CN102470048A - 用于眼科激光手术的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于眼科激光手术的设备，包括：飞秒脉冲激光辐射的源，用于将所述激光辐射引导并聚焦到待治疗眼睛的组织上或组织中的组件，和对所述源进行控制的控制单元，所述控制单元被设置为在激光辐射具有不同辐射特性的至少两个操作模式之间切换所述源，在第一操作模式下，所述激光辐射的辐射特性与在组织中引入切口相匹配，并且在第二操作模式下所述激光辐射与组织的焊接或互连相匹配。

Description

用于眼科激光手术的设备

技术领域

本发明涉及用于眼科激光手术的设备。

背景技术

在屈光眼科手术中，为了校正视力缺陷，通过对患者眼睛进行干预而改变眼睛的屈光特性。具体来说，已知的是所谓的LASIK处理(激光原位角膜磨削术)，其中患者角膜的表面曲率被改变。在这一处理中，第一操作步骤是制作扁平角膜切口。在该过程中，产生称作瓣的小的盖盘，其被向上折叠，以使下面的角膜组织(基质)暴露。在LASIK手术的后续部分中，使用激光根据预定义的烧蚀图案从基质切除物质。之后，瓣被折叠回来，并使用角膜上皮相对快速地再次被覆盖。

为了形成瓣切口，一段时间来，已使用所谓的飞秒激光在角膜中制作以上所述的扁平切口。为此，激光被聚焦在角膜表面之下的平面内，并且在该平面内的路径上被引导以便形成瓣。在该处理中使用的处于飞秒范围内的极短激光脉冲具有高功率，使得在假设适当聚焦的情况下，可以通过利用所谓的光爆破效应制作切口。

这些飞秒激光仪器系统也被用于角膜磨削术。在对角膜的这一手术中，例如病变的角膜组织由合适的捐赠物质所替代(移植)，以便减少屈光不正的情况。就这一点来说，在捐赠者角膜的组织和受赠者角膜的组织上必不可少的切口可以利用光爆破效应通过引导精确聚焦的飞秒脉冲以基本相同的方式获得，在LASIK飞秒瓣切割的情况下也是如此。

从捐赠者移植的角膜组织片借助于针和单丝尼龙线手动固定。

另外，由于与同样类型的传统手术干预相比有诸多优点，因此飞秒激光仪器系统还越来越多地应用于较难的飞秒激光角膜移植术和角膜环状片切割(基质内角膜环状片，也称作INTACS)。不受手术外科医生个人能力影响的更准确的切割引导以及捐赠者角膜片与受赠者角膜片之间的准确匹配特性是可获得的。也可以实现便于将捐赠者角膜片置于受赠者角膜片中的用于移植的任意切口形状以及适当构造的边缘切口和标记切口，例如礼帽几何形状蘑菇几何形状、圣诞树几何形状或锯齿几何形状。这些边缘切口几何形状改善了捐赠者角膜在受赠者的角膜中的放置，并且提供了切口区域的良好密封。此外，也可以借助于飞秒激光角膜移植术明显更容易地实施部分层状和随后的角膜移植。

然而，总的来说，当前仍然有与该移植处理相关联的诸多缺点。尽管切割技术和几何形状得以改善并且得到自动化，但是手工缝合通常不会得到伤口的完全紧密闭合，此外还经常引起不期望的散光或其它更严重的视力缺陷。除此之外，由于手工处理，因此角膜片的缝合相对费时，且需要更长时间的术后护理，而结果仍然取决于手术外科医生的手工技能。

替代处理(例如借助于例如氰基丙烯酸盐粘合剂之类的化学添加剂的粘连)也有固有的缺点，例如持久性低，相容性差，并且还引入与人体不相容的异质物。此外，粘连还需要手术外科医生一方的密集手工劳动。

