CN113473950B - 自动激光虹膜切开术 - Google Patents

Abstract

一种系统(20)，包括激光器(48)和控制器(44)，激光器(48)被配置成照射眼睛(25)的虹膜(35)中的目标部位(41)。控制器被配置成在虹膜的至少部分的一个或更多个图像中识别流体流动通过目标部位的指示，并且响应于识别出该指示，禁止激光器进一步照射目标部位。还描述了其它实施例。

Description

自动激光虹膜切开术

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月13日提交的题为“Automatic remote laser iridotomy”的美国临时申请第62/817,587号的权益，其公开内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及眼科手术，特别是激光虹膜切开术。

背景

在激光虹膜切开术中，使用激光器在虹膜上形成孔。该孔有助于从虹膜后面到眼睛的前房的增加的流体流动，从而缓解视神经的压力。激光虹膜切开术可用于治疗或预防诸如青光眼、房水逆流和高原虹膜综合征的疾病。

国际专利申请公布WO/2020/008323(其公开内容通过引用并入本文)描述了一种包括辐射源和控制器的系统。控制器被配置成显示患者眼睛的实时图像序列。控制器还被配置成使辐射源在显示图像序列的同时用一个或更多个在图像中可见的瞄准光束照射眼睛。控制器还被配置成在使辐射源用瞄准光束照射眼睛之后接收来自用户的确认输入，并且响应于接收到确认输入，通过使辐射源用多个治疗光束照射眼睛的相应的目标部位来治疗眼睛。

发明概述

根据本发明的一些实施例，提供了一种系统，该系统包括控制器和被配置成照射眼睛虹膜中的目标部位的激光器。控制器被配置成在虹膜的至少部分的一个或更多个图像中识别流体流动通过目标部位的指示，并且响应于识别到该指示，禁止激光器进一步照射目标部位。

在一些实施例中，目标部位在虹膜的隐窝中。

在一些实施例中，控制器还被配置成在激光器照射目标部位之前：

在虹膜的至少部分的另一个图像中识别隐窝，以及

响应于识别到该隐窝，将隐窝的至少一部分指定为目标部位。

在一些实施例中，控制器被配置成通过识别距目标部位预定义距离内的碎片来识别指示。

在一些实施例中，控制器被配置成通过识别碎片的移动来识别指示。

在一些实施例中，控制器被配置成通过识别碎片的尺寸大于预定义阈值来识别指示。

在一些实施例中，控制器被配置成通过识别穿过目标部位的孔来识别指示。

在一些实施例中，控制器被配置成响应于孔和孔外部的虹膜的一部分之间的颜色差异来识别孔。

在一些实施例中，控制器被配置成通过识别孔的尺寸大于预定义阈值来识别指示。

在一些实施例中，预定义阈值是第一预定义阈值，并且控制器被配置成通过识别距目标部位在预定义距离内且具有大于第二预定义阈值的尺寸的碎片来识别指示。

在一些实施例中，第二预定义阈值是孔的尺寸的函数。

在一些实施例中，控制器还被配置成：

在虹膜的至少部分的其它图像中识别目标部位，以及

响应于识别到目标部位，将激光器瞄准目标部位。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种方法，包括使用激光器照射眼睛虹膜中的目标部位。该方法还包括在虹膜的至少部分的一个或更多个图像中自动识别流体流动通过目标部位的指示，以及响应于识别到该指示，禁止激光器进一步照射目标部位。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种计算机软件产品，其包括其中存储有程序指令的有形非暂时性计算机可读介质。该指令在被控制器读取时使控制器在眼睛虹膜的至少部分的一个或更多个图像中识别流体流动通过虹膜中的目标部位的指示，以及响应于识别到该指示，禁止激光器照射目标部位。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种系统，包括控制器和被配置成在两个手术期间照射患者的眼睛的激光器。控制器被配置成在手术中的第一个手术之后且在手术中的第二个手术之前改变由激光器发射的辐射光束在眼睛上的光斑尺寸。

在一些实施例中，控制器被配置成通过移动聚焦透镜来改变光斑尺寸。

在一些实施例中，控制器被配置成将光斑尺寸改变至少70微米。

在一些实施例中，控制器被配置成将光斑尺寸改变至少300微米。

在一些实施例中，手术中的一个包括虹膜切开术。

在一些实施例中，手术中的另一个包括小梁成形术。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种系统，其包括被配置成在两个手术期间照射患者的眼睛的激光器以及光学器件。该光学器件被配置成在手术中的第一个手术之后且在手术中的第二个手术之前通过修改辐射光束的会聚角来改变由激光器发射的辐射光束在眼睛上的光斑尺寸。

在一些实施例中，该系统还包括被配置成在手术中的第二个手术期间通过光学器件对眼睛成像的相机。

在一些实施例中，该系统还包括辐射导管，光学器件耦接到辐射导管，并且激光器被配置成通过辐射导管照射眼睛。

在一些实施例中，手术中的一个包括虹膜切开术。

在一些实施例中，手术中的另一个包括小梁成形术。

在一些实施例中，该系统还包括像差校正光学器件，其被配置成在虹膜切开术期间校正辐射光束的任何离轴像差。

在一些实施例中，像差校正光学器件包括被配置成压靠眼睛的透镜。

在一些实施例中，像差校正光学器件包括选自由以下元件组成的组的元件：椭圆镜、可变形镜和自由形态光学器件(freeform optic)。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种系统，其包括表面、耦接到表面的辐射导管以及耦接到表面的头托(headrest)。该头托被配置成当用通过辐射导管发射的一个或更多个辐射光束照射患者的眼睛时支撑患者的头部。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种方法，其包括通过在手术期间使用激光器照射患者的眼睛对眼睛执行两个手术。该方法还包括，在执行手术中的第一个手术之后且在执行手术中的第二个手术之前，改变由激光器发射的辐射光束在眼睛上的光斑尺寸。

