CN105380729B - 亲水性改变系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了允许聚合物材料(PM)的亲水性改变的系统/方法。PM亲水性改变通过降低PM折射率、提高PM电导率以及提高PM重量来改变PM特性。该系统/方法包括激光辐射源，该激光辐射源在PM的三维部分内产生紧密聚焦的激光脉冲以实现PM性质的这些改变。该系统/方法可以应用于形成定制的包括材料(PLM)的人工晶状体，其中，使用该系统/方法创建的晶状体通过外科手术定位在患者的眼睛内。植入的晶状体的折射率然后可以可选地随激光脉冲原位变化，以改变植入的晶状体的光学性质，从而实现最佳的纠正的患者视力。该系统/方法允许当患者的视力随年龄改变时对植入的晶状体进行许多原位修改。

Description

亲水性改变系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求发明人Ruth Sahler、Stephen Q.Zhou和Josef F.Bille于2012年11月14日向USPTO提交的、序号为61/726,383、案号为AAARE.0105P(原案号AAARE.0107P)、标题为“HYDROPHILICITY ALTERATION SYSTEM AND METHOD”的美国临时专利申请的权益，并且通过引用并入本文。
本申请要求发明人Ruth Sahler、Stephen Q.Zhou和Josef F.Bille于2013年3月15日向USPTO提交的、序号为13/843,464、案号为AAARE.0105、标题为“HYDROPHILICITYALTERATION SYSTEM AND METHOD”的美国实用新型专利申请的权益，并且通过引用并入本文。
版权的部分放弃
本专利申请中的所有资料都依据美国和其他国家的版权法受到版权保护。自本申请的第一个有效提交日起，该资料作为未发表的资料受到保护。
然而，对于拷贝该资料的许可特此被授予到如下的程度，即，版权所有者不反对任何人按照该专利文档或专利公开内容在美国专利商标局专利文件或记录中所登载的那样对它进行传真复制，但是保留所有版权权利。
关于联邦政府资助研究或开发的声明
不适用
微缩胶片附录(Microfiche Appendix)的参考
不适用
技术领域
本发明涉及材料的亲水性的改性。所述材料的亲水性通过使该材料曝露于针对的激光脉冲而改变。激光脉冲被吸收，并且改变所述材料内的分子的化学键。则所述材料(如果是疏水的)要么因为分子结构改变而吸收水，要么排斥水(如果所述材料是亲水的)。仅举例来说，本发明教导了一种用于使光学晶状体在晶状体主体内部的预定区域中的亲水性改性、而晶状体表面上的亲水性改变或不改变的激光系统和方法。本文中所描述的应用于本发明的实验中所使用的材料是聚丙烯酸晶状体材料(PLM)，但是该材料选择是示例性的，不应被看作本发明的限制。
背景技术(0100)-(0400)
按照惯例，人工晶状体是使用制作聚合物基晶状体的切割或模制技术制造的，这些技术可能需要研磨鼓转步骤来获取光学级质量。光学晶状体可以是通过物理和化学方法表面改性的。
物理方法包括，但不限于，等离子体、电晕放电和微波处理。该处置可以改变晶状体表面的亲水性。例如，Ihab Kamel和David B.Soll于1993年11月9日发表的、标题为“METHOD OF MAKING BIOCOMPATIBLE,SURFACE MODIFIED MATERIALS”的美国专利5,260,093公开了一种用于通过射频等离子体使基底材料的表面永久地改性的方法。该专利中所公开的基底之一是人工晶状体。
光学晶状体的化学改性也是众所周知的。光学晶状体的化学改性可以改变表面上的化学成分，因此这不仅改变晶状体表面的亲水性，而且还改变表面的物理和化学性质。例如，Yading Wang、Robert van Boxtel和Stephen Q.Zhou于2000年1月4日提交的、标题为“PROCESS FOR THE MODIFICATION OF ELESTOMERS WITH SURFACE INTERPRETING POLYMERNETWORKS AND ELASTOMERS FORMED THEREFROM”的美国专利6,011,082公开了一种通过肝磷脂以及其他亲水剂使得聚合硅胶人工晶状体可以化学地改性为亲水表面的化学改性方法。
然而，以上现有技术方法仅可以用于处置晶状体表面。它们不能用于使该表面下方的晶状体主体的亲水性改性。换句话说，它们不能用于处置晶状体材料内部的预定区域。
相比之下，最近的激光技术使得可以选择性地针对材料(包括光学晶状体材料)内部的预定区域，而不改变晶状体表面。例如，发明人Shigeru Katayama和Mika Horiike于2002年8月29日发布的、标题为“PLASTIC OBJECT”的美国专利申请公开US2002/0117624A公开了一种使用激光器制作塑料物体的通用方法，该塑料物体在其内部主体的一部分中通过10-12秒或更短的超短脉冲持续时间的激光而发生结构改性。图1(0100)和图2(0200)中概括地例示了使用该现有技术创建的内部结构的例子。
发明人Wayne H.Knox、Li Ding、Jay Friedrich Kunzler和Dharmendra M.Jani于2008年1月3日发布的、标题为“OPTICAL MATERIAL AND METHOD FOR MODIFYING THEREFRACTIVE INDEX”的美国专利申请公开US2008/0001320A1中的最近的申请公开了一种用于改变光学聚合物材料的折射率的方法，该方法包括用飞秒激光脉冲(使用如图3(0300)中概括地例示的系统构造)照射选定的区域，导致形成激光处置区域的折射光学结构，该折射光学结构的特征在于折射率发生正向改变。该专利申请公开还公开了计算折射率变化(Δn)为正的，在0.03至0.06的范围内。该现有技术教导了，如果选定的处置区域是凸平形状，则它将创建正型晶状体，而如果处置的区域是双凹形状，则它将是负型晶状体。这在US2008/0001320A1专利申请公开的附图中进行了描述，并且在本文中作为图4(0400)再现。
现有技术没有解决材料的内部区域的亲水性的改性。
现有技术中的缺陷
虽然如上详述的现有技术在理论上可以用于形成光学晶状体，但是它具有下列缺陷：
●对于厚度为200微米、直径为6mm的晶状体，现有技术使形成在晶状体材料内的晶状体限于改变2.65屈光度，而本发明创建晶状体直径相同的20屈光度晶状体。
●现有技术创建2.65屈光度晶状体需要几个小时，而本发明将在几分钟内生产相同的晶状体。现有技术纸质出版物表明，用于高折射率改变的成形速度为0.4um/s。使用下列参数：XY上的斑点大小为1um、Z上的斑点大小为2.5um、凸形晶状体直径为6mm、晶状体深度为200um。来源：Li Ding、Richard Blackwell、Jay F.Kunzler和Wayne H.Knox的“LARGEREFRACTIVE INDEX CHANGE IN SILICONE-BASED AND NON-SILICONE-BASED HYDROGELPOLYMERS INDUCED BY FEMTOSECOND LASER MICRO-MACHINING”。
●现有技术采用凸形晶状体仅可以生成正屈光度改变，而本发明可以使用凸形晶状体来仅生成负屈光度改变。
●现有技术限于所述材料内的一个晶状体，而本发明可以堆叠多个晶状体来增大屈光度改变或者改变非球面性、环曲面性或其他晶状体性质。
●现有技术没有公开亲水性改变和UV吸收之间的关系，而本发明依赖于UV吸收来实现亲水性改变。
●现有技术没有改变亲水性，而本发明依赖于亲水性的改变来实现材料中的改变。到目前为止，现有技术尚未完全地解决这些缺陷。
发明目的
因此，本发明的目的是(除了其他目的之外)规避现有技术中的缺陷并且实现下列目的：
(1)提供一种允许材料内部的亲水性的改性、而该材料的表面的亲水性改变或不改变的系统和方法；
(2)提供一种改变聚合物材料内的整个预定的三维区域的亲水性的系统和方法；
(3)提供一种制造光学晶状体的系统和方法；和
(4)提供一种用于改变植入的人工晶状体的预定内部区域的亲水性、从而根据个体患者对于期望视力结果的需要来改变植入的人工晶状体的折射性的系统和方法。
虽然这些目的不应被理解为限制本发明的教导，但是一般地，这些目的部分地或整个地通过所公开的在以下章节中讨论的本发明来实现。本领域的技术人员将毫无疑问地能够选择所公开的本发明的各方面来实现上述目的的任何组合。
发明概要
本发明涉及一种系统、方法和以处理表征方法的产品，其中，脉冲激光系统用于使聚合物材料(所有论述的实验中使用的材料都是聚合丙烯酸聚丙烯酸聚合物(“PLM”)，然而该材料用作例子，而不是本发明范围的限制)的亲水性改性。亲水性的改变可以用于：