发明内容

本发明的目的在于获得一种在角膜移植术过程中能够扩展各工作步骤的自动操纵的设备。

为了实现这一目的，根据本发明，提供一种用于眼科激光手术的设备，包括：

飞秒脉冲激光辐射的源，

用于将所述激光辐射引导并聚焦到待治疗眼睛的组织上或组织中的组件，

对所述源进行控制的控制单元，所述控制单元被设置为在激光辐射的辐射特性各不相同的至少两个操作模式之间切换所述源，

其中，在第一操作模式下，所述激光辐射的辐射特性与所述组织中切口的引入相匹配，并且

在第二操作模式下，所述激光辐射的辐射特性与组织的焊接相匹配。所述源所产生的飞秒脉冲激光辐射经由用于引导并聚焦所述激光辐射的组件而被导向例如待治疗眼睛的角膜上。如果设备处于第一操作模式下，则飞秒激光辐射的辐射特性以以下方式匹配：使得其一旦射到组织上就产生例如光爆破效应，并在假设合适的光束引导时以此方式将组织分离，并导致切口。在该操作模式下，例如可以产生简介中所提及的瓣切割。在这一点上，在第一操作模式下完成，例如，对各个激光聚焦点的间隔或时间连续性方面瓣床切割与瓣边缘切割稍有不同的飞秒激光辐射的设置。

另一方面，在第二操作模式下，飞秒激光辐射的辐射特性被修改为与第一操作模式相比使得激光辐射在组织上或组织中引起由细胞纤维所引起的各组织部分的焊接或粘合或交联的程度。这可以例如通过使组织进入组织的变性阈值或凝结阈值之下的温度范围中来引起。在角膜组织的情况下，该温度范围在例如55℃到65℃之间。关于这一点，在角膜组织的情况下，角膜的细胞外皮层内结构以下列方式被修改：使得在接下来的冷却过程中，胶原质纤维及其结构性交联的位置发生重组。胶原质纤维在该过程中不会变性，但看起来会借助于温度升高和接下来的冷却而重新交联。

以上描述了借助于温度循环来进行焊接或新的交联，可替代地或附加地，也可以借助于UV辐射通过交联来实现焊接。由于吸收了例如波长为380nm的UV辐射，因此会发生基团的局部光诱导形成以及温度的升高，结果例如角膜的胶原质纤维同样可以被重构，并且发生其交联的加强或重组。UV辐射的吸收会在例如组织中出现的核黄素中发生。

为实现组织的成功焊接或交联，可以采用具有低于LIOB(LIOB＝激光诱导光学突破)阈值的高重复频率并且具有飞秒范围内的脉冲持续时间的低能脉冲，这会对透明物质或组织产生直接或间接的热作用。

除了应用于角膜组织的移植(即捐赠组织片与受赠者角膜床的焊接)之外，飞秒焊接的可能应用领域还有在对基质进行屈光校正构造之后在边缘区域中进行飞秒LASIK切割的情况下瓣的重新附接。已被折叠回来的瓣可以在整个边缘区域上或在各个边缘点处再次被焊接到剩余的基质。此外，还可以在不需要直接打开(环钻术)的情况下，对眼睛的下角膜层或其它组织结构实施交联手术或局部焊接手术。

为设备的第二操作模式提供的激光辐射的辐射特性可以在各种参数方面不同于第一操作模式。

第一个这种光束参数是每辐射脉冲的通量，其在第二操作模式下可以低于在第一操作模式下。通量被定义为每单位面积的能量，并且表示对组织发出的能量的度量，具体来说通量可以明显低于发生光爆破效应的通量阈值。在对人的角膜进行飞秒LASIK切割或角膜移植术切割的情况下，该阈值总计为0.3焦耳/cm²至1焦耳/cm²。

此外，还规定在第二操作模式下采用低于第一操作模式下的脉冲能量。在切割过程中即在第一操作模式下采用的每脉冲能量总计为大约0.2μJ至1.5μJ。另一方面，为了针对组织的焊接或粘合而使用飞秒激光脉冲，规定脉冲能量位于10-500nJ的范围内。在这一点上，关键是激光辐射的通量，其在第二操作模式下必须低于LIOB阈值。在较大焦点的情况下，能量也可以较高。相对大的辐射直径对于焊接点的可靠重叠来说可能是有利的。

