CN116270009A - 一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法，该系统包括智能控制单元、激光发射单元、扩束系统、空间光调制器、半反射镜、以及光学导向系统，该方法将线性单点激光调制成环状光束。本发明通过将传统治疗的单点线性激光转换成连续的直径变化的环形激光，这样就可以将传统的点扫描转换成二维圆形扫描，再结合焦点的移动就将二维圆形扫描转换成三维立体扫描，减少了治疗时间，提高了效率。

Description

一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法。

背景技术

在眼科治疗领域，飞秒激光可通过光致作用，在眼球表面或者内部形成切口或分离面，进而达到相关眼科治疗的目的。传统飞秒眼科治疗设备基本上均是按螺旋式或格栅式的扫描方法向眼球表面或内部打入短脉冲激光光束，经光致作用在眼球表面或者内部形成切口或分离面，进而达到相关眼科治疗的目的，临床中实际治疗的应用时间通常在数十秒以上；例如专利CN201580056331.X用于短脉冲激光眼科手术的系统，其是按照螺旋式的扫描方法向眼球表面或内部打入短脉冲激光光束进行治疗的，在该现有专利中，是以眼球角膜中心朝向视网膜中心的方向为Z轴来建立空间直角坐标系的，当飞秒激光射入可移动透镜时，随着可移动透镜的前后运动改变飞秒激光在Z轴方向上的焦点位置，当此激光光束继续通过第一振镜时，振镜的高速摆动实现了激光光束在X轴方向上的扫描运动，当此激光再通过与第一振镜摆动方向垂直的第二振镜时，第二振镜的高速摆动即可实现激光光束在Y轴方向上的运动。通过此种三种方式的配合，单一线性的激光光束在三维空间上实现了连续的螺旋状线形扫描；由于在眼科治疗手术中，尤其在面切割的过程中，激光需以线形方式逐个扫描到每一个手术分离点，故其临床中实际治疗的时间很长，需要数十秒。但是在这种较长时间的治疗过程中，患者容易因为紧张、走神等产生的眼球偏转使激光打偏或眼球与激光加工器头脱吸附，直接会导致治疗效果的不佳。

发明内容

有鉴于此，为了减少治疗时间，提高治疗效果，本发明的实施例提供了一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法。

本发明的实施例提供的一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法，包括智能控制单元、激光发射单元、扩束系统、空间光调制器、半反射镜、以及光学导向系统；

所述智能控制单元用以根据患者眼球检查的参数、选择的手术方式、以及手术治疗的目标参数生成治疗患者眼球的三维激光治疗加工图形预案，并将所述三维激光治疗加工图形预案输送至所述空间光调制器；

所述激光发射单元用以发射初始的飞秒脉冲激光束；

所述扩束系统包括负透视镜和正透视镜，所述初始的飞秒脉冲激光束依次经所述负透视镜和所述正透视镜后形成扩束激光束，并入射到所述空间光调制器；

所述空间光调制器根据所述三维激光治疗加工图形预案对接收到的所述扩束激光束进行逐次调制形成连续且直径逐次变化的环状光束，所述环状光束经所述半反射镜反射到所述光学导向系统；

所述光学导向系统包括聚焦物镜、精密导轨、以及驱动器，其中所述驱动器用以驱动所述聚焦物镜在所述精密导轨上滑动，所述聚焦物镜的主光轴方向与所述精密导轨长度方向一致，且所述聚焦物镜的主光轴方向与眼球角膜中心朝向视网膜中心的方向位于同一直线上，所述环状光束经所述聚焦物镜形成焦点，在所述环状光束直径发生变化及所述聚焦物镜发生移动时所述焦点在眼球角膜中心与视网膜中心所形成的直线上移动。

进一步地，还包括可视单元，其用以实时显示并记录治疗过程。

进一步地，所述激光发射单元为光纤激光器或固体激光器，其波长范围是1000nm-1100nm，脉冲宽度是100fs-1000fs，脉冲频率是500KHz-5MHz，输出功率>0.5w，单脉冲能量>1μJ。