●形成具有预定折射性的光学晶状体；
●用另外疏水的材料创建亲水区域；或
●用另外亲水的材料创建亲水区域。
本发明对于描述在PLM内部创建非常薄的、多层的、微结构的定制人工晶状体的过程是特别有用的，但不仅限于对此有用。该技术可以用于，但不限于，当前植入在人眼内的现存的晶状体的改性。改性可以调整屈光度和/或增加额外的性质，比如，环曲面性和非球面性。本发明能够创建新型的晶状体，该晶状体薄于现存的产品，并且可以通过小切口注入。具体地说，公开了一种用于基于所述材料的亲水性的改性的、晶状体内的折射率的成形的系统和方法。
本发明描述了一种用于使可以用作光学晶状体的PLM的预定内部区域的亲水性改性的激光系统和方法。本发明可以用于通过增加(或减小)光学晶状体的光焦度或者改变其非球面性、多焦点性、环曲面性和其他光学性质来使该光学晶状体的光学性质改性。本发明的典型的应用可以包括纠正已经植入在患者的眼睛中的人工晶状体的术后残留折射误差。
尽管外科医生尽了最大努力，但是由于晶状体光焦度选择的偏差、患者的过去的眼外科手术(诸如LASIK手术)的历史、手术源性散光、以及患者的视力的渐进改变，残留折射误差在许多情况下是不可避免的。目前，外科医生使用LASIK，一种通过用激光束毁坏角膜的一部分来改造患者的角膜以纠正白内障手术后的残留折射误差的手术。可替代地，患者可能需要佩戴眼镜来纠正术后折射误差。本发明促成了这些光学不理想情况可以在白内障手术完成之后原位纠正的情况。
在本发明的范围内，可以通过使用全光学处理或者传统制造与光学处理的组合缩小晶状体厚度和所需的切口大小来制造定制的人工晶状体。所述光学处理通常通过使用脉冲能量为0.17至500纳焦耳、重复率为1至100兆赫的飞秒激光器来被采用。
激光束的焦斑在晶状体材料内部移动以在该材料中创建改变图案，创建三维晶状体。不同图案将提供不同的晶状体性质，例如，环曲面或非球面晶状体。
附图说明
为了更充分地理解本发明所提供的优点，应参照以下详细描述、连同附图，其中：
图1例示美国专利申请公开US2002/0117624A所教导的内部塑料改性的现有技术方法；
图2例示美国专利申请公开US2002/0117624A所教导的内部塑料改性的现有技术方法；
图3例示美国专利申请公开US2008/0001320A1所教导的现有技术的晶状体形成系统；
图4例示美国专利申请公开US2008/0001320A1所教导的现有技术的晶状体形式；
图5例示描绘本发明的优选示例性系统实施例的示例性系统框图；
图6例示本发明的优选示例性系统实施例的示例性系统框图，该框图描绘典型的发明应用设置环境；
图7例示详细的系统框图，该框图例示可以用于实现一些优选的发明实施例的系统组件；
图8例示现有技术的使用凸形晶状体进行光学会聚的晶状体构造和本发明的使用凹形晶状体进行光学会聚的晶状体构造的比较；
图9例示本发明对于使单层和多层构造的PLM的亲水性改性的使用；
图10例示本发明教导的示例性凸形/双凸形晶状体结构；
图11例示本发明教导的示例性凹形/双凹形晶状体结构；
图12例示可以使用本发明的教导形成的示例性相位卷绕晶状体结构；
图13例示可以使用本发明的教导形成的与示例性相位卷绕晶状体结构相关联的折射率模式；
图14例示在本发明的一些优选实施例中使用的示例性PLM亲水性变化方法；
图15例示在本发明的一些优选实施例中使用的示例性晶状体成形/形成方法流程图；
图16例示在本发明的一些优选实施例中使用的示例性晶状体计算方法；
图17例示本发明教导的示例性实验样品PLM结构；
图18例示通过实验测量的PLM水吸收测量的曲线图；
图19例示本发明教导的示例性衍射网格模式；
图20例示本发明教导的示例性实验折射率测量设置；
图21例示本发明教导的示例性实验折射率模式；
图22例示本发明教导的随着时间的示例性的实验测量的衍射光栅功率测量；
图23例示本发明教导的示例性的实验测量的衍射光栅0阶功率测量；
图24例示本发明教导的示例性的实验测量的水解吸曲线；
图25例示本发明教导的示例性的实验构造的凸形相位卷绕DIC和理论侧视图；
图26例示本发明教导的示例性的实验构造的凸形相位卷绕DIC和理论侧视图的NIMO屈光度读数；
图27例示本发明教导的示例性的实验构造的凹形相位卷绕DIC和理论侧视图；
图28例示本发明教导的示例性的实验构造的、凹形相位卷绕DIC和理论侧视图的NIMO屈光度读数；
图29例示所构造的示例性的实验性的3mm凸形相位卷绕晶状体的俯视图；
图30例示本发明教导的与水吸收比较相关的示例性的实验测量的屈光度读数，该图描绘所测量的晶状体屈光度读数上的、风干和水合之间的差异；
图31例示本发明教导的示例性的实验测量的关于水的水吸收曲线及其基于时间和周围温度的变化；
图32例示本发明教导的示例性的实验测量的水吸收屈光度依赖图；
图33例示描绘优选发明实施例实施的一般化体内晶状体成形方法的示例性方法流程图；
图34例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的制备细节的示例性方法流程图；
图35例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的晶状体数据创建细节的示例性方法流程图；
图36例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的患者界面细节的示例性方法流程图；
图37例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的起始初始化细节的示例性方法流程图；
图38例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的诊断细节的示例性方法流程图；
图39例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的晶状体成形细节的示例性方法流程图；
图40例示描绘优选发明实施例实施的体内晶状体成形方法的验证细节的示例性方法流程图；
图41例示描绘优选发明实施例实施的一般化制造自定义晶状体成形方法的示例性方法流程图；
图42例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的准备细节的示例性方法流程图；
图43例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的晶状体数据创建细节的示例性方法流程图；
图44例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的定位细节的示例性方法流程图；
图45例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的起始初始化细节的示例性方法流程图；
图46例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的诊断细节的示例性方法流程图；
图47例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的晶状体成形细节的示例性方法流程图；
图48例示描绘优选发明实施例实施的制造自定义晶状体成形方法的验证/装运细节的示例性方法流程图。
具体实施方式
虽然本发明易于有许多不同形式的实施例，但是在附图中示出了本发明的优选实施例，并且将在本文中对这些优选实施例进行详细描述，应理解本公开应被解释为本发明的原理的举例说明，并非意图使本发明的广泛的方面限于例示的实施例。
本申请的许多创新的教导将具体参照目前优选的实施例进行描述，其中，这些创新的教导有利地应用于“HYDROPHILICITY ALTERATION SYSTEM AND METHOD”的具体问题。然而，应理解，该实施例仅仅是本文中的创新的教导的许多有利使用的一个例子。一般地，在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制要求保护的各种发明中的任何一个。而且，一些陈述可以适用于一些发明特征，但不适用于其他发明特征。
亲水性(非限制性)
在本发明的上下文内，术语“亲水性”将被定义为材料“对水具有强大的亲和力或者趋向于溶解在水中、与水混合、或者被水浸湿”的特性。
材料(PLM)(非限制性)
本发明可以将范围广泛的材料(包括PLM，但不限于PLM)合并包括在预期的实施例的范围内，这些实施例中的许多可以是本申请特定的。PLM在许多优选实施例中可以合并包括使用紫外线(UV)(一般地，300-400nm波长)吸收材料来扩大PLM对于脉冲激光能量的吸收，从而实现PLM的亲水性的改变。如本文中所使用的PLM不应被约束为使其使用限于形成光学晶状体的材料。具体地说，术语“聚合物材料(PM)”在本文中可以用于表示不一定限于光学晶状体的生产的发明系统/方法/产品的应用。因此，“PM”可以涵盖比“PLM”更广泛的本发明构思的应用，但是材料可以是相同的。因此，术语“聚合晶状体材料(PLM)”、“聚合物材料(PM)”及其等同形式应被给予上下文内的最广泛的可能的意义。
