CN114452078A - 使用在微透镜中心区域中进行周期性激光消隐的飞秒激光的角膜微透镜切口 - Google Patents

使用在微透镜中心区域中进行周期性激光消隐的飞秒激光的角膜微透镜切口 Download PDF

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Abstract

本发明的主题是“使用在微透镜中心区域中进行周期性激光消隐的飞秒激光的角膜微透镜切口”。本发明提供了一种眼科手术激光系统和方法，其使用“快扫描慢扫掠”扫描方案在受检者的眼部中形成微透镜。高频扫描仪形成快扫描线，快扫描线由XY扫描仪和Z扫描仪置于与微透镜的表面的纬度平行线相切的位置处。然后，XY扫描仪和Z扫描仪使扫描线在一个扫掠中沿着微透镜表面的经度子午线以慢扫掠轨迹移动。沿着不同子午线执行多个扫掠以形成整个微透镜表面并且在连续扫掠之间使用棱镜来改变高频扫描仪的扫描线的取向。在每个扫掠中，在微透镜的扫掠重叠的中心区域内，激光被周期性地消隐(或以显著减少的脉冲能量递送)，以减少在区域中递送的总能量。

Description

使用在微透镜中心区域中进行周期性激光消隐的飞秒激光的 角膜微透镜切口
相关申请的交叉引用
本专利申请要求提交于2021年12月10日的美国专利申请17/643812的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
背景技术
技术领域
本发明的实施方案总体涉及激光辅助眼科规程，并且更具体地讲，涉及用于角膜中的微透镜切口的系统和方法。
相关技术
可使用眼镜或接触镜片矫正视力障碍，诸如近视(近视眼)、远视和散光。另选地，可通过手术重塑眼睛的角膜以提供所需的光学矫正。眼部手术已变得很常见，一些患者将该手术当作择期规程以避免使用接触镜片或眼镜来矫正屈光问题，而其他患者采用该手术是为了矫正不利状况诸如白内障。并且，随着激光技术的最近发展，激光手术逐渐变成眼科规程的首选技术。
不同激光眼部手术系统将不同类型的激光束用于各种规程和指征。这些包括例如紫外激光、红外激光和近红外超短脉冲激光。超短脉冲激光发射具有短至10飞秒且长达3纳秒的脉冲持续时间和300nm与3000nm之间的波长的辐射。
用于重塑角膜的先前手术方法包括激光辅助原位角膜磨镶术(下文称为“LASIK”)、屈光性角膜切削术(下文称为“PRK”)和角膜微透镜取出。
在LASIK规程中，使用超短脉冲激光器来切割角膜瓣，以暴露角膜基质以用来自准分子激光器的紫外线光束进行光消融。角膜基质的光消融重塑角膜并矫正屈光状况，诸如近视、远视、散光等。在没有产生瓣的PRK规程中，首先去除上皮层，然后通过准分子激光器去除一些基质材料。上皮层将在规程后几天内生长回来。
在角膜微透镜取出规程中，并不在形成角膜瓣后使用准分子激光器消融角膜组织，而是该技术涉及采用两个或更多个飞秒激光切口的组织切除，这两个或更多个飞秒激光切口相交而形成供取出的微透镜。微透镜的取出改变角膜的形状及其光焦度以完成视力矫正。可在形成或不形成角膜瓣的情况下执行微透镜取出。利用无瓣规程，在前角膜的完整部分中形成屈光微透镜并且通过小切口去除该屈光微透镜。在2016年3月31日公布的标题为“Systems And Methods For Lenticular Laser Incision”的美国专利申请公布20160089270和2020年2月13日公布的标题为“High Speed Corneal Lenticular IncisionUsing A Femtosecond Laser”的美国专利申请公布20200046558中描述了使用手术眼科激光系统的快扫描慢扫掠方案进行角膜微透镜取出的方法。
发明内容
本发明的实施方案提供了一种使用脉冲激光器的微透镜切口方法，该微透镜切口方法可以减少患者的视野的中心区域中的不必要的激光能量暴露并且减少形成切口所需的时间。
在一个方面，本发明的实施方案提供了一种眼科手术激光系统，其包括：激光源，该激光源被配置为产生包括多个激光脉冲的脉冲激光束；激光递送系统，该激光递送系统被配置为将脉冲激光束递送到受检者的眼部中的目标组织；高频扫描仪，该高频扫描仪被配置为以预定义频率来回扫描脉冲激光束；XY-扫描仪，该XY-扫描仪被配置为使脉冲激光束偏转，该XY-扫描仪与高频扫描仪分开；Z-扫描仪，该Z-扫描仪被配置为修改脉冲激光束的焦点的深度；以及控制器，该控制器被配置为控制激光源、高频扫描仪、XY-扫描仪和Z-扫描仪以连续形成多个扫掠，这些多个扫掠共同形成受检者的眼部中的透镜的至少一个微透镜切口，该透镜具有限定顶点和穿过顶点的Z轴的弯曲表面，其中每个扫掠通过以下方式形成：控制高频扫描仪以使脉冲激光束偏转以形成扫描线，该扫描线是具有预定义长度的直线并且与透镜的纬度平行线相切，该纬度平行线是透镜的表面上的垂直于Z轴并且具有到顶点的限定距离的圆，控制XY-扫描仪和Z-扫描仪以使扫描线沿着透镜的经度子午线移动，该经度子午线是穿过顶点并且围绕Z轴具有限定角位置的曲线，以及当扫描线位于透镜的中心区域内时控制激光源以周期性地消隐脉冲激光束，其中沿着彼此不同的相应经度子午线一个接一个地连续形成多个扫掠。
