CN103167852A

CN103167852A - 使用激光技术加工人眼的设备和方法

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Publication number: CN103167852A
Application number: CN2010800693698A
Authority: CN
Inventors: 克里斯托夫·德尼茨基; 约尔格·克伦克; 克里斯蒂安·维尔纳
Original assignee: Wavelight GmbH
Current assignee: Alcon Inc
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN103167852B; CA2812848C; CA2812848A1; AU2010361366A1; AU2010361366B2; EP2621428A1; WO2012041352A1; KR101496217B1; JP5739538B2; JP2013544542A; KR20130093638A; EP2621428B1; ES2525110T3

Abstract

本发明涉及一种使用聚焦的激光辐射切割人的角膜（45）的设备，该设备包括用于调整光束焦点的位置的可控组件、用于控制所述组件的控制计算机和用于控制计算机的控制程序。所述控制程序包含指令，指令被设计成当所述指令由控制计算机运行时在角膜中根据预定的切割图案产生切口（38、40、43）。所述切割图案限定了角膜床（42）、在床（36）上布置的瓣（36）以及沿瓣的边缘在瓣的周界边缘的介于床和瓣之间的区域中延伸的至少一个角膜组织条（46）。一旦将瓣折开，就可以移除所述组织条并且可以以在切削后无折叠的方式将瓣（36）折回到床（42）的表面上。还可以避免由微褶皱引起的视力损害。

Description

使用激光技术加工人眼的设备和方法

技术领域

本发明涉及利用聚焦的通常脉冲式的激光辐射在人角膜中产生切口。具体地，本发明涉及实施LASIK治疗和利用这样的激光辐射制备LASIK瓣。

背景技术

经常使用的用于消除人眼视力缺陷，例如短视或长视或/和散光的技术是所谓的LASIK。LASIK表示激光原位角膜磨镶术并且代表下面的技术，在该技术中首先在角膜的表面上切开小圆片（薄瓣），将所述小圆片折到旁边以便暴露角膜的下层组织区。然后，利用聚焦的UV激光辐射以切削的方式处理这些暴露的组织区，即根据为患者单独确定的切削轮廓切除角膜物质。

被切开的角膜的表面圆片在专家圈中通常被称为瓣，其与余下的角膜不完全脱离，而是在瓣蒂（hinge）区仍与余下的角膜组织连接，瓣蒂区在专家圈中常常被称为瓣蒂。这能够将瓣简单地折开，尤其是在切削后将瓣简单地折回。由于物质的切除，所以在将瓣折回后，角膜的前表面出现形状变化。这造成角膜的不同折射行为，因此造成由眼睛构成的整个系统的不同折射行为。通过适当地建立切削轮廓，可以保证视力缺陷至少明显减弱，最乐观地甚至几乎完全消除视力缺陷。

现有技术中，多种制备瓣的方法是已知的。一种方法使用机械显微角膜刀，即用一般以振动的方式驱动的切割刀片切入角膜内的显微外科面。在本发明的范围内更详细地考虑的另一方法使用聚焦的超短脉冲激光辐射来制备瓣。通常，在此情况下使用具有飞秒范围的脉冲宽度但是具有低位皮秒范围频率的激光辐射。为了设置角膜切口，为此目的使用的激光辐射必须具有300nm以上的波长，以便能够将辐射能量耦合到角膜组织内部深处。利用这样的超短脉冲激光辐射制备瓣的LASIK治疗经常被称为fsLASIK。

为了利用聚焦的激光辐射在透明物质（对激光辐射透明）中产生切口，通过物理效应使用被称作激光诱导光穿透的方法。这造成在焦点区域中被照射的组织的光离解（photodisruption）。通过设置多个彼此相邻的这样的光离解，在角膜中（还在眼睛的其它组织部分内，然而本发明中将不进一步考虑其它组织部分）可以实现二维切口图和三维切口图。可以以下面的方式设置激光辐射的辐射参数，在该方式中每个单独的激光脉冲导致光离解。同样，可想到以下面的方式设置辐射参数，在该方式中光离解仅在将若干个（至少两个）激光脉冲照射到基本相同的点以后才发生。

