CN102481205B - 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10，其具有用于将治疗激光光束14成像于焦点上的光学成像系统，具有用于测量为所述成像系统设定的温度的温度测量装置，以及具有连接到所述温度测量装置且被构造为控制作为所测得的温度的函数的焦点调整的电子控制装置(22)。此外，本发明还涉及一种相关方法。

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以及相关方法。

背景技术

脉冲激光辐射应用于治疗人眼的很多技术中。激光光束的光束焦点沿z方向(根据惯常的注释，这是指激光光束的传播方向)的局部控制总是参照激光装置的坐标系中的已知参考点或已知参考表面来实现。

根据治疗的类型，不同的参考点或参考面可用作光束焦点的z控制的参考。利用这些技术中的一些技术，使待治疗的眼睛紧贴透明的接触元件，透明的接触元件利用其朝向眼睛的接触面，形成用于光束焦点沿z方向设置的参考面。尤其是，借助于聚焦飞秒激光辐射用于在眼睛组织中产生切口的治疗技术经常采用这样的接触元件作为激光聚焦的z参考。通过使接触元件紧贴眼睛使得发生眼睛倚靠接触元件的朝向眼睛的接触面的均匀平坦邻接，接触元件预设了眼睛的前表面的z位置。通过沿z方向关于接触元件的该接触面设置光束焦点，于是可保证切口或单独的光离解(借助于脉冲飞秒激光辐射在人眼中产生切口通常是基于所谓的导致光离解的激光诱导光学击穿的效应)位于眼睛组织内所期望的位置深度。

例如在所谓的飞秒-LASIK情况下发生由激光技术产生的切口，其中角膜的小的前部保护膜(在本领域称为瓣)借助于飞秒激发辐射被切掉，以随后如在典型的LASIK技术(LASIK：激光原位角膜磨镶术)情况下，来将仍附接至铰链区中的剩余角膜组织的该瓣折叠到旁边，并借助于UV激光辐射以切除方式处理以此方式所暴露的组织。另一种用于在眼睛组织中布置组织内切口的应用是所谓的角膜微透镜萃取，其中在角膜组织内部借助于飞秒激光辐射沿四周切去小的透镜状的膜。然后通过被引出至眼睛表面的另外小的切口(该另外的切口是借助于手术刀等类似物或借助于飞秒激光辐射而产生)除去该膜。类似地，在角膜移植法(角膜移植术)情况中或关于其它切口，例如关于角膜环段(corneal ring segments)，角膜中的切口的产生可借助于聚焦脉冲激光辐射来实现。

鉴于卫生的原因，支撑接触面的接触元件(敷贴器)经常是在每次治疗前必须更换的一次性物品。在接触元件的生产中，通常不可能排除某些制造公差，即使具有最高的制造精度。因此在更换接触元件之后，朝向眼睛的接触面的z位置可能不同于、即使是仅稍微不同于在之前所使用的接触元件的情况下的z位置。在借助于聚焦飞秒激光辐射的激光治疗情况中，力争尽可能小的聚焦直径，以尽可能局部地限制光离解。现代的仪器例如以低的一位数μm量级内的聚焦直径运行。通常在借助于飞秒系统执行介入过程中，必须以极高的正确度限定切口在目标组织中的深度(切口深度公差小于5μm)。如之前所述的，在所述的介入中，为了沿z方向获得具有相应精度的切口的所需深度，待治疗的组织和激光的光学系统通常借助于接触元件而彼此被固定地联接。这要求接触元件的相应高的制造正确度，然而这通常不能得到保证。假设接触元件的制造精度减小，因此出现了沿z方向在角膜组织中的不精确切口引导的问题，即这些接触元件的制造公差直接引起组织中切口深度的不精确。

在现状中，通常使用已精确制造的具有相应成果的敷贴器。在这些敷贴器的安置过程中，基于参考敷贴器，利用激光辐射和材料的相互作用，调节激光的光学系统，以达到光学系统和切口平面之间所要求的距离。例如，这根据WO2004/032810已为人所知。

