CN102300524A - 用于用基质内生物力学应力分布的变化来矫正高阶像差的系统和方法 - Google Patents

用于用基质内生物力学应力分布的变化来矫正高阶像差的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于矫正眼睛中的高阶像差的方法要求基质组织的激光诱导光学击穿(LIOB)。详细地，该方法识别眼睛中的基质组织的至少一个体积，每个体积限定平行于眼睛的视轴线的中心轴。其后，使脉冲式激光束聚焦到基质组织的每个体积中的焦斑以引起焦斑处的基质组织的LIOB。此外，移动焦斑通过基质组织的体积以产生以体积的相应中心轴为中心的多个切割。结果，引起基质的预定选择性弱化以便矫正高阶像差。

Description

用于用基质内生物力学应力分布的变化来矫正高阶像差的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及用于执行基质内眼科激光手术的方法。更特别地，本发明涉及矫正眼睛中的高阶像差的激光手术。本发明特别地但非排他性地用作用于矫正眼睛中的高阶像差的方法，其中，以平行于视轴线的多个轴为中心的切割经由基质内生物力学应力分布的变化引起基质的预定选择性弱化。
技术领域
眼睛的角膜具有五(5)个不同的可识别组织层。从角膜的前表面开始沿着后方向推进，这些层是：上皮；鲍曼囊(薄膜)；基质；戴氏膜(Descemet’s membrane)；以及内皮。在角膜后面的是称为前房的包含水的空间。重要的是来自前房中的水的压力作用在角膜上，具有生物力学后果。具体地，眼睛的前房中的水对角膜施加眼内压。这产生将角膜置于张力下的应力和应变。
在结构上，眼睛的角膜具有在上皮与内皮之间延伸的厚度(T)。通常，“T”约为五百微米(T＝500μm)。从生物力学角度出发，鲍曼囊和基质是角膜最重要的层。在角膜内，鲍曼囊是位于上皮下面的相对薄的层(例如20至30μm)，在角膜的前一百微米内。基质则包括角膜中的几乎所有其余四百微米。此外，鲍曼囊的组织产生有效地抵抗张紧时的力的相对强的弹性膜。另一方面，基质包括相对弱的连接组织。
在生物力学上，鲍曼囊和基质两者显著地受到由前房中的水对角膜施加的眼内压的影响。特别地，此压力被从前房通过基质传递到鲍曼膜(Bowman’s membrane)。已知的是，通过基质传递的这些力将如何影响角膜形状。因此，通过使力在基质中的互连组织之间分裂，则能够改变角膜中的总体力分布。因此，此改变后的力分布随后将作用于鲍曼囊。作为响应，鲍曼囊的形状改变，并且由于鲍曼囊的弹性和强度，此变化将直接影响角膜的形状。
众所周知的是，角膜的所有不同组织对LIOB敏感。此外，已知的是，不同的组织将不同地对激光束进行响应，并且经受LIOB的组织的取向也可以影响组织如何对LIOB进行反应。有鉴于此，需要具体地考虑基质。
基质本质上包括与眼睛的前表面基本上平行地延伸的许多片层。在基质中，片层被固有地比片层本身弱的胶状组织结合在一起。因此，可以用比在与片层垂直地取向的切口(cut)上的LIOB所需的能量(例如1.2μJ)少的能量(例如0.8μJ)来执行在与片层平行的层上的LIOB。然而，本领域技术人员应认识到，这些能量水平仅仅是示例性的。如果能够使用更紧的聚焦光学装置，所需的能量水平将适当地较低。在任何情况下，根据期望的结果，可能期望仅在基质中造成切口。另一方面，对于某些手术而言，可能更期望实现切口和层的组合。
如上文暗示的，通过弱化基质中的组织进行的角膜整形可能是提供将改善视力缺陷的屈光矫正的有效方式。然而，并不是所有的视力缺陷都是由相对于视轴线对称的像差引起的。事实上，高阶像差通常是不对称的。因此，可能需要弱化从视轴线偏移的体积中的组织。有鉴于此，并且如对于本发明而言意图的，通过以平行于视轴线的轴为中心在基质中造成切割，以引发将对角膜进行整形的、生物力学力的重新分布，从而实现屈光手术。
根据上述内容，本发明的目的是提供用于通过基质内生物力学应力分布的变化来矫正高阶像差以改善病人的视力的方法。本发明的另一目的是提供要求基质组织的最小LIOB的、用于矫正高阶像差的方法。本发明的另一目的是提供产生关于视轴线在所选位置处具有相同图案的切割的、用于执行眼科激光手术的方法。本发明的又一目的是提供相对容易实现且成本效益较高的、用于经由眼科激光手术来矫正高阶像差的方法。