进一步地，所述初始的飞秒脉冲激光束直径为2.0～3.0mm。

进一步地，所述扩束激光束直径为10～12mm。

进一步地，所述空间光调制器为反射式或透射式液晶相位振幅调制器，其调制光谱范围是1000nm-1100nm，灰度等级为8位、16位或32位，有效加工范围直径为8-18mm，光学利用效率为60％以上，开口率为85％以上。

进一步地，所述光学导向系统行程为10～50mm，最小移动距离为0.05～0.5μm，重复定位精度为±0.15μm。

进一步地，所述聚焦物镜的焦距为25～100mm。

进一步地，所述环状光束的最大直径为8.5mm。

上述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统还包括一种操作方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取患者眼球检查的参数、选择的手术方式、以及手术治疗的目标参数，并输入至所述智能控制单元以生成治疗患者眼球的三维激光治疗加工图形预案，随后将所述三维激光治疗加工图形预案输入至所述空间光调制器；

S2、所述激光发射单元发射单一点光束的所述初始的飞秒脉冲激光束，所述初始的飞秒脉冲激光束经所述扩束系统形成所述扩束光束，随后所述扩束光束射入所述空间光调制器；

S3、所述空间光调制器根据所述三维激光治疗加工图形预案逐次对经过的所述扩束光束进行连续调制，形成连续的且直径变化的所述环状光束；

S4、所述环状光束经所述光学导向系统入射至患者眼球进行治疗。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法，通过将传统治疗的单点线性激光转换成环形激光，且连续的环形激光的直径的变化符合三维激光治疗加工图形预案的需求，这样就可以将传统的点扫描转换成二维圆形扫描，再结合焦点的移动就将二维圆形扫描转换成三维立体扫描，减少了治疗时间，提高了效率。

附图说明

图1是本发明一种新型飞秒激光眼科治疗系统的整体示意图；

图2是本实施例中建立的三维坐标系；

图3是本发明一种新型飞秒激光眼科治疗系统的方法流程图。

图中：1-激光发射单元、2-扩束系统、3-空间光调制器、4-半反射镜、5-光学导向系统、6-可视单元、7-智能控制单元、8-负透视镜、9-正透视镜、10-患者眼球、11-角膜、12-视网膜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种新型飞秒激光眼科治疗系统及方法，该系统包括激光发射单元1、扩束系统2、空间光调制器3、光学导向系统5、以及智能控制单元7。

激光发射单元1用来发射用于治疗患者眼球10的初始的飞秒脉冲激光束，初始的飞秒脉冲激光束在实际工况中是一种线状的单一点光束；激光发射单元1为光纤激光器或固体激光器，其波长范围是1000nm-1100nm，脉冲宽度是100fs-1000fs，脉冲频率是500KHz-5MHz，输出功率>0.5w，单脉冲能量≥1μJ，从激光发射单元1发射出来的初始的飞秒脉冲激光束的直径为2.0～3.0mm；在本实施例中，激光发射单元1采用光纤激光器，其功率为2W，不稳定值指标＜0.5％，波长为1030nm，脉冲宽度为300fs，脉冲重复频率为2MHz，单脉冲能量为1μJ，初始的飞秒脉冲激光束的直径为2mm。

在这里需要说明的是，从激光发射单元1发射出来的初始的飞秒脉冲激光束是单点线状的光束，如果直接将其用到治疗眼睛上时，其只能是采用现有技术中螺旋式或格栅式的方法进行治疗的。

扩束系统2用以对初始的飞秒脉冲激光束进行扩束，使初始的飞秒脉冲激光束的直径满足后续调整的需求；扩束系统2包括负透视镜8和正透视镜9，初始的飞秒脉冲激光束依次射过负透视镜8和正透视镜9形成扩束激光束，扩束激光束直径为10～12mm，在本实施例中，扩束后的扩束激光束的直径为12mm。