组织和激光系统之间的间隔以及直接因此在组织中切口的实际深度基本上由敷贴器的尺寸确定，即由敷贴器沿z方向的实际光学长度确定。这使得为了获得切口深度的需要精度，敷贴器必须被制造的相对于它们的尺寸具有相应小的公差(相对长度正确度明显<<0.1％)是必须的，这显然增加了这些敷贴器的生产成本，并对治疗成本以及所谓的所有权成本具有直接影响，尤其是在被多次需要的一次性使用的物品的情况下。

根据由本申请人提交的PCT/EP2009/006879，考虑并平衡接触元件制造的不正确度是已知的。为此，借助于测量装置，进行接触面相对于治疗激光光束的传播方向的位置测量，并借助于连接至测量装置的电子估值和控制装置根据由测量装置所获得的测量位置数据来调节治疗激光光束的焦点位置。

虽然根据最新技术所知的过程考虑了接触元件制造的不正确度或尝试去通过尽可能高的精度(同时具有高的成本)来避免所述不正确度，但他们进一步忽略了影响焦点沿z方向的调节的正确度的因素。

除了所述的制造公差之外，切口的有效深度取决于敷贴器的尺寸的温度漂移以及取决于整个光学系统的有效焦距，即敷贴器沿治疗激光光束的传播方向的实际光学长度以及激光系统的光学装置的焦距根据功能温度范围(functional temperature range)改变。在15℃至35℃的医疗器械的常规功能温度范围内，所述的漂移可容易总计30μm至50μm。因此，所力求的小于5μm的切口深度公差难以获得或不再能获得。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于眼科激光手术的设备以及相关方法，所述设备和所述方法使眼睛的更加精确的激光治疗变得可能。

为实现该目的，根据本发明，提出了用于眼科激光手术的设备，其包括下述部件：光学成像系统，用于将治疗激光光束成像于焦点上；温度测量装置，用于测量为所述成像系统设定的温度；连接到所述温度测量装置的电子控制装置，被构造为根据所测得的温度控制所述焦点设置。

关于这一点，所述设备可包括用于待治疗的眼睛的成形邻接的接触面以及还包括用于提供所述治疗激光光束的辐射源。此外，所述成像系统可具有用于将所述治疗激光光束通过所述接触面射至所述眼睛上的光学部件。

本发明使得可能根据关键性地影响焦点深度(例如物镜、用于光束扩展的部件等)且在设备周围的关键部件的测得的温度来控制和/或再调整激光光束焦点沿z方向(对应于治疗激光光束的传播方向)的位置(例如预设位置)。可以以各种途径实现焦点的预设。

焦点沿z方向的位置可例如通过接触面关于已知激光手术设备的固定坐标系中的给定参考点的z位置来预设。关于这一点，优选使用患者适配器(敷贴器)，其沿治疗激光光束(z方向)的传播方向的实际光学长度以高的正确度被确定，使得焦点可被预设到已知的长度。由于改变该设备周围的温度而导致的敷贴器的长度变化或包含于该设备中的光学部件的有效焦距的变化可由温度测量装置测量，并被控制装置适当地考虑。类似地，可以想象，在敷贴器的朝向眼睛的表面(接触面)和背对眼睛的表面(朝向该设备的光学部件的表面)之间的有效光学间隔(实际光学长度)已经在设备之外测得，且例如通过编码被浮雕在相关敷贴器上。然后该编码可被该设备读取，例如自动地或手动地，且被传送至控制装置。基于所读取的值，控制装置可首先预设焦点。

可选择地，为了预设焦点，可测量接触面关于给定参考点的z位置。为此，该设备优选地具有用于接触面的关于治疗激光光束的传播方向的位置测量的测量装置。为此，该测量装置包括例如提供测量光束的第二辐射源。然后为了也使测量光束通过接触面射至眼睛上，优选地设计和布置光学部件。借助于测量光束，测量装置可优选地提供表示在所述接触面上的至少一个位置处所测得的所述接触面的位置的测量位置数据，且可将该确定的测量位置数据传送至控制装置。对此响应，电子控制装置可以根据测量位置数据预设焦点。对于不同的接触元件，根据生产的正确度，可能产生接触面在坐标系中不同的z位置或不同的有效光学间隔。通过由该测量装置进行的接触面的z位置和/或敷贴器的实际光学长度的测量估值，可首先预设沿z方向的焦点，使得减小或避免生产不正确度。基于测得的温度，随后可使该预设焦点适合或再调整该预设焦点。