紫外线吸收体(非限制性)
PLM可以包括若干种如下的材料，这些材料可以增强PLM的UV吸收，从而增强当PLM被脉冲激光辐射照射时PLM的亲水性的改变。本发明对用于实现该行为的化学品的类型和量没有限制，并且这些化学品在本文内的记载仅仅是举例说明预期的那些化学品。
激光辐射(非限制性)
本发明可以包括多种激光辐射来实现本文中所描述的形成晶状体的PLM内的亲水性的改变。因此，术语“激光辐射”及其等同形式应被给予上下文内的最广泛的可能的意义，而不限于近红外光激光辐射。
激光源(非限制性)
本发明可以合并包括多种激光辐射源来提供在所公开的发明内使用的所需的脉冲激光辐射。在该上下文内，术语“激光源”还可以合并包括声光调制器(AOM)(也被称为Bragg蜂窝)，AOM使用声光效应来使使用声波产生的激光的频率(通常为射频)分散和偏移。在该上下文内，“激光源”可以被广泛地定义为包括激光辐射源，以及可选地AOM，而不管不论AOM是否是物理地合并包括到激光辐射源硬件中。因此，术语“激光源”及其等同形式应被给予该上下文内的最广泛的可能的意义。
声光调制器(AOM)(非限制性)
各种本发明实施例可以使用声光调制器(AOM)来充当启用/禁用或节制送往本发明的上下文内的激光扫描仪的激光辐射脉冲流的量的开关。在上下文内，AOM可以包括“灰阶”调制，其中，开关功能用于将激光辐射脉冲链的一部分切换到激光扫描仪，因此，使得可以降低应用于针对的PLM的有效激光功率，对于所述针对的PLM，亲水性将被改性。因此，“灰阶AOM”组件对于调制激光辐射强度的利用是明确地预计在本发明的范围内的。
如本发明中所描绘的AOM用作快门和可变衰减器，就这点而论，因此可以模拟与以上所述的功能相同的功能的另一个等同组件替换。
激光扫描仪(非限制性)
激光扫描仪在本文中所描述的优选发明实施例内的使用可以包括许多不同种类的扫描仪，包括但不限于，飞点扫描仪(一般地，基于矢量的模式)和光栅扫描仪(一般地，基于光栅的模式)。扫描仪用于将激光脉冲分布到物镜视场大小内的正确的位置。本发明对在上下文中可以使用的激光扫描仪的类型没有限制。
显微镜物镜(非限制性)
本文中对于“显微镜物镜”的论述可以等同地利用“显微镜物镜或其他聚焦装置”来实现这些功能。因此，术语“显微镜物镜”应给给予其在本申请上下文内的最广泛的可能的解释。
患者(非限制性)
本发明可以适用于放置在生物里的晶状体在不从该生物的眼睛移除的情况下被原位改性以纠正/修改该晶状体的折射性的情况。在上下文内，术语“患者”应被广泛地解释，不应限于仅适用于人类。
晶状体形式(非限制性)
本发明可以包括被形成以实现光学光弯曲、从而实现总体晶状体形成的构造的多种晶状体。虽然本发明的示例性实施例在本文中被描述用于构造凸形、双凸形、凹形、双凹形和平面晶状体结构，但是这些结构仅仅是举例说明可以通过本发明构造的繁多的晶状体形式。因此，术语“晶状体形成”及其等同形式应被给予上下文内的最广泛的可能的意义。
二维(非限制性)
本发明可以包括PLM内的二维模式结构对于形成衍射光栅以及虽然在技术上是三维的、但是在本文中将被称为二维的其他的薄平面结构的使用。虽然PLM亲水性的改性不能在零厚度平面中严格地发生，但是术语二维将是指出现在PLM内的、不要求垂直于光轴的X-Y平面上的Z轴交点重新定位的结构的创建。因此，PLM折射率的二维修改可以沿着非平面边界发生，所述非平面边界包括激光脉冲的单一Z轴焦距。因此，术语“二维”及其等同形式应被给予上下文内的最广泛的可能的意义。
三维(非限制性)
本发明可以包括PLM内的三维模式结构对于形成复杂的光学结构的使用。这些三维模式结构及其相关联的体积可以包括多个具有间隙PLM的层，所述间隙PLM具有还未通过激光脉冲的照射而改性的亲水性。因此，三维结构可以包括具有未改性的或略微改性的层的非改性区域，或者包括不同程度的亲水性的多个层，并且所得的折射率改变。因此，术语“三维”及其等同形式应被给予上下文内的最广泛的可能的意义。
人工晶状体(非限制性)
本发明可以有利地应用于包括范围广泛的材料的可动态调整的光学晶状体的构造。多种材料在光学晶状体内的包括机制不受本发明限制。因此，术语“人工晶状体”和“光学晶状体(其将包括隐形眼镜)”及其等同形式应被给予上下文内的最广泛的可能的意义。
整体系统描述
本发明可以被概括地描述为利用由飞秒激光源、AOM、扫描仪和物镜组成的激光系统，所述物镜将激光脉冲递送到预定区域中。激光源优选地具有大约350fs或更短的脉冲持续时间、690至1000nm的范围内的波长、以及大约0.1至100MHz之间的重复率。脉冲能量通常在0.17至500纳焦耳的范围内。本领域的技术人员理解，这些激光参数可以被调整和重新平衡到外部的以上规定的范围，但是仍然能够实现递送到晶状体材料的针对区域的相同水平的能量。例如，可调谐激光单元，诸如Ti:蓝宝石振荡器(加州欧文纽波特的Mai Tai)，可以提供大约690-1040nm的范围内的可变波长、低达70fs的脉宽、以及高达2.9W的源功率。
广义亲水性改性系统(0500)
图5中概括地例示了本发明的优选示例性系统实施例(0500)，其中，材料(0501)被照射(0515)以生成PLM(0501)内的选定区域(0502)内的亲水性的改变。该系统(0500)一般地合并包括激光源(0511)，激光源(0511)被构造为产生脉冲激光辐射，该脉冲激光辐射可以被声光调制器(AOM)(0512)控制/节制/调制/切换为生成具有规定的能量和脉冲时序特性的预定激光脉冲链。在一些发明实施例中，激光源(0511)和AOM(0512)可以集成为单个激光源模块。激光源(0511)/AOM(0512)产生的脉冲激光辐射然后传送到激光扫描仪(0513)，激光扫描仪(0513)被构造为在显微镜物镜(0514)的输入区域上的X-Y平面中分布激光脉冲。显微镜物镜(0514)合并包括数值孔径，该数值孔径被构造为接受分布的脉冲激光辐射，并且生成聚焦的激光辐射输出(0515)。该聚焦的激光辐射输出(0515)然后被显微镜物镜(0514)传送到聚合晶状体材料(PLM)(0501)区域(0502)，在该区域中，PLM(0501)的亲水性将被改变。亲水性改性的PLM区域(0502)的位置可以由激光扫描仪(0513)以及样品载物/定位系统(0516)限定，样品载物/定位系统(0516)机械地定位PLM(0501)以使得聚焦的激光脉冲(0515)可以适当地局部化在PLM(0501)的期望的内部区域(0502)内。
该系统可以在计算机控制系统(0520)的控制下最佳地操作，计算机控制系统(0520)包括计算机(0521)，计算机(0521)执行从计算机可读介质(0522)读取的软件，并且提供图形用户界面(GUI)(0523)，操作者(0524)可以从图形用户界面(GUI)(0523)指导PLM(0501)内的亲水性改变(0502)的总体操作。
系统/方法应用上下文应用环境概述(0600)
图6(0600)中概括地例示了用于本发明的典型的应用环境，其中，本发明包含在用于构造患者晶状体的亲水性变化系统(0610)中。该亲水性变化系统(0610)通常包括产生脉冲激光输出的激光源(0611)，该脉冲激光输出然后使用激光扫描仪(0613)分布在X-Y平面中，然后使用显微镜物镜(0614)(或其他聚焦设备)聚焦。这个分布的且聚焦的脉冲激光辐射(0615)在具有由材料(PLM)(0602)构成的某个部分的晶状体结构(0601)内传送。这个PLM(0602)在PLM结构(0602)内按二维或三维模式(0603)被照射以使亲水性改性。亲水性的任何改性将创建PLM(0603)的内部区域的折射率的一些改变。聚焦的激光脉冲(0614)产生的这个折射率改变使二维或三维模式(0603)在总体晶状体结构(0601)内形成光学晶状体功能。
结合这个整体系统/方法构造，晶状体结构(0601)可以包括(0604)在人眼(0605)和PLM(0602)内，如图中概括地例示的，PLM(0602)在晶状体结构(0601)通过外科手术植入在患者的眼睛内之后被原位改性。
所描述的亲水性变化系统(0610)通常在计算机系统(0621)的控制下进行操作，计算机系统(0621)执行计算机可读介质(0622)的指令。这个计算机化控制(0621)最佳地合并包括图形用户界面(0623)，图形用户界面(0623)允许系统操作者(0624)与整个系统通过接口连接，并且指导其操作。关于以上提及的原位晶状体形成应用，控制软件(0622)可以合并包括实现如下的方法的软件，这些方法是执行自动化患者眼睛检查以确定患者的视力中的不理想情况(0625)，从这些不理想情况，产生改进患者的视力所必需的光学纠正图(0626)，接着进行自动化激光脉冲/位置控制过程以原位改变患者晶状体内的PLM的折射率以充分地纠正患者视力(0627)。