在另一方面，本发明的实施方案提供一种使用眼科手术激光系统产生微透镜切口的方法，该方法包括以下步骤：通过激光源产生包括多个激光脉冲的脉冲激光束；将脉冲激光束递送到受检者的眼部中的目标组织；通过高频扫描仪以预定义频率来回扫描脉冲激光束；通过XY-扫描仪使脉冲激光束偏转，该XY-扫描仪与高频扫描仪分开；通过Z-扫描仪修改脉冲激光束的焦点的深度；以及通过控制器控制激光源、高频扫描仪、XY-扫描仪和Z-扫描仪以连续地形成多个扫掠，这些多个扫掠共同形成受检者的眼部中的透镜的至少一个微透镜切口，该透镜具有限定顶点和穿过顶点的Z轴的弯曲表面，包括通过以下方式形成每个扫掠：控制高频扫描仪以使脉冲激光束偏转以形成扫描线，该扫描线是具有预定义长度的直线并且与透镜的纬度平行线相切，该纬度平行线是透镜的表面上的垂直于Z轴并且具有到顶点的限定距离的圆，控制XY-扫描仪和Z-扫描仪以使扫描线沿着透镜的经度子午线移动，该经度子午线是穿过顶点并且围绕Z轴具有限定角位置的曲线，以及当扫描线位于透镜的中心区域内时控制激光源以周期性地消隐脉冲激光束，其中沿着彼此不同的相应经度子午线一个接一个地连续形成多个扫掠。
本概要和下面的详细描述仅仅是示例性的、说明性的和解释性的，并非旨在加以限制，而是提供对受权利要求书保护的本发明的进一步解释。本发明的附加特征和优点将在下面的描述中予以阐述，并且根据该描述将部分地显而易见，或者可通过本发明的实践而知悉。本发明的目的和其他优点将通过在书面描述、权利要求和附图中特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体示出。参考以下具体实施方式和附图，将更好地理解本发明的特征和优点，具体实施方式列出了使用本发明原理的例示性实施方案，附图中不同的视图中类似的数字表示类似的部件。然而，类似的部件并不总是具有类似的附图标记。另外，附图未按比例绘制，而是将重点放在示出本发明的原理上。所有图示都旨在传达概念，其中相对尺寸、形状和其他详细属性可以示意性地示出，而不是照字面地或精确地描绘。
图1是根据本发明的实施方案的可用于执行微透镜切口方法的手术眼科激光系统的透视图。
图2是根据本发明的实施方案的可用于执行微透镜切口方法的手术眼科激光系统的另一透视图。
图3是根据本发明的实施方案的可用于执行微透镜切口方法的手术眼科激光系统的控制器的简化图。
图4示出了根据本发明的实施方案的手术眼科激光系统的示例性扫描。
图5示出了根据本发明的实施方案的使用手术眼科激光系统的快扫描慢扫掠方案的示例性表面解剖。
图6示出了根据本发明的实施方案的手术眼科激光系统的快扫描线和预期球形解剖表面之间的几何关系。
图7示出了根据本发明的实施方案的使用手术眼科激光系统的示例性微透镜切口。
图8示意性地示出了根据本发明的实施方案的使用快扫描慢扫掠方案的微透镜切口的方法，其在微透镜的中心区域中进行周期性激光消隐。
图9示意性地示出了用于在图8的方法中的周期性激光消隐的激光消隐控制信号。
图10示出了根据本发明的实施方案汇总激光消隐控制参数的表。
图11是示出根据本发明的实施方案的微透镜切口过程的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方案总体涉及用于激光辅助眼科规程的系统和方法，并且更具体地讲，涉及用于角膜微透镜切口的系统和方法。
参考附图，图1示出了用于在患者的眼部的组织12中制造切口的系统10。系统10包括但不限于：激光器14，该激光器能够产生脉冲激光束；能量控制模块16，该能量控制模块用于改变脉冲激光束的脉冲能量；快扫描线移动控制模块20，该快扫描线移动控制模块用于产生脉冲激光束的快扫描线(稍后描述)；控制器22；以及慢扫描线移动控制模块28，该慢扫描线移动控制模块用于使激光扫描线移动并将其递送到组织12。控制器22(诸如操作合适的控制软件的处理器)可操作地与快扫描线移动控制模块20、慢扫描线移动控制模块28和能量控制模块16联接以沿着组织12上或组织中的扫描图案引导脉冲激光束的扫描线。在该实施方案中，系统10还包括分束器26和成像设备24，该成像设备联接到脉冲激光束的反馈控制机构(未示出)的控制器22。也可以使用其他反馈方法。在一个实施方案中，可将脉冲图案以治疗表的形式归纳在有形存储介质的机器可读数据中。可根据响应于从监测系统反馈系统(未示出)提供的反馈数据而从自动图像分析系统输入到控制器22中的反馈来调节该治疗表。