该预设焦点的适合或再调整可例如以规定的时间间隔通过由温度测量装置在规定的时间周期之后实施的温度的重复测量来实现。例如，当测得的温度超过之前根据规定阈值测得的温度时，可实施再调整。在这种情况中，将必须假设相当大的温度漂移，这使得需要焦点的重调整。规定阈值的减小使得焦点的更为精确且更为精细的重调整成为可能。规定的时间间隔和规定的阈值优选地被保存在连接至控制装置的存储器中，使得控制装置可根据需要读取这些值，并可控制温度测量装置以及适当地控制焦点的重调整。还可以想象，仅当例如用户将适当的指令输入到温度测量装置或连接于此的部件中时才实施重新的温度测量。

温度测量装置可包括布置在所述光学部件的一个或多个上且连接至控制装置的一个以上的温度传感器。一方面，光学部件优选地构成用于使治疗激光光束在垂直于其光束路径的平面(x-y平面)内偏转的扫描单元或用于治疗激光光束的三维偏转的3D扫描单元，以及在另一方面还构成用于将治疗激光光束焦点至激光光束焦点的聚焦光学装置。在这种情况下，优选地，在每一个例子中两个温度传感器布置在扫描单元上和聚焦光学装置上。不过，在每一个例子中也可能一个温度传感器或超过两个的温度传感器布置在扫描单元上和聚焦光学装置上。

为了使焦点适合，光学部件包括至少一个可控制的光学元件。例如，可控制的光学元件由沿治疗激光光束的传播方向在位置上可变的透镜构成。为了控制所述透镜，所述控制装置可产生作为测得的温度的函数的用于重调整预设焦点的作用变量。所述透镜例如是机械可转移的或沿光束路径可重新设置的。在这种情况下，为了使焦点适合，控制装置优选地被设置为通过确定的作用变量改变在位置上可变的透镜的位置。

可选择地，可以想象使用折射率可变的可控制液体透镜。在不变的z位置以及另外不变的聚焦物镜的设置下，可通过移动纵向可调节透镜或通过改变液体透镜的折射率来获得光束焦点的z偏移，从而来使焦点适合变化的温度。应当理解的是，为了光束焦点的z调整，其它的部件也是可以想到的，例如变形的反射镜。

所述控制装置可进一步具有存储单元或可连接至在其中可存储作为函数的焦点与温度的相关性的此类单元。为了自参考温度开始计算光学部件的有效焦距的温度敏感性，可以利用在该设备中使用的所有材料和在该设备中出现的所有间隔(例如，光学部件相距另一个的间隔或敷贴器的实际光学长度)的温度相关性。优选地分别确定和记录扫描单元和聚焦光学装置的温度敏感性，但也可共同计算这些。所确定的温度敏感性可作为一组曲线被保存在存储单元中，且根据需要，可由控制装置询问，并用于根据所存储的曲线组使焦点适合的目的。

由于在治疗激光光束的焦点的重调整期间控制装置考虑了温度，因此补偿了由于温度波动而发生的有效焦距的变化以及敷贴器的有效光学间隔的变化。通过这种方式，保证了切口图形或更确切地说是在眼睛中待实现的光离解图形实际上位于眼睛中的期望位置深度处(也就是说，在沿z方向的期望位置处)。以这种方式，切口的高精确深度是可能的，例如在LASIK瓣的生产情况中、在角膜微透镜萃取的情况中或在角膜移植术的情况中。

所述控制装置可进一步被构造为在沿z方向在垂直于z方向的x-y平面中的若干不同位置处重调整焦点的过程中，产生用于可控制光学元件的不同的作用变量。因此，可例如分别可变地补偿温度变化对接触面在x-y平面中的位置的明显影响。

所述测量装置优选为光学相干干涉测量装置且为此具有光学干涉仪。

所述接触面通常为能更换布置的一次性部件(disposable component)(例如一次性使用的敷贴器)的一部分。不过必须强调的是，本发明不以用于支撑接触面的元件的一次性特点为先决条件。本发明同样适用于具有固定并入的或至少可重复使用的接触面的构造中。

