CN104812340B - 用于监测角膜组织的装置、界面单元、吸引环和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于切割或消融眼睛的角膜组织的装置和方法提供了对离开所述眼睛(18)的电磁辐射的检测。提供了检测器(36)，其耦合至控制所述切割或消融激光辐射的计算机，以便可以产生离开所述眼睛的辐射(26，28)的二维或三维图像。

Description

用于监测角膜组织的装置、界面单元、吸引环和方法
技术领域
本公开总体上涉及角膜手术，更具体地说，涉及监测二次谐波产生(SHG)、三次谐波产生(THG)、荧光辐射和/或等离子体辐射，以产生患者角膜的模型。
背景技术
在眼部手术例如LASIK(激光辅助原位角膜磨镶术)手术中，可以收集关于眼睛的信息用来手术。例如，可以测量角膜组织在手术前的形状或厚度或手术期间所作切割的深度。作为另一实例，可以获取由于先前手术所致的角膜组织内任何疤痕的图像。
根据已知技术的一种用于切割眼睛角膜组织的装置被公开在例如WO 2011/003431 A1中。该装置通常包括所谓的吸引环，它被放置在眼睛上并通过在吸引环和眼睛前表面之间产生真空而附接在眼睛上。吸引环单元是用来防止眼睛在屈光手术或通过激光辐射进行的任何其它眼睛治疗期间产生非所需的移动。激光辐射是通过光学单元来定形和引导，该光学单元通常包括若干个用于相对于眼睛，特别是相对于待被切割的眼睛角膜组织引导和聚焦激光辐射的光学元件。
应该了解，和LASIK相比，本发明可以与人眼中的组织切开一起使用，例如在角膜移植术(例如，角膜移植中的前或后板层角膜移植术、穿透性角膜移植术)、用于折射校正的透镜摘出术、用于稳定圆锥角膜和角膜凸起(例如，用于嵌入intacs，即用于角膜的生物力学稳定的小型移植环部分)的角膜内环部分切割、白内障切开术、老花眼晶状体切开术、基质内镶嵌术、用于散光的角膜切开术、角膜切除术等等中。
WO 02/076355 A2描述了一种用于眼睛组织的微创到无创光学治疗和其诊断的方法，其中通过从角膜组织重发射的辐射进行组织的三维成像。该重发射是由还用于消融的激光系统产生。
发明内容
本发明的一个目的是改善角膜组织的成像。
本发明的实施方案基于如下发现：在角膜手术之前、期间和/或之后，碰撞辐射在角膜组织中产生电磁辐射，该电磁辐射可以用来产生例如角膜的三维模型以用于诊断目的，或用来监测在切开和基质重塑期间的角膜组织的层。
响应于角膜组织与脉冲激光辐射的相互作用而离开眼睛的该电磁辐射是例如SHG、荧光辐射以及THG和等离子体辐射。激光束的辐射脉冲具有在纳秒、皮秒、飞秒或阿秒范围内的脉冲持续时间。
本发明的一个实施方案是基于如下发现：该离开眼睛的辐射对于在屈光手术之前、期间和/或之后的诊断目的来说是受关注的。尽管该离开眼睛的电磁辐射相对较低(特别是由于它的产生具有非线性特征)，但是它可以被光子计数器检测到。
如果响应于屈光手术之前、期间或之后的短脉冲激光辐射而离开眼睛的电磁辐射是在角膜组织内产生，则该辐射包括有关角膜组织的子结构的信息。所述子结构可以是三维的。在本说明书中，术语“二次谐波辐射”(SHR)用来指代通过SHG产生的辐射。类似地，术语“三次谐波辐射”(THR)用来指代在屈光手术期间通过THG产生的辐射。
例如，如果在切割或消融角膜组织的所述激光辐射的扫描期间，SHR、THR、荧光或等离子体辐射被例如光子计数器检测到，则该检测信号可以经处理以获得例如可以显示给外科医生的二维或三维图像，外科医生可以推导出关于该治疗的进一步信息
由于切割或消融激光辐射的聚焦点的位置是已知的，从中发出所述电磁辐射(SHR、THR、荧光或等离子体辐射)的角膜组织的位置也是已知的，因此后一辐射的二维图片可以从由计数SHR、THR、荧光或等离子体辐射的光子的光子计数器所产生的信号来获得。通过在角膜的不同层中(即在角膜中的不同深度)进行这个步骤，可以产生代表角膜的某些特征的三维图片。