特别是在通过LASIK治疗矫正近视（短视）病症的情况中，出现了瓣在切削后不能再最适宜地嵌入创口区（角膜床）内的问题。这是由于为了矫正近视病症，对物质最集中的切除常常在被切削加工的光学区中央发生。由此，光学区的曲率半径与切削前的状态相比减小。这伴随着光学区的沿表面测量的弧长减小。如果现在将瓣折回到角膜床上，那么情况可能是瓣不理想紧贴地嵌入角膜床上，而是在瓣中产生皱痕。该现象也称为褶皱（striae），其可以引起患者视力的不合意的损伤。为了消除由瓣褶皱引起的并发症，一种观点可以是例如在将瓣折回到角膜床上以后加热瓣，以及弄平瓣。然而，这由于进一步的治疗步骤而对患者构成额外负担。

发明内容

本发明的目的是使对人眼进行的LASIK手术，特别是那些用于消除近视病症的手术以尽可能少的视力损伤而令患者接受。

为了实现该目的，根据一个方面，提供一种用聚焦的激光辐射加工人的角膜的设备，所述设备包括用于设置辐射焦点的位置的可控组件、用于控制这些组件的控制计算机以及用于所述控制计算机的控制程序。所述控制程序包含指令，所述指令被设计成在由所述控制计算机运行时导致根据预定的切口图在所述角膜内产生切口，所述切口图限定角膜床、位于角膜床上的瓣以及位于所述瓣的周界边缘的介于角膜床和所述瓣之间的区域中并且沿所述瓣的边缘延伸的至少一个角膜组织条。

本发明基于下面的认识：通过有目的地缩短瓣，可以更好避免褶皱的形成，使得可以省掉后面的对角膜的复杂的平滑措施。瓣的缩短是适宜的，使得在切削治疗以后，瓣准确地嵌入角膜（基质）床内并且不形成皱痕或者仅至少不形成显著的皱痕。为了缩短所述瓣，在所述瓣的周界边缘上，切出至少一个组织条，在将所述瓣向上折起后将至少一个组织条移除。所述切口图适宜地提供该组织条与所述瓣和与周围的角膜床的完全分离。根据在设置所述切口以后所述组织条是否仍经由连续的光离解之间的狭组织纽带与邻近的组织联结以及联结的程度，在将所述瓣向上折起的过程中，所述组织条可能跟随所述瓣，也可能继续位于床内。对于手术医生而言，在任何情况下，根据情况将组织条从床中取走或者从瓣上取走是同样容易的。

所述组织条可以基本在所述瓣的边缘的全部周界长度上延伸，也就是说，基本在边缘的从瓣蒂的一端至另一端的全部长度上延伸。可替代地，所述组织条可以仅在所述瓣的边缘的周界长度的一部分上延伸，甚至可想象所述切口图限定沿所述瓣的边缘的不同周界区延伸的多个的至少两个组织条。所述组织条的数量和周界长度首先取决于所述切削轮廓，所述切削轮廓常常不是旋转对称的，而是例如在存在散光时可以沿周界方向非对称。于是，这样的非对称也可以反映在所述组织条的沿所述瓣的边缘的周界方向的变化剖面中。

所述组织条可以完全位于角膜表面下方，使得所述瓣的缩短仅发生在所述角膜的前表面下方。当然，同样可想到所述组织条延伸至所述角膜的前表面并且在哪里具有不消失的有限的宽度。在此情况下，在所述角膜的前表面上还发生“轻微的”缩短。根据后来切削过程中物质切除的程度，这可能是必须的。

鉴于在近视病症的治疗过程中在切削后消失的光学区的弧长，如果当从角膜的前表面朝角膜的较深区的方向看时组织条的剖面具有增大的宽度，那么这是适宜的。所述组织条的剖面可以是例如近似楔形的。

为了制备所述瓣和所述组织条，所述切口可以包括第一切口以及两个第二切口，所述第一切口限定所述瓣的完全位于所述角膜内的深处的并且优先地平行于所述角膜的前表面延伸的下侧，所述两个第二切口彼此间隔，特别地以有角度的方式汇入所述第一切口内并且在所述两个第二切口和所述第一切口之间界定所述组织条，所述两个第二切口中的至少一个伸展至所述角膜的前表面。在此情况下，所述两个第二切口可以在所述角膜的前表面下方彼此交汇。然而，如果所述组织条延伸至所述角膜的前表面，那么所述两个第二切口可以在所述角膜的前表面上直接彼此交汇或者彼此间隔，或者可以延伸至所述角膜的前表面而不彼此相交。