激光器14可包括能够提供脉冲激光束的飞秒激光器，所述脉冲激光束可用于光学规程，诸如局部光致破裂(例如，激光诱导光学击穿)。可将局部光致破裂布置在组织或其他材料的表面处或下方以产生高精度材料加工。例如，微光学扫描系统可用于扫描脉冲激光束以产生该材料中的切口，形成该材料的瓣，形成该材料内的袋，形成该材料的可移除结构等。术语“扫描”是指脉冲激光束的焦点沿着期望的路径或以期望的图案进行的移动。
在其他实施方案中，激光器14可包括激光源，该激光源被配置为传送紫外激光束，该紫外激光束包括能够光分解眼部内的一个或多个眼内目标的多个紫外激光脉冲。
尽管激光系统10可用于对多种材料(例如，有机材料、无机材料或它们的组合)进行光变更(photoalter)，但是激光系统10在一些实施方案中适用于眼科应用。在这些情况下，聚焦光学器件将脉冲激光束朝向眼部引导(例如，引导到角膜之上或之中)以实现浅表组织的等离子体介导(例如，非UV)光消融，或将该脉冲激光束引导到角膜的基质中以实现组织的基质内光致破裂。在这些实施方案中，手术激光系统10还可包括透镜以在朝向眼部扫描脉冲激光束之前改变角膜的形状(例如，变平或弯曲)。
图2示出了激光系统10的另一示例性图式。图2示出了包括小型化飞秒激光系统的可移动XY-扫描仪(或可移动XY-载台)28的激光递送系统的部件。在此实施方案中，系统10使用飞秒振荡器或基于光纤振荡器的低能量激光器。这使得激光器可以做得更小。激光-组织相互作用处于低密度等离子体模式。用于这种激光器的一组示例性激光参数包括在40nJ-100nJ范围内的脉冲能量和在2MHz-40MHz范围内的脉冲重复率(“重复率”)。快-Z扫描仪25和谐振扫描仪21将激光束引导到扫描线旋转器23。当用于眼科规程时，系统10还包括患者接口设计，该患者接口设计具有固定锥体鼻部31和与患者的眼部接合的接触镜片32。分束器可以放置在患者接口的锥体31内部，以允许经由可视化光学器件对整个眼部进行成像。在一些实施方案中，系统10可以使用：具有0.6数值孔径(NA)的光学器件，其将产生1.1μm半极大处全宽度(FWHM)焦点尺寸；以及谐振扫描仪21，该谐振扫描仪产生0.2mm-1.2mm扫描线，其中XY-扫描仪将谐振扫描线扫描到1.0mm视野。棱镜23(例如，达夫棱镜或佩肯棱镜等)使谐振扫描线在XY平面上的任何方向上旋转。快-Z扫描仪25设置切口深度。慢扫描线移动控制模块采用可移动XY-载台28，该可移动XY-载台承载具有Z-扫描功能的物镜27，该物镜称为慢-Z扫描仪，因为其慢于快-Z扫描仪25。可移动XY-载台28使物镜移动以在X方向和Y方向上实现激光扫描线的扫描。物镜改变激光扫描线在组织中的深度。能量控制和自动Z模块16可以包括适当的部件以控制激光脉冲能量，包括衰减器等。其还可以包括采用共焦成像系统或非共焦成像系统以提供深度参考的自动Z模块。小型化飞秒激光系统10可以是台式系统，使得患者在接受治疗时直立坐着。这消除了某些光机械臂机构的需要，并且大大降低了激光系统的复杂性、大小和重量。另选地，小型化激光系统可以被设计为常规的飞秒激光系统，其中患者在躺下时被治疗。
图3示出了根据本发明的实施方案的可由激光系统10使用的示例性控制器22的简化框图，以控制激光系统10并执行下文详细论述的步骤中的至少一些步骤。控制器22通常包括至少一个处理器52，该至少一个处理器可经由总线子系统54与多个外围设备进行通信。这些外围设备可包括具有存储器子系统58和文件存储子系统60的存储子系统56、用户界面输入设备62、用户界面输出设备64和网络接口子系统66。网络接口子系统66向外部网络68和/或其他设备提供接口。网络接口子系统66包括本领域中已知的一个或多个接口，诸如LAN、WLAN、蓝牙、其他有线和无线接口等。
用户界面输入设备62可包括键盘、点击设备诸如鼠标、轨迹球、触摸板或图形输入板、扫描仪、脚踏板、操纵杆、嵌入显示器中的触摸屏、音频输入设备诸如语音识别系统、麦克风和其它类型的输入设备。一般来讲，术语“输入设备”旨在包括用于将信息输入到控制器22中的各种常规和专有设备与方式。
用户界面输出设备64可包括显示子系统、打印机、传真机或非视觉显示器诸如音频输出设备。显示子系统可以是平板设备，诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、触摸屏显示器等。显示子系统也可诸如经由音频输出设备来提供非视觉显示器。一般来讲，术语“输出设备”旨在包括用于将信息从控制器22输出给用户的各种常规和专有设备与方式。
