CN108135741A - 用于减少术后彩虹效应的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本披露涉及一种脉冲激光系统，所述脉冲激光系统包括：激光源，所述激光源产生激光束；扫描器，所述扫描器控制所述激光束的束焦点的位置并且还控制在所述束焦点处形成的光致光破裂在眼睛的角膜中的位置；计算机，所述计算机对所述激光源和所述扫描器产生指令以引导在所述角膜中形成规则的光致光破裂图案；以及噪声源，所述噪声源干扰每个光致光破裂的位置以便引起不规则的光致光破裂图案在所述角膜中形成，从而使得在所述光致光破裂图案形成之后通过所述角膜的光衍射被减少或被避免。

Description

用于减少术后彩虹效应的系统和方法

技术领域

本披露涉及一种用于在眼睛科手术期间通过脉冲激光将不规则性引入在角膜中形成的光致光破裂图案中以减少手术后有时被患者看到的彩虹效应的系统和方法。

背景技术

屈光眼手术通常用于矫正各种各样的视力问题。一种常见的这样的屈光眼手术被称为LASIK(激光辅助原位角膜磨削术)并且用于矫正近视、散光、或更复杂的屈光不正。其他手术可以矫正角膜缺陷或其他问题。这些手术可以单独使用，但是一些手术还可以与其他视力矫正手术(比如白内障手术)相容。例如，用于矫正散光的LASIK通常与白内障手术相结合。

在LASIK和其他屈光眼手术期间，通常在眼睛的内部部分(比如角膜基质)上而不是眼睛表面上进行矫正性手术。这种实践通过允许矫正性手术针对眼睛的最有效部分、通过保持眼睛的外部保护性部分大体上完整、并且出于其他原因往往改善手术结果。

可以以各种各样的方式进入眼睛的内部部分，但是频繁的进入涉及角膜中的瓣的切割。这对于屈光眼手术(比如LASIK)尤其如此，其中在角膜的内部部分(比如基质)上进行矫正性手术。所述瓣允许角膜的外部部分被提起并折叠移开，从而准许进入角膜的内部部分。在不使用瓣的其他手术中，仍然可以以某种方式切割角膜以允许进入其内部或进入眼睛的其他内部部分。

通常使用脉冲激光(比如脉冲飞秒激光)来切割角膜，在所述脉冲激光中，束焦点在角膜内移动。激光的脉冲性质使其以“点缀”图案蒸发角膜组织，当激光被脉冲启动时，与光束焦点的位置相对应，当激光在脉冲之间关闭时，使完好的角膜组织与光束焦点的位置相对应。典型地，脉冲激光仅在非常短的脉冲时间(比如在飞秒激光的情况下为几十到几百飞秒)内启动，但是在启动时它在小的体积内产生非常高的功率密度，从而在那个体积内使组织消融。然后，在激光被重新脉冲启动之前，光束焦点移动至角膜内的新位置。这产生一系列小的光致光破裂(典型地，平均大小为几微米)。典型地，小的光致光破裂也间隔开几微米。因此形成的“点缀”图案使得角膜组织被有效地切割，从而允许例如瓣被脱离并提起，同时减小激光对角膜组织的损害。

因为脉冲激光的控制已经被改善，因此光致光破裂的“点缀”图案在平均消融大小和消融间距方面变得非常规则。例如，高精度的网格图案通常用于在LASIK手术期间切割角膜瓣。这个高精度的网格图案在一些患者中引起意想不到的术后效应。具体地，光致光破裂允许光被角膜衍射，从而引起患者的视觉中出现彩虹。这种彩虹效应最常见于患者的视野中的物体的锐利边缘周围。彩虹效应可能分散注意力或以其他方式损伤视力或者它可能仅仅使患者烦恼。

尽管彩虹效应是屈光眼手术之后报告最频繁的，在屈光眼手术中，角膜瓣被切割，这很可能是由于角膜瓣的相对较大的大小的程度，但是它可能在使用脉冲激光来以网格图案切割角膜的任何屈光或其他眼睛手术中出现。

发明内容

本披露涉及一种脉冲激光系统，所述脉冲激光系统包括：激光源，所述激光源产生激光束；扫描器，所述扫描器控制所述激光束的束焦点的位置并且还控制在所述束焦点处形成的光致光破裂在眼睛的角膜中的位置；计算机，所述计算机对所述激光源和所述扫描器产生指令以引导在所述角膜中形成规则的光致光破裂图案；以及噪声源，所述噪声源干扰每个光致光破裂的位置以便引起不规则的光致光破裂图案在所述角膜中形成，从而使得在所述光致光破裂图案形成之后通过所述角膜的光衍射被减少或被避免。

