CN109152660A

CN109152660A - 人体或动物组织切割仪器的光学聚焦系统

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Publication number: CN109152660A
Application number: CN201780029945.8A
Authority: CN
Inventors: F·罗马诺; A·贝尔纳; C·莫克莱; E·博博
Original assignee: Clanova Co
Current assignee: Jean Mona Saint Etienne University; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: RU2018138614A3; RU2018138591A; EP3439593A1; CA3020006A1; EP3439593B1; EP3439594A1; RU2736181C2; PL3439593T3; EP3439594B1; ES2945230T3; IL262051A; WO2017174711A1; US11452637B2; JP7011645B2; ES2888809T3; EP3909552B1; PL3439594T3; HUE061958T2; PL3909553T3; CN109310522B

Abstract

本发明涉及一种用于切割例如角膜或晶状体的人体或动物组织的仪器，所述仪器包括处理装置，所述处理装置利用由飞秒激光器(1)产生的激光光束在焦平面上产生图案，所述图案包括至少两个冲击点，所述处理装置设置在飞秒激光器的下游，其特征在于，该处理装置包括光学聚焦系统(5)，其用于将激光光束聚焦在切割平面上，以及控制单元(6)，其用于引导光学聚焦系统沿激光光束的光路的移动，以便将焦平面移动至至少三个相应的切割平面上，从而形成组织的切割表面的堆叠。

Description

人体或动物组织切割仪器的光学聚焦系统

技术领域

本发明涉及以飞秒激光器完成的外科手术技术领域；更具体地，本发明涉及眼科手术技术领域，特别是切割角膜或晶状体的应用。

本发明涉及一种通过飞秒激光器切割人体或动物组织(例如角膜或晶状体)的设备。

飞秒激光器是指能够以超短脉冲发送激光光束的光源，其持续时间在1飞秒到100皮秒之间，优选地在1到1,000飞秒之间，特别是大约百飞秒的量级。

背景技术

现有技术已知通过飞秒激光器进行眼部的外科手术，例如切割角膜或晶状体的手术。

飞秒激光器是一种能够实现角膜组织切割的仪器，其例如通过将激光光束聚焦在角膜基质中，并形成一系列邻近的微小空化气泡，然后形成切割线。

更具体地，在激光光束聚焦在角膜处期间，当激光强度超过阈值(称为光学击穿阈值)时，通过非线性电离产生等离子体。然后形成空化气泡，产生周围组织的非常局域化的扰动。因此，与扰动区域相比，激光实际烧蚀的体积非常小。

在每个脉冲中由激光切割的面积非常小，它取决于光束的功率和聚焦，大约在一微米或数十微米的量级。因此，只能通过在待切割区域的整个表面上进行一系列连续冲击来实现角膜板层切割。

然后可以用扫描装置进行光束的位移，该扫描装置包括可控的检流计反射镜和/或使得光学元件(例如反射镜或透镜)能够移动的板。该扫描装置提供了沿着形成光束的位移路径的一系列分段的相反路径而移动光束的可能性。

为了在1mm²的表面上切割角膜，必须实现彼此非常接近的约20,000次冲击。现今，这些冲击是以平均每秒300,000次冲击的速率逐一进行的。在分段末端，激光器停止产生脉冲，以使得反射镜能够定位在下一分段上；考虑到该时间，在约65mm²的表面上切割角膜平均需要15秒。因此外科切割手术进展缓慢。

为了优化切割时间，已知如何增加激光器的频率。然而，增加频率还涉及通过合适的板或扫描仪增加光束的位移速度。还已知如何增加激光在待切割组织上的冲击之间的间隔，但这样通常不利于切割质量。

因此，用于角膜切割的大多数飞秒激光器使用通常大于100kHz的高工作频率，并与用于移动光束的组合扫描仪和位移板的系统相关联，但这对设备总成本产生负担，因此对需要偿付的外科手术产生负担。

为了解决激光切割的速度问题，还已知如何使用检流计反射镜来改进激光光束的速率、速度和偏转轨迹。

然而，这种技术在结果方面并不令人满意。

减少切割时间的另一种解决方案包括同时产生几个空化气泡。文献US2010/133246、EP1790383和US2016/067095描述了基于将单束初级激光光束细分成多束次级激光光束的技术的切割装置。这些装置通常包括光学系统以产生次级激光光束，用于分别产生相应的空化气泡，所述光学系统例如一个(或更多个)分束器。

同时产生“n”个空化气泡，这使得可以将切割的总持续时间减少为“n”分之一。已经有人描述为了加速流程而将光束倍增为多个光束，但是其总是借助于衍射或多次反射的纯光学解决方案。结果从未在临床中使用，主要是因为不同的光束不是同一尺寸。

而且，细分技术导致多束次级激光光束的直径相对于由飞秒激光器产生的单束初级激光光束的直径增加。实际上，次级激光光束对应于单束初级激光光束的空间分离的“部分”。由于不同的次级激光光束之间的距离非零，由多束次级激光光束形成的整体的直径大于初级激光光束的直径。

这种直径的增加可能是一个缺点，特别是在切割装置包括用于在切割平面中移动多束次级激光光束的扫描系统(例如光学扫描仪)的情况下。实际上，扫描系统的输入直径通常是单束初级激光光束的直径的量级，使得一些次级光束不会穿过扫描系统。

因此在目前，基于激光光束的切割方案仅用于沿着切割线产生空化气泡，或进一步在某些情况下在切割平面中产生空化气泡。

然而，现有的方案均无法破坏组织的部分，特别是因为对切割平面进行堆叠过于冗长，这种平面堆叠持续的时间不符合外科手术持续的时间。

本发明的一个目的在于提出一种用于消除上述缺点中的至少一个的切割仪器。特别地，本发明的一个目的在于提出这样一种切割仪器，其能够以迅速有效的方式对待处理的组织的部分进行破坏。

发明内容

为此目的，本发明提出一种用于切割例如角膜或晶状体的人体或动物组织的仪器，所述仪器包括飞秒激光器和处理装置，所述飞秒激光器能够以脉冲的形式发送激光光束；所述处理装置用于产生图案，所述图案在由飞秒激光器产生的激光光束的焦平面上包括至少两个冲击点，所述处理装置设置在所述飞秒激光器的下游，其特征在于该处理装置包括：光学聚焦系统，其用于将激光光束聚焦在切割平面上；以及控制单元，其能够控制光学聚焦系统沿激光光束的光路的位移，以便在至少三个相应的切割平面中移动焦平面，从而形成用于切割组织的平面的堆叠。

在本发明的范围内，“冲击点”是指激光光束的一个区域，其包括在激光光束的焦平面中，其中所述激光光束的强度足以在组织中产生空化气泡。

在本发明的范围内，“邻近冲击点”是指两个相对(en regard)设置的不被另一个冲击点分隔开的冲击点。“相邻冲击点”是指一组邻近的点之中的两个点，其间的距离最小。

在本发明的范围内，“图案”是指在整形后的激光光束的焦平面中同时产生的多个激光冲击点，“整形”即调制其相位以用于将其能量分布在对应于设备的切割平面的焦平面的若干不同点中。

因此，本发明提供了在切割平面中修改激光光束的强度分布的可能性，以便能够根据所选择的分布而改善切割的质量或速度。通过激光光束的相位调制获得该强度分布修改。

通过相位掩模板实现光学相位调制。在调制之后保留入射激光光束的能量，并且通过作用于波前来实现光束的整形。电磁波的相位表示电磁波振幅的瞬时情况。相位取决于时间和空间。在激光光束的空间整形的情况下，仅考虑相空间的变化。