系统/方法应用环境细节(0700)
图7(0700)中提供了优选发明应用环境的更详细的系统构造，其中，在从计算机可读介质(0721,0722)读取的软件的控制下操作的计算机系统(0720)用于控制并且监督总体晶状体制造过程。在该应用环境内，下列组件一般构成该系统：
●激光源(0701)，其具有适合于处置期望的材料的波长、以及足以改变所用物镜(0710)提供的目标区域的折射率的每一脉冲能量。
●色散补偿器(0702)用于补偿光束以使得脉宽大约为100fs。没有该特征，目标处的脉宽将较大，因为当通过光学介质(比如，晶状体)时脉宽变大。具有较多热量的较长脉冲将出现在处置区域上，使得处理更不精确一些，并且使得处置时间更长一些。该特征因此是可选的，但是是RIS优化的一部分。
●光束成形1(0703)单元可以用于修改激光束直径以配合AOM规范。这还使得可以在光束成形1单元之后没有额外的修改的情况下交换激光源。
●AOM(0704)用于调制将送往处置区域的脉冲的数量和每一脉冲能量。根据接收的信号(通常为0至5V)，能量将分布到AOM的0阶或1阶。这些阶次是从AOM出来的两个不同的光束，在它们之间成一角度。1阶光束通常是进入目标区域的一个光束，0阶光束在AOM之后直接停止。来自AOM驱动器的接收信号是最大值(例如，5V)，每一脉冲最大能量在1阶光束中，当驱动器信号为最大值时，1阶光束将具有0％能量，并且一切将都被递送到0阶。
●光束成形2，在光束通过了AOM之后，需要额外的光束成形来配合所述系统。例如，光束直径必须放大来配合所用物镜(0710)，以使得可以使用物镜的数值孔径。
●诊断(0705)系统用于测量激光束的波长、每一脉冲能量和脉宽。包括该特征使得可以安全地、可重复地使用系统。如果变量之一没有按照计算执行，则系统将关闭。
●激光显微镜耦合(反射镜Arm)(0706)用于将激光束重定向到激光显微镜头部中。根据系统设置和激光方位，它可以包含在一个反射镜和多个反射镜之间以将激光束重定向到所需位置。
●照相机系统(0707)用于使样品朝向显微镜物镜定位。它还用于根据材料曲率找到正确的Z位置。另外，照相机可以用于跟踪目的。
●扫描仪(0708)用于在XY平面上分布激光斑点。不同的扫描仪可以用于该目的。根据扫描仪类型，未被处置的区域将仍然被覆盖，但是不具有每一脉冲激光能量，或者仅被处置的区域将被覆盖。为了这个目的，软件控制还将控制AOM，因为扫描仪软件将定位斑点，并且AOM将为该斑点贡献每一脉冲能量。
●Z模块(0709)可以用于允许系统中有额外的聚焦元件，这例如可以出于跟踪的目的用于在不同于成形平面的Z位置上的平面。它还可以用于在成形处理期间改变Z位置。
●物镜(0710)使光束聚焦在样品上并且确定斑点大小。斑点大小越大，每一脉冲需要的能量越大，因此它必须配合激光源和处理的所需精度。另外，它提供成形处理的视场大小，如果物镜的视场大小小于所需晶状体，则这需要额外的用于晶状体成形的硬件。
●物镜和样品接口(0711)取决于应用。对于晶状体制造，样品和物镜之间的空间被填充水，以减小溅射并且允许有额外的冷却元件。对于其他的应用，可以使用用其他的介质(比如，眼胶)的不同的接触方法。
●样品(0712)可以由不同光学介质构成，并且可以例如是放置在物镜前面的疏水聚合物。根据应用，样品将在物镜和样品接口的正后面，或者额外的介质组合(比如，眼球)内部更深的地方。
●定位系统(0713)可以用于使由物镜视场大小构成的块朝向彼此定位以使得可以成形较大的结构。它还可以用于在Z方向上移动样品。
本领域的技术人员将认识到，特定的发明实施例可以包括以上组件的任何组合，并且在一些情况下可以在整个系统实现中省略以上组件中的一个或多个。
现有技术/本发明的比较(0800)
图8(0800)中概括地例示了用于在晶状体结构内实现光学会聚的现有技术和本发明方法的比较。在图8(0800、0810)中概括地描绘的现有技术使用凸形晶状体形成方法来产生这个例子中所示的光学会聚。至关重要地指出，现有技术不改变晶状体材料的亲水性，而是仅改变该材料的折射率。相比之下，本发明使用图8(0800、0820)中概括地例示的PLM亲水性的改变来产生光学会聚。虽然两种技术都可以使用多个晶状体结构，但是本发明依赖于负屈光度材料改性(0821)来创建这些晶状体形成(所有的亲水性提高都使材料的折射率降低，而所有的现有技术在材料中做出创建正屈光度材料改性(0811)的改变)。
示例性应用环境概述(0900)
如图9(0900)中概括地描绘的，本发明使用飞秒脉冲激光(0911)来使得PLM(0913)内部能够发生亲水性改变(变化)(0912)。如图9(0900)中概括地描绘的，亲水性改变(变化)的三维层(0922)可以使用XYZ载物台系统成形在PLM(0921)中。该层的深度在软件中预先确定。该层可以定位在表面(0923)或中间层(0924、0925)。
本发明还预期一种被构造为用PLM形成光学晶状体的系统、通过其可以使用PLM形成晶状体的方法、以及通过该方法使用PLM形成的晶状体。这些发明实施例中的任何一个可以应用于如下的情况，即，植入在人眼(或其他生物的眼睛)中的晶状体可以在不需要从患者移除晶状体的情况下被原位改性和/或纠正。
本发明还可以用于在PLM内创建亲水通道。这样的区域可以用于促使其他的化学物质进入这样的材料中或者从这样的材料出来。
示例性晶状体形成结构(1000)-(1300)
虽然本发明在许多上下文下可以应用于多种晶状体结构的形成，但是几种形式是优选的。这些包括但不限于，如图10的轮廓形状中所描绘的凸形(1001)结构和双凸形(1002)结构；如图11的形状轮廓中描绘的凹形(1101)结构和双凹形(1102)结构；以及如图12的形状轮廓中描绘的相位卷绕凸形(1201)结构和相位卷绕凹形(1202)结构。本领域的技术人员将认识到，这些晶状体结构仅仅是举例说明可以使用本发明的教导形成的多种晶状体。另外，如图9(0900,0921)中所描绘的PLM改性结构的分层可以使得在单个PLM内可以分层为多个晶状体结构。
相位卷绕晶状体(1200、1300)
本发明可以用于形成如图12(1200)中描绘的相位卷绕凸形(1201)结构和相位卷绕凹形(1202)结构中概括地描绘的相位卷绕晶状体、以及图13(1300)中描绘的相关联的示例性折射率。相位卷绕晶状体使用与Fresnel晶状体(1204)相同的理论构思。质量的差异可以总结为三个不同的因素：
●原始晶状体曲率对于相位卷绕晶状体保留；
●激光成形技术对于相位卷绕晶状体允许在每个区处保留90度角；以及
●相位卷绕晶状体的成形精度可以达到微米精度。
相反，对于Fresnel晶状体(1205)的限制一般地从创建它的制造处理推导得到。图像1206中示出了相位卷绕晶状体和Fresnel晶状体的主要制造差异。
折射率梯度晶状体(1300)
本发明可以用于形成如图13中概括地描绘的折射率梯度晶状体(1300)。这个概念中的晶状体曲率的信息存储在单个层中。灰阶值用于表示每一脉冲能量。因此，0％和100％之间的功率的256个变化是可能的，并且使得可以精确地成形单层晶状体。折射率晶状体(1301)的俯视图示出原始凸形相位卷绕晶状体的不同区。每个原始的所讨论的晶状体类型的数据信息可以压缩到一个层。折射率梯度晶状体(1302)的侧视图示出关于通过晶状体的中心的一个水平切片的、每个斑点处的能量分布。
脉冲能量的调制可以使用AOM或自动可变衰减器来实现。
PLM方法(1400)
本发明方法预期基本实现主题有多种变化，但是可以如图14(1400)中所描绘的那样概括为使用亲水性变化的晶状体形成方法，该方法包括：
(1)从激光源产生脉冲激光辐射输出(1401)；
(2)在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出(1402)；
(3)将分布的脉冲激光辐射接纳到显微镜物镜内的数值孔径中以生成聚焦的激光辐射输出(1403)；和
(4)将聚焦的激光辐射输出传送到PLM中以使PLM内的亲水性改性(1404)。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。如本文中其他地方所描述的，本文中所描述的这种方法和其他方法在从计算机可读介质读取指令的计算机系统的控制下最佳地执行。
如图9(0900,0912)中概括地描述的，这个亲水性变化区域可以形成如图10(1000)-图13(1300)中概括地描绘的、具有如图9(0900,0921)中概括地描绘的多个亲水性变化的光学内层的任意的光学晶状体结构。
晶状体成形/形成方法(1500)
