的结构，诸如上皮、鲍曼氏膜(Bowman′smembrane)，或在LASIK情况下很好地识别微型角膜刀切口的位置。

图2示意性地示出根据计算机C的控制以OCT检查的结构在显示装置D上的表示。所示出的是在切削开始之前获得的角膜表面K1，其具有呈中心岛形式的第一不规则物I，即突出物。突出物具有处于mm范围至μm范围内的尺寸(因此，与角膜尺寸相比，其在图中被极度放大)。突出物的两个侧面具有梯度G1、G2，即，相对于毗邻的角膜12的表面K1的斜率。此外，在所表示的示例中，角膜12的表面K1具有疤痕N，该疤痕同样具有处于mm范围至μm范围内的尺寸。

此外，图2示出根据切削轮廓的计算切除所力求的设定角膜表面K2，即，所力求的手术结果。图2也示意性地示出角膜的内表面K3。

使用用于光学相干断层扫描术的装置34以及处理该装置的测量结果的计算机C，可产生图2的曲线K1并在显示装置D上表示。就此而言，计算机C被编程以使得其识别所述的具有处于μm范围内的尺寸的不规则物且根据使用者的选择以强调方式(例如以色彩或借助于粗线)表示这样的不规则物。使用众所周知的影像处理方法，计算机可根据梯度G1、G2通过与特定阈值进行比较来“识别”这样的不规则物并表示这样的不规则物。在影像处理过程中，例如通过比较邻近测量点范围可识别处于特定阈值以上的梯度G1、G2并指示在此点处可能存在不规则物。根据优选配置，使用者继而可进行选择以调出并表示在此临界区域中角膜瞬时状态的放大表示。此表示可在实施切削期间，即，在逐步逐层切除角膜组织期间，以联机方式不断重复，从而医师可在显示装置D上根据使用相干断层扫描术的测量来追踪治疗的进展，即，角膜组织连续逐层切除的暂时程序。若医师根据这样的不规则物探测到某些问题区域，在这些区域中需要与最初根据切削轮廓所规定相比更强的切削或甚至更弱的切削，则其可根据该优选配置直接介入该过程中。若例如该医师在表示图像上探测到对应于突出物I(中心岛)的不规则物，则该医师可置放标记M1、M2，在此情况下与周围角膜区域相比，这样的标记之间需要增加角膜组织切除，且医师可经由输入装置E设定对应于此区域的定界的标记M1、M2。应当理解，这样的标记应以三维方式置放，即，在自图面向下的方向上，其也粗略地具有该表示平面中所给的尺寸。医师继而可经由输入装置E指定在不规则物区域中将进行何种强度的额外组织切除。

相应解释适用于疤痕N的区域，在疤痕N的区域中必需减少(若适当)切削，以便因此在所有不规则物情况下获得如图2中由K2所表示的相对平滑的角膜表面。

附图标记列表

10：眼睛

12：角膜

14：瞳孔缘

16：疤痕或中心岛

18：固定激光器

18′：固定激光束

20：UV激光器

22：透镜

24：扫描镜

24′：扫描镜

26：偏转镜

28：偏转镜

30：摄影机

32：箭头

34：OCT系统

36：双向箭头

38：扫描镜

40：扫描镜

C：计算机

D：显示装置

E：输入装置

I：中心岛

N：疤痕

M1，M2：标记

G1，G2：梯度

K1，K2，K3，K4：表面

Claims (7)

1.一种用于屈光眼科手术的系统，其具有：

f)用于切除角膜组织的第一激光器(20)；

g)用于以时间可控且位置可控的方式将所述第一激光器(20)的辐射(20′)引导至眼睛(10)上的装置(22，24，24′)；

h)用于光学相干断层扫描术的装置(34)，其具有用于对所述眼睛(10)实施光学相干断层扫描术的第二激光器；

i)用于以时间可控且位置可控的方式将所述第二激光器的辐射引导至所述眼睛(10)上的装置(38，40)；以及

j)计算机(C)，其：

e1)在角膜组织切除过程中，根据程序控制所述第一激光器(20)及所述的用于以时间可控且位置可控的方式将所述第一激光器(20)的辐射(20′)引导至所述眼睛上的装置(22，24，24′)，以便实现整形角膜(12)的目的；

e2)控制所述用于光学相干断层扫描术的装置(34)，并且被编程以便在角膜组织切除开始之前、切除期间及切除结束之后对所述角膜(12)进行测量；以及

e3)在借助于光学相干断层扫描术测量之后，依据测量结果在特定条件下控制角膜组织切除的程序流程。

2.根据权利要求1所述的用于屈光眼科手术的系统，其特征在于，所述计算机(C)被编程以在显示装置(D)上表示在角膜组织切除之前和/或切除期间在光学相干断层扫描术的过程中获得的测量结果。

3.根据权利要求2所述的用于屈光眼科手术的系统，其特征在于，提供输入装置(E)，使用者能够使用所述输入装置(E)使所述计算机(C)使用所述第一激光器(20)在所表示的光学相干断层扫描术的测量结果的所选范围(M1，M2)内进行额外的角膜组织切除，或减少所选范围(N)内的角膜组织切除。

4.根据权利要求2或3所述的用于屈光眼科手术的系统，其特征在于，使用光学相干断层扫描术获得的测量结果的表示包括：重现角膜组织切除之前和/或期间分别为待治疗或正在治疗的角膜表面的当前状态的曲线的至少二维影像(K1，K2，K3)。

5.根据权利要求3和4所述的用于屈光眼科手术的系统，其特征在于，所述计算机(C)被编程以使得所选区域(M1，M2)能够由使用者对于所述影像(K1，K2，K3)进行标记。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于屈光眼科手术的系统，其特征在于，所述计算机(C)被编程以便使用光学相干断层扫描术获得的测量结果来分析待切割的角膜表面是否显现不规则物(I，N)。

7.根据权利要求6所述的用于屈光眼科手术的系统，其特征在于，所述的分析包括确定所述角膜表面的梯度。

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