波前被定义为光束等相位点的表面(即，从发射光束的光源行进时间相等的点组成的表面)。因此，对光束空间相位的修改需要修改其波前。

该技术提供了以更快速和更有效的方式实现切割操作的可能性，因为它根据受控的分布而应用实现切割的多个激光光斑。

就本发明而言，波前的相位调制产生经调制的单束激光光束，其仅在切割平面中形成若干个冲击点。以这种方式，沿着传输路径的经调制的激光光束一直是单束。波前的相位调制使得光束表面的不同点相对于初始波前的相位延迟或提前，使得这些点中的每一个在透镜的焦平面上的N个分离点处产生相长干涉。仅在单个平面(即焦平面)中，而不是沿着经调制的激光光束的传输路径的全程，发生能量重新分配到多个冲击点的现象。相比之下，文献US2010/0133246提出使用的光学系统基于相位，并且使得初级光束被细分为具有不同传输角度的多个次级光束。

根据本发明的调制技术(通过产生经调制的单一激光光束)限制了切割表面质量下降的风险。实际上，如果经调制的单一激光光束的一部分沿着光束的传输路径丢失，则图案的所有冲击点的强度将同时衰减(保持图案的不同冲击点之间的同一性)，但是没有冲击点会在切割平面上消失。相反，US2010/0133246中提出的光束细分技术，如果多个次级光束的一部分沿着传输路径丢失，则图案的一些冲击点(对应于由丢失的次级光束产生的冲击点)将从切割平面中丢失，这实质上降低了切割质量。

切割仪器的优选而非限定性的方面如下：

-所述控制单元能够控制光学聚焦系统的位移，以便依序在初始位置与最终位置之间移动焦平面，所述最终位置比所述初始位置更靠近所述飞秒激光器；

-所述仪器可以进一步包括整形系统，其设置在所述飞秒激光器与所述光学聚焦系统之间，以用于根据计算的调制设定值调制激光光束的波前相位，从而获得经相位调制的激光光束，以将激光光束的能量分配至在激光光束的焦平面上形成图案的至少两个冲击点；

-整形系统与光学聚焦系统之间的光路的长度可以小于2米，优选地小于1米；

-所述控制单元可以设置为控制所述整形系统，以便在两个相应的切割平面之间改变图案的形状；

-所述控制单元可以设置为控制所述整形系统，所述控制单元适于在两个相应的切割平面之间(或者在同一切割平面中)至少发送第一控制信号和第二控制信号：

-所述第一控制信号根据计算的第一调制设定值而调制激光光束的波前的相位，以将激光光束的能量分配至整形系统的焦平面上的多个第一冲击点，所述第一冲击点构成第一图案；

-所述第二控制信号根据计算的第二调制设定值而调制激光光束的波前的相位，以将激光光束的能量分配至整形系统的焦平面上的多个第二冲击点，所述第二冲击点构成与第一图案不同的第二图案；

-所述仪器可以进一步包括扫描光学扫描仪，其设置在所述飞秒激光器下游，以用于在切割平面中将图案沿着位移方向而移动至多个位置；

-控制单元可以被设置为用于控制扫描光学扫描仪，以便在两个相继的切割平面之间改变焦平面上的切割区域；

-控制单元可以被设置为用于控制扫描光学扫描仪，以便在两个相继的切割平面之间改变焦平面上切割区域的形状；

-控制单元可以被设置用于控制光学扫描仪，以便在两个相继的切割平面之间改变光学扫描仪的扫描步距；

-所述控制单元能够控制光学聚焦系统的位移，从而使得两个相继平面之间的距离包括在2μm至500μm之间；

-所述仪器还可以包括滤波器，所述滤波器设置在所述整形系统的下游，以阻挡在整形系统的中心产生的寄生能量，

-所述滤波器可以包括板，所述板包括：设置在板的中央的对激光辐射不透明的区域，以及向不透明的区域的外周延伸的对激光辐射透明的区域。

-所述整形系统可以包括一套相位掩模板，每个掩模板作用于激光光束的相位以根据不同图案通过相位调制分配激光光束的能量，所述掩模板固定至位移装置，所述控制单元设置为(通过发送一个或更多个控制信号)控制所述位移装置，从而在以下位置之间移动每个掩模板：启用位置，掩模板在启用位置切断激光光束的光路；停用位置，掩模板在停用位置不向激光光束的光路上延伸；

-作为变体，所述整形系统可以包括空间光调制器，控制单元设置为通过发射至少一个控制信号而控制所述空间光调制器，根据计算的调制设定值调制激光光束的波前的相位，以将激光光束的能量分配至所述整形系统的焦平面上的多个冲击点；

-调制设定值可以是通过使用基于傅立叶变换的迭代算法计算的相位掩模板。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从下文参考附图进行的描述中变得清楚，所述描述意在作为说明而不是作为限制，所述附图中：

-图1为说明包括根据本发明的切割仪器的回路的示意图；

-图2显示了激光光束在其焦平面中的强度分布；

-图3显示了切割图案的位移路径；

-图4显示了待破坏的组织部分的切割平面；

-图5至图9、图11至图18、图20至图22、图24以及图28显示了切割图案的不同示例；

-图10、图19、图23以及图25至图27显示了空化气泡的阵列。

具体实施方式

本发明涉及一种利用飞秒激光器切割人体组织的仪器。在随后的描述中，作为示例，将描述本发明用于切割人或动物眼睛的角膜。

1.切割仪器

参考图1，示出了根据本发明的切割仪器的实施方案。所述切割仪器可以设置在飞秒激光器1与待处理目标2之间。

飞秒激光器1能够以脉冲发射激光光束。作为示例，激光器1以400飞秒的脉冲形式发射波长为1,030nm的光。激光器1的功率为20W，频率为500kHz。

目标2例如是待切割的人体或动物组织，例如角膜或晶状体。

切割仪器包括：

-整形系统3，其设置在由飞秒激光器1产生的激光光束11的轨迹上，

-扫描光学扫描仪4，其位于整形系统3的下游，

-光学聚焦系统5，其位于扫描光学扫描仪4的下游。

切割仪器还包括控制单元6，所述控制单元6能够控制整形系统3、扫描光学扫描仪4和光学聚焦系统5。

整形系统3能够调制由飞秒激光器1产生的激光光束11的相位，以便将激光光束的能量分布在其焦平面中的多个冲击点中，同时产生的多个冲击点限定了图案。

扫描光学扫描仪4能够定向由整形系统3产生的经相位调制的激光光束31，以用于在焦平面21中沿着由使用者预定的位移路径移动切割图案。

光学聚焦系统5能够使调制和偏移后的激光光束41的焦平面21(对应于切割平面)移动。

因此，整形系统3能够同时产生限定图案的多个冲击点，扫描光学扫描仪4使得该图案能够在焦平面21中移动，并且光学聚焦系统5使得焦平面21能够在深度上移动，从而在限定出体积的连续平面中产生切割。

现在将参考附图更详细地描述形成切割仪器的不同元件。

2.切割仪器的元件

2.1.整形系统

激光光束的空间整形系统3提供了改变激光光束的波面的可能性，以便在焦平面中获得彼此分开的冲击点。更具体地，整形系统3能够根据计算的调制设定值调制由飞秒激光器1产生的激光光束11的相位，以便获得单束经相位调制的激光光束，以在光束的焦平面中形成强度峰值，每个强度峰值在对应于切割平面的焦平面中产生相应的冲击点。