所述接触面优选地由透明的压平片或透明的接触透镜构成。压平片至少在它们的朝向眼睛的平面侧具有平坦的压平面，利用平坦的压平面可实现眼睛前侧的对准。从激光辐射的高光束质量的观点来看，为了设置待治疗的眼睛，压平片的使用通常是有利的。然而，在本发明的范围内同样可能利用具有朝向眼睛的通常为凹或凸成形的透镜面的接触透镜作为接触元件。此类接触透镜的优点为例如当紧贴眼睛上时较少地增加眼睛内部的压力。

在优选构造中，所述接触面由作为患者适配器的一部分的透明接触元件构成，患者适配器与所述设备的聚焦物镜连接(尤其是可更换地连接)。

根据又一个方面，依照本发明，进一步提供一种用于控制用于眼科激光手术的治疗激光光束的焦点的方法，包括下述步骤：借助于成像系统使治疗激光光束成像在焦点上，测量为所述成像系统设定的温度，以及根据所测得的温度来控制所述焦点设置。

所述方法可进一步包括在眼睛和接触面之间建立成形邻接接触以及使所述治疗激光光束通过所述接触面射到所述眼睛上的步骤。

同样，关于该方法方面，如之前所述的，可确定或读取表示所述接触面的关于所述治疗激光光束的传播方向在所述接触面的至少一个位置处所测得的位置的测量位置数据。不管所述测量位置数据是否被确定或读取，可以根据测量位置数据预设所述焦点，并在这之后可根据测得的温度重调整焦点。

附图说明

下面以附图为基础进一步阐述本发明。

图1以十分简略的形式示出了用于眼科激光手术的设备的第一示例性实施例；和

图2以十分简略的形式示出了用于眼科激光手术的设备的第二示例性实施例。

具体实施方式

根据两个实施例的激光手术设备总体上以10表示。

根据第一实施例的激光手术设备10具有可发出具有飞秒量级内脉宽的脉冲激光辐射的飞秒激光器(fs激光器)12。激光辐射沿光束路径14传播，并最终到达待治疗的眼睛16。在光束路径14中布置有各种用于引导和定形激光辐射的部件。特别是，这些部件包括聚焦物镜18(例如F-θ物镜)且还包括从物镜18向上连接的扫描仪20，由激光器12提供的激光辐射借助于扫描仪20能够在垂直于光束路径14的平面(x-y平面)中偏转。粗略地添加的坐标系图示了该平面，也图示了由光束路径14的方向所定义的z轴。扫描仪20例如利用一对受电流测定控制的偏转镜以本身已知的方式构造而成，其中每一个偏转镜负责使光束沿穿过x-y平面的轴的其中一个轴的方向偏转。中央控制单元22根据在存储器24中存储的控制程序来控制扫描仪20，其中控制程序执行在眼睛16中待生成的切口轮廓(以扫描点的立体图形来表示，在每一个例子中在扫描点处将导致光离解)。

此外，上述用于引导和定形激光辐射的部件包括至少一个可控的光学元件26，用于激光辐射的光束焦点的z调整。在所示示例性例子中，该光学元件由透镜构成。随后由控制单元22所控制的适当的激励器28用于控制透镜26。例如，透镜26可沿光束路径14机械移动。可替代地，可以想象使用可变屈光力的可控液体透镜。当未改变z位置、另外也未改变聚焦物镜18的设置的情况下，通过移动可纵向调节的透镜或通过液体透镜的折射率变化，可获得光束焦点的z偏移。应该理解的是，其它部件，例如变形反射镜，也可能用于实现光束焦点的z偏移。由于聚焦物镜18较高的惯性，利用聚焦物镜18仅初步进行光束焦点的基本设置(即聚焦在预定的z参考位置上)和借助于布置于聚焦物镜18外部且具有较快反应速度的部件实现由切口轮廓预定的光束焦点的z偏移，这是有利的。应当理解的是，透镜26也可以是扫描仪20的组成部分，由此形成的扫描仪20可布置在半透射偏转反射镜40的上游和下游。其中透镜是扫描仪20的组成部分且这种包含透镜26的扫描仪20布置在偏转反射镜42的上游的情况将在下面参照图2阐述。