存储子系统56可存储提供了本发明各种实施方案的功能的基本程序设计和数据结构。例如，如本文所述，实现了本发明方法的功能的数据库和模块可存储在存储子系统56中。这些软件模块通常由处理器52执行。在分布式环境中，软件模块可存储在多个计算机系统上并且由多个计算机系统的处理器来执行。存储子系统56通常包括存储器子系统58和文件存储子系统60。
存储器子系统58通常包括多个存储器，包括用于在程序执行期间存储指令和数据的主随机存取存储器(RAM)70以及在其中存储固定指令的只读存储器(ROM)72。文件存储子系统60为程序和数据文件提供永久(非易失性)存储。文件存储子系统60可包括硬盘驱动器以及相关联的可移动介质、压缩盘(CD)驱动器、光学驱动器、DVD、固态存储器和/或其他可移动介质。这些驱动器中的一个或多个驱动器可位于与控制器22联接的其他位点处的其他连接的计算机上的远程位置处。实现本发明的功能的模块可由文件存储子系统60存储。
总线子系统54提供用于让控制器22的各种部件和子系统按照预期的那样彼此进行通信的机构。控制器22的各种子系统和部件不必处于相同物理位置，而是可分布在分布式网络内的各种位置处。尽管总线子系统54被示意性地示出为单个总线，但是总线子系统的另选实施方案可利用多个总线。
由于计算机和网络的不断变化的性质，图3中描绘的控制器22的描述仅旨在作为示例以便仅示出本发明的一个实施方案。具有比图3中描绘的部件更多或更少的部件的控制器22的许多其他配置都是可能的。
本领域技术人员应当理解，附加部件和子系统可与激光系统10包括在一起。例如，可以包括空间和/或时间积分器以控制激光束内的能量分布。消融流出物抽空装置/过滤器、抽吸器和手术激光系统的其他辅助部件是本领域已知的，并且可以包括在系统中。另外，成像设备或系统可用于引导激光束。
在优选实施方案中，光束扫描可以用“快扫描慢扫掠”扫描方案实现，该扫描方案在本文中也称为快扫描线方案。该方案由两个扫描机制组成：第一，使用高频快扫描仪来回扫描光束以产生短、快扫描线(例如，图2的共振扫描仪21)；第二，快扫描线由慢得多的X、Y和Z扫描机构(例如，可移动X-Y载台28和具有慢-Z扫描的物镜27，以及快-Z扫描仪25)缓慢扫掠。图4示出了激光系统10的扫描示例，其使用8kHz(例如，在7kHz至9kHz之间，或更一般地，在0.5kHz至20kHz之间)谐振扫描仪21来产生约1mm(例如，在0.9mm至1.1mm之间，或更一般地，在0.2mm至1.2mm之间)的快扫描线410和约25m/秒的扫描速度，以及扫描速度(扫掠速度)小于大约0.1m/秒的X、Y和Z扫描机构。快扫描线410可以垂直于光束传播方向，即其始终平行于XY平面。慢扫掠420的轨迹可以是由X、Y和Z扫描设备(例如，XY-扫描仪28和快-Z扫描仪25)绘制的任何三维曲线。“快扫描慢扫掠”扫描方案的优点在于，其仅使用能够以相对低的成本实现高聚焦质量的小视野光学器件(例如，1.5mm的视野直径)。较大手术视野(例如，10mm或更大的视野直径)用XY-扫描仪实现，该手术视野可不受限制。
在图5和图7A至图7B所示的优选实施方案中，激光系统10在优选规程下使用“快扫描慢扫掠”扫描方案产生平滑的微透镜切割。首先，在三维微透镜切割中，快扫描线优选地被放置成与微透镜的表面上的纬度平行线510相切。纬度平行线是该表面与垂直于Z轴(其是平行于眼部的深度方向的轴线)的平面的交叉线，即透镜的表面上的垂直于Z轴并具有到顶点(Z方向上的最高点)的限定距离的圆。例如，在图2的激光系统10中，这可以通过经由软件(例如，经由控制器22)将棱镜23调整到对应的取向来实现。其次，慢扫掠轨迹优选地沿着微透镜的表面上的经度子午线520移动。经度子午线是该表面与穿过Z轴的平面的交叉线，即穿过顶点并具有相对于Z轴的限定角方向的曲线。例如，在图2的激光系统中，这可以通过经由软件(例如，经由控制器22)协调XY扫描仪28和快-Z扫描仪25来完成。该规程从平行于XY平面的扫描线开始，并且沿着具有最大直径的曲率扫掠过透镜的顶点(也参见图7A)。在相对于Z轴的连续角方向上执行多个扫掠(例如，如通过在连续扫掠之间旋转棱镜23实现的)，以形成整个微透镜。利用该优选规程，解剖中没有竖直“台阶”，并且消除竖直侧切割。如下文将分析的，激光焦点位置与预期球形表面解剖之间的偏差也被最小化。
图6示出了快扫描线610与例如透镜的预期球形解剖表面620之间的几何关系，尤其是扫描线610的端点B与预期解剖表面620上的点A之间的距离偏差(δ)。最大偏差δ是点A与点B之间的距离，并且由(等式(1))给出：
Figure BDA0003493661040000091
其中R大于L。R是表面解剖620的曲率半径，并且L是快扫描的长度。
虽然上述最大偏差分析是针对球形表面，但是此扫描方法也可以用于产生具有非球形形状(诸如椭圆形形状等)的平滑切口。在这种情况下，纬度平行线和/或经度子午线可以不是圆形的。