本发明还教导了一种晶状体成形/形成方法，其中，任意复杂度的晶状体可以形成在PLM内。晶状体成形由不同的部分构成。首先，必须根据选定的材料计算晶状体屈光度和曲率。此后还针对该材料调整激光波长。AOM在设置中用作快门，而且还用作可变功率衰减器，使得(与扫描仪组合)晶状体结构可以精确地成形在聚合物内部。AOM由所计算的晶状体信息的输入图像控制，提供关于被照射区域的每个区域(微米)的激光功率信息。扫描仪此后将功率分布到正确的位置，显微镜物镜使脉冲激光束聚焦到聚合物内部的期望的焦斑。PLM样品被保存在显微镜物镜后面的样品架中，并且可选地定位在载物台系统(机械化X/Y/Z定位系统)上以使得可以成形较大的晶状体结构。载物台系统还可以用与显微镜物镜端接的镜像激光臂替换。这种情况下的镜像臂将不仅替换载物台系统，而且还替换整个照相机和扫描仪板。
本发明方法可以包括如图15(1500)中所描绘的这种晶状体成形/形成方法的实施例，该方法包括：
(1)执行晶状体计算以确定要创建的晶状体的形式和结构(1501)；
(2)选择适合于PLM中的期望的亲水性改变的激光波长(1502)；
(3)使用AOM或等效的调制器对激光进行快门开合和/或功率调节以产生激光脉冲(1503)；
(4)在显微镜物镜上扫描激光脉冲(1504)；
(5)形成激光斑点大小，并且使用显微镜物镜精确地将聚焦的激光定位在PLM内(1505)；
(6)保持/夹持PLM以供通过激光脉冲流改变亲水性(1506)；和
(7)可选地使用X/Y/Z定位系统来定位目标PLM样品(1507)。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
该方法可以应用于PLM内的一个或多个层来实现形成任意复杂度的晶状体结构。图16中详绘了与步骤(1)中标识的过程相关联的晶状体计算，下面描述这些晶状体计算。
晶状体计算方法(1600)
本发明还教导了一种晶状体计算方法，其中，晶状体参数用于确定针对特定患者及其独有的光学要求定制的内部PLM晶状体结构。该方法一般地涉及以下步骤：
●计算将形成的晶状体的曲率；
●确定所需的晶状体深度；
●计算必须经由激光进行处理的区的数量；
●对将处理的每个区确定区半径；
●创建关于激光的相位卷绕晶状体数据文件；和
●将这些数据文件加载到RIS映射系统中。
现在将更详细地讨论这些步骤：
在关于自定义人工晶状体(IOL)的晶状体参数可以被计算之前，需要对患者进行检查，可以测量不同的现存像差，并且可以估计所需的屈光度(Dpt)改变。用于成形处理的材料(n)对于计算晶状体曲率(C)必须是已知的。
其中，n是原始IOL材料的折射率，n’是RIS成形之后的折射率，因此，新晶状体的折射率。
曲率与晶状体半径(r)相关，该半径可以用晶状体直径2wLens和晶状体深度hLens计算。
此后，针对给定的信息计算相位卷绕晶状体信息，并且创建输出图像。所有获取的关于相位卷绕晶状体的信息都已经存在于原始晶状体及其曲率的信息中。晶状体的相位卷绕深度由折射率改变量确定。此后，可以容易地计算每个区的半径和每个区的曲率信息。根据成形技术，晶状体屈光度可以大于物镜视场大小，在这种情况下，载物台系统(如上所述)用于对齐不同区域以供晶状体成形。为了允许该技术，将输入图像切成它们的图像大小以表示块系统。
以上所述的并且在图15(1500,1501)中概括地描绘的晶状体计算方法可以以许多形式实施，但是本发明的几个优选实施例可以使用以下步骤来实现如图16(1600)中所描绘的这种方法：
(1)测量或确定期望的光学性能所需的晶状体性质(1601)；
(2)选择适合于晶状体制造的晶状体材料(1602)；
(3)计算期望的晶状体曲率(1603)；
(4)计算形成晶状体所必需的相位卷绕晶状体信息(1604)；
(5)创建与期望的相位卷绕晶状体特性相应的输出图像(1605)；
(6)确定晶状体处置区域是否大于物镜视场大小，如果否，则进入步骤(8)(1606)；
(7)将输出图像切成适合放入视场大小内的分段(1607)；
(8)确定患者(或晶状体形成)是否需要额外的晶状体性质，如果是，则进入步骤(1)(1608)；和
(9)终止晶状体计算方法(1609)。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
该方法可以应用于由载物设备保持/夹持的晶状体的形成，或者在一些情况下，晶状体成形/形成处理可以在患者的眼睛内原位执行。在这种情况下，晶状体PLM可以在PLM处于大体上未改性(或以前改性过)的状态的同时通过外科手术插入到患者中，然后“被拨进”以为患者提供最佳的视力。
应用#1——光学晶状体(1700)-(1800)
以下实验应用例子讨论了对于适合于制作光学晶状体的聚丙烯酸聚合物的内部亲水性改变。
步骤1-测试光学材料的制备
可以在用硅胶管密封的玻璃模具中，在起始于65℃直至140℃的、总时间约为14个小时的固化周期，用下列材料的自由基聚合构成小片的交联聚合共聚物：
(1)丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、N-苄基-N-异丙基丙烯酰胺和乙二醇二甲基丙烯酸酯的140克的混合物；
(2)11.4克的2-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-4-羟苯基]甲基丙烯酸乙酯；和
(3)少于0.5％的黄色染料。
可以将这样获得的略黄的大约2mm厚的透明片材切成圆形扣，这些圆形扣可以进一步用车床加工成人工晶状体。可替代地，也可以从片材或按钮切出小切片以供激光处置。这样制备的黄色片材或扣的折射率约为1.499。
步骤2——预浸
以上制备的光学透明的晶状体材料的小切片(1.91mm×1.33mm×14.35mm)重38.2mg。将晶状体材料的这个切片浸泡在水中，直到重量不再增加(指示在室温下达到饱和)为止。饱和的切片在其表面上的水滴用干纸巾擦去之后重38.3mg，指示水饱和度约为0.3％。
步骤3——激光处置
然后将水饱和的切片曝光于来自飞秒激光源的激光脉冲(脉宽：200fs，重复率：50MHz，每一脉冲能量：5.4nJ，波长：780nm)。切片只有如图17(1700)中概括地例示的预定区域(2mm×2mm×165μm)被处置。在处置之后，允许用水使切片饱和，然后再次称重。切片为38.9mg，增加了0.2mg，这表示被处置的区域的水吸收率约为30％(0.2mg÷2×1.9×0.165＝0.318＝32％)。在第一个区域被处置之后，创建相同尺寸的第二个区域，观察到另一个0.2mg增加。这样，总共3个区域被处置，最后一个切片重38.9mg。在图18(1800)中描绘的曲线图中总结了每次激光处置之后的增重。
应用#2——衍射光栅(1900)-(2400)
以下实验应用例子讨论了本发明应用于对水吸收的衍射光栅效率依赖性的使用。
步骤1
如图19(1900)中概括地描绘的那样在丙烯酸聚合物材料内部成形衍射光栅。在这个例子中，栅格大小为3mm，X间隔为18μm。
步骤2
然后使样品达到水饱和。
步骤3
使用在图20(2000)中描绘的对于不同扫描速度的设置来测量(2103)折射率光栅的效率。在样品的前面放置红色(640nm)激光器。将样品安装在一组XY载物台上以使得可以相对于激光器定位光栅。在某一距离处，放置屏幕(2101-2103)，并且如图22(2200)中所描绘的，对于不同的时间记录光栅的不同阶次的功率(如图21(2100)中描绘)。如图22(2200)中所示，1阶至10阶的功率随着水饱和而降低，而如图23(2300)中概括地描绘的，能量变为零(0)阶。
可以将这与如图24中所描绘的丙烯酸聚合物材料的水解吸曲线进行比较，该水解吸曲线示出由于水解吸而导致的材料重量损失。图24(2400)中的曲线图示出对于10个样品按百分比计算的平均样品重量测量。在头五(5)个小时内示出了重要信息。比较图23(2300)和图24(2400)中的曲线图，主要改变发生在头五个小时内。衍射光栅开始缓慢地下降，因为光栅是成形在材料内部的，并且在水解吸在测量中将被注意到之前水解吸要花费一些时间。在主要水量被解吸之后，衍射光栅变得非常弱。
应用#3——相位卷绕凸形晶状体(2500)-(2900)
以下实验应用例子讨论由于亲水性改变而导致的负折射率改变。
步骤1
如图25(2500)中所描绘的那样产生相位卷绕凸形晶状体的晶状体成形。相位卷绕凹形晶状体示出由材料内部的亲水性改变而诱发的负折射率改变。图26(2600)中描绘了对于该结构的NIMO屈光度读数。
凸形相位卷绕晶状体示出负屈光度读数，如图27(2700)中概括地描绘的凹形相位卷绕晶状体示出正屈光度读数。图28(2800)中描绘了对于该结构的NIMO屈光度读数。
图29(2900)中描绘的图像例示了如所构造的示例性的3mm的凸形相位卷绕晶状体的俯视图。
应用#4——水饱和(3000)-(3100)
以下实验应用例子讨论了仅在材料水饱和之后的全屈光度读数。
步骤1
成形具有正屈光度读数的凹形晶状体。
步骤2
在成形之后测量晶状体屈光度。
步骤3
将晶状体不是存放在水中，而是存放在空气中18天，此后将晶状体放置在水中。
步骤4
测量晶状体在被放置在水中之后的屈光度读数。