发明内容
依照本发明，提供了用于经由基质内眼科激光手术来矫正眼睛中的高阶像差的方法，其促使角膜在基质内生物力学应力分布的影响下得以整形。重要的是，对于这些方法而言，识别基质组织的至少一个体积以进行操作。在结构上，各个操作体积从鲍曼膜下方约十微米向后延伸到基质中相当的深度，其距离内皮约150微米。此外，各个操作体积定义平行于眼睛的视轴线并位于距视轴线一定距离处的中心轴。
通常，本发明的方法要求使用能够产生所谓的脉冲式、毫微微秒激光束的激光单元。换言之，射束中的每个脉冲的持续时间将大约小于一皮秒。当被产生时，此射束聚焦到基质组织的体积中的焦斑上。此众所周知的结果是焦斑处的基质组织的激光诱导光学击穿(LIOB)。特别地，并且如对于本发明而言意图的，基质组织的各个体积内的焦斑的移动产生以体积的各中心轴为中心的多个切割。这里的目的是引起基质的预定选择性弱化以矫正高阶像差。优选地，每个切割具有相同的图案。出于本发明的目的，“切割”可以指的是沿着焦点路径的被弱化或去除的组织的位置。
在某些实施例中，识别具有相应中心轴的基质组织的各种体积。对于每个实施例而言，与视轴线等距离地布置中心轴。在几何上，各切割可以形成以相应中心轴为中心的同心圆柱。然而，可以使用其它切割形状。例如，切割可以是以中心轴为中心的同心圆柱部分，或者且可以是以中心轴为中心的矩形柱，或者其可以是以中心轴为中心的十字形(cross)。在某些实施例中，切割将每个具有约两微米的厚度。
依照本发明，可以对各种程序进行定制以处理可识别的屈光缺陷。具体地，除单独的特定切割之外，本发明想到使用各种类型的切口的组合。在各种情况下，切割的选择将取决于需要如何对角膜进行整形。
附图说明
通过所附描述结合附图，将最好地理解本发明的新型特征以及发明本身，关于其结构及其操作两者，在附图中相似的附图标记指示相似部分，并且在所述附图中：
图1是与示意性地描绘的激光单元相关地示出的眼睛的角膜的横截面图；
图2是示出依照本发明的定义操作体积的角膜的横截面图；
图3是以视轴线为中心的基质的前视图并图示多个操作体积，每个操作体积具有多个切割。
图4是其中能够通过LIOB来造成激光切割的多个圆柱形表面的透视图；
图5是沿着图4中的线5-5看的多个圆柱形表面上的切割的横截面图，所示的切割用于老花眼的典型治疗；
图6A是已经在圆柱形表面上造成完整切割时的如沿着图4中的线6-6看的多个圆柱形表面的横截面图；
图6B是已经沿着圆柱形表面上的弧形段产生部分切割以进行散光治疗时的如沿着图4中的线6-6看的多个圆柱形表面的横截面图；
图6C是用于与图6B中所示的那些类似地造成且出于相同目的的切割的替换实施例的横截面图；
图6D是用于切割的替换实施例的横截面图；
图6E是用于切割的替换实施例的横截面图；以及
图7是示出依照本发明的在角膜中造成切割的生物力学结果的角膜的横截面图。
具体实施方式
最初参考图1，将看到的是本发明包括用于产生激光束12的激光单元10。更具体而言，激光束12优选地是脉冲式激光束，并且激光单元10产生在持续时间上小于一皮秒的用于射束12的脉冲(即，其为毫微微秒脉冲)。在图1中，示出了被沿着视轴线14导向并导向到眼睛的角膜16上的激光束12。图1中还示出紧接角膜16后方的眼睛的前房18。还有位于前房18和巩膜22两者后面的晶状体。
在图2中，示出了角膜16的五(5)个不同的解剖组织。这些中的第一个即上皮24定义角膜16的前表面。在上皮24后面，并且在沿着视轴线14的向后方向顺序排布的是鲍曼囊(薄膜)26、基质28、戴氏膜30和内皮32。在这些组织中，鲍曼囊26和基质28对于本发明而言是最重要的。具体地，鲍曼囊26是重要的，因为其非常有弹性，并且具有优越的拉伸强度。因此，其对保持角膜16的整体完整性有显著贡献。