在近视矫正的示例性情况下，表面解剖的曲率半径可以通过使用以下等式(等式(2))的矫正的量ΔD来确定：
Figure BDA0003493661040000092
其中n＝1.376，其为角膜的折射率，并且R1和R2(在本文中也可以称为Rt和Rb)分别是微透镜切口的顶表面和底表面的曲率半径。对于R1＝R2＝R的微透镜切口(两个解剖表面在物理上匹配并且接触)，存在(等式(3))：
Figure BDA0003493661040000093
图7是微透镜切口900的顶视图950，其例示了三个示例性扫掠(1A到1B)、(2A到2B)和(3A到3B)，其中每个扫掠通过(即，越过)微透镜切口顶点955。切口直径957(D切割)应等于或大于待取出的微透镜切口直径。顶视图980示出了一个示例性扫掠的顶视图。
使用这样的“快扫描慢扫掠”扫描方案，快扫描线的每个扫掠形成弯曲带，该弯曲带相当于弯曲平坦矩形，使得其长边形成拱形形状(经度子午线的形状)，而其短边保持平笔直。在图7和图8的顶视图中，矩形形状表示扫掠。在微透镜切割的中心区域，即更靠近顶点的区域，多个扫掠彼此重叠。重叠量朝向微透镜切割的边缘减小。本发明人认识到，当使用均匀扫掠时，中心区域经历显著的冗余切割，从而在该区域中导致不必要的高能量沉积。这是不利的，因为其可能导致不必要的空化气泡，这继而可导致光散射引起的眩光和光晕。特别地，高能量区域位于视场的中心，从而使其甚至更不期望。微透镜中心处的过多气泡可以在切割期间引起组织的位移，诸如在微透镜较薄时产生中心孔；其还可以导致相对厚的微透镜切割界面。
美国专利申请公布20200046558描述了角膜微透镜切口方法，其通过使用沿着子午线的可变扫掠速度来解决这种冗余切割问题，使得在每个扫掠中，扫掠速度在微透镜的边缘处最慢并且在顶点附近最快。
本发明的优选实施方案通过在微透镜的中心区域施加快速激光消隐来解决冗余切割问题。此技术保持期望的无组织间桥(tissue-bridge)切割性能，并且有效地减少了在微透镜切口期间产生的过多气泡。
更具体地，在本发明的优选实施方案中，在每个扫掠期间，在微透镜的中心区域中周期性地消隐激光。快扫描线的产生不变，并且每个扫掠的扫掠速度可以是恒定的或可变的。如图8中示意性地示出的(微透镜的顶视图)，激光消隐区1003是微透镜边界1002内的微透镜的中心区域(在这个示例中为圆形)，该中心区域以顶点(微透镜中心)1001为中心。在从微透镜的边缘开始并且沿着子午线前进到边缘的相对部分的每个扫掠1004期间，当快扫描线的中心位置位于消隐区1003内部时，激光被周期性地消隐；在消隐区1003外部，激光不被消隐。
如图9所示，在消隐区1003内部，存在多个消隐开关周期；在每个消隐开关周期内，激光消隐信号在该周期的一部分内打开(即，激光被消隐)，而在该周期的剩余部分内关闭(即，激光未被消隐)。这减少了在消隐区1003中递送的激光脉冲的总数，这减少了冗余切割的量。在消隐区1003外部，激光消隐信号关闭。
周期性激光消隐方案是通过眼科激光系统在控制器基于以下控制参数的控制下实现的：
(1)激光消隐启用或禁用。当该参数被禁用时，没有执行消隐。
(2)激光消隐区直径，例如单位为mm。
(3)激光消隐开关周期，例如单位为ms。
(4)激光消隐占空比，即每个激光消隐开关周期内激光消隐打开的时间百分比。
这些参数与激光系统的其他参数一起确定微透镜切口的中心区域中的激光能量减少量。
在一个特定示例中，谐振扫描仪频率为7910Hz；即，系统每秒产生15820条扫描线，每条扫描线持续时间为63μs(0.063ms)，或每ms约16条扫描线。激光重复率为每秒10M脉冲，因此每条扫描线具有大约632个激光脉冲。激光消隐开关模式可以在几纳秒内切换，但激光脉冲行为过渡时间为约30μs(0.03ms)；因此，对于每个开关转换，约半条扫描线将在这个过渡时间内，并且因此将切割不良。在微透镜中心附近，XY扫描速度为约32mm/s-40mm/s，或更一般地为约10mm/s-100mm/s。当消隐区直径为1.5mm时，每个扫掠中在消隐区内部的时间约为40ms，即，消隐区内部约有630条扫描线。当消隐开关周期为1ms并且消隐占空比为5％时，每个激光消隐信号打开持续时间为约0.05ms(50μs)。考虑到上述过渡时间，期间不发生充分切割的总时间(未切割时间)为约80μs。因此，在该示例中，对于每16条扫描线，由于激光消隐将有1-1.5条未切割的线。
附加示例的参数示于图10中的表1中，该表给出了每个示例中实际未切割时间的百分比。