离开眼睛的电磁辐射可以通过使用过滤器和/或通过空间辨别(即通过将检测构件定位在主要接收SHR、THR、等离子体和/或荧光辐射，而没有或较少有可能干扰待检测信号的其它辐射的位置)降低其它非所需信号的影响来检测。
包含在被检测到的离开眼睛的辐射中的上述信息可以通过例如实证研究来获得。例如，对于包括已知子结构的角膜组织，这样的经验信息可以通过利用激光辐射切割或消融该角膜组织和测量例如上述被检测到的SHR、THR、荧光和/或等离子体辐射的特定特性以及处理检测到的辐射以获得所述离开眼睛的辐射的图像而产生。针对许多具有已知子结构的角膜组织(例如，非活体眼睛)凭经验产生这类图像，以获得角膜子结构的经验“集合”，其中子结构产生例如SHR、THR、荧光和/或等离子体辐射的某些图像，以便后来在活体内屈光手术期间，所获得的SHR、THR和荧光辐射的图像允许得到有关产生类似图像的角膜子结构的结论。
因此，在活体内屈光手术期间，由SHR、THR、等离子体和/或荧光辐射产生的所述图像可以显示给外科医生，外科医生可以从这些图像推导出关于经治疗的角膜组织的特性的结论。
本文所使用的术语“切割”具体地说包括由在聚焦点处聚焦的激光辐射所引起的光子裂解或激光诱导光学击穿(LIOB)。用于这种“切割”的激光系统可以在比切割或切开所需的激光功率低的激光功率下操作，以获得信号。
本发明的一个目的是提供用于在屈光手术之前、期间或之后监测眼睛的角膜组织的设备和方法，它们对于分析和/或诊断(例如，通过测量、检测、计算)角膜组织具有增强的可用性。
为此，本发明的实施方案提供了一种用于监测眼睛角膜组织的装置，所述装置包括：激光辐射发射源、用于相对于角膜组织引导和聚焦所述激光辐射的光学单元、适于连接到眼睛的吸引环单元和适于连接到吸引环的界面单元，其中所述界面单元的至少一部分和/或所述吸引环的至少一部分对离开眼睛的电磁辐射透明或半透明。
进一步实施方案还可以提供可连接到所述界面单元的耦合单元。该耦合单元可以连接在界面单元和吸引环之间，或者该耦合单元可以连接在界面单元和将激光辐射从激光引导至界面单元的光学单元之间。该任选的耦合单元可以表现为特殊透镜，其作为例如过滤器元件以阻断具有某些波长的辐射，而其它波长透过该透镜，以使得此透射辐射可以被检测到。
本发明还提供了一种用于切割或消融眼睛角膜组织的方法，其包括以下步骤：将脉冲激光辐射引导至眼睛上以及监测从眼睛发出和由所述脉冲激光辐射引起的SHG、THR、荧光或等离子体。
在上述“用于切割或消融角膜组织”的用语中，字词“或”不是指排他性的或者，即装置和方法都可以进行切割和/或消融角膜组织。切割还可以意指通常由FS-激光进行的切开，而消融通常由准分子激光进行。根据本发明的一个实施方案，SHG和荧光辐射是在比切割或消融低的激光辐射功率密度水平下进行。相同的激光系统可以在不同水平的功率密度下一方面用于上述应用，即SHG或THG或荧光或等离子体辐射，以及另一方面用于切割或消融。
上文“离开眼睛”的用语包括离开眼睛的前表面或暴露表面的辐射。
本发明的实施方案利用如下发现：在屈光激光手术的上述程序期间施加的高功率密度的激光辐射产生所施加辐射的SHG和THG。应该了解，和等离子体辐射或荧光相比，这种SHG和THG在光学介质例如角膜中非线性地产生，且还在点光裂解或光消融下发展。另外，应该了解，荧光和SHG还可以在没有光裂解或光消融的点处发展。