所述脉冲激光系统还可以包括以下元件，除非是明确相互排斥，所述元件可以彼此相组合：i)所述激光源可以是飞秒激光器；ii)所述扫描器可以包括至少一个横向控制元件和至少一个纵向控制元件；iii)每个噪声源可以联接到至少一个横向控制元件、或至少一个纵向控制元件、或多个控制元件；iv)所述系统可以包括多个噪声源，所述多个噪声源单独地联接到至少一个横向控制元件或至少一个纵向控制元件；v)所述噪声源可以将噪声引入控制所述光致光破裂的位置的电信号中，从而使得所述位置被干扰，在这种情况下，电信号限制器可以限制光致光破裂在任何方向上被干扰的距离；vii)其中，所述噪声源可以实际移动所述扫描器的控制所述光致光破裂的位置的元件，从而使得所述位置被干扰；viii)所述噪声源可以修改由所述计算机产生的指令以便引导规则的光致光破裂图案的形成，从而使得光致光破裂被干扰，在这种情况下，所述噪声源可以包括伪随机数发生器或随机数发生器，并且还在这种情况下，所述计算机可以进一步执行代码以便检查和限制所述光致光破裂被干扰的距离；ix)每个光致光破裂可以被干扰的距离不超过所述规则的光致光破裂图案中的给定方向上的光致光破裂之间的间距的20％；x)每个光致光破裂被干扰的距离可以被限制，使得光致光破裂不重叠。

本披露进一步包括一种手术器械套件，所述手术器械套件包括以上所描述的任何脉冲激光系统。

本披露还包括使用以上所描述的任何脉冲激光系统或手术器械套件在进行眼睛手术(比如屈光眼手术)的患者的眼睛角膜上形成切口。

本披露进一步包括一种进行眼睛手术的方法，所述方法包括：通过产生具有束焦点的激光束来在患者的眼睛中的至少一个眼睛的角膜中形成光致光破裂图案以切割角膜；使用扫描器来将束焦点引导至角膜中的某个位置以引起光致光破裂；并且进行重复来形成光致光破裂图案，其中，计算机对扫描器产生指令以形成规则的光致光破裂图案，所述规则的光致光破裂图案被来自噪声源的噪声所干扰，从而使得在所述光致光破裂图案形成之后角膜进行的光衍射被减少或被避免。

附图说明

为了更彻底理解本发明及其特征和优点，现在参考以下结合附图所做出的说明，在附图中：

图1A是脉冲激光系统的示意图；

图1B是图1A的脉冲激光系统中的扫描器的示意图；

图1C是图1A的脉冲激光系统中的另一个扫描器的示意图；

图2A是存在一维干扰的不规则光致光破裂图案的示意图；

图2B是存在二维干扰的不规则光致光破裂图案的示意图；并且

图2C是存在三维干扰的不规则光致光破裂图案的示意图。

具体实施方式

在以下说明中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所披露的主题。然而，对于本领域普通技术人员而言明显的是，所披露的实施例是示例性的并且不是所有可能的实施例的穷举。

本发明涉及一种用于进行眼睛手术(比如屈光眼手术)的系统和方法，其中光致光破裂图案形成于患者的眼睛的角膜中。所述系统和方法将不规则性引入光致光破裂图案中足以在手术之后减小或避免角膜进行的引起彩虹效应的光衍射。所述系统和方法使用脉冲激光系统的噪声源和扫描器、而不是通过修改激光束源的任何参数(比如脉冲频率)来引入这个不规则性。

图1A是用于在眼睛手术(包括屈光眼手术)期间形成不规则的角膜破裂网格图案时使用的脉冲激光系统10的示意图。脉冲激光系统10可以是单独的手术工具或较大眼睛手术系统的一部分，所述眼睛手术系统可以包括其他激光系统、患者或眼睛定位系统、观察系统、或它们的任何组合。特别地，脉冲激光系统10可以是手术器械套件的一部分，所述手术器械套件被设计成用于提供基本上所有计算机辅助装置以进行给定的眼睛手术。