需要说明的是，在本实施例中，经过扩束后仅是将激光的直径变大，此时的激光还是连续的线状单点式光束。

在实际工况进行治疗前，医生将患者眼球检查的参数、选择的手术方式、以及手术治疗的目标参数均输入至智能控制单元7内，智能控制单元7根据医生提供的信息生成治疗患者眼球10的三维激光治疗加工图形预案，随后将三维激光治疗加工图形预案传送至空间光调制器3，在本实施例中，智能控制单元7是与空间光调制器3通信连接的；在这里需要说明的是，三维激光治疗加工图形预案是指针对患者眼球10形成的治疗方案。

扩束激光束从扩束系统2射出后射向空间光调制器3，空间光调制器3为反射式或透射式液晶相位振幅调制器，其调制光谱范围是1000nm-1100nm，灰度等级为8位、16位或32位，有效加工范围直径为8-18mm，光学利用效率为60％以上，开口率为85％以上，在本实施例中，空间光调制器采用反射型液晶相位振幅调制器，其分别率为3200*2400，灰度等级为8位256阶，有效区域为11.968*8.976mm，光学利用效率为60％以上，开口率为85％以上，有效加工范围直径为9.000mm，空间光调制器3接收到扩束激光束后，根据提前获取的三维激光治疗加工图形预案对扩束激光束进行调制形成环状光束，环状光束的最大直径为8.5mm。

在这里需要说明的是，三维激光治疗加工图形预案是患者眼球10的治疗方案，而患者眼球10是立体的，故此治疗方案三维激光治疗加工图形预案也是立体预案；同时由于激光是连续的，而环状光束是空间光调制器3根据三维激光治疗加工图形预案调制得到的，也就是说环状光束在治疗时间段内是一个连续变化的，其在某一瞬时可以看做是一个圆形光圈，是一种二维的光圈，在相邻的瞬时里，环状光束也可以看做是一个圆形光圈，但是二者圆形光圈的直径是与三维激光治疗加工图形预案对应位置处的直径相适配的，也就是说，在治疗时间段内，环状光束的直径是连续变化的，如果将治疗时间段内各瞬时的圆形光圈放在一个平面上，可以看做成是一种并行同心的的圆形光束。

环状光束从空间光调制器3射出，本实施例中的一种新型飞秒激光眼科治疗系统还包括半反射镜4，半反射镜4设置在环状光束的传播路径上，环状光束经半反射镜4反射进入光学导向系统5，光学导向系统5包括聚焦物镜、精密导轨、以及驱动器，其中聚焦物镜可滑动设置在精密导轨上，驱动器用以驱动聚焦物镜在精密导轨上滑动，光学导向系统5行程为10～50mm，最小移动距离为0.05～0.5μm，重复定位精度为±0.15μm，聚焦物镜的焦距为25～100mm，在本实施例中，采用的光学导向系统5的行程为30mm，最小移动距离为0.5μm，重复定位精度为±0.15μm，聚焦物镜的焦距F＝40mm。

请参考图2，为了便于说明光束在治疗患者眼球10时的方向，以患者眼球10为基准，眼球角膜11中心朝向视网膜12中心的方向为z轴建立三维直角坐标系。

在本实施例中，聚焦物镜的主光轴方向与精密导轨长度方向一致，且聚焦物镜的主光轴方向与z轴位于同一直线上，环状光束经聚焦物镜后形成焦点，焦点是落在z轴上以达到治疗目的；同时智能控制单元7与驱动器控制连接，进而根据三维激光治疗加工图形预案治疗的需求控制聚焦物镜的移动，从而控制焦点在z轴上的移动，进而完成三维的治疗。

在这里需要说明的是，在治疗时间段内的某一瞬时，环状光束是一个二维的圆形光圈，随着治疗的进行，环状光束的直径不断根据三维激光治疗加工图形预案进行变化，再结合聚焦物镜的移动，就可以在整个治疗时间段内将二维状态的环状光束转换为三维的，从而加快治疗速度。

本实施例中的一种新型飞秒激光眼科治疗系统还包括可视单元，其用以实时显示并记录治疗过程。

相较于现有技术中的螺旋式治疗，当激光采用螺旋式治疗一个圆形面时，其是需要围绕着圆形面进行螺旋扫描才能完成治疗的，而本实施例中，则是一次性将圆形面扫描，提高的效率，再结合焦点的移动就可以完成整体的治疗。