单束经调制的激光光束使得扫描系统(例如光学扫描仪)易于集成，用于在切割平面中移动多束次级激光光束。实际上，由于扫描系统的输入直径是初始激光光束直径的量级，因此使用单束经调制的激光光束(其直径基本上等于初始激光光束的直径)限制了利用诸如US2010/0133246中描述的光束细分技术可能发生的像差的风险。

根据所示实施方案，整形系统3是带有液晶的空间光调制器，其首字母缩写SLM(“Spatial Light Modulator”)为人所知。发明人实际上发现，尽管现有技术的基本思想劝阻技术人员使用这种装置(尤其参见文献US 2015/0164689的第[0024]段)，但使用SLM是有利的。

SLM能够调制激光光束的最终能量分布，特别是在对应于组织2的切割平面的焦平面21中。更具体地，SLM适于修改由飞秒激光器1产生的初级激光光束11的波前的空间分布，以用于在焦平面中的不同焦点分配激光光束的能量。该装置控制了与波前相位调制相关的成本，并解决了与所提出的方案的工业化相关的问题。

波前的相位调制可以被认为是二维干涉现象。由光源发射的初始激光光束的每个部分相对于初始波前延迟或前进，使得这些部分中的每一个被重定向，以便在透镜的焦平面中的N个不同点上产生相长干涉。仅在单个平面(即焦平面)中，而不是沿着经调制的激光光束的传输路径的全程，发生能量重新分配到多个冲击点的现象。因为这种现象可以近似于相长干涉(仅在一个平面中发生，而不像将初始激光光束分为多束次级激光光束的示例那样，沿着传输路径发生)，所以在焦平面之前或之后观察调制的激光光束不能识别在多个不同冲击点上重新分布的能量。

为了更好地理解这种波前的相位调制现象，在图2中示意性地示出了针对不同光路的三个示例获得的强度分布32a-32e。如图2所示，由激光光源1发射的激光光束11在焦平面21中的冲击点33a处产生具有高斯线型的强度峰值32a。在光源1与焦平面21之间插入的分光镜7导致多束次级激光光束71产生，每个次级激光光束71在次级激光光束71的焦平面21上产生相应的冲击点33b、33c。最后，在光源1与焦平面21之间插入的SLM 3导致由光源1发射的激光光束11的波前的相位受到调制，所述SLM 3通过相位掩模板的方法设置形成调制设定值相位掩模板。波前的相位受到调制的激光光束31可能诱导产生若干强度峰值33d、33e，所述强度峰值在激光光束的焦平面21上空间分离，每个峰值32d、32e对应于产生切割的各个冲击点33d、33e。波前相位的调制技术提供了不对飞秒激光器1产生的初始激光光束进行任何倍增而同时产生几个空化气泡的可能性。

SLM是一种由一层具有受控取向的液晶组成的装置，其可以动态地对波前进行整形，从而对激光光束的相位进行整形。SLM的液晶层被组织成像素的网格(或阵列)。通过对属于对应于像素表面的液晶分子取向来电控制每个像素的光学厚度。SLM(9)利用液晶的各向异性原理，即液晶的折射率的修改是根据液晶的空间取向。液晶的定向可以通过电场实现。因此，液晶折射率的修改改变了激光光束(4)的波前。

以已知的方式，SLM应用相位掩模板，即确定如何修改波束的相位以便在其焦平面中获得给定的振幅分布的图。相位掩模板是二维图像，其每个点与SLM的相应像素相关联。通过将与掩模板的每个点相关联的值转换为控制值，该相位掩模板能够控制SLM的每个液晶的折射率；所述每个点相关联的值以0到255之间的灰度级(因此从黑色到白色)示出，所述控制值以0到2π之间的相位表示。因此，相位掩模板是在SLM上显示的调制设定值，用于通过反射引起照射SLM的激光光束(4)的不均一的空间相位偏移。当然，本领域技术人员将领会，灰度级的范围可以根据所使用的SLM版本而变化。例如，在某些情况下，灰度级范围可以包括在0至220之间。相位掩模板通常通过以下公式计算：

-基于傅立叶变换的迭代算法，例如“IFTA”(其为“迭代傅立叶变换算法”的首字母缩写)类型的算法，或者

-多种优化算法，例如遗传(génétique)算法或模拟退火(recuit simulé)算法。

这允许控制在切割平面上产生的不同冲击点的均一性、强度、质量和形式。

SLM可以根据激光光束的焦平面上所需的冲击点的数量和位置，采用不同的相位掩模板。在每种情况下，本领域技术人员已知如何计算相位掩模板的每个点中的值，以便将激光光束的能量分布在焦平面上的不同焦点处。

因此，SLM能够借助相位掩模板通过相位调制从产生单个冲击点的高斯线型的激光光束分配能量，以便由通过相位调制整形的单束激光光束(在SLM的上游和下游均为单束光束)同时在其焦平面中产生若干个冲击点。

除了减少切割角膜的时间之外，根据本发明的激光光束的相位调制技术允许其它改进，例如更好的切割后表面质量或降低内皮死亡率。例如，图案的不同冲击点可以在激光光束的焦平面的两个维度上规则地间隔开，以便形成激光光斑的网格。

因此，整形系统3提供了以快速有效的方式执行外科切割手术的可能性。SLM提供了动态地整形激光光束的波前的可能性，因为它可以数字参数化。这种调制允许以动态和可重新配置的方式对激光光束进行整形。

SLM可以被配置用于以任何其它方式整形激光光束的波前。例如，每个冲击点可以具有圆形之外的任何几何形状(例如椭圆等)。取决于所考虑的应用，这可以具有某些优点，例如切割速度和/或质量的提高。

2.2.扫描光学扫描仪

扫描光学扫描仪4能够使得经相位调制的激光光束31偏转，以使图案8在对应于切割平面的焦平面21中的多个位置43a-43c间移动。

扫描光学扫描仪4包括：

-输入孔，其用于接收源自整形单元3的经相位调制的激光光束31，

-一个(或数个)光学反射镜，其围绕至少两个轴枢转，以用于使经相位调制的激光光束31偏转，以及

-输出孔，其用于将偏转的经调制的激光光束41向光学聚焦系统5发送。

使用的光学扫描仪4例如是来自SCANLAB AG的扫描头IntelliScan III。

这种光学扫描仪4的输入孔和输出孔的直径约为10至20毫米，可达到的扫描速率约为1米/秒至10米/秒。

反射镜连接到电机以使反射镜能够枢转。用于使反射镜枢转的这些电机有利地由控制单元6的单元控制，下文将对控制单元6进行更详细的描述。

控制单元6被设置为用于控制扫描光学扫描仪4，以便沿着包含在焦平面21中的位移路径42移动图案8。在某些实施方案中，位移路径42包括多个切割分段42a-42c。位移路径42可以有利地具有断续(créneau)形状。在这种情况下，如果光学扫描仪4从左侧开始第一切割分段42a，则它将从右侧开始第二切割分段42b，然后从左侧开始第三切割分段42c，随后从右侧开始下一个分段，如此遍历图案8的整个位移路径42。这将能够加速组织的切割，而同时避免光学扫描仪4需要将图案8在每个相继的切割分段42a-42c的开始处重新定位。

为了进一步加速焦平面21上的切割操作，位移路径42可以有利地具有螺旋形状。这使得可以在整个切割平面中保持光学扫描仪4的扫描速率恒定。实际上，在断续形状的位移路径42的情况下，光学扫描仪4必须在每个切割分段42a的末端停止，以便移动到下一个切割分段42b，这消耗时间。