脉冲激光系统10包括产生激光束30的激光源20。系统10包括用于引导、聚焦、或以其他方式操纵激光束30的各种部件，比如扫描器、反射镜、扩束器、以及透镜。为简单起见，未在图1A中展示出所有这种部件。然而，扫描器40被展示出来，因为扫描器40控制在手术期间定位在患者的眼睛的角膜中的束焦点50。扫描器40产生束焦点50的不规则图案，从而在患者的眼睛的角膜中引起不规则的光致光破裂图案，比如在图2、图2B以及图2C中所展示的那些不规则光致光破裂图案。激光源20和扫描器40由计算机60控制，所述计算机还可以控制脉冲激光系统10的其他部件。脉冲激光系统10可以进一步包括壳体以及其他设备以保护和定位其部件以及可以是可抛弃的患者-接口外围设备。

激光源20可以包括以所选持续时间的脉冲产生激光束30的任何激光器。激光源20可以根据脉冲持续时间来命名。例如，如果脉冲持续时间在飞秒范围(比如小于10飞秒)中，则激光源20是飞秒激光器。

扫描器40提供对束焦点50的横向控制和纵向控制。“横向”是指与激光束30的传播方向成直角的方向。横向平面在图2A和图2B中示出、并且包括横向方向x和y。虽然横向平面可以被定位在患者的眼睛的角膜中的任何地方，但是当其进入角膜时取决于角膜如何相对于激光束30而定位，典型地，横向平面将如图2A和图2B中所描绘的定位成大致平行于角膜的表面。

如图1B和图1C中所示出的，扫描器40可以使用横向控制元件70来控制横向平面中的束焦点50。横向控制元件70可以包括一对反射镜，所述反射镜可绕相互垂直的轴线倾斜。这些反射镜的倾斜可以由检流计致动器、压电马达、微型动作器、或其他装置控制。替代性地，横向控制元件70可以包括电光晶体。

“纵向”是指激光束30的传播方向。图2C包括纵向方向z。虽然纵向方向还可以被定位在患者的眼睛的角膜中的任何地方，但是当其进入角膜时取决于角膜如何相对于激光束30而定位，典型地，纵向方向将如图2C中所描绘的定位成大致垂直于角膜的表面。

如图1B和图1C中所示，扫描器40可以使用纵向控制元件80在纵向方向上控制束焦点50。纵向控制元件80可以包括可纵向调节的透镜。替代性地，纵向控制元件80可以包括屈光力可变的透镜。同样替代性地，纵向控制元件80可以包括可变形反射镜。

扫描器40可以包含多于一个横向控制元件70、多于一个纵向控制元件80、或多于一个横向控制元件和纵向控制元件。此外，横向控制元件70和纵向控制元件80可以被定位在多于一个位置或装置中。类似地，多个横向控制元件70或多个纵向控制元件80可以处于多于一个位置或装置中。因此，扫描器40可以包括实际上分布的装置。

计算机60至少包括处理资源，所述处理资源能够执行代码以对激光源20和扫描器40产生指令以便在患者的眼睛的角膜中形成规则的光致光破裂图案。计算机60可以与激光源20和扫描器40实际或无线通信。计算机60可以进一步包括存储器(尤其是用于存储处理资源的指令的存储器)、用于与激光源20和扫描器40通信的通信模块、以及其他部件。

脉冲激光系统10进一步包括噪声源90，所述噪声源联接至扫描器40或者被定位在所述扫描器中。当计算机60对扫描器40产生指令以根据规则的光致光破裂图案(比如图2A和图2B中的光致破裂网格图案110)定位束焦点50时，噪声源90干扰扫描器40的至少一个横向控制元件70或纵向控制元件80，从而使得光致光破裂100从规则的光致光破裂图案中受到干扰。当至少一个元件结合为多个束焦点50产生的多个指令而被干扰时，产生不规则的光致光破裂图案(比如图2A、图2B以及图2C中所示出的那些不规则的光致光破裂图案)。

噪声源90可以包括一个噪声源或多个噪声源。如图1B中所示出的，一个噪声源可以联接至扫描器40的多个控制元件，在这种情况下，类似的干扰施加于每个控制元件。如图1C中所示，多个噪声源90各自可以联接至扫描器40的不同控制元件，从而使得不同的干扰施加于每个控制元件。

噪声源90可以电联接或实际联接至扫描器40的一个或多个控制元件，并且可以包括统计上的噪声信号(比如热噪声)的任何物理源。如果适用的话，在信号已经离开计算机60之后，噪声源90可以通过将噪声引入元件接收的电信号中来干扰控制元件。噪声源90还可以实际移动控制元件。当噪声源90电联接或实际联接至扫描器40的一个或多个控制元件时，由计算机60执行的代码不需要从产生规则的光致光破裂图案的常规代码进行修改，并且计算机60可以简单地发送用于规则的光致光破裂图案的指令。无论扫描器40从计算机60接收的指令如何，噪声源90引起实际光致光破裂图案不规则。