更一般地，对于周期性激光消隐方法，消隐占空比可以是5％-95％，优选地15％-25％，并且更优选地20％；消隐开关周期可以是1ms-50ms，优选地2.5ms-7.5ms，并且更优选地5ms。当周期为5ms并且占空比为20％时，每个周期的实际消隐时间为约1ms。在优选实施方案中，每1ms对应于扫掠的大约32μm的未切割长度。一般而言，未切割长度不应太长，例如，长于32μm。大约1ms未切割时间(约32μm未切割长度)给出更均匀分布的切割-未切割-切割-未切割区域。这将减少或消除组织间桥。实际未切割时间的所得百分比可以是5％至95％，优选地10％至30％，更优选地20％；消隐区半径可以是0.25mm-2.5mm，优选地0.5mm-1.0mm，更优选地0.75mm。
可以以各种方式实现在高重复率激光系统中激光脉冲的消隐。例如，可以使用脉冲拾取器(例如，声光调制器，AOM)选择性地拾取一些激光脉冲并阻挡其他激光脉冲。为了维持光束质量并避免波前像差，脉冲拾取在光放大之前进行。然而，在激光系统的放大器之前简单地阻挡脉冲可能会产生“巨脉冲”的问题。即，如果在消隐打开时间周期中，没有激光脉冲穿过放大器，紧接在消隐打开时间周期之后的消隐关闭时间周期中的第一激光脉冲在通过放大器时将经历额外的增益，并且将变成“巨脉冲”。这是不期望的，因为巨脉冲可能导致异常大的组织效应。
因此，在本发明的优选实施方案中，激光脉冲在放大器之前不阻挡；相反，在消隐打开时间周期中，激光器切换到较高重复率、较低脉冲能量模式，以在较高脉冲重复率但较低脉冲能量下产生激光脉冲。较低脉冲能量使得在激光脉冲被递送到组织的位置处，脉冲能量低于组织的光致破裂阈值(激光脉冲开始使组织光致破裂的能量)，并且因此不会导致任何组织切割。同时，由于这些更多数量的较低脉冲能量脉冲穿过放大器，因此放大器在消隐打开周期期间不处于空闲状态，并且因此在消隐关闭周期中将不产生“巨脉冲”。此方法可以实现用于激光切口规程的快速消隐。在一个特定示例中，使用10MHz重复率来执行正常激光切割，并且通过从10MHz切换到40MHz重复率来实现激光消隐。需注意，当重复率增加时，脉冲能量被自动减小，因为由泵电流确定的总能量保持相同。在给定泵电流即泵能量的情况下，产生的脉冲越多，每个脉冲将具有的能量越小。
从以上描述可以看出，本公开中的术语“激光消隐”不需要阻挡激光脉冲；其只需要不存在具有等于或高于光致破裂阈值(在脉冲被递送到组织的位置)的脉冲能量的激光脉冲。此激光消隐技术可以被称为“组织切割消隐”，以强调对组织切割的消隐效果。当然，“激光消隐”也可以通过完全阻挡激光脉冲来实现，例如通过使用声光调制器。
在一些实施方案中，在以下步骤中执行整体微透镜切口规程：
1.基于光学矫正的量计算微透镜的曲率半径，例如，对于近视矫正使用等式(3)。
2.选择要取出的微透镜切口的直径。
3.选择激光器和光学系统参数，包括激光消隐参数。
4.执行底表面解剖。如此，快扫描线优选地保持与纬度平行线相切，并且由X、Y和Z扫描设备绘制的慢扫掠的轨迹沿着南极附近的经度子午线以1A到1B(微透镜切割的第一扫掠)、2A到2B(微透镜切割的第二扫掠)、3A到3B(微透镜切割的第三扫掠)等的顺序移动，对于每个扫掠在中心区域中施加周期性激光消隐，直到产生完整的底部解剖表面。
5.执行微透镜侧(边缘)切口。
6.以与进行底部解剖相似的方式执行顶表面解剖。
7.执行进入切口。
图11示出了根据实施方案的激光系统10的过程。激光系统10可以开始执行预操作测量的手术规程(动作框1110)。例如，在用于近视矫正的眼科手术中，确定近视屈光度，确定参考深度位置等等。激光系统10基于矫正量(例如，在手术前测量中确定的近视矫正)来计算曲率半径，如例如在上面的等式(2)和(3)中所示，并且计算切口的直径，如图7中的D切割所示(动作框1120)。D切割等于或大于待取出的微透镜的直径(图7中的DL)。系统选择各种激光和光学系统参数，包括激光消隐参数(动作框1130)。
激光系统10首先执行侧切口，以提供可在微透镜表面解剖中产生的气体的通气口，并用于随后的组织取出(动作框1140)。激光系统10然后执行底部微透镜表面解剖(动作框1150)和顶部微透镜表面解剖(动作框1160)。底部微透镜表面解剖和顶部微透镜表面解剖使用沿着经度子午线的快扫描慢扫掠方案执行，在中心区域中进行周期性激光消隐，如上所述。然后取出微透镜组织(动作框1170)。另选地，可以在底部微透镜表面解剖和顶部微透镜表面解剖之后执行侧切口。
上述实施方案通过减少在中心区域中递送的激光脉冲的数量来解决在中心区域附近的冗余能量沉积的问题。
本文引用的所有专利和专利申请均据此全文以引用方式并入。