晶状体在成形的后一刻的屈光度读数是最小的。在最终屈光度读数是可能的之前，所述材料仍然必须进行水饱和。在成形处理期间，它已经可以吸收一些水，因此一些屈光度读数在成形之后将是可能的，但是全屈光度读数将总之只有在所述材料完全水饱和之后才是可能的。
在晶状体被放置在水中之后，晶状体屈光度在24小时之后完全恢复。图30(3000)描绘了5屈光度2mm晶状体的屈光度读数。成形后一刻的第一个屈光度测量仅为1.5D。
为了比较，图31(3100)中的曲线图描绘了关于聚合物材料的水饱和曲线及其与时间的关系。
应用#5——预浸
以下实验应用例子讨论了预浸的样品的屈光度读数。
如果样品在晶状体成形之前被预浸在水中，则饱和时间段可以缩短。在成形的后一刻，晶状体示出较大的屈光度读数，并且与未预浸样品相比，恢复到全屈光度值将会快得多。预先水浸泡将仅缩短样品完全饱和的时间段。它将不会改变晶状体的最终屈光度读数。
应用#6——温度依赖性(3100)
以下实验应用例子讨论晶状体屈光度的温度依赖性。
所述材料的水饱和度依赖于周围温度。恒温箱可以用于改变样品温度。在允许样品有足以适应温度改变的时间之后，测量晶状体屈光度，并且观察到对于不同的温度设置高达±1D的差异。
水饱和度是依赖于温度的，因此晶状体的屈光度读数也是依赖于温度的。这可以从图31(3100)中的曲线图看出，其中，对于35摄氏度，吸收的水多于22摄氏度。
应用#7——屈光度存储器(3200)
以下实验应用例子讨论晶状体屈光度的温度依赖性。
被处置区域的屈光度是固定的。可以将样品保存在空气储存器中，永远不允许它显现出全晶状体屈光度，但是当被放置在水中时，晶状体的全屈光度将恢复到全额，理论上计算的饱和之后的屈光度。
样品的屈光度读数在样品与水化合时增大，在样品脱水之后，如图32(3200)中所描绘的，晶状体一开始为大约0D，并且在27小时内屈光度读数增大到其全额-6D，这是根据图31(3100)中的图像。
体内晶状体成形方法(3300)-(4000)
本发明预期可以如图33(3300)中概括地例示的那样在体内使用本文中描述的系统/方法形成/成形晶状体，包括以下步骤：
(1)制备(3391)；
(2)晶状体数据创建(3392)；
(3)患者接口连接(3393)；
(4)开始初始化(3394)；
(5)诊断(3395)；
(6)晶状体成形(3396)；和
(7)验证(3397)。
如图34(3400)-图40(4000)中概括地例示的，可以用如下的更详细的步骤来进一步限定这些概括的步骤：
(1)患者现存晶状体材料确定(3401)，其中，该信息用于确定激光性质以及计算由折射率成形诱发的折射率材料改变。
(2)患者像差测量(3402)，其中，确定不同患者特定的像差。
(3)患者选择哪些像差需要处置(3403)，其中，该选择可以是，但不限于，常见的视觉缺陷，比如，近视、远视和散光。
(4)医生选择所需的晶状体信息和晶状体材料(3504)，其中，该选择取决于与患者的需求的商议和可用选项。
(5)确定所需晶状体信息是否存在，如果该信息已经存在，则进入步骤(11)(3505)。这个部分是完全基于软件的，不可供医生或患者访问。对于患者具有没有预先加载到系统的独有的屈光度值的情况，整合该步骤。
(6)计算晶状体曲率(3506)，其中，曲率取决于所需的晶状体屈光度、由折射率成形诱发的折射率改变、以及所述材料的周围折射率改变。
(7)确定相位加权高度(3507)，其中，高度取决于诱发的折射率改变的差异，因此，还取决于周围材料。
(8)相位卷绕晶状体创建(3508)，其中，相位卷绕晶状体的信息由相位卷绕晶状体高度和原始晶状体曲率信息给出。对于每个层，每个区的半径可以使用该信息来确定。
(9)数据输出文件创建(3509)，将使用来自相位卷绕晶状体的信息来创建关于每个层以及每个层的可能的每个块的信息(3508)。
(10)系统的数据加载(3510)，其中，数据文件(3509)被加载到现存的将被分析的软件中可能需要额外的时间，并且根据所述材料，行距可以用于填充3维结构。
(11)使患者朝向系统定位(3611)，其中，该定位是患者接口定位的初始步骤。患者头部朝向折射率成形工作站对齐。
(12)医生使物镜朝向患者的虹膜定位(3612)。医生可以使用照相机模块来得到朝向虹膜定位物镜的好主意。这是重要的步骤，因为该位置也将用于跟踪。
(13)医生将患者ID输入到系统中(3713)，其中，软件将显示患者的信息和预选的成形选项。
(14)医生验证信息，并且选择开始(3714)，其中，医生在第一步中验证患者的身份，此后验证所选的处置选项。
(15)系统检查激光波长是否是正确的(3815)，其中，激光波长是针对原始晶状体材料选择的。系统的诊断工具此后检查所显示的波长和系统的实时值是否匹配；
(16)系统检查能量是否稳定(3816)，其中，测量激光能量。系统的诊断工具此后检查理论上计算的能量和系统的实时值是否匹配。
(17)系统检查脉宽是否稳定(3817)，其中，诊断工具用于系统的脉宽尚未改变的内部检查。
(18)Z模块用于焦斑的Z定位(3918)，其中，Z模块用于改变晶状体成形焦斑和虹膜跟踪焦斑之间的距离。患者的眼睛内部的IOL可以不同地沉降，此外，患者角膜厚度和前房厚度是可变的，因此，Z模块用于找到折射率成形晶状体的正确位置。
(19)扫描仪用于焦斑定位(3919)，其中，扫描仪将焦斑定位到正确的成形位置。
(20)AOM用于能量分布(3920)，其中，AOM为扫描仪位置提供正确的每一脉冲能量。以及
(21)验证新晶状体屈光度(4021)，其中，测量并且验证患者的新屈光度读数。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
制造自定义晶状体成形方法(4100)-(4800)
本发明预期可以使用本文中描述的系统/方法与如图41(4100)中概括地例示的自定义制造处理来形成/成形晶状体，包括以下步骤：
(1)制备(4191)；
(2)晶状体数据创建(4192)；
(3)定位(4193)；
(4)开始初始化(4194)；
(5)诊断(4195)；
(6)晶状体成形(4196)；
(7)验证/装运(4197)。
如图42(4200)-图48(4800)中概括地例示的，可以用如下的更详细的步骤来进一步限定这些概括的步骤：
(1)患者选择晶状体材料确定(4201)，其中，患者具有从可用选项列表选择所用材料的选项。
(2)患者像差测量(4202)，其中，测量患者的像差。
(3)患者选择哪些像差需要处置(4203)，其中，根据患者的要求或可用性，选择处置选项。
(4)医生选择所需的晶状体信息和晶状体材料(4304)，其中，修订患者对于材料的选择和所需的改变，如果需要，要求重新选择，并且将与患者讨论该新选择。
(5)确定所需晶状体信息是否存在，如果该信息已经存在，则进入步骤(11)(4305)，其中，软件在内部检查所需的像差代码是否已经存在或者是否必须为患者创建新代码。
(6)计算晶状体曲率(4306)，其中，曲率取决于所需的晶状体屈光度、由折射率成形诱发的折射率改变、以及所述材料的周围折射率改变。
(7)确定相位加权高度(4307)，其中，高度取决于诱发的折射率改变的差异，因此，还取决于周围材料。
(8)相位卷绕晶状体创建(4308)，其中，相位卷绕晶状体的信息由相位卷绕晶状体高度和原始晶状体曲率信息给出。对于每个层，每个区的半径可以使用该信息来确定。
(9)数据输出文件创建(4309)，其中，将使用来自相位卷绕晶状体的信息来创建关于每个层以及每个层的可能的每个块的信息(3508)。
(10)系统的数据加载(4310)，其中，晶状体/原坯被定位在系统内部。
(11)将晶状体/原坯定位在制造系统中(4411)，其中，该系统选择晶状体成形的起始位置。
(12)技术员输入客户ID(4512)，其中，软件将显示患者的信息和预选的成形选项。
(13)技术员验证信息，并且选择开始(4513)，其中，技术员在第一步中验证患者的身份，此后验证所选的处置选项。
(14)系统检查激光波长是否是正确的(4614)，其中，激光波长是针对原始晶状体材料选择的。系统的诊断工具此后检查所显示的波长和系统的实时值是否匹配；
(15)系统检查能量是否稳定(4615)，测量激光能量。系统的诊断工具此后检查理论上计算的能量和系统的实时值是否匹配。
(16)系统检查脉宽是否稳定(4616)，其中，诊断工具用于系统的脉宽尚未改变的内部检查。
(17)Z模块用于焦斑的Z定位(4717)，其中，Z模块用于改变晶状体成形焦斑和虹膜跟踪焦斑之间的距离。患者的眼睛内部的IOL可以不同地放置(settle)，此外，患者角膜厚度和前房厚度是可变的，因此，Z模块用于找到折射率成形晶状体的正确位置。
(18)扫描仪用于焦斑定位(4718)，其中，扫描仪将焦斑定位到正确的成形位置。
(19)AOM用于能量分布(4719)，其中，AOM为扫描仪位置提供正确的每一脉冲能量。