在一些实施例中，执行手术中的第二个手术包括在停止执行手术中的第一个手术的五分钟内开始执行手术中的第二个手术。

在一些实施例中，改变光斑尺寸包括通过移动聚焦透镜来改变光斑尺寸。

在一些实施例中，改变光斑尺寸包括通过调节激光器和眼睛之间的距离来改变光斑尺寸。

在一些实施例中，执行手术中的第二个手术包括经由通过辐射导管发射辐射光束来执行手术中的第二个手术，并且调节激光器和眼睛之间的距离包括在不移动辐射导管的情况下调节激光器和眼睛之间的距离。

在一些实施例中，在手术期间，患者的头部搁靠在耦接到表面的头托上，并且

辐射导管耦接到表面。

在一些实施例中，改变光斑尺寸包括将光斑尺寸改变至少70微米。

在一些实施例中，改变光斑尺寸包括将光斑尺寸改变至少300微米。

在一些实施例中，改变光斑尺寸包括通过将修改辐射光束的会聚角的光学器件放置在激光器的光学路径中来改变光斑尺寸。

在一些实施例中，执行手术中的第二个手术包括照射眼睛同时通过光学器件对眼睛成像。

在一些实施例中，光学路径穿过设置在激光器和眼睛之间的辐射导管，并且将光学器件放置在光学路径中包括通过将光学器件放置在辐射导管中来将光学器件放置在光学路径中。

在一些实施例中，将光学器件放置在光学路径中包括通过将包含光学器件的辐射导管放置在激光器和眼睛之间来将光学器件放置在光学路径中。

在一些实施例中，手术中的一个包括虹膜切开术。

在一些实施例中，手术中的另一个包括小梁成形术。

在一些实施例中，该方法还包括在执行虹膜切开术之前，将像差校正光学器件插入到激光器的光学路径中。

在一些实施例中，像差校正光学器件包括透镜，并且将透镜插入到光学路径中包括通过将透镜压靠在眼睛上而将透镜插入到光学路径中。

在一些实施例中，像差校正光学器件包括选自由以下元件组成的组的元件：椭圆镜、可变形镜和自由形态光学器件。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种系统，其包括激光器，该激光器被配置成通过用一个或更多个第一辐射脉冲照射眼睛的虹膜中的目标部位来使目标部位变薄，以及在使目标部位变薄之后，通过用一个或更多个第二辐射脉冲照射目标部位来形成穿过目标部位的孔。该系统还包括控制器，其被配置成在目标部位变薄之后且在孔形成之前增加由激光器发射的辐射光束的峰值强度。

在一些实施例中，控制器被配置成通过减小虹膜上辐射光束的光斑尺寸来增加峰值强度。

在一些实施例中，控制器被配置成通过减少激光器的脉冲持续时间来增加峰值强度。

在一些实施例中，激光器包括具有Q开关(Q-switch)的主动调Q激光器(activelyQ-switched laser)，并且控制器被配置成对于第一辐射脉冲中的每一个使Q开关打开至少100ns。

在一些实施例中，控制器还被配置成在Q开关对于第一辐射脉冲中的每一个打开时泵浦激光器。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种方法，其包括使用激光器通过用一个或更多个第一辐射脉冲照射眼睛虹膜中的目标部位来使目标部位变薄。该方法还包括，在使目标部位变薄之后，增加由激光器发射的辐射光束的峰值强度。该方法还包括，在增加峰值强度之后，通过使用激光器用一个或更多个第二辐射脉冲照射目标部位来形成穿过目标部位的孔。

结合附图，通过以下对本发明实施例的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：

附图简述

图1是根据本发明的一些实施例的用于在患者的眼睛上执行多个手术的系统的示意图；

图2是根据本发明的一些实施例的眼科手术设备的示意图；

图3A至图3B是根据本发明的一些实施例的插入激光器的光学路径中的像差校正光学器件的示意图；

图4是根据本发明的一些实施例的用于执行虹膜切开术的技术的流程图；

图5是根据本发明的一些实施例的眼睛及其一部分的图像的示意图；

图6是根据本发明的一些实施例的用于使目标部位变薄的算法的流程图；以及

图7是根据本发明的一些实施例的用于形成穿过目标部位的孔的算法的流程图。

实施例的详细描述

综述

手动执行的常规激光虹膜切开术需要大量技能和培训，并且通常难以有效和高效地执行。

为了应对这一挑战，本发明的实施例提供了用于自动激光虹膜切开术的系统和方法。特别地，本发明的实施例提供了一种控制器，该控制器被配置成响应于处理虹膜的图像而控制激光束在虹膜中的目标部位处的发射。例如，在发射激光之前，控制器可以识别通过其可以形成孔的虹膜中的隐窝，然后将隐窝的一部分指定为目标部位。随后，响应于跟踪图像中的目标部位，控制器可以在发射光束的同时保持激光器瞄准目标部位。此外，响应于在图像中识别出流体流动通过目标部位的指示，控制器可以终止该手术。

本发明的实施例还提供了用于使用相同的激光器来使虹膜的目标部分变薄和形成穿过目标部分的孔的技术。例如，主动调Q激光器可以用适合使虹膜变薄的相对长的脉冲来操作，然后用适合在虹膜中形成孔的较短的脉冲来操作。相比之下，常规的激光虹膜切开术通常使用不同的激光器进行变薄和孔形成。