根据优选配置，所述控制计算机可以访问代表角膜切削轮廓的切削数据，所述控制计算机被设置成根据所述切削数据以取决于所述瓣的边缘的周界位置的方式确定所述切口图，特别地确定所述组织条的剖面。通过以上述方式向执行LASIK切口的激光设备提供切削数据，可以在形状和尺寸方面最佳地建立待移除的组织条。然而，将理解，不是根据患者特定的切削数据建立组织条的剖面，而是可以根据经验数据或者根据限定的理论模型建立组织条的剖面，也就是说建立组织条的形状和尺寸。

根据另一方面，一种用于加工人眼的方法包括下面的步骤：

利用第一聚焦的激光辐射根据预定的切口图在眼睛的角膜内产生切口，所述切口图限定角膜床、位于角膜床上的瓣以及位于所述瓣的周界边缘的介于角膜床和所述瓣之间的区域中并且沿所述瓣的边缘延伸的至少一个角膜组织条；

将所述瓣向上折起；

移除所述至少一个组织条；

利用第二聚焦的激光辐射根据切削轮廓切削所暴露的床组织；

将所述瓣折回。

所述方法可以进一步包括根据所述切削轮廓确定所述切口图的步骤。所述切口图的确定可以包括：确定横跨床表面的至少一部分测量的至少一个线段在切削后与切削前相比较产生的长度差异；以及根据所确定的长度差异，建立所述组织条的剖面。横跨床表面测量的线段是例如被切削处理的光学区的穿过中心的从光学区一个边缘至相对边缘的那个线段。关于这一方面，线段的长度对应于光学区的穿过中心测量的弧长。就在切削的领域内实施物质的旋转非对称切除而言，建议通过例如使用与角膜的前表面或者与床表面相关的地形解析数据确定多个不同角位置的弧长差异（即切削前与切削后相比较），以便以此方式能够单独地调整组织条的几何形状。这能够最佳地确定组织条的剖面的发展方式，因此最佳地将组织条的剖面调整适合于单个患者的情况。

附图说明

下面将根据附图进一步解释本发明。所图示的是：

图1用示意框图表示出用于设置角膜内切口的激光设备的实施例；

图2示意性地示出了在用于矫正近视病症的LASIK治疗中切削前的情况和切削后的情况；

图3示意性地示出了在楔形形状边缘缩短的LASIK瓣；以及

图4至图6示出为了产生缩短的LASIK瓣而设置切口的多种变化。

具体实施方式

图1所示的通常由10表示的激光设备包括激光源12，激光源12产生具有飞秒范围的脉冲宽度的激光束14。在激光束14的光束路径中布置多个组件，除别的以外，多个组件包括本发明示意性表示为统一功能框的扫描模块16、固定的偏折镜17以及聚焦物镜18。扫描模块16用于激光束14的焦点位置的横向控制和纵向控制。本发明中，“横向”表示与激光束14的传播方向成直角的方向；“纵向”指沿光束的传播方向。为了使激光束14横向偏移，扫描模块16可以例如包括一对电测量地致动的扫描器镜，该对扫描器镜能够围绕互相垂直的轴线偏向。可替代地，例如可想到利用电光晶体的横向偏移。

为了对焦点位置进行纵向控制，扫描模块16可以例如包含纵向可调的透镜或者具有可变折射能力的透镜或者可变形的镜子，利用这些能够影响激光束14的发散，因此能够影响光束焦点的纵向位置。

将理解，扫描模块16的用于焦点位置的横向和纵向设置的组件可以沿激光束14的光束路径分布，特别地可以容纳在不同的模块单元内。例如，纵向焦点控制的功能可以通过在扩束器（例如伽利略望远镜）内布置的透镜来实现，而用于横向焦点控制的组件可以容纳在扩束器和聚焦物镜18之间的单独的模块单元内。图1中将扫描模块16表示为统一功能框仅用来使布局更清楚。