光束的扫描会对所获得的切割结果产生影响。实际上，使用的扫描速率以及扫描的步距(pas)是影响切割质量的参数。

优选地，扫描步距(其对应于沿着位移路径42的分段的图案8的两个邻近位置43a、43b之间的距离“dist”)被选择为大于或等于图案8的冲击点81的直径。这能够限制在连续发射期间冲击点重叠的风险。

而且，当位移路径42具有断续形状时，位移路径42的两个邻近分段42a、42b之间的距离“éc”优选地选择为大于图案8沿与其位移方向垂直的尺寸。这也能够限制在连续发射期间冲击点81重叠的风险。

最后，为了限制切割平面上的切割操作的持续时间，在保证一定的切割质量的同时，可以选择位移路径42的两个邻近分段42a、42b之间的距离最大等于(并且优选地小于)冲击点81的直径的3N倍，其中N是图案8的冲击点的数量。

在一个实施方案中，切割仪器还包括道威(Dove)棱镜。后者有利地设置在整形系统3与扫描光学扫描仪4之间。道威棱镜提供了旋转图案8的可能性，这在某些应用中可能是有用的，或者用于限制每个切割分段42a-42c的起始区域(zone)的尺寸。

有利地，控制单元6可以被设置为当光学扫描仪4的扫描速率大于阈值时启用飞秒激光器1。

这使得激光光束11的发射能够与扫描光学扫描仪4的扫描同步。更具体地，当光学扫描仪4的反射镜的枢转速率不变时，控制单元6启用飞秒激光器1。这能够提高切割质量，以产生切割平面的均一表面。

2.3.光学聚焦系统

光学聚焦系统5能够将调制并偏转的激光光束41的焦平面21移动到使用者所希望的组织2的切割平面上。

光学聚焦系统5包括：

-输入孔，其用于从扫描光学扫描仪接收相位调制并偏转的激光光束，

-一个(或几个)透镜，其由电机驱动以使其(它们)能够沿着经相位调制并偏转的激光光束的光路平移移动，以及

-输出孔，其用于将聚焦的激光光束向待处理的组织发送。

与光学聚焦系统5一起使用的透镜可以是f-theta透镜或远心透镜。使用f-theta和远心透镜，可以在整个场XY上获得焦平面，而不像标准透镜那样是弯曲的。这能够在整个场上保证恒定的聚焦光束尺寸。对于f-theta透镜，光束的位置与扫描仪施加的角度成正比；而对于远心透镜，光束始终垂直于样品。

控制单元6被设置为控制光学聚焦系统5的透镜沿激光光束的光路的位移，以便在至少三个相应的切割平面22a-22e上移动焦平面21，从而形成组织2的切割平面的堆叠。这使得可以在部分23中进行切割，例如在屈光手术中。

控制单元6能够控制光学聚焦系统5的位移，以使焦平面21按顺序在第一极限位置22a与第二极限位置22e之间移动。有利地，第二极限位置22e比第一极限位置22a更靠近飞秒激光器1。

因此，从组织中最深层的切割平面22a开始，堆叠连续的切割平面，直到组织2中的最表面的切割平面22e，如此形成切割平面22a-22e。由此避免了与激光光束穿透进入组织2相关的问题。实际上，空化气泡形成不透明的气泡屏障(以“不透明气泡层”的首字母缩写“OBL”为人所知)，防止能量从激光光束在空化气泡下传输。因此，优选首先产生最深层的空化气泡，以提高切割仪器的效率。

优选地，整形系统3与光学聚焦系统5之间的光路的长度小于2米，甚至更优选地小于1米。这能够限制由于在光路上耗散的能量引起的功率损耗。实际上，整形系统3与光学聚焦系统5之间的距离越大，路径上的功率损耗越大。

有利地，控制单元6可以被设置为在两个连续的切割平面22a-22b(或22b-22c，或22c-22d或22d-22e)之间改变图案8的形状。实际上，在切割部分23期间，优选的可以增加外周切割平面22a、22e中的切割精度，而增加位于外周切割平面22a、22e之间的中间切割平面22b、22c、22d中的切割速率。例如，在切割由五个切割平面22a-22e的堆叠组成的部分23的情况下，控制单元6可以控制整形系统3，向其发送：

-第一相位掩模板，其对应于第一图案，从而在焦平面对应于第一和第二切割平面22a和22e时能够提高切割精度，

-当焦平面对应于第二、第三和第四切割平面22b-22d时的第二相位掩模板。

而且，控制单元6可以被设置为(通过修改图案的位移路径)在两个相应的切割平面之间改变扫描光学扫描仪4的步距“dist”和/或切割区域的形状。这也就能够相对于另一个切割平面而在一个切割平面中提高切割精度或切割速率。

最后，控制单元6可以被设置为用于控制扫描光学扫描仪4，以便在两个相继的切割平面22d、22e之间改变焦平面21上的切割区域。这能够根据目标的应用而改变最终的切割部分23的形状。

优选地，两个相继的切割平面之间的距离包括在2μm至500μm之间，特别是：

-在2至20μm之间，以用于处理需要高精度的部分(例如在屈光手术中)，间隔优选在5至10μm之间，或者

-在20至500μm之间，以用于处理不需要高精度的部分(例如破坏晶状体核心的中央部分)，间隔优选包括在50至200μm之间。

当然，在由切割平面22a-22e的堆叠组成的部分23中，该距离可以变化。

2.4.滤波器

切割仪器还可以包括布置在整形系统3下游的滤波器。

一方面，滤波器防止在整形系统3的中心产生“寄生”能量(称为“零级”的现象)。实际上，在利用整形系统对激光光束进行相位调制期间，(由于存在于SLM的液晶的像素之间的空间)源自激光源1的部分激光光束未被调制。这部分未调制的激光光束能够导致在SLM中心形成能量峰值。

滤波器还限制了在整形系统3发生故障的情况下患者意外受到激光损伤的风险。事实上，如果整形系统3存在缺陷，激光光束未受到调制，这导致在整形系统3的中心形成高能量峰值。通过阻挡这个高能量峰值，滤波器可防止无意产生空化气泡。

滤波器可以放置在整形系统3下游布置的两个会聚透镜之间。实际上，可以仅在傅里叶平面上(即，在透镜的焦点处)消除零级，光束的整形在此处发生。

滤波器例如包括这样的板，除了对激光辐射是不透明的板的中心区域，所述板在其整个表面上对激光辐射透明。为了使板的中心区域对激光辐射不透明，滤波器可以包括布置在表面中心的不透明块体(pastille)，所述块体的直径大于或等于激光光束的直径。

然后将该滤波器设置为使得垂直于整形系统3并且穿过所述整形系统3的中心的直线也穿过对LASER辐射不透明的中心区域。

2.5.控制单元

如前所述，控制单元6能够控制构成切割仪器的不同元件，即飞秒激光器1、整形系统3、扫描光学扫描仪4和光学聚焦系统5。

控制单元6通过一个(或几个)通信总线连接到这些不同的元件，从而能够：

传输控制信号，例如

·向整形系统传输相位掩模板；

·向飞秒激光器传输启动信号；

·向扫描光学扫描仪传输扫描速率；

·扫描光学扫描仪沿位移路径的位置；

·向光学聚焦系统传输切割深度。

从系统的不同元件接收测量数据，例如

·光学扫描仪达到的扫描速率；或者

·光学聚焦系统的位置等。

控制单元6可以包括一个(或几个)工作站和/或一个(或几个)计算机，或者可以是本领域技术人员已知的任何其它类型。控制单元6可以例如包括便携式电话、电子平板电脑(例如)、个人数字助理(或“PDA”，其为“个人数字助理”的首字母缩写)等。在每种情况下，控制单元6包括处理器，该处理器设置为能够控制飞秒激光器1、整形系统3、扫描光学扫描仪4和光学聚焦系统5等。