为了收集该离开眼睛的电磁辐射，界面单元的至少一部分或吸引环的至少一部分被制作成对该辐射透明或半透明，以使得它可以被例如配置在吸引环或界面单元后面的辐射路径中的光子计数器检测到。根据该装置的设计，界面单元和吸引环都可以包括所述透明部分或者仅其中一个可以包括所述透明部分。离开眼睛的电磁辐射从所述透明部分的远端进入并从所述部分的近端离开。另外，可以用一个或多个光导纤维将光子引导到光子计数器或其它类型的检测器。如果在本说明书的上下文中提及吸引环或界面单元的一部分，其中所述部分是透明或半透明，则这个部分不是现有技术中用来接触和压平角膜的已知压平板。相反地，如果在本说明书的上下文中提及所述透明或半透明部分，则它指的是不同于所述压平板的同样透明且挤压角膜以将其压扁的元件。相反地，如果在本说明书的上下文中，它是指界面单元和/或吸引环的至少一部分，其中所述部分是半透明或透明，则根据本发明的实施方案，这意指吸引环和/或界面包括被设计成收集离开眼睛的辐射并将收集到的辐射引导至检测器的透明或半透明部分或元件。根据本发明的实施方案，从上述吸引环和/或界面单元的部分的意义上说，整个吸引环和/或整个界面单元可以被设计成收集和引导离开眼睛的辐射。根据本发明的实施方案，一个或多个纤维可以配置在吸引环和/或界面单元内或上，以收集和引导离开眼睛的辐射，将收集到的辐射引导至检测器。该检测器可以是光子计数器。
离开眼睛的辐射显得对产生SHR、THR、等离子体辐射或荧光辐射的激光辐射脉冲的时序具有时间依赖性。因此，为了改善信噪比(SNR)，控制检测器(例如，光子计数器)对激光脉冲的时间依赖性，以使得用于检测的时间窗口仅在所需信号光子处在和接近其最大值时打开。
另外，可以在待检测的辐射的路径中使用过滤器，以防止不具有SHR、THR、等离子体辐射或荧光的波长的光子进入检测器(光子计数器)。
附图说明
本发明的例示性实施方案将根据附图在下文中更详细地加以描述：
图1示意地示出了一个用于治疗眼睛角膜组织的装置；这个装置还可以用于产生短激光辐射脉冲，以产生包括SHR、THR、等离子体辐射和荧光辐射的群组中的一个；
图2示出了根据图1的装置的吸引环和界面单元的分解表示；
图3示意地示出了根据图1或2的装置中的检测器配置，且
图4示出了根据图1或2的装置中的检测器配置的另一个示意实例。
具体实施方式
如图1中所示，用于监测、切割和/或消融眼睛角膜组织的装置包括激光源10，其发射适用于例如LASIK程序的激光辐射12。由激光源10发射的激光辐射在聚焦后可以包括适用于监测、切割或消融角膜组织的功率密度。
如LASIK领域的技术人员已知，光学单元14形成和聚焦所发射的激光辐射。聚焦的激光辐射16扫过待治疗的眼睛18的区域，用于例如监测、切割角膜瓣或进行上述角膜组织消融或其它屈光手术。辐射聚焦在眼睛的角膜20上/内。
吸引环22附接在该角膜的前表面上。为了在吸引环和角膜之间产生真空，吸引环22的插座22A中的真空管22B被连接到真空泵(未示出)。
界面单元30也通过真空附接在吸引环22上，该真空是通过连接到真空泵(未示出)的真空管22C而产生。
界面单元30在相关领域中有时被称作“眼睛锥体”。在本发明的上下文中，术语“界面单元”包括直接或连接到吸引环22的机械元件。更具体地说，术语“界面单元”还包括所谓的机械界面单元。根据本发明的实施方案，除了吸引环和界面单元以外，可以存在如图3和图4中所示的耦合单元40。该耦合单元可以在吸引环22和界面单元30(如图3和图4中所示)之间，或者该耦合单元可以配置在耦合单元30和光学单元14之间。
聚焦的脉冲激光辐射16在其焦点处包括足以产生光裂解或光消融的功率密度。这种光裂解或光消融包括适合在非线性光学效应中产生碰撞激光辐射的SHG和THG(即响应于激光辐射而离开眼睛且分别具有激光辐射波长的一半和激光辐射波长的三分之一的波长的辐射)的等离子体。
具有上述波长的辐射由图1中的箭头表示。这种辐射离开眼睛18并进入部分32，特别是界面单元30的壁部。界面单元30的这个部分32对离开眼睛18的电磁辐射26透明和/或半透明。图1中的箭头28指示出所述辐射通过界面单元30的部分32的路径。如所示出，离开眼睛18的电磁辐射通过窗体34并进入检测器36，例如光子计数器。额外的过滤器(未示出)可以放置在所述辐射的路径中，以防止具有非所需波长的辐射进入检测器36。