对于本发明的方法而言，不可损害(即弱化)鲍曼囊26。另一方面，基质28被有意地弱化。在这种情况下，基质28是重要的，因为其将来自前房18中的水的眼内压传递到鲍曼膜26。因此，基质28的任何选择性弱化将改变基质28中的力分布。因此，如本发明设想的，能够有效地使用基质28中的LIOB来改变通过基质28传递的力分布，具有对角膜16进行整形的效果。鲍曼囊26然后将提供用于保持整形后角膜16的结构，其将有效地矫正屈光缺陷。
在现在参考图2的同时，应认识到本发明的重要方面是在基质28中限定的操作体积的识别。虽然在图2中以横截面示出了操作体积34，但其实际上是三维的，并且从位于在鲍曼囊26下方距离38处的前表面36延伸到位于与内皮32相距距离41处的后表面40。前表面36和后表面40两者本质上符合基质28的曲率。对于操作体积的前表面36的更准确位置而言，距离38将约为十微米。对于后表面40而言，距离41将约为一百五十微米。
在图3中，如对于本发明而言设想的，在多个操作体积34a～34f中造成切割44a～44f。虽然在图3(还有图6D和6E)中示出了六个不同的体积34a～34f，但本领域技术人员应认识到其仅仅是示例性的，并且是出于公开的目的在这里提出的。更具体地，对于三阶像差而言，需要识别仅三个体积34。在任何情况下，能够从众所周知的Zernike多项式来确定用于任何特定高阶像差的体积34的精确数目及其与视轴线14的相应径向距离。如所示，对于各个操作体积34a～34f而言，造成多个切割44′、44″和44″′，虽然根据特定程序的需要，可以存在更多或更少的切割44。有鉴于此，并且出于本公开的目的，所选体积34中的多个切割有时将被总称为切割44。此外，如图3所示，已经识别了六个操作体积。然而，对于本发明而言可以使用任何数目的操作体积34。
如图3所示，在各圆柱表面上造成用于各个操作体积34的示例性切割44。虽然切割44被示出为圆形的圆柱表面，但这些表面可以是椭圆形。当在基质28中造成多个切割44时，其被限制在相应的操作体积34内是绝对必要的。有鉴于此，可以设想将使用激光单元10用激光过程来造成切割44。并且，此过程将导致激光诱导光学击穿(LIOB)。此外，在所示实施例中，重要的是，这些圆柱表面是同心的，并且其以远离视轴线14且平行于视轴线14的相应中心轴45a～45f为中心。
用图4和5对图3进行交叉参考，可以看到每个切割44具有前端46和后端48。此外，切割44(即圆形或椭圆形圆柱表面)在相邻切割44之间具有间距50。优选地，此间距50等于约两百微米。图5还显示各单独切割44的前端46能够轴向地相互移位距离52。通常，此距离52将约为十微米。此外，最内侧的切割44(例如图4所示的切割44″′)将处于径向距离“rc”处，其将距离中心轴45约1毫米。从另一观点出发，图6A示出了以中心轴45为中心以形成多个圆环的切割44。在此另一观点中，切割44共同地确定内半径“rci”和外半径“rco”。优选地，每个切割44将具有约两微米的厚度，并且造成切割44所需的能量将约为1.2微焦耳。
作为上文公开的切割44的替换，图4指示如果期望，可以仅使用弧形段54。具体地，在所有本质方面，弧形段54与切割44相同。然而，差别在于其被约束于在图4和6B中以角“α”识别的沿直径相对的弧内。更具体地，结果是两组沿直径相对的弧段54。优选地，“α”在五度与一百六十度之间的范围内。
用于弧段54的替换实施例是图6C所示的弧段54′。在那里将看到类似于弧段54的弧段54′分成沿直径相对的组。然而，弧段54′以相互平行且与中心轴45相距等距离的相应轴(未示出)为中心。
作为上文公开的切割44的替换，图6D指示可以产生切割44以形成以相应中心轴45为中心的矩形柱。类似地，图6E指示可以产生切割44以形成以相应中心轴45为中心的十字形。如图6D和6E所示，矩形柱和交叉也与视轴线14对准。
图7提供当已经在基质28的操作体积34中造成切割44时角膜16的生物力学反应的概观。如上所述，切割44意图弱化基质28。因此，一旦已经造成了切割44，眼内压(由箭头56表示)引起基质28内的力分布的变化。这引起凸起58a和58b，其导致从原始角膜16到由虚线表示的用于角膜16′的新结构的形状变化。如对于本发明而言意图的，这导致改善视力的对于角膜16的屈光矫正。