2.6.图案

激光光束波前的可重新配置调制提供了同时产生多个冲击点81的可能性，每个冲击点81在焦平面21中具有尺寸和控制位置。

这些不同的冲击点81在经调制的激光光束的焦平面21上形成图案8。

图案8的冲击点81的数量使得外科切割手术所需的时间减少相同的倍数。

然而，下文将提及，图案8的尺寸，图案8包括的冲击点81的数量以及冲击点81相对于位移方向的相应位置是巧妙地选择的技术特征，以满足与组织的切割相关的技术限制。

2.6.1.限制以及选定的解决方案

2.6.1.1.每个图案的最大冲击点数

为了加速组织2的切割，优选具有包括最大数量的冲击点81的图案8。在目前的眼科激光系统中，角膜切割所需的每个点的单脉冲能量是大约1μJ。因此，使用飞秒激光器以500kHz的速率提供20W的功率(即最多40μJ/脉冲的能量)理论上可以生成包括40个相同的冲击点81的图案8；所述飞秒激光器例如激光光源Satsuma(由Amplitude Système销售)。

然而，在任何激光系统中，损耗沿光学轨迹发生。因此，在申请人测试的原型中，对于形成整体尺寸(30μm×22μm)的六个冲击点81，到达角膜的功率最多仅为12W。聚焦光束的直径为8μm，而目前的眼科激光器的直径最多为约4μm。在申请人测试的原型范围内，与现有的眼科激光器相比，每个点需要4倍能量，即4μJ。因此，对于该原型，选择使用由(最多)六个冲击点81组成的图案。当然，如果飞秒激光器1的功率更大，则图案8可以包括多于六的多个冲击点81。

2.6.1.2.图案中冲击点的分布

可以根据不同的配置来分布图案8的六个冲击点81。

例如，六个冲击点81可以沿着单线分布。那么，图案8的总长度等于冲击点81的直径与图案8的极限冲击点81之间的中心距离之和。图案8的宽度则等于冲击点81的直径。

如前所述，由于在光路上耗散的能量，激光光束的整形导致功率损耗。整形的整体尺寸(以及因此图案8的尺寸)是影响该能量损失的因素的一部分。

图案8的尺寸(长度或宽度)越大，功率损耗越大。因此，在单线上分布六个冲击点81会引起显著的功率损耗。

作为参考：

-包括六个冲击点81的尺寸为30μm×22μm的图案8导致的功率损失约为10％，而

-包括五个冲击点81的尺寸为84μm×20μm的图案8导致的功率损失约为25％。

因此，对于给定数量的冲击点81，“紧凑”(长度和宽度的比率接近1)的图案导致较低的能量损耗。

这就是为什么图案8的冲击点81优选地包括在这样的表面中，其长度与宽度之间的比率在1至4之间，优选地在1至2之间，甚至更优选地在1至1.5之间。

例如，图案的六个冲击点81a-81f可以分布在平行的第一线和第二线82、83上：

-第一线82穿过形成第一三元组(triplet)的三个冲击点81a–81c，而

-第二线83穿过形成与第一三元组不同的第二三元组的另三个冲击点81d–81f。

对应于该分布的图案在图5中示出。有利地，从一条线到另一条线，图案的冲击点81a-81f可以沿着位移方向D从一条线移动到另一条线。更具体地，第一三元组的冲击点81a-81c可以相对于第二三元组的冲击点81d-81f(沿着位移方向D)偏移非零距离。这能够在扫描光学扫描仪4移动图案8期间避免在切割平面中空化气泡的重叠。

2.6.1.3.图案的冲击点之间的最小距离

除了图案8的冲击点81的分布之外，图案的另一参数与邻近冲击点之间的距离有关。

该距离由与整形系统相关的限制定义。

在由飞秒激光器产生的激光光束的整形操作期间，由于光源的空间相干性，“太近”的冲击点彼此干涉。这种干涉使冲击点的形状变差，使得每个冲击点上的激光强度水平无法控制。因此，优选的是，图案的这些邻近冲击点之间的距离足以限制太近的冲击点之间的这种干涉现象。

这个“足够的距离”取决于光束的聚焦。光束越聚焦，这个距离就越小。相反，光束越不聚焦，这个距离就越大。

通过考虑与眼球前段(segment antérieur de l'oeil)的外科应用相关的工作距离的限制，整形的再现性的限制以及降低光束的空间相干性的光学系统的像差的限制，两个点的分离极限为大约10μm。

因此，两个邻近冲击点之间从中心到中心的“足够距离”大于5μm，优选地大于10μm并且甚至更优选地包括在10μm至20μm之间，特别是在10μm至15μm之间。

2.6.1.4.图案相对于位移方向的取向

图5中所示的基本形式可以在晶格中以不同方式定向。

图6中示出了该基本形式的对于本领域技术人员最显然的取向。该取向在于沿位移方向D移动图案，所述位移方向D垂直于由冲击点81a-81c的第一三元组和冲击点81d-81f的第二三元组限定的线82、83。

然而，与整形系统以及图案的位移方向有关的若干限制阻碍了这种取向的使用。

如前所述，图案的两个邻近冲击点81a、81b之间的距离优选大于10μm。沿垂直于由冲击点81a-81c的第一三元组和冲击点81d-81f的第二三元组限定的两条线82、83的位移方向移动图案，由此在邻近分段42a、42b上产生的平行于图案的位移方向的空化气泡之间的距离将大约为15μm。

然而，用于切割角膜的邻近空化气泡之间的“常规”距离约为2μm至7μm，特别是等于5μm。

因此，需要“倾斜”图案8，使得在与图案8的位移方向D平行的邻近分段42a，42b上产生的邻近空化气泡在位移方向上间隔开大致等于5μm的距离。

应注意，在相同的分段42a上，可以通过调节扫描光学扫描仪4的位移步距而使两个邻近的空化气泡之间距离为5μm。

2.6.2.保留图案的示例

参考图7至图9，示出了可以与根据本发明的切割仪器一起使用的图案的不同示例。

在图7所示的实施方案中，图案包括沿图案8的线82延伸的三个冲击点81a-81c。冲击点沿着位移方向D间隔开距离“d”。图案的线相对于扫描光学扫描仪4的位移方向D倾斜角度“α”，使得空化气泡在切割平面中沿垂直于位移方向D的直线间隔开距离“e”。然后在不同距离“d”和“e”以及倾斜角度“α”之间具有以下关系：