在光束输出侧，聚焦物镜18连接到患者适配器30，患者适配器30用于在眼睛16和聚焦物镜18之间建立机械连接。通常地，在这里所考虑的类型的治疗过程中，吸环，其在附图中没有被具体表示出来但其本身却是已知的，被放置在眼睛上且通过吸引力被固定在此。吸环和患者适配器30形成了允许患者适配器30连接到吸环上的限定的机械接口。关于这方面，可参考例如国际专利申请PCT/EP2008/006962，通过引用将其全部包括于此。

患者适配器30充当透明接触元件32的承载器，在所示示例性例子中，透明接触元件32采用平面平行压平片的形状。患者适配器30包括例如锥形套筒体，压平片32布置在锥形套筒体的较窄(附图中的下端)套筒末端。另一方面，在较宽(附图中的上端)套筒末端的区域中，患者适配器30被附接到聚焦物镜18，在此处患者适配器30具有允许使患者适配器30固定(根据需要可拆卸地固定)到聚焦物镜18上的合适结构。

由于在治疗时压平片32接触眼睛16，因此压平片32是从卫生方面来讲是关键的物品，因此在每次治疗之后要适宜地将其更换。为此，压平片32可以可替换地安装至患者适配器30。可替代地，患者适配器30可与压平片32一起形成一次性单元(disposable unit)，为此，压平片32可以不可分开地连接到患者适配器30。

在任何情况下，压平片32的朝向眼睛的底部形成了平坦接触面34，在治疗准备期间，使眼睛16紧贴平坦接触面34。这导致了眼睛前表面的对准，而同时导致了眼睛16的以36表示的角膜的变形。

为了能够利用接触面34作为光束焦点沿z方向的预设的参考，有必要知道接触面34在激光手术设备的坐标系中的z位置。由于不可避免的制造公差，不能排除在变化的压平片或每一个都装配有压平片32的变化的患者适配器30的结合的情况下，接触面34的z位置以及在某种条件下还有角位置呈现出较显著或不显著的波动。只要在光束焦点的z预设中没有考虑到这些波动，就可出现在眼睛16中所产生的切口的实际位置的不利的误差。

因此，激光手术设备10包括光学相干干涉测量装置38，例如可发出测量光束的OLCR测量装置(OLCR：光学低相干反射计)，测量光束借助于固定布置的、半透明的偏转反射镜40耦合到激光器12的治疗激光辐射也沿其传播的光束路径14中。测量装置38使所生成的测量光束与从眼睛16返回的反射光束产生干涉。根据在这方面所获得的测量的干涉数据，可确定接触面34在激光手术设备的坐标系内的z位置。因此，该测量的干涉数据也可称为测量位置数据。控制单元22从测量装置38接收测量的干涉数据，并根据该数据计算位于接触面34上的且测量光束所射到的或测量光束所穿过的那个地方的z位置。

在所示的示例性例子中，测量装置38发出的测量光束穿过扫描仪20。这使得也可将扫描仪20的偏转功能用于测量光束。该扫描仪模块20还可包括OLCR专用的次级单独扫描仪，这样配备有较小反射镜的OLCR明显更加快速地工作。

在下面的眼睛16的激光治疗过程中，控制单元22考虑以此方式确定的接触面34的实际z位置连同光束焦点的z控制，具体地，使得实际上在角膜36内的预期的位置深度处产生切口。为此，估值和控制单元22参考被放置到接触面34的测量的z位置的光束焦点的z位置。

依靠之前描述的过程，不过仅仅是预设光束焦点的z位置，由于没有考虑激光手术设备10的有效焦距以及患者适配器30沿z方向的实际光学长度的温度漂移。因此，激光手术设备10具有四个温度传感器50、52、54、56，其中两个布置在扫描仪20上，其中两个布置在聚焦物镜18上。温度传感器测量在它们相应位置的温度，并将所测得的温度值传送到控制单元22。向控制单元22传送温度值可以以无线或有线的方式来实现，即温度传感器50、52、54、56可以以无线或有线的方式连接到控制单元22。在图1所示的示例性实施例中，以示例性方式，扫描仪20和由此布置在扫描仪20上的温度传感器50、52以有线的方式连接到控制单元22，而布置在聚焦物镜18上的温度传感器54、56以无线的方式连接到控制单元22，以将它们所测得的温度值传送至控制单元22，用于进一步处理。