优选地，聚焦物镜18是f-theta物镜并且在其光束发出侧优先分离地与患者适配器20联接，患者适配器20形成用于待治疗的眼睛22的角膜的邻接接口。为此，患者适配器20示出接触元件24，接触元件24对激光辐射透明并且在其面向眼睛的下侧表现出用于角膜的邻接面（接触面）26。在图示的示例性情况中，邻接面26被构造为平的表面，并且用于通过用适当的压力将接触元件24压在眼睛22上或者通过用减小的压力将角膜吸到接触面26上来拉平角膜。接触元件24（在平行平面的构造中通常表示为扁平板）附接在隔离椎28的窄端。接触元件24和隔离椎28之间的连接可以是不可分的，例如由于粘接而不可分；可替代地，其可以是由于例如螺纹接合而不可分。在隔离椎28的宽端，隔离椎28以未详细示出的方式具有用于与聚焦物镜18纵向、横向和位置上稳定的联接的适合联接结构。

激光源12和扫描模块16受控制计算机30控制，控制计算机30根据存储在存储器32中的控制程序34来工作。控制程序34包含指令（程序代码），指令（程序代码）在被控制计算机30运行时如此导致对激光束14的光束焦点位置的控制，使得在眼睛22的抵靠接触元件24的角膜中产生LASIK瓣。在考虑该瓣的特点以前，我们简要地参考图2，图2示意性示出眼睛22的常规角膜瓣36，常规角膜瓣36通过床切口38和边沿切口40与余下的角膜组织分离并且紧贴地位于由切口38、40界定的基质床内。本发明中用42表示该床。

在图2中，假设在具有直径d的光学区中用适合的UV激光辐射以切削的方式处理床42。将理解，为此目的应当事先将瓣36折到旁边，以便暴露待加工的光学区。切削是用于矫正近视病症，即物质的切除在光学区中央是最大的并且朝光学区的边缘减少。因此，在切削后，像在44处以虚线方式的示例性形式示出那样产生床42的表面。显而易见，在床表面上横跨光学区中央从边缘到边缘测量的线段在切削后比切削前短。像对于床作为整体的边缘到边缘线段一样，这对于所切削的光学区的边到边线段成立。从物质的切除是旋转对称的角度来说，床表面沿所有子午线方向的弧长缩短至少是基本相同的。在沿不同子午线方向需要不同切除程度的更复杂切削轮廓的情况中，床表面弧长的差异可以在切削前状态和切削后状态之间相应地变化。

不管怎样，床表面的弧长缩短具有的结果是在切削后，瓣36不能紧贴地嵌入现在降低的床42内：由于瓣在光学区的区域中的下侧具有比被切削的床表面更长的弧长，所以在瓣36被折回时，瓣36不能以其全部区域抵靠床表面。代替这样的是，瓣形成相对小的皱痕（微褶皱）。在没有随后补充手段的情况下，这些微褶皱继续存在并且它们在一些情况中显著地损害视敏度。

将理解，关于图2做出的评论涉及眼睛的非扁平（non-applaned）状态，也就是说，涉及眼睛22不再抵靠图1所示的激光设备的接触板24的状态。

为了获得LASIK瓣在基质床上的改进的后切削密切嵌合，通过近似楔形的组织条在那里与瓣的边缘分离，由控制程序34表现的切口图提供瓣的边沿缩短。关于这一点，现在将参考图3。即便图3所示的瓣是已经根据本发明缩短的瓣，但是出于使布局在图3中和在下面的图中清楚的原因，将使用与图2中相同的附图标记。

除了床切口38和边沿切口40以外，图3所示的切口图包括楔形切口43，楔形切口43沿瓣边缘的周界方向至少很大程度地在边沿切口40内径向（相对于眼睛22的角膜（由45表示）的虚中心（未详细示出））行进，并且与边沿切口40和床切口38一起界定了组织条46，组织条46的剖面是近似楔形的并且组织条46可以在瓣36的提起和折开以后取出。在图示的示例性情况中，床切口38与角膜前表面平行地在角膜45的大致一致的深度行进。边沿切口40以及楔形切口43以相对于床切口38成角度的方式朝角膜的前表面48的方向行进。边沿切口40和楔形切口43之间的径向间距在床切口38的区域中是最大的；当边沿切口40和楔形切口43沿朝角膜的前表面48的方向推进时，边沿切口40和楔形切口43彼此靠近。