在图1所示的实施方案中，在界面单元30的锥形壁内部提供了如箭头所示的辐射的光束路径。所述壁的外表面可以被涂覆来防止除了离开眼睛的辐射26以外的任何辐射进入该光束路径。另外，界面单元30的壁部的内表面可以涂有反射表面，以使得离开眼睛的光子以最小的强度损失被引导到检测器36。
计算机38控制激光源10和光学单元14，特别是关于激光脉冲的时序和聚焦激光点相对于角膜20的扫描。因此，计算机38“知道”产生电磁辐射26的位置，这样该计算机可以产生一个地图，在该地图上被检测器36计数的光子根据角膜中产生SHG、THG、等离子体或荧光辐射(取决于如何调整检测器用来监测)的位置被坐标化。
通过对角膜的不同层的绘图，可以分别产生代表SHG、THG、等离子体和/或荧光辐射的三维发射的三维图像。所述图像可以显示给外科医生，外科医生可以使用该图像推导出有关经治疗的角膜内的子结构的结论。
图2示出了吸引环22和界面单元的分解表示。在附图中，具有相同或类似特性的标的物是由相同的参考数字表示，这样就不需要重复描述。
图3示出了用于诊断和/或切割和/或消融眼睛角膜组织的装置的实施方案，其中除了图1和图2中所示出的以外，在吸引环22和界面单元30之间提供了耦合单元40。该装置除了吸引环22以外是否包括耦合单元或者界面单元30是否直接耦合至吸引环22取决于该装置的具体设计。根据本发明的实施方案，对离开眼睛18的电磁辐射26透明或半透明的所述部分可以是吸引环22和/或耦合单元40(如果有)和/或界面单元30的部分。
在图3所示的实施方案中，检测器36a(对应于上述检测器36)直接配置在位于界面单元30的远端的耦合单元40的上方。
在图3所示的实施方案中，耦合单元40配置在吸引环22和界面单元30之间。或者，根据装置的具体设计，耦合单元还可以配置在界面单元30的另一侧上，即在界面单元30和光学单元14之间。
在图4所示的实施方案中，检测器36B被配置在界面单元30的近端。光导纤维42将待检测的光子从界面单元30的远端引导到检测器36B。

Claims (6)

1.一种用于治疗眼睛的角膜组织的装置，所述装置包括
-源(10)，其被配置来发射适用于监测、切割或消融角膜组织中至少一个的脉冲激光辐射，
-光学单元(14)，其被配置来相对于所述角膜组织引导和聚焦所述激光辐射，
-用于检测离开所述眼睛的电磁辐射的检测器(36)，所述电磁辐射是所述激光辐射的二次谐波、所述激光辐射的三次谐波和由所述激光辐射引起的荧光辐射中的至少一个，
-吸引环单元(22)，其适于连接到所述眼睛(18)，和
-界面单元(30)，其能够连接到所述吸引环单元(22)，
其中
-所述界面单元(30)的至少一部分(32)对离开所述眼睛(18)的所述电磁辐射透明，
所述界面单元(30)的至少一部分(32)包括所述界面单元(30)的锥形壁，在该锥形壁内，存在用于将所述电磁辐射引导到所述检测器(36)的光束路径。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述界面单元(30)对波长短于所述脉冲激光辐射的波长的电磁辐射透明。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述激光辐射源发射在纳秒、皮秒、飞秒或阿秒范围内的激光脉冲。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述检测器(36、38)执行离开所述眼睛的辐射的时间依赖性检测。
5.一种用在根据权利要求1所述的装置中的界面单元(30)。
6.根据权利要求5所述的界面单元(30)，其中离开所述眼睛的所述电磁辐射是UV辐射。
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