此外，本发明的实施例提供了用于在执行自动虹膜切开术之前或之后立即使用同一系统执行另一种类型的自动手术的技术。例如，在自动小梁成形术之后，可以通过将激光器远离患者移动和/或将合适的光学器件插入激光器的光学路径中来减小激光束的光斑尺寸。随后，虹膜切开术可以用减小的光斑尺寸执行。

系统描述

首先参考图1，图1是根据本发明的一些实施例的系统20的示意图，该系统20包括眼科手术设备21，用于在患者22的眼睛25上执行多个外科手术。进一步参考图2，图2是根据本发明的一些实施例的眼科手术设备21的示意图。

眼科手术设备21包括光学单元30和控制器44。光学单元30包括一个或更多个光束引导元件，所述光束引导元件包括例如一个或更多个振镜50，其可统称为“振镜扫描器”或由声学线圈移动的镜子。另选地或另外地，光束引导元件可以包括光束组合器56。光学单元30还包括激光器48，其被配置成通过朝向光束引导元件发射治疗光束52使得光束引导元件将光束指向眼睛来用治疗光束52照射眼睛25。每个治疗光束52可以具有椭圆形(例如圆形)形状、正方形形状或任何其它合适的形状。在一些实施例中，每个治疗光束包括小光束(beamlet)的图案，例如圆形小光束的螺旋或圆。

更具体地，在从激光器48发射每个治疗光束52(或每个一连串治疗光束)之前，和/或在发射光束时，控制器44将光束引导元件瞄准眼睛25上的目标部位，使得光束引导元件将光束指向目标部位。例如，光束可以被振镜50偏转到光束组合器56，然后被光束组合器偏转，使得光束入射在目标部位上。(由于每个治疗光束以非无穷小的光斑尺寸入射在眼睛上，因此本申请通常将每个光束描述为入射在眼睛的“部位”或“区域”上，其面积是光斑尺寸的函数，而不是入射在眼睛上的“点”处。)因此光束遵循光学路径92，该光学路径92从光束引导元件的最下游(诸如光束组合器56)延伸到眼睛25。(实际上，连续光束的各自路径可以彼此略有不同，例如，由于光束瞄准各自不同的目标部位和/或由于眼睛的移动；然而，鉴于这种变化非常轻微，本描述涉及所有治疗光束都遵循的单个光学路径92。)

通常，光学单元30还包括聚焦治疗光束52的聚焦透镜74。在一些实施例中，如图2所示，聚焦透镜74位于光束引导元件的上游，例如在激光器和光束引导元件之间。在其它实施例中，聚焦透镜位于光束引导元件中的一个或更多个的下游，例如，在振镜50和光束组合器56之间。

光学单元30还包括相机54。如图2所示，相机54通常至少近似地与光学路径92对准；例如，光学路径92和从眼睛25延伸到相机的假想线之间的角度可以小于15度。在一些实施例中，相机位于光束组合器56后面，使得相机经由光束组合器接收光。在其它实施例中，相机不与光学路径92对准，使得到达相机的光不通过光束组合器。

在每个手术之前，相机54获取眼睛25的至少一个图像。基于该图像，控制器44和/或系统的用户(诸如眼科医生或另一位医生)可以定义和/或修改一个或更多个待被照射的目标部位。随后，在手术期间，相机54可以以相对高的频率获取患者眼睛的多个图像。通过处理这些图像中的每一个，控制器44可以跟踪眼睛的任何移动和/或评估迄今为止的治疗效果。响应于此，控制器可以控制激光器48和光束引导元件。

通常，激光器48还被配置成向眼睛处发射一个或更多个瞄准光束，例如，如国际专利申请公布WO/2020/008323中所述，其公开内容通过引用并入本文。在由相机54获取的图像中可见的瞄准光束可以帮助控制器44控制激光器48和光束引导元件。通常，瞄准光束与治疗光束52共线。

通常，光学单元30还包括光源66，其至少近似地与光学路径92对准。光源66被配置成通过发射可见光68而用作注视目标(fixation target)64，如国际专利申请PCT/IB2019/059058中所述，其公开内容通过引用并入本文。在其它实施例中，光学单元不包括光源66。

通常，光学单元包括光具座，并且属于光学单元的上述光学部件中的至少一些(诸如激光器、振镜和光束组合器)耦接到光具座。通常，光学单元还包括正面33，治疗光束、瞄准光束和可见光68穿过该正面33。例如，光学单元30可以包括外壳31，其至少部分地包围光具座并且包括正面33。(外壳31可以由塑料、金属和/或任何其它合适的材料制成。)另选地，正面33可以附接到光具座，或可以是光具座的组成部分。

在一些实施例中，正面33成形为限定开口58，治疗光束、瞄准光束和可见光68通过该开口58。在其它实施例中，正面包括代替开口58的出射窗，使得上述辐射穿过出射窗。出射窗可以由塑料、玻璃或任何其它合适的材料制成。

通常，光学单元30还包括一个或更多个照明源60，其包括例如一个或更多个LED，诸如白光或红外LED。在此类实施例中，控制器44可以使照明源60在眼睛处间歇地闪光，如国际专利申请公布WO/2020/008323中所述，其公开内容通过引用并入本文。这种闪烁可以促进由相机执行的成像，并且可以进一步帮助收缩眼睛的瞳孔。(为了便于说明，控制器44和照明源60之间的电连接在图2中没有明确示出。)在一些实施例中，照明源60耦接到正面33，如图2所示。