由条46形成的组织楔形的尺寸取决于床表面沿所考虑的子午线方向的弧长的切削后减小程度。此外，尺寸取决于该弧长缩短是否能够被单个组织楔形或者被位于瓣的在直径方向相对的边沿区内的两个组织楔形抵消。在瓣的位于与瓣蒂相对位置的那些边沿区中，弧长沿所考虑的方向的全部差异必须通过单个组织楔形补偿。在余下的子午线方向中，弧长的差异可以通过位于瓣的彼此相对的边沿点处的两个组织楔形补偿。因此，组织条46的尺寸和形状（或者概括地说剖面）可以在沿瓣边缘的周界方向前行时变化。具体地，在位于与瓣蒂相对位置的那些边沿区中，组织条46可以具有比余下的周界区的剖面更大的剖面。

根据切削轮廓，组织条46可以在瓣边缘的全部周界上延伸。还可想到，组织条46仅沿瓣边缘的一部分延伸。甚至可想象，沿瓣边缘产生在周界方向彼此间隔的几个组织条46。

即便在图3中和在下面的图中，边沿切口40和楔形切口43每个被表示为由直线构成的剖面的切口，但是将理解这绝不是必要的。具体地，对于楔形切口43而言，还可以容易地选择非直线的切口迹线。

在图3所示的示例性情况中，边沿切口40和楔形切口43基本直接在角膜的前表面48上彼此交汇。图4至图6示出边沿切口40的相对迹线和楔形切口43的相对迹线的多种变化。

在图4中，边沿切口40以及楔形切口43在角膜的前表面48下方相交，楔形切口43在距离角膜的前表面48的一段间隔处终止，并且边沿切口40延续至角膜的前表面48。

在图5所示的变形中，边沿切口40和楔形切口43类似地在角膜的前表面48下方相交，然而在此情况中，边沿切口40在角膜的前表面48以前的一段间隔处终止，相反楔形切口43延续至角膜的前表面48。

根据图6的改变示出边沿切口40和楔形切口43都延续至角膜的前表面48并且以彼此相距的一段间隔汇入角膜的前表面48内而没有彼此相交的情况。

通过瓣在其边缘优先地以楔形形状以上面介绍的方式缩短，有可能以如下的方式改变瓣，使得瓣能够被准确地插入切削后的基质床内。如所介绍的，缩短可以对除了瓣蒂所在的那些区域以外的全部的瓣执行。组织条46的剖面的计算（即概括地对角膜切口图的计算）可以通过考虑被切削处理的光学区的尺寸、角膜在切削前和切削后的折射能力以及角膜前表面的非球面性来执行。通过下面再现的数学公式提供可能的计算根据。

s = \frac{1}{1 + Q_{1}} {[{R_{1}}^{2} - y^{2} (1 + Q_{1})]}^{1 / 2} - \frac{1}{1 + Q_{2}} {[{R_{2}}^{2} - y^{2} (1 + Q_{2})]}^{1 / 2}

+ \frac{1}{1 + Q_{2}} {[{R_{2}}^{2} - \frac{O Z^{2}}{4} (1 + Q_{2})]}^{1 / 2} - \frac{1}{1 + Q_{1}} {[{R_{1}}^{2} - \frac{O Z^{2}}{4} (1 + Q_{1})]}^{1 / 2} - - - [2]

b_{1} = 2 R_{1} * \arcsin (\frac{OZ}{2 R_{1}})

b_{2} = 2 R_{2} \arcsin \sqrt{(1 - {(\frac{s (y = 0) - R_{1} + R_{2} + \sqrt{{R_{1}}^{2} - \frac{{OZ}^{2}}{4}}}{R_{2}})}^{2})}