然而，在为引入切口所设计的第一操作模式下，优选在焦点直径为大约2-5μm并且各焦点半径的中间间隔为1-2μm(对应于焦点中心到中心的间隔为2-10μm)的情况下，在激光的各焦点之间提供清晰的间隙，在第二操作模式下的策略提供若干个脉冲作用于组织(例如，角膜)中的相同点上。这引起脉冲能量的热累积。在这一点上，可以规定2到10000个之间的脉冲射到基本相同的点上。脉冲的确切数目取决于激光焦点的尺寸、各个脉冲的能量以及诸如组织的透明度或吸收度之类的其它因素。

具体来说，可以规定激光辐射在第二操作模式下具有大于第一操作模式下的焦点尺寸。具体来说，提供5μm到最大50μm之间的焦点位置直径。在合适的情况下，还可以采用模糊的焦点区域，即焦点直径大于捐赠边缘和受赠边缘之间的切割空间，以便能够将两个组织部分焊接在一起。这可以借助于各激光脉冲的空间重叠，例如通过与第一操作模式相比减小扫描偏转的速度。

在另一实施例中，可以规定在第一操作模式下，激光辐射具有不同于，特别是低于第二操作模式下的脉冲重复率。在为引入切口所设计的第一操作模式下，规定例如60-500kHz，特别是达到1MHz的脉冲重复率，而在第二操作模式下，已证明使用从200kHz到10MHz的重复率是有利的。

根据本发明设备的一个实施例，规定用于引导并聚焦激光辐射的组件包括扫描单元，并且所述控制单元被设置为以以下方式控制所述扫描单元：使得在所述第二操作模式下，所述激光辐射的时间上连续的脉冲在目标区域处比在所述第一操作模式下局部更紧密地彼此连续。这使得例如依靠减少光束偏转速度能够使各激光脉冲重叠，并且以此方式能够使待焊接或交联的组织区域均匀地重叠。

在这一点上，具体来说，规定所述控制单元被设置为以下列方式控制所述扫描单元：使得在所述第二操作模式下，所述激光辐射的时间上连续的脉冲在所述目标区域处彼此完全重叠或至少部分重叠。激光脉冲的重叠导致各个脉冲能量的热累积，并且以此方式使得局部组织温度能够有目标地步进地增加，直到获得期望的温度窗口。以此方式，可以考虑局部治疗的组织的热导率和热容，并且以此方式，可以获得组织温度的有目标的引导。

在此，具体来说，优点是所述设备呈现了连接至所述控制单元并用于记录被照射的角膜组织的温度的传感器，所述控制单元被设置为至少在所述第二操作模式下以根据所记录的温度的方式控制待治疗组织上方的激光辐射的辐射特性和/或运动。在用于记录温度的传感器的情况下，这可以是以非接触方式记录组织温度的辐射传感器的问题。可替代地，这还可以是经由引入组织的能量间接记录温度的问题，或者可以通过温度传感器与待治疗的组织或其所处环境的直接接触尽可能地探知温度。为了产生期望的新的交联，可以借助于这些传感器尽可能准确地获得组织的温度分布。在这一点上，具体来说，可以通过所获得温度的反馈并结合脉冲参数的控制，获得期望温度窗口的精确引导。

附图说明

以下基于附图对本发明进行进一步说明。唯一的附图1表示根据本发明的激光设备的实施例。

具体实施方式

图1中表示的用于眼科激光手术的设备100包括激光辐射源形式的工作激光器110，其适用于例如角膜治疗，并且发射飞秒范围内的脉冲激光辐射。用于光束引导的组件和用于聚焦激光辐射的组件示意性地合并在组件112中。此外，提供在示意性表示的眼睛200的角膜210中或上沿期望的扫描图形引导激光束的扫描器114。为了记录脉冲激光辐射在角膜210上或中产生的温度图形，提供温度传感器116。工作激光器110、光束引导和整形组件112、扫描器114以及温度传感器116经由合适的控制线连接至控制单元120。控制单元120已被设置为，以使得在第一操作模式下辐射特性与例如角膜210的组织中切口的引入相匹配的方式，经由工作激光器110的以及光束引导和整形组件112的合适的驱动器，改变脉冲激光辐射的光束参数。另一方面，在第二操作模式下，光束参数可以以使组织的焊接或交联可以实现的方式进行匹配。