虽然如在本文中详细地示出和公开的用于用基质内生物力学应力分布的变化来矫正高阶像差的特定系统和方法完全能够达到目的并提供前文所述的优点，但应理解的是其仅仅说明本发明的目前优选实施例，并且并不意图限制除所附权利要求中所述之外的本文所示的构造或设计的细节。

Claims (17)

1.一种用于矫正眼睛中的高阶像差的方法，其中，眼睛限定视轴线，并且该方法包括步骤：
识别眼睛中的基质组织的至少一个体积，其中，组织的体积限定位于与眼睛的视轴线相距一定距离处且基本上与之平行地取向的中心轴；
使脉冲式激光束聚焦到基质组织的体积中的焦斑，以引起焦斑处的基质组织的激光诱导光学击穿(LIOB)；以及
移动所述脉冲式激光束的焦斑通过基质组织的体积以产生以体积的相应中心轴为中心的多个切割，以引起基质的预定选择性弱化来矫正高阶像差。
2.如权利要求1所述的方法，其中，识别基质组织的多个体积，其中，绕着相应中心轴产生多个切割，并且其中，所述相应中心轴彼此之间相距等距离。
3.如权利要求1所述的方法，其中，由鲍曼膜来约束(bound)基质组织的每个体积，并且其中，每个切割与鲍曼膜相距至少十微米。
4.如权利要求3所述的方法，其中，由内皮来进一步约束基质组织的每个体积，并且其中，每个切割与内皮相距至少150微米。
5.如权利要求1所述的方法，其中，多个切割中的各个切割形成以中心轴为中心的同心圆柱。
6.如权利要求1所述的方法，其中，多个切割中的各个切割形成以中心轴为中心的同心圆柱部分。
7.如权利要求1所述的方法，其中，多个切割中的各个切割形成以中心轴为中心的矩形柱。
8.如权利要求1所述的方法，其中，多个切割中的各个切割形成以中心轴为中心的十字形。
9.一种用于矫正眼睛中的高阶像差的方法，其中，眼睛限定视轴线，并且该方法包括步骤：
识别眼睛中的基质组织的至少一个体积，其中，组织的体积限定位于与眼睛的视轴线相距一定距离处并基本上与之平行地取向的中心轴，并且其中，每个体积具有位于与鲍曼膜相距至少十微米处的前表面和位于与角膜的上皮相距约150微米处的后表面；
使激光束聚焦到基质组织的体积中的焦斑，以引起焦斑处的基质组织的激光诱导光学击穿(LIOB)；以及
在基质组织的体积内移动激光束的焦斑以产生以体积的相应中心轴为中心的至少一个切割，以引起基质的预定选择性弱化来矫正高阶像差。
10.如权利要求9所述的方法，其中，识别基质组织的多个体积，其中，绕着相应中心轴中的各个中心轴产生至少一个切割，并且其中，所述相应中心轴彼此之间相距等距离。
11.如权利要求9所述的方法，其中，由鲍曼膜来约束基质组织的每个体积，并且其中，每个切割与鲍曼膜相距至少十微米。
12.如权利要求11所述的方法，其中，由内皮来进一步约束基质组织的每个体积，并且其中，每个切割与内皮相距至少150微米。
13.如权利要求9所述的方法，其中，对于基质组织的每个体积而言，产生多个切割以形成以相应中心轴为中心的同心圆柱。
14.如权利要求9所述的方法，其中，对于基质组织的每个体积而言，产生多个切割以形成以相应中心轴为中心的同心圆柱部分。
15.如权利要求9所述的方法，其中，对于基质组织的每个体积而言，产生多个切割以形成以相应中心轴为中心的矩形柱。
16.如权利要求9所述的方法，其中，对于基质组织的每个体积而言，产生多个切割以形成以相应中心轴为中心的十字形。
17.一种用于矫正眼睛中的高阶像差的系统，其中，眼睛限定视轴线，该系统包括：
用于识别眼睛中的基质组织的至少一个体积的装置，其中，组织的体积限定位于与眼睛的视轴线相距一定距离处并基本上与之平行地取向的中心轴，并且其中，每个体积具有位于与鲍曼膜相距至少十微米处的前表面和位于与角膜的上皮相距约150微米处的后表面；
用于产生脉冲式激光束的装置，其中，射束中的每个脉冲的持续时间小于一皮秒；
用于使激光束聚焦到基质组织的每个体积中的焦斑以引起焦斑处的基质组织的激光诱导光学击穿(LIOB)的装置；以及
用于在基质组织的每个体积内移动激光束的焦斑以产生以各个体积的相应中心轴为中心的至少一个切割以引起基质的预定选择性弱化来矫正高阶像差的的装置。
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