(20)X和Y载物台系统用于支承较大的处置区域(4720)，其中，X和Y载物台用于成形大于给定物镜的成形区域的晶状体。
(21)Z载物台用于允许层之间的移动(4721)，其中，Z载物台可以另外用于晶状体的不同层的Z移动。
(22)验证新晶状体屈光度(4822)，其中，测量并且验证IOL的新屈光度读数。
(23)封装晶状体并且将它装运给医生(4823)，其中，产品被包装和装运。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
PM系统总结
本发明可以广义地概括为一种用于改变聚合物材料的内部区域的亲水性的系统，所述系统包括：
(a)激光源；
(b)激光扫描仪；和
(c)显微镜物镜；
其中，
激光源被构造为发射脉冲激光辐射输出；
激光扫描仪被构造为在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出；
显微镜物镜还包括数值孔径，该数值孔径被构造为接受分布的脉冲激光辐射并且生成聚焦的激光辐射输出；并且
聚焦的激光辐射输出被显微镜物镜传送到聚合物材料(PM)的内部区域；
聚焦的激光辐射输出改变PM的内部区域内的亲水性。
该通用系统可以用本文中所描述的各种元件扩充以生成多种与该总体设计描述一致的发明实施例。
PLM系统总结
本发明系统预期基本构造主题中的多种变化，但是可以被概括为晶状体形成系统，该晶状体形成系统包括：
(a)激光源；
(b)激光扫描仪；和
(c)显微镜物镜；
其中，
激光源被构造为发射脉冲激光辐射输出；
激光扫描仪被构造为在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出；
显微镜物镜还包括数值孔径，该数值孔径被构造为接受分布的脉冲激光辐射并且生成聚焦的激光辐射输出；并且
聚焦的激光辐射输出被显微镜物镜传送到PLM；
聚焦的激光辐射输出与PLM内的聚合物相互作用，并且导致PLM内的亲水性改变。
该通用系统可以用本文中所描述的各种元件扩充以生成多种与该总体设计描述一致的发明实施例。
PM方法总结
本发明方法可以被广义地概括为一种用于改变聚合物材料的内部区域的亲水性的方法，所述方法包括：
(1)从激光源产生脉冲激光辐射输出；
(2)在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出；
(3)将分布的脉冲激光辐射接纳到显微镜物镜内的数值孔径中以生成聚焦的激光辐射输出；和
(4)将聚焦的激光辐射输出传送到聚合物材料(“PM”)的内部区域以使PM的内部区域的亲水性改性。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
PLM方法总结
本发明方法预期基本实现主题中的多种变化，但是可以被概括为晶状体形成方法，该晶状体形成方法包括：
(1)从激光源产生脉冲激光辐射输出；
(2)在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出；
(3)将分布的脉冲激光辐射接纳到显微镜物镜内的数值孔径中以生成聚焦的激光辐射输出；和
(4)将聚焦的激光辐射输出传送到PLM中以使PLM内的亲水性改性。
该通用方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
以方法限定的PM产品
本发明方法可以应用于任意聚合物材料的亲水性的改性，其中，以工艺限定的产品是包括合成聚合物材料的改性的聚合物材料(PM)，所述合成聚合物材料进一步包括形成在聚合物材料(PM)内的多个改性的亲水区，所述多个改性的亲水区使用包括以下步骤的方法而创建：
(1)从激光源产生脉冲激光辐射输出；
(2)在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出；
(3)将分布的脉冲激光辐射接纳到显微镜物镜内的数值孔径中以生成聚焦的激光辐射输出；和
(4)将聚焦的激光辐射输出传送到聚合物材料(PM)的内部区域以使PM的内部区域内的亲水性改性。
该通用的以工艺限定的产品的方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
以方法限定的PLM产品
本发明方法可以应用于光学晶状体的形成，其中，以工艺限定的产品是包括合成聚合物材料的光学晶状体，所述合成聚合物材料进一步包括形成在PLM内的多个光学区，所述多个光学区使用包括以下步骤的晶状体形成方法而创建：
(1)从激光源产生脉冲激光辐射输出；
(2)在显微镜物镜的输入区域上分布脉冲激光辐射输出；
(3)将分布的脉冲激光辐射接纳到显微镜物镜内的数值孔径中以生成聚焦的激光辐射输出；和
(4)将聚焦的激光辐射输出传送到PLM中以使PLM内的亲水性改性。
该通用的以工艺限定的产品的方法可以很大程度地根据若干个因素进行修改，步骤的重排和/或添加/删除在本发明的范围的预计内。这个优选示例性实施例方法和其他的优选示例性实施例方法与本文中描述的各种优选示例性实施例系统的整合在本发明的整个范围的预计内。
系统/方法/以方法限定的产品的变型
本发明预期基本构造主题中的多种变化。前面呈现的例子不代表可能的使用的整个范围。它们意在于引用几乎无限制的可能性中的几个。
该基本系统、方法和以方法限定的产品可以用各种辅助实施例扩充，包括但不限于：
●其中聚焦的激光辐射输出的分布通过使用X-Y载物台而被构造为大于显微镜物镜的视场大小的实施例，所述X-Y载物台被构造为定位显微镜物镜。
●其中激光源还包括以兆赫兹重复率发射激光脉冲的飞秒激光源的实施例。
●其中脉冲激光辐射输出具有在0.17至500纳焦耳的范围内的能量的实施例。
●其中脉冲激光辐射输出具有在1MHz至100MHz的范围内的重复率的实施例。
●其中脉冲激光辐射输出具有在10fs至350fs的范围内的脉宽的实施例。
●其中聚焦的激光辐射输出具有在0.5至10微米的范围内的X-Y方向上的斑点大小的实施例。
●其中聚焦的激光辐射输出具有在0.01至200微米的范围内的Z方向上的斑点大小的实施例。
●其中PLM成形为晶状体的形式的实施例。
●其中PLM是水饱和的实施例。
●其中PLM包括包含在镜片材料内的人工晶状体的实施例。
●其中PLM包括包含在镜片材料内的人工晶状体的实施例，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按二维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例。
●其中PLM包括包含在镜片材料内的人工晶状体的实施例，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按三维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按三维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例，所述模式在PLM内形成凸形晶状体。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按三维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例，所述模式在PLM内形成双凸形晶状体。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按三维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例，所述模式在PLM内形成凹形晶状体。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按三维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例，所述模式在PLM内形成双凹形晶状体。
●其中激光扫描仪被构造为在PLM内按三维模式分布聚焦的激光辐射输出的实施例；聚焦的激光辐射在与三维模式相关联的体积中创建亲水性改变；并且亲水性改变导致与三维模式相关联的体积的折射率的相应改变。
●其中折射率改变对于初始折射率大于1.3的PLM是负的实施例。
●其中折射率改变大于0.005的实施例。
●其中三维模式包括在PLM内的多个层的实施例。
●其中PLM包括交联聚合共聚物的实施例。
●其中PLM包括交联聚丙烯酸聚合物的实施例。
●其中激光源还包括声光调制器(AOM)的实施例。
●其中激光源还包括灰阶声光调制器(AOM)的实施例。
●其中PLM已经被预浸在包括水的溶液中的实施例。
●其中PLM包括紫外线(UV)吸收材料的实施例。
本领域的技术人员将认识到，基于以上发明描述内所教导的元件的组合，其他实施例是可能的。
广义计算机可用介质