为了便于定位光学单元，光学单元可以包括多个光束发射器62(包括例如相应的激光二极管)，其被配置成将多个三角测距光束照到眼睛上，例如，如在国际专利申请公布WO/2020/008323中描述的。在一些实施例中，光束发射器62耦接到正面33，如图2所示。在其它实施例中，光束发射器62直接耦接到光具座。(在此类实施例中，测距光束可以通过开口58发射。)

光学单元30安装在XYZ平台单元32上，该平台单元由控制机构36(诸如操纵杆)控制。使用控制机构36，系统20的用户可以在治疗眼睛之前沿着光学单元的三个移动轴中的一个或更多个定位光学单元。在一些实施例中，XYZ平台单元32包括锁定元件，该锁定元件被配置成在平台单元定位之后禁止平台单元的运动。

在一些实施例中，XYZ平台单元32包括一个或更多个马达34，并且控制机构36连接到接口电路46。当用户操纵控制机构时，接口电路46将该活动转换成适当的电子信号，并将这些信号输出到控制器44。响应于这些信号，控制器控制XYZ平台单元的马达。

在其它实施例中，XYZ平台单元32通过操纵控制机构被手动控制。在此类实施例中，XYZ平台单元可以包括一组齿轮而不是马达34。

系统20还包括头托24，通常包括额托26和腮托28。在每次手术期间，患者22将他的头部搁靠在头托24上，使得头托支撑患者的头部；例如，患者可以将他的前额压靠在额托26上，同时将他的下巴搁在腮托28上。在一些实施例中，头托24包括固定带27，其被配置成从后面固定患者的头部并因此保持患者的头部压靠在头托上。通常，头托24耦接到表面38，诸如托盘或台面。在一些实施例中，XYZ平台单元32也耦接到表面38。

在一些实施例中，如图1所示，在照射患者的眼睛时，光学单元斜向上指向眼睛，而眼睛斜向下注视光学单元，使得光学路径92是倾斜的。例如，光学路径可以相对于水平面以五至二十度之间的角度θ取向。有利地，这种取向减少了患者的上眼睑和相关联解剖结构对患者眼睛的遮挡。

在一些实施例中，如图1所示，光学路径的倾斜取向借助于安装在楔形件40上的光学单元实现，该楔形件40安装在XYZ平台单元上。换句话说，光学单元经由楔形件40安装到XYZ平台单元上。(图2中省略了楔形件40。)

在一些实施例中，系统20还包括辐射导管76，并且本文描述的各种类型的辐射(诸如治疗光束52和可见光68)通过导管76发射(即，被发射使得辐射光束穿过导管)。在一些实施例中，导管76的内表面和/或外表面被配置成吸收任何偏离目标的(misaimed)治疗光束或散射光，和/或阻止任何外部光干扰相机。另选地或另外地，如下文进一步描述的，导管可以容纳一个或更多个光学器件。

通常，导管76是中空的，使得辐射穿过导管内的空气。例如，导管76可以包括截头锥体形或圆柱形管，其可以由金属、玻璃或任何其它合适的材料制成。在一些此类实施例中，导管包括连续壁。在其它此类实施例中，导管76成形为限定一个或更多个开口。例如，导管76可以包括金属丝结构，诸如金属丝网。在其它实施例中，导管76包括截头锥体形或圆柱形透明材料片(例如玻璃)，使得辐射穿过该材料。

在一些实施例中，导管76的远侧端部接触眼睛。在此类实施例中，导管的远侧端部可以缩回眼睛25的眼睑和/或稳定眼睛，即禁止眼睛移动。在其它实施例中，导管不接触眼睛。

通常，导管76不耦接到设备21，使得可以在不移动导管的情况下调节激光器48和眼睛之间的距离。例如，导管可以耦接到头托24或表面38。作为具体示例，导管可以经由包括一个或更多个枢轴接头72的伸缩臂70耦接到表面38。通过调节臂70的长度和/或旋转枢轴接头72，用户可以调节导管的位置和取向。另选地，导管76可以由用户握住。

系统20还包括监视器42，其被配置成显示由相机获取的眼睛的图像。监视器42可以附接到光学单元30或设置在任何其它合适的位置处，诸如在设备21旁边的表面38上。在一些实施例中，监视器42包括触摸屏，并且用户经由触摸屏向系统输入命令。另选地或另外地，系统20可以包括用户可以使用的任何其它合适的输入设备，诸如键盘或鼠标。

在一些实施例中，监视器42通过有线或无线通信接口直接连接到控制器44。在其它实施例中，监视器42经由外部处理器，诸如属于标准台式计算机的处理器，连接到控制器44。

在一些实施例中，如图2所示，控制器44设置在XYZ平台单元32内。在其它实施例中，控制器44设置在XYZ平台单元外部。另选地或另外地，控制器可以与另一个外部处理器协作地执行本文描述的功能中的至少一些。

在一些实施例中，如本文所述，控制器44的功能中的至少一些例如使用一个或更多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)在硬件中实现。另选地或另外地，控制器44可以通过执行软件和/或固件代码来执行本文描述的功能中的至少一些。例如，控制器44可以包括中央处理单元(CPU)和随机存取存储器(RAM)。程序代码(包括软件程序)和/或数据可以加载到RAM中以供CPU执行和处理。例如，程序代码和/或数据可以通过网络以电子形式下载到控制器。另选地或另外地，程序代码和/或数据可以被提供和/或存储在非暂时性有形介质上，诸如磁、光学或电子存储器。此种程序代码和/或数据在提供给控制器时产生被配置成执行本文所述的任务的机器或专用计算机。在一些实施例中，控制器包括系统模块(system on module)(SOM)，诸如Varisite^TMDART-MX8M。