噪声源90还可以存在于计算机60中，在计算机60产生的指令被发送给扫描器40之前，任何噪声源可以修改所述指令。例如，噪声源90可以是随机或伪随机数发生器。通过简单地引起用于扫描器40的指令的修改，在这些指令已经由常规代码产生之后并且在这些指令被发送之前，噪声源90可以被容易地添加至提供规则的光致光破裂图案的常规代码。

使用本披露的系统和方法产生的不规则的光致光破裂图案可以仅在一维(比如如图2A中所展示的一个横向方向或纵向方向(未示出))受到干扰。干扰还可以是二维的(比如在如图2B中所展示的两个横向方向上或在一个横向方向和纵向方向(未示出)上)。如图2C中所展示的，干扰还可以是三维的。

典型地，每个光致光破裂100具有介于2μm与5μm之间的平均尺寸、并且是由激光束30在束焦点50形成的二氧化碳和水蒸气的气泡。

可以控制每个光致光破裂100可以从规则图案中受到的干扰的距离。例如，可以控制距离以便确保脉冲激光系统10实际上切割角膜，并且确保光致破裂不在角膜之外、或在损坏位置、或在角膜之外和损坏位置出现。例如，如果噪声源90电联接至扫描器40的一个或多个控制元件，则可以使用电信号限制器(比如二极管)来控制光致光破裂100被干扰的距离。如果噪声源90将噪声引入由计算机60发送的

指令，则计算机60可以进一步执行代码以便检查并限制光致光破裂100被干扰的距离。

每个光致光破裂100被干扰的距离可以不超过规则的光致光破裂图案中的光致光破裂之间在给定方向上的间距的一定百分比。例如，所述距离在给定方向上可以不超过20％、不超过15％、不超过10％、或不超过5％。所述距离还可以被限制，使得光致光破裂100可以不重叠。

噪声源90、所述噪声源可能干扰光致光破裂100的方向、以及对每个光致光破裂100的距离的任何限制使得当脉冲激光系统100用于在屈光眼手术或其他手术期间在角膜中形成光致光破裂图案时，手术之后角膜进行的光衍射被减少或被避免。因此，手术之后患者不会体感受到彩虹效应，或者如果使用了不具有噪声源90的相同系统，则手术之后患者较少感受到彩虹效应。

本披露进一步包括一种进行眼睛手术(比如屈光眼手术)的方法，其中光致光破裂图案形成于患者的眼睛的至少一个眼睛的角膜中以便切割角膜。所述方法包括使用脉冲激光系统(比如系统10)来形成光致光破裂图案。具体地，激光源(比如激光源20)产生激光束(比如激光束30)，所述激光束被扫描器(比如扫描器40)引导至角膜中的束焦点(比如束焦点50)，在所述束焦点引起光致光破裂(比如光致光破裂100)。这个过程被脉冲激光源20重复以便在角膜中形成光致光破裂图案。激光源和扫描器由计算机(比如计算机60)控制。使用噪声源(比如噪声源90)来引入噪声。

激光源可以在飞秒范围的时间段(比如小于10飞秒)内产生每个激光束。脉冲之间的时间间隔可以处于飞秒至纳秒范围中。

激光源由计算机控制，所述计算机执行处理资源上的代码并且将指令发送给激光源。扫描器也由计算机控制，所述计算机执行处理资源上的代码并且将指令发送给扫描器以便致使束焦点和光致光破裂遵循规则的图案(比如在图2A和图2B中所示的图案)。

扫描器使用横向控制元件(比如元件70)来控制束焦点的横向位置。可以通过激活联接至可绕相互垂直的轴线倾斜的一对反射镜的一对检流计致动器中的至少一个检流计致动器来控制和改变横向位置。致动所述对致动器中的至少一个致动器致使联接的反射镜绕其轴线倾斜。还可以通过改变激光束穿过的电光晶体的电场来控制和改变横向位置。晶体的折射率变化，所述变化与电场成线性比例。

扫描器使用纵向控制元件(比如元件80)来控制束焦点的纵向位置。可以通过调整可纵向调节的透镜(例如，通过在壳体内纵向地改变透镜位置)来控制和改变纵向位置。还可以通过移动屈光力可变的透镜的横向位置来控制和改变纵向位置。还可以通过改变可变形反射镜的形状来控制和改变纵向位置。