例如，为了实施穿透角膜移植术，相应地可以进行以下处理。使用完成光束引导、成像和聚焦光学器件112的预定义特性的第一操作模式，设备100可以首先使用工作激光器110的合适的驱动执行问题角膜210的角膜片的切除术。通过第一操作模式选择的光束参数使得能够对切口应用光爆破。这种切除术在捐赠者角膜和受赠者角膜上都实施。在这一点上，具体来说可以想到将为捐赠者角膜中的切口提供的切口几何形状记录下来，并在制备受赠者角膜中的角膜床时采用这些数据。可替代地，也可以提供相反的顺序，即首先制备受赠者角膜，然后切除捐赠者角膜。

在取出捐赠者的角膜片之后，所述片可以插入受赠者的角膜床中。在这一点上，介绍中提及的切口几何形状可能对于定向和机械连接来说是有利的。针对接下来的移植固定，设备100被设置为第二操作模式。现在可用的激光参数使得彼此交叠的组织片彼此交联并将它们焊接到一起。结果，将捐赠部分上的角膜与受赠者的剩余角膜缝合或粘合的手工处理部分被很大程度可自动化的处理配置所代替。结果，在明显减少手术外科医生的手工干预比例的情况下，依靠飞秒激光切割执行角膜病变部分的去除和/或捐赠部分的适当切割，并且依靠使用同一飞秒激光源110的角膜焊接执行捐赠角膜在受赠者角膜中最终固定。

这只不过会使自动操纵增加，而这通常会保证更好的结果再现性。除此之外，飞秒工作激光源110与相关联的组件112和扫描单元114一起可用于其它应用。

在实现组织焊接的过程中，可以经由传感器116记录工作激光器100的激光辐射所引起的角膜210温度升高，并将其传送至控制仪120。经由所记录的温度值，控制仪可以对例如脉冲速率、脉冲重叠或脉冲能量进行适当的调整。在本示例性实施例中，温度传感器116被示为在工作激光器110的激光辐射的光轴外。但是，可替代地，温度传感器116也可以集成到主光束路径中。

除了以上所述的穿透角膜移植术的示例之外，在飞秒LASIK手术的过程中也可以实施部分层状和随后的角膜移植，以及例如在将瓣折叠回来之后对瓣的固定。此外，也可以想到将组织焊接到眼睛的其它组织结构的更广泛的应用。

Claims (8)

1.用于眼科激光手术的设备(100)，包括：

飞秒脉冲激光辐射的源(110)，

用于将所述激光辐射引导并聚焦到待治疗眼睛(200)的组织(210)上或组织(210)中的组件(120)，

对所述源(110)进行控制的控制单元(120)，所述控制单元(120)被设置为在激光辐射的辐射特性各不相同的至少两个操作模式之间切换所述源(110)，

其中，在第一操作模式下，所述激光辐射的辐射特性与所述组织(210)中切口的引入相匹配，并且

在第二操作模式下，所述激光辐射的辐射特性与组织的焊接或组织的交联相匹配。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光辐射在所述第一操作模式下具有比在所述第二操作模式下高的每脉冲通量。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述激光辐射在所述第一操作模式下具有不同于，具体是高于在所述第二操作模式下的脉冲能量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述激光辐射在所述第一操作模式下具有不同于，具体是小于在所述第二操作模式下的焦点尺寸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述激光辐射在所述第一操作模式下具有不同于，具体是低于在所述第二操作模式下的脉冲重复率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中用于引导并聚焦所述激光辐射的组件包括扫描单元(114)，并且所述控制单元(120)被设置为以以下方式控制所述扫描单元(114)：使得所述激光辐射在所述第二操作模式下的时间上连续的脉冲在目标区域处比在所述第一操作模式下局部更紧密地彼此连续。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述控制单元(120)被设置为以以下方式控制所述扫描单元(114)：使得所述激光辐射在所述第二操作模式下的时间上连续的脉冲在所述目标区域处至少部分地彼此重叠。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步具有连接至所述控制单元(120)、用于记录(116)被照射的角膜组织的温度的传感器，所述控制单元(120)被设置为至少在所述第二操作模式下以根据所记录的温度的方式控制待治疗组织上方的激光辐射的辐射特性和/或运动。