执行多个手术

有利地，系统20被配置成在单次会话中在眼睛25上执行多个手术，其中手术之间的延迟相对较小。例如，在停止执行第一个手术的五分钟内，即在发射第一个手术的最后一个治疗光束的五分钟内，可以开始第二个手术，即，可以发射第二个手术的第一治疗光束。

例如，虹膜切开术可以在另一个手术(诸如小梁成形术)之后立即执行。(小梁成形术可以自动地或半自动地执行，例如，如国际专利申请公布WO/2020/008323和国际专利申请PCT/IB2019/059058中所述，其各自的公开内容通过引用并入本文。)另选地，虹膜切开术可以在其它手术之前立即执行。

为了便于执行连续手术，系统20允许改变由激光器发射的治疗光束在眼睛上的光斑尺寸。因此，例如，在小梁成形术之后，光斑尺寸可以减小(例如，减少至少70微米，诸如至少300微米)至适用于虹膜切开术的值。(通常，虹膜切开术所需的光斑尺寸相对较小，因为光致破裂所需的强度很高。)随后，虹膜切开术可以用减小的光斑尺寸执行。另选地，在虹膜切开术之后，可以增加光斑尺寸，然后可以用增加的光斑尺寸执行小梁成形术。

作为具体示例，在小梁成形术期间，眼睛上的光斑尺寸可以大于100微米，诸如大于300微米(例如，大约400微米)。随后，光斑尺寸可以减小到小于30微米，诸如小于10微米，然后可执行虹膜切开术。

可以使用各种技术来改变光斑尺寸。例如，控制器44可以朝向或远离激光器移动聚焦透镜74。另选地或另外地，用户可以通过朝向或远离患者移动光学单元来调节激光器和眼睛之间的距离。(为了便于这种调节，控制器可以调节光束发射器62发射的测距光束之间的会聚角，使得当光学单元与患者相距正确距离时，测距光束会聚在眼睛上。)为了补偿光学单元的移动，控制器44可以调节相机的焦点，例如通过朝向或远离相机的成像传感器移动另一个聚焦透镜(未示出)使得眼睛的待照射的部分处于焦点对准中。

另选地或另外地，为了改变光斑尺寸，可以将修改治疗光束的会聚角的光学器件78放置在光学路径92中。光学器件78可以包括任何数量的透镜(例如，单合透镜、双合透镜和/或三合透镜)、衍射光学元件、自由形态光学元件、相位板和/或其它光学元件。

通常，在将光学器件78放置在光学路径92中之后，光学器件也位于相机的光学路径中，使得在第二个手术期间照射眼睛时，通过光学器件对眼睛成像。因此，有利地，光学器件可以放大或缩小相机视场中的目标部位。例如，对于虹膜切开术，光学器件78可以减小激光器的光斑尺寸并且还使相机放大目标部位。

在一些实施例中，光学器件78包含在导管76中。例如，在没有导管的情况下执行第一个手术之后，可以将包含光学器件的导管放置在激光器和眼睛之间，然后可以执行第二个手术。另选地，在有导管但没有光学器件的情况下执行第一个手术之后，可以将光学器件放置在导管中，然后可执行第二个手术。光学器件78可以经由粘合剂、经由一个或更多个螺钉和/或经由任何其它合适的耦接机构耦接到导管76的内壁。

在其它实施例中，光学器件78附接到出射窗或光学单元的光具座，或以其它方式(例如，自动地，由控制器)放置在激光器的光学路径中。

通常，治疗光束52的波长在300nm和1300nm之间，诸如在500nm和1100nm之间。在一些实施例中，用于虹膜切开术的波长不同于用于在虹膜切开术之前或之后执行的另一手术的波长。作为纯粹说明性示例，在以532nm执行小梁成形术之后，可以以1064nm执行虹膜切开术。在其它实施例中，波长相同；例如，在以532nm执行小梁成形术后，也可以以532nm执行虹膜切开术。

(注意，1064nm通常用于虹膜切开术。然而，本发明人意识到具有较小波长(诸如532nm)的辐射光束可以更好地促进虹膜切开术所需的光致破裂过程，因为此类光束相对于较大波长的光束具有更小的光斑尺寸(因此，更大的强度)和更大的光子能量。)

在一些实施例中，在执行虹膜切开术之前，将像差校正光学器件插入到激光器的光学路径中。像差校正光学器件校正由在偏离角膜中心的位置处穿过眼睛角膜的激光束引起的激光束的任何离轴像差。通常，在将像差校正光学器件插入到激光器的光学路径中后，像差校正光学器件也位于相机的光学路径中。

例如，如上所述修改激光束的光斑尺寸的光学器件78也可用作像差校正光学器件。对于不使用光学器件78或光学器件78提供的像差校正不足的实施例，可以使用另一种像差校正光学器件。此种光学器件可以包括压靠在眼睛上的透镜，诸如亚伯拉罕透镜(Abraham lens)或怀斯透镜(Wise lens)。此种透镜可以耦接到导管76的远侧端部或由系统的用户保持。由于此种透镜通常影响由激光器发射的辐射光束的光斑尺寸，因此对于使用透镜的实施例，相对于不使用透镜的其它实施例，光斑尺寸的调节被不同地执行。

作为接触透镜的替代，像差校正光学器件可以包括不接触眼睛的光学器件。此种光学器件可以以任何合适的方式插入到激光器的光学路径中，如上文针对光学器件78所述。对于此类实施例的示例，现在参考图3A至图3B，它们是根据本发明的一些实施例的插入到激光器的光学路径中的像差校正光学器件的示意图。