优选地，图案的倾斜角度“α”在10°至80°之间。

在图8所示的实施方案中，图案包括沿图案8的平行的两条线82、83延伸的四个冲击点81a-81d：

-第一对冲击点81a、81b沿着图案的第一线82延伸，

-第二对冲击点81c、81d沿着图案的第二线83延伸。

该图案表现出相对于扫描光学扫描仪的位移方向倾斜有倾斜角“α”的正方形形状。有以下关系：

其中：

-“α”是图案的每条线相对于位移方向的倾斜角；

-“d”对应于两个邻近的冲击点之间的距离；而

-“e”对应于沿垂直于图案的位移方向的方向的两个邻近冲击点之间的距离。

在图9所示的实施方案中，图案包括沿图案8的两条平行线延伸的六个冲击点81a-81f：

-第一三元组冲击点沿着图案的第一线延伸，

-第二三元组冲击点沿着图案的第二线延伸。

该图案表现出相对于扫描光学扫描仪的位移方向倾斜有倾斜角“α”的长方形形状。有以下关系：

其中：

-“α”是图案的每条线相对于位移方向的倾斜角；

-“d”对应于两个邻近的冲击点之间的距离；而“e”对应于沿垂直于图案的位移方向的方向的两个邻近冲击点之间的距离。

2.6.3.关于确定图案的理论

在下文中，将描述申请人应用的方法，用于确定冲击点图案的可能形状，从而能够最终获得由重复规则阵列组成的空化气泡排列：

-方形阵列，

-或等边三角形阵列；

而同时满足邻近冲击点之间的最小间距，以限制上文描述的干涉现象。

存在多种可能的图案，用于通过在其位移期间的投影而在整个处理过的表面上获得彼此相距5μm的均一且重复的空化气泡阵列。但是也存在一个“理想”阵列，其冲击点彼此相距足够远以避免干涉，又足够接近以使图案的总面积很小并且包含在受限制的范围中；这是优选的，因为在激光光束的路径上存在的光学元件和反射镜的尺寸有限。

我们简单地继续考察点的排列是方形阵列或等边三角形阵列，并且一旦图案被设定到扫描光学扫描仪中，我们确定这种排列可能获得的图案扫描。

2.6.3.1.寻找获得等边三角形阵列的空化气泡的排列的图案

在示出了包括多个空化气泡100的切割平面的图10中，可以观察到形成阵列101的等边三角形的气泡的排列。

观察结果使我们识别出包含在该阵列中的几种可能的图案，如图11a至图11c所示。

实践中，不能使用上面显示的三个阵列中的任何一个。实际上，如果将切割表面的2个气泡分开的距离是D或5μm，那么为了避免干涉，图案的2个冲击点之间的最小距离也必须等于10μm，即至少2D。

然而，在图11a至图11c所示的三个图案示例中，图案总是至少有两个冲击点彼此太靠近(distance＝D*(Cos(30°)*2)＝1.73*D)。即，对于D＝5μm，距离为8.65μm(参见图12)。

因此，这些观察结果使我们定义了一种图案，其中所有的冲击点至少彼此相距2*D，而这能够获得等边三角形图案的排列。

在图13至图15中示出了第一图案示例，其中所有点彼此相距至少2*D，即，如果D＝5μm，对于距离A和B：

·A＝D*cos(30°)*4＝17μm

·

另一方面，阵列中间隔最远的两个点之间的距离是

最后，在该阵列中，精确的角度(参见图15)能够将规则图案再现为等边三角形，相对于水平和垂直的角度是：

A＝D×cos(30°)×4

α＝19.1°

β＝16.1°

在图16至图18中示出了图案的第二示例，其中所有点彼此相距至少2*D，即，如果D＝5μm，对于距离A：

·

另一方面，阵列中间隔最远的两个点之间的距离是

最后，在该阵列中，精确的角度能够再现为等边三角形，相对于水平和垂直的角度是：

α＝19.1°

β＝16.1°

根据前述内容，我们刚刚表明了可以使用两种不同的图案在设定运动后获得根据等边三角形阵列设置的规则气泡排列。

第一图案与第二图案之间的选择偏向于第一图案，因为最远2点之间的最大间距是31.22μm而不是35μm，因此形状更紧凑。

这些图案的另一个好处是，添加新的点行，满足相同的距离和角度而变为9点(3×3)或12点(3×4)或更多点的图案，由此可以使得点的数量增加到6(2×3点)以上。

2.6.3.2.寻找获得方形阵列的空化气泡的排列的图案

在示出了包括多个空化气泡100的切割平面的图19中，可以观察到气泡的方形排列形成阵列101。

观察能够识别可能的图案，其包含在该阵列中，并且满足到2个点之间的最小间距等于距离D的两倍：

·

·E＝3D＝15μm.

另一方面，图案中间隔最远的两个点之间的距离是

最后，在该阵列中，精确的角度能够将规则图案再现为方形，相对于水平的角度是α＝26.56。

2.6.3.3.交错图案的特殊情况

我们已经描述了使用激光光斑图案在处理过的组织中获得均一的空化气泡排列的原理。这些图案具有特定的激光光斑排列，包括相对于彼此的位置，以及将它们分开的距离，从而能够满足上述限制；特别是每个点之间的最小距离以避免干涉，以及每个冲击点之间的最大距离，以获得令人满意的组织切割质量。到目前为止所示的图案都具有这样的特性：当通过扫描仪所产生(imprimé)的扫描使它们运动时，其能够均匀且规则地覆盖等距空化气泡的表面，而不留下未处理的区域。如图23所示，在具有规则排列的冲击点的分段的末端，扫描仪控制阵列以步距106的位移，所述步距106等于最远距离的冲击点所在的行之间的距离104加上两条连续的线之间的距离105。

图24所示的替选图案能够设想如图25所示留出未处理的区域ZNT，可以通过隔行冲击点的设置而在下一次扫描时处理该区域ZNT。为此，在两个相继分段之间由扫描仪产生的步距不是恒定的，而是每两次中有一次等于两个近邻的冲击行之间的距离107的两倍，每两次中有一次等于最远距离的冲击点所在的行之间的距离108加上两条连续的线之间的距离105。

2.6.3.4.具有中心冲击点的图案的特殊情况

参考图28，示出了可用于切割组织的另一个图案示例。该图案包括多个(即至少三个)外围冲击点81P，以及位于图案的重心处的中心冲击点81B；特别地，在图28所示的示例中，中心冲击点81B位于穿过相对的外围冲击点的对角轴线的交叉点处。

该中心冲击点的存在使得可以利用在图案的中心产生能量的现象(以“零级”的名称为人所知的现象)。实际上，在利用整形系统3对激光光束11进行相位调制期间，(由于存在于SLM的液晶的像素之间的空间)源自飞秒激光器的部分激光光束未被调制。这部分未调制的激光光束可能导致在SLM中心形成能量峰值。

当图案在该重心处不包括任何冲击点时，必须限制零级的该能量峰值，以避免使图案在切割平面中的位移期间不合时宜地产生空化气泡。

2.6.3.5.备注

我们已经描述了如何设置多点激光光束的冲击点，使得所产生的气泡在组织的切割表面上具有均匀且规则的排列。从同样可以使用的无数非规则排列中，我们已经证明：为了获得等边三角形的规则排列，存在两种类型的优选图案；而为了获得规则的正方形排列，存在一种优选的图案。对于所有优选的阵列，计算了阵列的每个点之间的间距和角度。

当然，即使所示出的阵列给出更好的结果，本发明也涉及任何类型的图案，其中冲击点彼此充分间隔开以避免干涉，并且其运动能够通过投影获得待切割的表面的相对均匀的覆盖，即使没有规则地重复几何阵列。

这种图案形状的缺点是在规则区域103的周边引入“起始区域”102(zone)。如图22所示，在该起始区域102中，切割不完整。虽然该起始区域102相对于切口的整体尺寸非常小(对于所示的示例，小于8mm角膜帽(capot cornéen)直径的0.5％)，但是该起始区域102优选地必须尽可能短。