关于扫描仪20和聚焦物镜18的有效焦距的温度敏感性作为一组曲线被保存在存储器24中。假设出现新的测量温度值，则控制单元求相关函数的值，并产生相应的作用变量，用于再调整透镜26的预设z位置。一旦温度值由安装至扫描仪20的温度传感器50、52中的一个或两个确定(在利用两个温度传感器50、52测量两个温度值的情况下，利用从两个值得到的平均温度值)，则温度传感器将所测量的温度值传送到控制单元22。然后后者搜索存储器20关于扫描仪20的相关温度敏感性，据此产生作用变量并将后者传递至激励器28，激励器28根据作用变量沿z方向移动透镜26。依靠透镜26的这种移动，再调整了光束焦点的预设位置，使得也考虑以及校正了由于实际温度的波动而发生的患者适配器的实际光学长度的变化和/或激光手术设备10的有效焦距的变化。

根据图2中所示的激光手术设备10的第二实施例，扫描仪20包括沿治疗激光光束的传播方向在位置上可移动的且沿激光辐射的传播方向布置在偏转反射镜42的上游的透镜26。在这种方式下，扫描仪20为具有三维扫描特征的3D扫描仪，使得激光辐射可通过3D扫描仪20沿任意方向(x,y,z)偏转。

借助于温度传感器50、52、54、56和控制单元22对所测量的温度值进行的记录和估值以类似于图1中所示的第一实施例的方式来实现。区别于第一实施例，在图2中所示的第二实施例中，焦点的预设和焦点的再调整都通过由控制单元22所控制的3D扫描仪20来实现。

Claims (10)

1.一种用于眼科激光手术的设备(10)，包括：

光学成像系统，用于将治疗激光光束(14)成像于焦点上，

温度测量装置，用于测量为所述光学成像系统设定的温度，

连接到所述温度测量装置的电子控制装置(22)，被构造为根据所测得的温度控制所述焦点设置，

接触面(34)，用于待治疗的眼睛(16)的成形邻接，以及

测量装置(38)，用于测量所述接触面(34)关于所述治疗激光光束(14)的传播方向的位置，所述测量装置(38)提供表示在所述接触面(34)上至少一个位置处所测得的所述接触面(34)的位置的测量位置数据，所述电子控制装置(22)被构造为根据所述测量位置数据预设所述焦点。

2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中所述温度测量装置包括布置在所述光学成像系统中的光学部件(18、20、42)的至少一个上且连接至所述电子控制装置(22)的一个以上的温度传感器(50、52、54、56)。

3.根据权利要求2所述的设备(10)，其中所述光学部件(18、20、42)具有至少一个用于控制所述焦点的可控制光学元件(26)。

4.根据权利要求3所述的设备(10)，其中所述可控制光学元件(26)具有至少一个沿所述治疗激光光束(14)的传播方向在位置上可变的透镜。

5.根据权利要求4所述的设备(10)，其中为了控制所述焦点，所述电子控制装置(22)被构造为产生用于改变所述在位置上可变的透镜的位置的作用变量。

6.根据权利要求3所述的设备(10)，其中所述电子控制装置(22)具有所述焦点与温度之间的相关性作为函数被存储于其中的存储单元(24)，以及所述电子控制装置(22)被构造为基于所存储的函数和所测得的温度来控制所述焦点。

7.根据权利要求2所述的设备(10)，其中所述测量装置(38)包括提供测量光束的辐射源，且所述光学部件(18、20、42)被设计且被布置为还使所述测量光束通过所述接触面射至所述眼睛上。

8.根据权利要求1所述的设备(10)，其中所述测量装置(38)包括光学干涉仪。

9.根据权利要求1所述的设备(10)，其中所述接触面(34)为能更换布置的一次性部件的一部分。

10.根据权利要求1所述的设备(10)，其中所述治疗激光光束(14)的脉宽处于飞秒量级以内。