在一些实施例中，可变形的或椭圆的镜子82被插入到光学路径中。例如，如图3A所示，镜子82可以通过杆84耦接到导管76的内壁。导管76还可以包含另一个镜子80，其将治疗光束52偏转到镜子82上。

在其它实施例中，自由形态光学器件被插入到光学路径中。此种光学器件可以包括透射相位元件86(例如，包括透镜)，如图3B所示。

光学器件78可以位于像差校正光学器件的上游或下游。如上文参考图1所述和图3A至图3B所示，光学器件78可以将治疗光束的光斑尺寸减小到适合虹膜切开术的值。

有利地，插入到激光器的光学路径中的光学器件还被配置成便于使用可见光68(图2)、测距光束、瞄准光束和由照明源60(图2)发射的光。例如，光学器件78可以通过与修改治疗光束的光斑尺寸相同的因子来改变瞄准光束的光斑尺寸。相反，测距光束和可见光68可以穿过光学器件78而无需任何修改。

在另选实施例中，像差校正光学器件被插入到相机的而不是激光器的光学路径中。

作为上述元件中的任一个的替代或补充，像差校正光学器件可以包括任何数量的透镜(例如，单合透镜、双合透镜和/或三合透镜)、衍射光学元件、自由形态光学元件、相位板和/或其它光学元件。

虹膜切开术手术

现在参考图4，其是根据本发明的一些实施例的用于执行虹膜切开术手术的技术88的流程图。

通过虹膜的隐窝而不是通过虹膜的其它部分形成孔通常是最简单和最安全的。因此，技术88通常以隐窝识别步骤90开始，在该步骤中虹膜中的隐窝被识别用于照射。

在一些实施例中，隐窝识别步骤90由控制器44(图2)自动执行，因为控制器识别由相机获取的虹膜的至少部分的图像中的隐窝。通常，任何合适的图像处理技术均可以用于这种识别。例如，控制器可以首先调节图像的亮度、对比度、均匀性和/或白平衡。随后，控制器可以使图像去模糊和去除任何噪点。接下来，控制器可以将边缘检测器应用于图像，然后使用检测到的边缘来分割虹膜内的任何对象。随后，可以丢弃开放对象(open object)、到眼睛瞳孔的距离小于预定义阈值(例如，瞳孔和角膜缘之间距离的三分之一)的对象和/或尺寸小于预定义阈值(例如，其最大宽度小于30μm)的对象。(为了便于移除小而开放的对象，控制器可以使用填充和腐蚀技术。)随后，控制器可以选择剩余对象之一，这些对象被假定为隐窝。例如，控制器可以选择虹膜顶部±30度内即11点钟和1点钟之间的最大隐窝，从3点钟或9点钟开始的预定义度数内的最大隐窝，或虹膜上半部分中的最大的隐窝。

通常，在识别隐窝后，控制器要求用户确认选择用于照射的隐窝。例如，控制器可以在监视器42(图1)上显示图像，其中所识别的隐窝被突出显示，然后用户可以使用合适的用户界面来确认所识别的隐窝或选择不同的隐窝。

在其它实施例中，用户识别图像中的隐窝，然后使用合适的用户界面向控制器指示隐窝的位置。

响应于隐窝的识别，控制器在目标部位指定步骤91处将隐窝的一部分(或整个隐窝)指定为目标部位。任选地，控制器然后可以向用户指示目标部位，然后用户可以确认或移动目标部位。

接下来，在厚度评估步骤93处，控制器确定是否需要目标部位的变薄。例如，控制器可以从用户接收指定是否需要变薄的输入。另选地，控制器可以基于虹膜的颜色自动执行该评估。(通常，棕色虹膜比其它颜色的虹膜更厚；因此，棕色虹膜可能需要变薄，而其它虹膜可能不需要。)任选地，然后控制器可以要求用户确认控制器的评估。

响应于确定需要变薄，在变薄步骤94处，控制器使激光器通过用一个或更多个第一辐射脉冲照射目标部位使得第一辐射脉冲烧灼目标部位来将目标部位变薄。在一些实施例中，如下所述，用于变薄的光斑尺寸大于用于后续孔形成的光斑尺寸，使得虹膜的变薄部分延伸超出目标部位。因此，在执行变薄步骤94之前，控制器可以向用户指示待变薄的虹膜部分，并要求用户确认。

在使目标部位变薄之后，控制器在峰值强度增加步骤96处增加由激光器发射的辐射光束的峰值强度，使得峰值强度足够高以引起虹膜的光致破裂。在峰值强度增加步骤96之后，或者如果不需要变薄，则在孔形成步骤98处，控制器使激光器通过用一个或更多个第二辐射脉冲照射虹膜来形成穿过目标部位的孔。

在一些实施例中，通过减少激光的脉冲持续时间来增加峰值强度，使得每个脉冲在更短的时间内输送相同量的能量。例如，虽然第一辐射脉冲中的每一个的持续时间可以在100ns和100ms之间，但是第二辐射脉冲中的每一个的持续时间可以小于10ns。

在一些实施例中，激光器包括主动调Q激光器，其包括Q开关。通常，此类激光器仅用于相对较短的脉冲，而其它类型的激光器已用于虹膜变薄。然而，本发明人意识到，对于第一辐射脉冲中的每一个，通过将Q开关保持打开相对长的时间，例如至少100ns，任选地在Q开关打开的同时继续泵浦激光器(即，向激光器输送能量)，可以使用主动调Q激光器来用于变薄。