2.6.4.关于图案的切割仪器以及相关工艺

对前文涉及关于图案的不同特征的段落进行总结，发明人提出了一种人体或动物组织(例如角膜或晶状体)切割仪器，该仪器包括飞秒激光器和处理装置，所述飞秒激光器能够以脉冲的形式发送激光光束，所述处理装置布置在飞秒激光器的下游，以用于处理由飞秒激光器产生的激光光束，该处理装置包括：

-整形系统3，其设置在所述光束的路径上，根据计算的调制设定值调制激光光束的波前的相位，从而获得经相位调制的激光光束，以将激光光束的能量分配至在对应于切割平面的焦平面21上形成图案8的至少两个冲击点81，每个冲击点产生切割，

-扫描光学扫描仪4，其设置在所述整形系统的下游，以用于使图案在切割平面上沿着位移方向D移动至多个位置43，

-包括处理器的控制单元，其设置为能够控制飞秒激光器、整形系统和扫描光学扫描仪以相对于位移的方向倾斜图案，从而使得图案的至少两个冲击点：

-一方面，沿着平行于位移方向的第一轴线而分开非零距离，并且

-另一方面，沿着垂直于位移方向的第二轴线而分开非零距离。

有利地，图案可以沿着图案的线包括至少两个(特别是三个)邻近的冲击点，所述图案的线与位移方向之间的角度为10°至80°之间，优选为15°至40°之间，更优选为19°至30°之间。而且，图案可以包括：

-沿着图案的第一线设置的第一组至少两个(特别是三个)冲击点，以及

-沿着平行于第一线的图案的第二线设置的第二组至少两个(特别是三个)其它冲击点。

图案还可以包括沿着平行于第一线和第二线的图案的至少一个其它线设置的至少另一组冲击点。第二组的冲击点可以相对于第一组的冲击点错开非零距离。作为变体，第二组的每个冲击点可以沿着垂直于位移方向的直线与第一组的对应的冲击点对齐。有利地，图案的两个邻近冲击点之间的距离可以大于5μm，优选地大于10μm，甚至更优选地在10至15μm之间。图案还可以包括在这样的表面中，其长度与宽度之间的比率在1至4之间，优选地在1至2之间，甚至更优选地在1至1.5之间。最后，图案可以包括设置在图案的中心处的中央冲击点。

发明人还提出一种切割仪器的控制方法，该切割仪器包括飞秒激光器和处理装置，所述飞秒激光器能够以脉冲的形式发射激光光束，所述处理装置布置在飞秒激光器的下游以用于处理激光光束，所述处理装置包括整形系统和扫描光学扫描仪，该方法包括以下步骤：

-使用整形系统根据计算的调制设定值调制激光光束的波前的相位，从而获得经相位调制的激光光束，以将激光光束的能量分配至在对应于切割平面的焦平面上形成图案的至少两个冲击点81，每个冲击点产生切割，

-使用扫描光学扫描仪使图案在切割平面上沿着位移方向D移动至多个位置，

-相对于位移方向倾斜图案，从而使得图案的至少两个冲击点：

有利地，调制步骤可以包括形成这样的图案，所述图案沿着图案的线包括至少两个(特别是三个)邻近的冲击点，所述图案的线与位移方向之间的角度为10°至80°之间，优选为15°至40°之间，更优选为19°至30°之间。调制步骤还可以包括形成这样的图案，所述图案具有：

调制步骤还可以包括形成这样的图案，所述图案具有沿着平行于第一线和第二线的图案的至少一个其它线设置的至少另一组冲击点。调制步骤还可以包括形成这样的图案，其中第二组的冲击点相对于第一组的冲击点错开非零距离。作为变体，调制步骤可以包括形成这样的图案，其中第二组的每个冲击点沿着垂直于位移方向的直线与第一组的对应的冲击点对齐。

有利地，调制步骤可以包括形成这样的图案，其中两个邻近冲击点之间的距离大于5μm，优选地大于10μm，甚至更优选地在10至15μm之间。

调制步骤还可以包括形成包括在这样的表面中的图案，其长度与宽度之间的比率在1至4之间，优选地在1至2之间，甚至更优选地在1至1.5之间。最终，调制步骤还可以包括形成这样的图案，其具有设置在图案的中心处的中央冲击点。

3.工作原理

现在将参照在白内障手术中破坏晶状体来描述图1所示的切割仪器的工作原理。很明显，本发明并不限于白内障手术。

在第一步骤中，控制单元6：

-向整形系统3传递与第一处理图案相关的第一相位掩模板；

-向光学聚焦系统5发送控制信号，以使焦平面移动至眼球深处的第一切割平面；

-启动扫描光学扫描仪4的位移直到初始切割位置。扫描通过X、Y完成；扫描仪配备了一个反射镜X和另一个反射镜Y；反射镜X使其能够沿着图案的位移路径的每个分段扫描，反射镜Y使其能够在分段完成后改变分段。因此，反射镜X和Y彼此交替操作。

当聚焦系统5和光学扫描仪4设置就位并且相位掩模板被加载到整形系统3中时，控制单元6启用飞秒激光器1。飞秒激光器1产生穿过整形系统3的激光光束11。整形系统3调制激光光束的相位。经相位调制的激光光束31离开整形系统3并进入光学扫描仪4，该光学扫描仪4使调制的激光光束31偏转。经调制并偏转的激光光束41进入光学聚焦系统5，光学聚焦系统5将光束聚焦在第一切割平面上。

图案8的每个冲击点81产生空化气泡。飞秒激光器1继续在确定的速率下以发射其它脉冲作为激光光束。在每个脉冲之间，反射镜X枢转了一定角度，这导致图案8移动并产生相对于之前的空化气泡偏移的新空化气泡，直到形成一条线。因此，在切割平面中形成第一组多个空化气泡，这些空化气泡形成线，并根据切割图案8布置。通过改变反射镜的位移速度和/或由飞秒激光器产生脉冲的速率，可以使两个相继图案之间的距离变化。

一旦该多个气泡形成完整的线，控制单元6就停用激光光源1，控制反射镜X停止枢转，并根据光学扫描仪4的扫描步距控制光学扫描仪4的反射镜Y枢转至下一个切割位置，然后再次控制反射镜X在相反方向上重新开始枢转。当光学扫描仪4设置就位并且反射镜X已达到其恒定设定速度值时，控制单元6再次启用飞秒激光器1。激光光束11穿过整形系统3、光学扫描仪4和光学聚焦系统5。在第一切割平面中形成第二组多个空化气泡，形成平行于前一条线并且与其并置的新线。

在整个第一切割平面上重复这些操作。

当光学扫描仪4扫描过第一切割平面的整个表面时，产生第一切割区域(其形状和尺寸由控制单元6控制)。

控制单元6停用飞秒激光器1并控制：

-光学聚焦系统5的透镜的平移位移，以使焦平面21移动至第二切割平面中，

-光学扫描仪4的反射镜朝向第二切割平面的初始切割位置的旋转位移，

-整形系统3可选地加载另一个相位掩模板，用以修改图案的冲击点的定位和/或尺寸等。

控制单元6在第二切割平面中重复用于控制飞秒激光器1、整形系统3、扫描光学扫描仪4和聚焦系统5的操作，并且更一般地在相继的切割平面中重复操作。

在这些不同步骤结束时，获得对应于待破坏的部分23的切割平面的堆叠。

4.结论

因此，本发明能够提供有效的切割工具。图案的冲击点的尺寸基本相等(每个点的形状、位置和直径由计算出的相位掩模板动态控制并显示在SLM上并且可以校正不规则性)，破坏所切割的生物组织的空化气泡将具有基本相同的尺寸。考虑到切割组织(例如角膜)的表面状况质量的重要性，这能够改善所获得结果的质量，获得均一的切割平面；其中，残留的组织连桥(pont)都具有基本相同的尺寸并使得临床医生(praticien)能够以令人满意的质量进行解剖。