Δb=b₁–b₂

P_手术前：角膜在手术前的折射能力（例如P_手术前=43dpt）

P_手术后：角膜在手术后的期望折射能力

R₁：光学区在切削前的曲率半径

R₂：光学区在切削后的曲率半径

n：角膜的折射率（n≈1.377）

b₁：光学区在切削前的弧长

b₂：光学区在切削后的弧长

OZ：光学区的直径

Q₁：角膜前表面在切削前的非球面度（-1<Q₁<1）

Q₂：角膜前表面在切削后的非球面度（-1<Q₂<1）

s：切削深度

y：径向索引变量（在最大切削点处y=0，即切削中心）

通过上面数学根据的帮助，对于物质的纯中央（旋转对称的）切除而言，考虑到角膜前表面的非球面度，可以计算出光学区的弧长Δb的差异（切削后与切削前相比）。当知道弧长差异时，有可能容易地计算待移除的组织条46的剖面。关于这一点，如所介绍的，应考虑到在直径上相对于瓣蒂的缩短应当通过单个组织楔形实现，而在其余侧，缩短可以分配给两个组织楔形。

以纯示例性的方式，在Q₁=Q₂=-0.3的非球面度值和6.5mm的光学区尺寸（直径）的假设下通过计算确定下面的数值表。该表针对待矫正的不同近视值规定了光学区弧长的最终差异。

这些数值是使用上面重现的数学根据计算的。

优先地，根据图1的激光设备的控制计算机30可以访问代表待实现物质切除的适合切削数据。切削数据可以例如存储在存储器32中。关于这一点，可以想到存储器32也可以由以后的用于眼睛切削治疗的单独的激光设备（未详细示出）的控制计算机访问。切削数据可以由该切削激光设备的控制计算机写入存储器32内，在这一点上，图1所示的切割激光设备的控制计算机30根据切削数据为各个患者计算适合的切口图。

Claims

1.一种用于利用聚焦的激光辐射加工人的角膜（45）的设备，包括：

用于设置辐射焦点的位置的可控组件（16）；

用于控制这些组件的控制计算机（30）；以及

用于所述控制计算机的控制程序（34），所述控制程序包含指令，所述指令被设计成在由所述控制计算机运行时导致根据预定的切口图在所述角膜中产生切口（38、40、43），所述切口图限定角膜床（42）、位于角膜床上的瓣（36）以及位于所述瓣的周界边缘的介于角膜床和所述瓣之间的区域中并且沿所述瓣的边缘延伸的至少一个组织条（46）。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述组织条（46）基本在所述瓣的边缘的全部周界长度上延伸。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述组织条（46）仅在所述瓣的边缘的周界长度的一部分上延伸。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述切口图限定沿所述瓣的边缘的不同周界区域延伸的多个的至少两个组织条。

5.根据前面的权利要求之一所述的设备，其中所述组织条（46）完全位于所述角膜的前表面（48）下面。

6.根据前面的权利要求之一所述的设备，其中所述组织条（46）沿所述瓣的边缘的周界方向具有变化的剖面。

7.根据前面的权利要求之一所述的设备，其中当从所述角膜的前表面（48）朝所述角膜（45）的较深区域方向看时，所述组织条（46）的剖面具有增加的宽度。

8.根据前面的权利要求之一所述的设备，其中所述组织条（46）的剖面是近似楔形的。

9.根据前面的权利要求之一所述的设备，其中所述切口（38、40、43）包括第一切口（38）以及两个第二切口（40、43），所述第一切口（38）限定所述瓣的完全位于所述角膜（45）内的深处并且优先地平行于所述角膜的前表面（48）延伸的下侧，所述两个第二切口（40、43）彼此间隔，特别地以有角度的方式与所述第一切口交汇并且在所述两个第二切口和所述第一切口之间界定所述组织条（46），所述两个第二切口中的至少一个伸展至所述角膜的前表面。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述两个第二切口（40、43）在所述角膜的前表面（48）下方彼此交汇。

11.根据前面的权利要求之一所述的设备，其中所述控制计算机（30）访问代表角膜切削轮廓的切削数据，所述控制计算机被设置成根据所述切削数据以取决于所述瓣的边缘的周界位置的方式确定所述切口图，特别地确定所述组织条（46）的剖面。

12.一种用于加工人眼的方法，包括：

将所述瓣向上折起；

移除所述至少一个组织条；

将所述瓣折回。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

根据所述切削轮廓确定所述切口图。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述切口图的确定包括：

确定横跨床表面测量的至少一个线段的切削后与切削前相比较产生的长度差异；

根据所确定的至少一个长度差异，建立所述至少一个组织条的剖面。