在描述本发明的上下文中(特别是在下面的权利要求书的上下文中)所使用的术语“一”、“一个”和“所述”以及类似的指示物应理解为覆盖单数形式和复数形式两者，除非在此另外指明或明显与上下文矛盾。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应被理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)。即使有一些干预，术语“连接”应理解为部分或全部包含在内、附接到或接合在一起。除非本文另外指明，否则本文列举的数值范围仅旨在充当个别地指代落在所述范围内的每个独立值的简便方法，并且每个独立值就像在本文中个别地引用那样并入本说明书。除非本文另外指明或者与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法都可以按照任何合适的顺序进行。除非另外提出权利要求，否则本文所提供的任何和全部示例或示例性语言(如“例如”)仅仅旨在更好地举例说明本发明的实施方案，而并不用来限制本发明的范围。说明书中的任何语言都不应理解为表示任何不受权利要求书保护的要素是实施本发明所必需的。
尽管已经以具有一定程度的特定性的示例性形式示出和描述了本公开的某些图示实施方案，但是本领域的技术人员将理解，这些实施方案仅作为示例提供，并且在不脱离本发明的实质或范围的情况下可以做出各种改变。因此，本公开旨在覆盖落入本发明的实质和范围内的所有修改、另选构造、改变、替换、变型形式以及部件、结构和步骤的组合和布置，如通常由所附权利要求及其等同物所表达的。

Claims (20)

1.一种眼科手术激光系统，包括：
激光源，所述激光源被配置为产生包括多个激光脉冲的脉冲激光束；激光递送系统，所述激光递送系统被配置为将所述脉冲激光束递送到受检者的眼部中的目标组织；
高频扫描仪，所述高频扫描仪被配置为以预定义频率来回扫描所述脉冲激光束；
XY-扫描仪，所述XY-扫描仪被配置为使所述脉冲激光束偏转，所述XY-扫描仪与所述高频扫描仪分开；
Z-扫描仪，所述Z-扫描仪被配置为修改所述脉冲激光束的焦点的深度；和
控制器，所述控制器被配置为控制所述激光源、所述高频扫描仪、所述XY-扫描仪和所述Z-扫描仪以连续形成多个扫掠，所述多个扫掠共同形成所述受检者的眼部中的透镜的至少一个微透镜切口，所述透镜具有限定顶点和穿过所述顶点的Z轴的弯曲表面，其中通过以下方式形成每个扫掠：
控制所述高频扫描仪以使所述脉冲激光束偏转以形成扫描线，所述扫描线是具有预定义长度的直线并且与所述透镜的纬度平行线相切，所述纬度平行线是所述透镜的所述表面上的垂直于所述Z轴并且具有到所述顶点的限定距离的圆，
控制所述XY-扫描仪和所述Z-扫描仪以使所述扫描线沿着所述透镜的经度子午线移动，所述经度子午线是穿过所述顶点并且围绕所述Z轴具有限定角位置的曲线，以及
当所述扫描线位于所述透镜的中心区域内时控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束，
其中沿着彼此不同的相应经度子午线一个接一个地连续形成所述多个扫掠。
2.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括将所述激光脉冲的脉冲能量周期性地减小到低于所述目标组织的光致破裂阈值的值。
3.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括周期性地增加所述激光脉冲的重复率以及将所述激光脉冲的脉冲能量周期性地减小到低于所述目标组织的光致破裂阈值的值。
4.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括以5％-95％的占空比和1.0ms-50.0ms的周期来周期性地消隐所述脉冲激光束。
5.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括消隐所述脉冲激光束达在所述扫描线位于所述透镜的所述中心区域内时的时间的1％至95％。
6.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中所述透镜的所述中心区域具有0.25mm-2.5mm的半径。
7.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中所述控制器被配置为使所述扫描线在所述中心区域中以10mm/s-100mm/s的速度沿着所述透镜的所述经度子午线移动。
8.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中所述高频扫描仪是具有在0.5kHz至20kHz之间的扫描频率的谐振扫描仪，并且所述扫描线的预先确定的长度在0.2mm至1.2mm之间。
9.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，还包括被设置成从所述高频扫描仪接收经扫描的脉冲激光束的棱镜，并且其中所述控制器被配置为旋转所述棱镜以在连续扫掠之间旋转所述扫描线的取向。