本发明描述为用于在眼科手术领域中切割角膜的操作，但显然它可以用于眼科手术中的另一种类型的操作而不脱离本发明的范围。例如，本发明可应用于角膜屈光手术，例如屈光不正的治疗(特别是近视、远视、散光)和视力失调的治疗(特别是远视)。

本发明还可用于治疗白内障，其包括角膜切口、晶状体前部切割以及晶状体碎裂。最后，以更一般的方式，本发明涉及人或动物眼睛的角膜或晶状体上的所有临床或实验应用。

更加一般地，本发明涉及激光手术的广泛领域，并且当目的是切割并且更具体地蒸发具有高含水量的人体或动物软组织时，有着有利的应用。

读者将理解，可以对前文描述的本发明进行许多修改而不实质上脱离本文描述的新颖教导和优点。

例如，在前面描述的不同实施方案中，位于扫描光学扫描仪下游的光学聚焦系统被描述为包括单个模块，其能够：

-一方面聚焦经调制并偏转的激光光束，而

-另一方面，在不同的切割平面中使焦平面移动。

可替选地，光学聚焦系统可以由两个不同的模块组成，每个模块确保这些功能之一：

-第一模块(称为“深度定位模块”)位于扫描光学扫描仪的上游，并使得焦平面能够在不同的切割平面上位移。

-第二模块(称为“聚光模块”)位于扫描光学扫描仪下游，其能够聚焦经调制并偏转的激光光束。

同样在上文描述的不同实施方案中，所描述的整形系统是SLM。作为变体，整形系统可以由多个相位掩模板组成，每个相位掩模板作用于激光光束的相位，以根据不同的图案通过相位调制来分配激光光束的能量。每个相位掩模板可以例如由通过蚀刻获得的具有可变厚度的板(对激光光束透明)构成。

在这种情况下，相位掩模板可以固定在位移装置上，用于在以下位置之间移动每个相位掩模板：

-启用位置，相位掩模板在启用位置切断激光光束的光路；

-停用位置，相位掩模板在停用位置不向激光光束的光路上延伸；

位移装置例如由活动支撑件构成，该活动支撑件围绕平行于激光光束的光路的旋转轴线而旋转，活动支撑件被布置成使得能够将相应的相位掩模板定位在激光光束的光路上，以调制激光光束的相位。但是该方案需要将机械元件引入仪器(位移装置)，因此不构成优选的方案。

而且，在上面的描述中，控制单元向整形系统发送控制信号(例如，在整形系统是空间光调制器的情况下的相位掩模板)，用于(通过相位调制)将激光光束的能量分配至在激光光束的焦平面上形成图案的至少两个冲击点。作为变体，控制单元可以被设置为发送若干单独的控制信号，以产生彼此不同的图案。这根据切割平面中的不同图案修改激光光束的强度分布，例如以改善切割平面中切割表面的轮廓区域中的切割质量。

因此，这种类型的所有修改都旨在被包含在所附权利要求的范围之中。

Claims

1.一种用于切割例如角膜或晶状体的人体或动物组织的仪器，所述仪器包括飞秒激光器(1)和处理装置，所述飞秒激光器能够以脉冲的形式发送激光光束，所述处理装置用于产生图案(8)，所述图案(8)在由飞秒激光器(1)产生的激光光束的焦平面(21)上包括至少两个冲击点(81)，所述处理装置设置在所述飞秒激光器的下游，

其特征在于，该处理装置包括：

-光学聚焦系统(5)，其用于将激光光束聚焦在切割平面上，以及

-控制单元(6)，其能够控制光学聚焦系统沿激光光束的光路的位移，以便在至少三个相应的切割平面中移动焦平面(21)，从而形成切割组织的平面的堆叠。

2.根据权利要求1所述的切割仪器，其中，所述控制单元能够控制光学聚焦系统的位移，以便在初始位置与最终位置之间移动焦平面，所述最终位置比所述初始位置更靠近所述飞秒激光器。

3.根据权利要求1或2的任一项所述的切割仪器，其进一步包括：

-整形系统，其设置在所述飞秒激光器与所述光学聚焦系统之间，以用于根据计算的调制设定值调制激光光束的波前的相位，从而获得单束经相位调制的激光光束，以将激光光束的能量分配至在激光光束的焦平面上形成图案的至少两个冲击点。

4.根据权利要求3所述的切割仪器，其中，整形系统与光学聚焦系统之间的光路的长度小于2米，优选地小于1米。

5.根据权利要求3或4中的任一项所述的仪器，其中，所述控制单元设置为控制所述整形系统，以便在两个相应的切割平面之间改变图案的形状。

6.根据权利要求5所述的仪器，其中，所述控制单元设置为控制所述整形系统(3)，所述控制单元(6)适于在两个相应的切割平面之间至少发送第一控制信号和第二控制信号：

-所述第二控制信号根据计算的第二调制设定值而调制激光光束的波前的相位，以将激光光束的能量分配至整形系统的焦平面上的多个第二冲击点，所述第二冲击点构成与第一图案不同的第二图案。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的切割仪器，其进一步包括：

-扫描光学扫描仪，其设置在所述飞秒激光器下游，以用于在切割平面中将图案沿着位移方向而移动至多个位置。

8.根据权利要求7所述的仪器，其中，所述控制单元设置为控制扫描光学扫描仪，以便在两个相继的切割平面之间改变焦平面上的切割区域。

9.根据权利要求7或8中的任一项所述的仪器，其中，所述控制单元设置为控制扫描光学扫描仪，以便在两个相继的切割平面之间改变焦平面上的切割区域的形状。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的仪器，其中，所述控制单元设置为控制光学扫描仪，以便在两个相继的切割平面之间改变光学扫描仪的扫描步距。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的切割仪器，其中，所述控制单元能够控制光学聚焦系统的位移，从而使得两个相继平面之间的距离包括在2μm至500μm之间。

12.根据权利要求3所述的仪器，其还包括滤波器，其设置在所述整形系统(3)的下游，以阻挡在整形系统(3)的中心产生的寄生能量。

13.根据权利要求12所述的仪器，其中，所述滤波器包括板，所述板包括：

-设置在板的中央的对激光辐射不透明的区域，以及

-向不透明的区域的外周延伸的对激光辐射透明的区域。

14.根据权利要求3、12或13中的任一项所述的仪器，其中，所述整形系统(3)包括一套相位掩模板，每个掩模板作用于激光光束的相位以根据不同图案通过相位调制分配激光光束的能量，所述掩模板固定至位移装置，所述控制单元设置为控制所述位移装置，从而在以下位置之间移动每个掩模板：

-启用位置，掩模板在启用位置切断激光光束的光路；

-停用位置，掩模板在停用位置不向激光光束的光路上延伸。

15.根据权利要求3、12或13中的任一项所述的仪器，其中，所述整形系统(3)包括空间光调制器，所述控制单元设置为通过发射至少一个控制信号而控制所述空间光调制器，根据计算的调制设定值调制激光光束的波前的相位，以将激光光束的能量分配至所述整形系统的焦平面上的多个冲击点。

16.根据权利要求15所述的仪器，其中，调制设定值是通过使用基于傅立叶变换的迭代算法计算的相位掩模板。