可以通过将电信号或物理部件联接至物理噪声源(比如热噪声源)来引入噪声。噪声源可以致使电信号变化或由物理部件引起的实际移动的程度变化。可以通过在电信号源与实际上定位激光束的控制元件的任何部件之间包括电信号限制器(比如二极管)来控制噪声干扰光致光破裂图案的程度。

还可以通过将噪声源(比如伪随机或随机数发生器)应用于计算机产生的指令来引入噪声，在所述指令被实际上发送给扫描器之前，所述计算机引导规则的光致光破裂图案。可以通过进一步执行代码来控制噪声干扰光致光破裂图案的程度以便检查和限制光致破裂可以在任何方向上被干扰的距离。

因此，产生了不规则的光致光破裂图案，在不规则的光致光破裂图案中，光致光破裂受到一维、二维、或三维干扰。光致光破裂仍有效地在角膜上产生切口，但是它们在角膜中衍射光或者不进行光衍射以及不形成规则的光致光破裂图案。结果，手术之后，患者不会感受到或较少感受到彩虹效应。

这个方法可以作为屈光眼手术(比如LASIK)或任何其他眼睛手术的一部分进行，在这些眼睛手术中，角膜被切割(比如白内障手术)。

以上披露的主题应认为是展示性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有这种修改、增强、以及落入本披露的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本披露的范围将由所附权利要求及其等效物的最广泛允许的解读来确定并且不应受限于或局限于前述详细说明。

Claims (15)

1.一种脉冲激光系统，包括：

激光源，所述激光源产生激光束；

扫描器，所述扫描器控制在眼睛的角膜中所述激光束的束焦点的位置以及在所述束焦点处形成的光致光破裂的位置；

计算机，所述计算机对所述激光源和所述扫描器产生指令以便引导在所述角膜中形成规则的光致光破裂图案；以及

噪声源，所述噪声源干扰每个光致破裂的位置以便致使不规则的光致光破裂图案在所述角膜中形成，从而使得在所述光致光破裂图案形成之后由角膜进行的光衍射被减少或被避免。

2.如权利要求1所述的脉冲激光系统，其中，所述激光源是飞秒激光器。

3.如权利要求1或权利要求2所述的脉冲激光系统，其中，所述扫描器包括至少一个横向控制元件以及至少一个纵向控制元件。

4.如权利要求3所述的脉冲激光系统，其中，所述噪声源联接到至少一个横向控制元件、或至少一个纵向控制元件、或多个控制元件。

5.如权利要求3所述的脉冲激光系统，所述脉冲激光系统包括多个噪声源，所述噪声源各自单独地联接到至少一个横向控制元件或至少一个纵向控制元件。

6.如权利要求1至5中任一项所述的脉冲激光系统，其中，所述噪声源将噪声引入控制所述光致光破裂的位置的电信号中，从而使得所述位置被干扰。

7.如权利要求6所述的脉冲激光系统，所述脉冲激光系统进一步包括电信号限制器以限制光致光破裂在任何方向上被干扰的距离。

8.如权利要求1至5中任一项所述的脉冲激光系统，其中，所述噪声源实际移动所述扫描器的控制所述光致光破裂的位置的元件，从而使得所述位置被干扰。

9.如权利要求1至5中任一项所述的脉冲激光系统，其中，所述噪声源修改所述计算机产生的所述指令以便引导规则的光致光破裂图案的形成，从而使得光致光破裂被干扰。

10.如权利要求9所述的脉冲激光系统，其中，所述噪声源包括伪随机数发生器或随机数发生器。

11.如权利要求9或权利要求10所述的脉冲激光系统，其中，所述计算机进一步执行代码以便检查和限制所述光致光破裂被干扰的距离。

12.如权利要求1至11中任一项所述的脉冲激光系统，其中，每个光致光破裂被干扰的距离不超过所述规则的光致光破裂图案中的光致光破裂之间在给定方向上的间距的20％。

13.如权利要求1至12中任一项所述的脉冲激光系统，其中，每个光致光破裂被干扰的距离被限制，使得光致光破裂不重叠。

14.一种手术器械套件，所述手术器械套件包括如权利要求1至13中任一项所述的脉冲激光系统。

15.如权利要求1至13中任一项所述的脉冲激光系统或如权利要求14所述的手术器械套件用于在进行眼睛手术的患者的眼睛的角膜上形成切口的用途。