10.根据权利要求1所述的眼科手术激光系统，其中所述至少一个微透镜切口包括顶部微透镜切口和底部微透镜切口，其中所述弯曲表面是所述透镜的对应于所述顶部微透镜切口的顶表面，所述透镜还包括对应于所述底部微透镜切口并限定另一个顶点的底表面，并且其中使形成所述顶部微透镜切口的所述扫掠中的每个扫掠的所述扫描线通过所述透镜的所述顶表面的所述顶点在所述透镜的所述顶表面上方移动，并且使形成所述底部微透镜切口的所述扫掠中的每个扫掠的所述扫描线通过所述透镜的所述底表面的另一个顶点在所述透镜的所述底表面上方移动。
11.一种使用眼科手术激光系统产生微透镜切口的方法，所述方法包括以下步骤：
通过激光源产生包括多个激光脉冲的脉冲激光束；
将所述脉冲激光束递送到受检者的眼部中的目标组织；
通过高频扫描仪以预定义频率来回扫描所述脉冲激光束；
通过XY-扫描仪使所述脉冲激光束偏转，所述XY-扫描仪与所述高频扫描仪分开；
通过Z-扫描仪修改所述脉冲激光束的焦点的深度；以及
通过控制器控制所述激光源、所述高频扫描仪、所述XY-扫描仪和所述Z-扫描仪以连续地形成多个扫掠，所述多个扫掠共同形成所述受检者的眼部中的透镜的至少一个微透镜切口，所述透镜具有限定顶点和穿过所述顶点的Z轴的弯曲表面，包括通过以下方式形成每个扫掠：
控制所述高频扫描仪以使所述脉冲激光束偏转以形成扫描线，所述扫描线是具有预定义长度的直线并且与所述透镜的纬度平行线相切，所述纬度平行线是所述透镜的所述表面上的垂直于所述Z轴并且具有到所述顶点的限定距离的圆，
控制所述XY-扫描仪和所述Z-扫描仪以使所述扫描线沿着所述透镜的经度子午线移动，所述经度子午线是穿过所述顶点并且围绕所述Z轴具有限定角位置的曲线，以及
当所述扫描线位于所述透镜的中心区域内时控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束，
其中沿着彼此不同的相应经度子午线一个接一个地连续形成所述多个扫掠。
12.根据权利要求11所述的方法，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括将所述激光脉冲的脉冲能量周期性地减小到低于所述目标组织的光致破裂阈值的值。
13.根据权利要求11所述的方法，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括周期性地增加所述激光脉冲的重复率以及将所述激光脉冲的脉冲能量周期性地减小到低于所述目标组织的光致破裂阈值的值。
14.根据权利要求11所述的方法，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括以5％-95％的占空比和1.0ms-50.0ms的周期来周期性地消隐所述脉冲激光束。
15.根据权利要求11所述的方法，其中控制所述激光源以周期性地消隐所述脉冲激光束的步骤包括消隐所述脉冲激光束达在所述扫描线位于所述透镜的所述中心区域内时的时间的1％至95％。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述透镜的所述中心区域具有0.25mm-2.5mm的半径。
17.根据权利要求11所述的方法，其中控制所述XY-扫描仪和所述Z-扫描仪使所述扫描线沿着所述透镜的经度子午线移动的步骤包括使所述扫描线在所述中心区域中沿着所述经度子午线以10mm/s-100mm/s的速度移动。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述高频扫描仪是具有在0.5kHz至20kHz之间的扫描频率的谐振扫描仪，并且所述扫描线的预先确定的长度在0.2mm至1.2mm之间。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括通过被设置成从所述高频扫描仪接收经扫描的脉冲激光束的棱镜在连续扫掠之间旋转所述扫描线的取向。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个微透镜切口包括顶部微透镜切口和底部微透镜切口，其中所述弯曲表面是所述透镜的对应于所述顶部微透镜切口的顶表面，所述透镜还包括对应于所述底部微透镜切口并限定另一个顶点的底表面，并且其中使形成所述顶部微透镜切口的所述扫掠中的每个扫掠的所述扫描线通过所述透镜的所述顶表面的所述顶点在所述透镜的所述顶表面上方移动，并且使形成所述底部微透镜切口的所述扫掠中的每个扫掠的所述扫描线通过所述透镜的所述底表面的另一个顶点在所述透镜的所述底表面上方移动。
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