在其它实施例中，激光器包括光纤激光器。为了使虹膜的目标部分变薄，控制器可以在较长脉冲模式下操作激光器。随后，控制器可以将激光器的操作设定改变为较短脉冲模式，然后使用激光器在目标部分中形成孔。

作为缩短脉冲持续时间的替代或补充，控制器可以通过减小虹膜上的辐射光束的光斑尺寸来增加峰值强度。例如，这可以通过移动聚焦透镜74(图2)来完成。

现在参考图5，其是根据本发明的一些实施例的眼睛25和其一部分的图像23的示意图。

通常，在孔形成步骤98(图4)处，在照射目标部位41的同时以相对高的频率获取示出目标部位41的图像23。控制器处理图像以便检查流体流动通过目标部位的指示。响应于识别出流体流动的指示，控制器终止该手术，即，禁止激光器进一步照射目标部位。

例如，控制器可以检查图像是否显示穿过目标部位的孔37。孔37可以例如响应于孔和孔外的虹膜29的一部分(诸如目标部位所在的隐窝35的相邻部分)之间的颜色差异而被识别，和/或响应于将图像与手术前获取的参考图像进行比较而被识别。为了停止手术，控制器可以要求任何被识别的孔的尺寸大于预定义阈值。例如，控制器可以要求孔的直径D1大于阈值直径，该阈值直径在150μm和750μm之间，诸如在150μm至200μm之间或在350μm至600μm之间。

另选地或另外地，考虑到目标部位附近碎片39的存在可以指示流体流动通过目标部位，控制器可以检查每个获取的图像中的在距目标部位预定义距离内的任何碎片39。(通常，碎片39以小颗粒云的形式出现在图像中。)为了便于识别碎片39，控制器可以使用任何合适的图像配准技术来使两个图像彼此对准，将每个获取的图像与手术之前获取的参考图像进行比较。为了停止手术，控制器可以要求任何识别的碎片的尺寸大于预定义阈值。例如，控制器可以计算碎片覆盖的面积并要求该面积大于阈值面积。另选地，控制器可以将圆43拟合到识别的碎片，并要求圆43的直径D2至少是直径D1的预定倍数。例如，该倍数可以在二到八之间，或大于八。

在一些实施例中，控制器通过将图像与先前获取的图像进行比较，例如使用光流技术，进一步检查碎片的移动。(具体地，考虑到流体预计从虹膜后面流动，控制器可以检查碎片远离目标部位的移动。)在此种实施例中，为了停止手术，作为要求碎片的尺寸大于阈值的替代或补充，控制器可能需要碎片的移动。

作为检查流体流动的替代或补充，控制器可以使用所获取的图像来检查眼睛的任何移动和/或迄今为止由治疗引起的形态学的任何变化。响应于识别眼睛的移动和/或形态学的变化，控制器可以调节光束引导元件，使得激光器保持瞄准目标部位。

示例算法

现在参考图6，其是根据本发明的一些实施例的用于在变薄步骤94处使目标部位变薄的算法的流程图。

根据图6，变薄步骤94以图像获取步骤100开始，在该步骤中，相机54(图2)获取虹膜的至少一部分的图像，该图像通常大约集中在目标部位的最后识别位置处。在图像获取步骤100之后，控制器在目标部位识别步骤102处识别所获取图像中的目标部位。例如，控制器可以使用图案匹配技术来识别目标部位所在的隐窝和/或识别与目标部位重叠或位于目标部位附近的虹膜的其它特征。

如上文参考图1至图2所述，光学器件78可以放大相机视场中的虹膜，从而有助于识别目标部位。

在目标部位的识别之后，控制器在激光器瞄准步骤104处将激光器瞄准目标部位。然后控制器在激光器发射步骤106使激光器发射，使得激光器发射治疗光束。治疗光束可以包括例如具有至少20Hz的重复率的三个或更多个脉冲的序列。

尽管图6中未示出，但是控制器通常使用瞄准光束来验证激光器是否瞄准目标部位，如上文参考图1至图2所述。例如，在使激光器瞄准之后，控制器可以使激光器向眼睛发射瞄准光束。随后，控制器可以获取另一幅图像，然后验证瞄准光束与图像中的目标部位重合。另选地或另外地，控制器可以确定图像中瞄准光束的光斑尺寸。响应于光斑尺寸偏离所需光斑尺寸，控制器可以通过移动聚焦透镜74(图2)来调节激光器的焦点，和/或向用户输出消息，指示光学单元应该朝向或远离患者移动。另外地或另选地，基于瞄准光束的图像，控制器可以调节相机的焦点。

在激光器的发射之后，再次执行图像获取步骤100。随后，在变薄评估步骤107处，控制器确定所获取的图像是否示出目标部位的充分变薄。例如，通过将图像与先前获取的图像进行比较，控制器可以检查目标部位处或附近的虹膜性质的变化。例如，控制器可以检查颜色的变化、新的或缺失的边缘和/或隐窝的尺寸或形状的变化。响应于确定虹膜的目标部分充分变薄，控制器终止变薄手术。否则，控制器返回到目标部位识别步骤102。

现在参考图7，其是根据本发明的一些实施例的用于在孔形成步骤98处形成穿过目标部位的孔的算法的流程图。

根据图7，孔形成步骤98开始于图像获取步骤100。在图像获取步骤100之后，控制器在目标部位识别步骤102处识别所获取图像中的目标部位，例如，使用如上文参考图6所述的图案匹配技术。(在孔形成之后，控制器可以通过使用图案匹配技术来识别目标部位从而识别孔。)在目标部位的识别之后，控制器在激光器瞄准步骤104处，将激光器瞄准目标部位。然后控制器在激光器发射步骤106处使激光器发射，使得激光器发射治疗光束。治疗光束可以包括例如具有至少20Hz的重复率的三个或更多个脉冲的序列。