在各种替代实施例中，本发明可以实现为用于与计算机化计算系统一起使用的计算机程序产品。本领域的技术人员将容易意识到，定义本发明定义的功能的程序可以用任何适当的程序设计语言编写，并且可以以许多形式递送给计算机，包括但不限于：(a)永久地存储在不可写存储介质(例如，只读存储器装置，诸如ROM或CD-ROM盘)上的信息；(b)可改变地存储在可写存储介质(例如，软盘和硬盘驱动器)上的信息；和/或(c)通过通信介质(诸如局域网、电话网络或公共网络(诸如互联网))传送给计算机的信息。当承载实现本发明方法的计算机可读指令时，这样的计算机可读介质表示本发明的替代实施例。
如本文中概括地例示的，本发明系统实施例可以包括各种计算机可读介质，包括其中包含计算机可读代码工具的计算机可用介质。本领域的技术人员将认识到，与本文中所描述的各种处理相关联的软件可以包含在多种计算机可访问介质中，该软件从这些计算机可访问介质加载和启动。依据In re Beauregard,35USPQ2d 1383(美国专利5,710,578)，本发明预计这种类型的计算机可读介质，并且将该计算机可读介质包括在本发明的范围内。依据In re Nuijten,500F.3d 1346(Fed.Cir.2007)(美国专利申请S/N 09/211,928)，本发明范围不限于计算机可读介质，其中，该介质既是有形的，又是非暂时性的。
总结
公开了允许聚合物材料(PM)的亲水性改性的系统/方法。亲水性改性(i)降低PM折射率，(ii)提高PM电导率，(iii)增大PM重量。该系统/方法包括激光辐射源，该激光辐射源在PM的三维部分内产生聚焦的激光脉冲以实现PM性质的这些改变。该系统/方法可以应用于形成定制的包括材料(PLM)的人工晶状体，其中，使用该系统/方法创建的晶状体通过外科手术定位在患者的眼睛内。植入的晶状体的折射率然后可以可选地随激光脉冲原位变化，以改变植入的晶状体的光学性质，从而实现最佳的纠正的患者视力。该系统/方法允许当患者的视力随年龄改变时对植入的晶状体进行许多原位修改。
还公开了允许PLM的亲水性的动态原位改性的晶状体形成系统/方法。该系统/方法包括激光器，该激光器在PLM的三维部分内产生聚焦的脉冲以使亲水性改性，从而修改PLM的折射率，从而创建任意构造的定制晶状体。该系统/方法可以应用于形成定制人工晶状体，其中，包括均质PLM的镜片材料通过外科手术定位在患者的眼睛内。患者的视力被所安装的镜片分析，并且均质PLM然后在原位被激光脉冲照射以修改PLM的内部折射特性以实现最佳的纠正的患者视力。该示例性应用可以允许动态地基于患者年龄对人工晶状体特性进行原位修改。
声明
尽管本发明的优选实施例已经在附图中例示并且在前面的具体实施方案中进行了描述，但是将理解，本发明不限于所公开的实施例，而是在不脱离由权利要求书阐述和限定的本发明的精神的情况下，能够有许多重排、修改和替换。

Claims (36)

1.一种通过仅增加聚合物材料(PLM)内部区域的指定区域的亲水性在聚合物材料内形成晶状体的方法，所述聚合物材料具有UV吸收体，所述方法包括：
(1)从具有一波长的激光源产生脉冲激光辐射输出，所述脉冲激光辐射输出可在所述聚合物材料(PLM)的所述内部区域内与所述UV吸收体相互作用；
(2)将所述脉冲激光辐射输出分布到显微镜物镜的输入区域；
(3)将所述分布的脉冲激光辐射接纳到显微镜物镜内的数值孔径中以生成聚焦的激光辐射输出；
(4)将所述聚焦的激光辐射输出传送到所述聚合物材料(PLM)的所述内部区域以增加所述聚合物材料(PLM)的所述内部区域的亲水性；
(5)将所述聚合物材料(PLM)的所述内部区域暴露于水中；以及
(6)允许所述聚合物材料(PLM)吸收水，从而减少所述聚合物材料(PLM)的所述内部区域的折射率以在所述聚合物材料(PLM)内形成晶状体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出的分布通过使用X-Y载物台而被构造为大于所述显微镜物镜的视场大小，所述X-Y载物台被构造为定位所述显微镜物镜。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光源还包括以兆赫兹重复率发射激光脉冲的飞秒激光源。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲激光辐射输出具有在1至500纳焦耳的范围内的能量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲激光辐射输出具有在1MHz至100MHz的范围内的重复率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲激光辐射输出具有在10fs至350fs的范围内的脉宽。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出具有在0.5至10微米的范围内的X-Y方向上的斑点大小。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出具有在0.1至200微米的范围内的Z方向上的斑点大小。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)成形为晶状体的形式。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)是水饱和的。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在所述聚合物材料(PLM)内的人工晶状体。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出在所述聚合物材料(PLM)内是二维模式。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出在所述聚合物材料(PLM)内是三维模式。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出在所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域内是三维模式，所述模式在所述聚合物材料(PLM)内形成凸形晶状体。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出在所述聚合物材料(PLM)内是三维模式，所述模式在所述聚合物材料(PLM)内形成双凸形晶状体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，激光扫描仪被构造为在所述聚合物材料(PLM)内按三维模式分布所述聚焦的激光辐射输出，所述模式在所述聚合物材料(PLM)内形成凹形晶状体。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出在所述聚合物材料(PLM)内是三维模式，所述模式在所述聚合物材料(PLM)内形成双凹形晶状体。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)的所述指定区域包括包含在镜片材料内的人工晶状体，所述镜片材料安置在患者的眼睛内。
29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦的激光辐射输出在所述聚合物材料(PLM)内是三维模式；所述聚焦的激光辐射与经过处理的内部区域内的聚合物相互作用并导致所述聚合物材料(PLM)的所述内部区域的亲水性改变；及所述亲水性改变导致与所述三维模式相关联的体积的折射率的相应改变。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述亲水性改变导致初始折射率大于1.3的所述聚合物材料(PLM)的负折射率改变。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)内的所述折射率改变大于0.01。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，与所述三维模式相关联的所述体积在10微米至100微米的范围内。
33.根据权利要求29所述的方法，其中，所述三维模式包括在所述聚合物材料(PLM)内的多个层。
34.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)包括交联聚合共聚物。
35.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)包括交联聚丙烯酸聚合物。
36.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料(PLM)已经被预浸在包括水的溶液中。
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