(虽然未在图7中示出，但是控制器通常使用瞄准光束来验证激光器是否瞄准目标部位和/或检查激光器和/或相机的焦点，如上文参考图6所述。)

在激光器的发射之后，再次执行图像获取步骤100。随后，控制器检查所获取的图像中的被认为指示流体流动通过目标部位的一种或更多种性质。如果图像具有所有性质，则控制器终止该手术。否则，控制器返回到目标部位识别步骤102。

例如，如图7所示，控制器可以在第一检查步骤108处检查图像是否显示在目标部位处有孔。如果是，则控制器可以计算孔的尺寸，然后在第二检查步骤110处检查孔是否足够大，即孔的尺寸是否超过预定义阈值。随后，如果孔足够大，则控制器可以在第三检查步骤112处检查图像是否显示在目标部位附近(即，在距目标部位的预定义距离内)有碎片。如果是，则控制器可以计算碎片的尺寸，然后在第四检查步骤114处检查碎片是否足够大，即碎片的尺寸是否超过预定义阈值。如果是，处理器可以在第五检查步骤116处检查图像是否显示碎片的移动。随后，如果检测到碎片的移动，则处理器可以终止该手术。

在一些实施例中，在检查中的一项失败之后，控制器可以移动目标部位和/或修改激光器的操作设定。例如，在第一检查步骤108处确定没有形成孔之后，控制器可以增加激光器的强度。作为另一个示例，在第二检查步骤110处确定孔不够大之后，控制器可以在执行目标部位识别步骤102时将目标部位移动一小段距离，使得激光器的随后发射导致孔扩大。另选地，控制器可以首先通过将图像与一个或更多个先前获取的图像进行比较来检查孔是否正在扩大。响应于确定孔没有扩大，控制器可以移动目标部位；否则，控制器可以保持目标部位的位置。

本领域技术人员将理解，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及其不属于现有技术的变化和修改，本领域技术人员在阅读上述描述后将想到这些变化和修改。

Claims (24)

1.一种系统，包括：

相机，所述相机被配置成获取眼睛的虹膜的至少部分的一个或更多个图像；

激光器，其被配置成照射所述虹膜中的目标部位；以及

控制器，其被配置成：

在所述图像中识别流体流动通过所述目标部位的指示，以及

响应于识别出所述指示，禁止所述激光器进一步照射所述目标部位。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标部位在所述虹膜中的隐窝中。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器还被配置成在所述激光器照射所述目标部位之前：

在所述虹膜的至少部分的另一个图像中识别所述隐窝，以及

响应于识别出所述隐窝，将所述隐窝的至少一部分指定为所述目标部位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过识别距所述目标部位预定义距离内的碎片来识别所述指示。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过识别所述碎片的移动来识别所述指示。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过识别所述碎片的尺寸大于预定义阈值来识别所述指示。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过识别穿过所述目标部位的孔来识别所述指示。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被配置成响应于所述孔与所述孔外部的所述虹膜的一部分之间的颜色差异来识别所述孔。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过识别所述孔的尺寸大于预定义阈值来识别所述指示。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述预定义阈值是第一预定义阈值，并且其中，所述控制器被配置成通过识别距所述目标部位在预定义距离内并且具有大于第二预定义阈值的尺寸的碎片来识别所述指示。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第二预定义阈值是所述孔的尺寸的函数。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：

在所述虹膜的至少部分的其它图像中识别所述目标部位，以及

响应于识别出所述目标部位，将所述激光器瞄准所述目标部位。

13.一种有形的非暂时性计算机可读介质，其中存储有程序指令，当由控制器读取时，这些指令使所述控制器：

在由相机获取的眼睛的虹膜的至少部分的一个或更多个图像中识别流体流动通过所述虹膜中的目标部位的指示，以及

响应于识别出所述指示，禁止激光器照射所述目标部位。

14.根据权利要求13所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述目标部位在所述虹膜中的隐窝中。

15.根据权利要求14所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令还使所述控制器在所述激光器照射所述目标部位之前：

在所述虹膜的至少部分的另一个图像中识别所述隐窝，以及

响应于识别出所述隐窝，将所述隐窝的至少一部分指定为所述目标部位。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令使所述控制器通过识别距所述目标部位预定义距离内的碎片来识别所述指示。

17.根据权利要求16所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令使所述控制器通过识别所述碎片的移动来识别所述指示。

18.根据权利要求16所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令使所述控制器通过识别所述碎片的尺寸大于预定义阈值来识别所述指示。

19.根据权利要求13-15中任一项所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令使所述控制器通过识别穿过所述目标部位的孔来识别所述指示。

20.根据权利要求19所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令使所述控制器响应于所述孔与所述孔外部的所述虹膜的一部分之间的颜色差异来识别所述孔。

21.根据权利要求19所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令使所述控制器通过识别所述孔的尺寸大于预定义阈值来识别所述指示。

22.根据权利要求21所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述预定义阈值是第一预定义阈值，并且其中，所述指令使所述控制器通过识别距所述目标部位在预定义距离内并且具有大于第二预定义阈值的尺寸的碎片来识别所述指示。

23.根据权利要求22所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第二预定义阈值是所述孔的尺寸的函数。

24.根据权利要求13-15中任一项所述的有形的非暂时性计算机可读介质，其中，所述指令还使所述控制器：

在所述虹膜的至少部分的其它图像中识别所述目标部位，以及

响应于识别出所述目标部位，将所述激光器瞄准所述目标部位。