本实施例中的一种新型飞秒激光眼科治疗系统还包括一种治疗方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取患者眼球10检查的参数、选择的手术方式、以及手术治疗的目标参数，并输入至智能控制单元7以生成治疗患者眼球的三维激光治疗加工图形预案，随后将三维激光治疗加工图形预案输入至空间光调制器3。

具体地，患者眼球10检查的参数是在进行治疗时直接通过医院检查得到的，选择的手术方式包括屈光手术中的制备角膜瓣或制造并分离取出微透镜角膜组织、在白内障手术中制作切口或撕囊或切碎晶状体、角膜移植手术中进行角膜的板层切割或制作特定形状的角膜环切切口或精确分离内皮层及后弹力层等，本实施例中是以屈光手术中的制备角膜瓣为例的，在进行其他手术时，只需要保持焦点落入治疗位置合理即可。

S2、激光发射单元发射单一点光束的初始的飞秒脉冲激光束，初始的飞秒脉冲激光束经扩束系统形成扩束光束，随后扩束光束射入空间光调制器3。

S3、空间光调制器3根据所述三维激光治疗加工图形预案逐次对经过的扩束光束进行连续调制，形成连续的且直径变化的环状光束。

S4、所述环状光束经所述光学导向系统入射至患者眼球进行治疗。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：包括智能控制单元、激光发射单元、扩束系统、空间光调制器、半反射镜、以及光学导向系统；

所述智能控制单元用以根据患者眼球检查的参数、选择的手术方式、以及手术治疗的目标参数生成治疗患者眼球的三维激光治疗加工图形预案，并将所述三维激光治疗加工图形预案输送至所述空间光调制器；

所述激光发射单元用以发射初始的飞秒脉冲激光束；

所述扩束系统包括负透视镜和正透视镜，所述初始的飞秒脉冲激光束依次经所述负透视镜和所述正透视镜后形成扩束激光束，并入射到所述空间光调制器；

所述空间光调制器根据所述三维激光治疗加工图形预案对接收到的所述扩束激光束进行逐次调制形成连续且直径逐次变化的环状光束，所述环状光束经所述半反射镜反射到所述光学导向系统；

所述光学导向系统包括聚焦物镜、精密导轨、以及驱动器，其中所述驱动器用以驱动所述聚焦物镜在所述精密导轨上滑动，所述聚焦物镜的主光轴方向与所述精密导轨长度方向一致，且所述聚焦物镜的主光轴方向与眼球角膜中心朝向视网膜中心的方向位于同一直线上，所述环状光束经所述聚焦物镜形成焦点，在所述环状光束直径发生变化及所述聚焦物镜发生移动时所述焦点在眼球角膜中心与视网膜中心所形成的直线上移动。

2.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：还包括可视单元，其用以实时显示并记录治疗过程。

3.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述激光发射单元为光纤激光器或固体激光器，其波长范围是1000nm-1100nm，脉冲宽度是100fs-1000fs，脉冲频率是500KHz-5MHz，输出功率>0.5w，单脉冲能量>1μJ。

4.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述初始的飞秒脉冲激光束直径为2.0～3.0mm。

5.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述扩束激光束直径为10～12mm。

6.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述空间光调制器为反射式或透射式液晶相位振幅调制器，其调制光谱范围是1000nm-1100nm，灰度等级为8位、16位或32位，有效加工范围直径为8-18mm，光学利用效率为60％以上，开口率为85％以上。

7.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述光学导向系统行程为10～50mm，最小移动距离为0.05～0.5μm，重复定位精度为±0.15μm。

8.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述聚焦物镜的焦距为25～100mm。

9.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统，其特征在于：所述环状光束的最大直径为8.5mm。

10.如权利要求1所述的一种新型飞秒激光眼科治疗系统还包括一种操作方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取患者眼球检查的参数、选择的手术方式、以及手术治疗的目标参数，并输入至所述智能控制单元以生成治疗患者眼球的三维激光治疗加工图形预案，随后将所述三维激光治疗加工图形预案输入至所述空间光调制器；

S2、所述激光发射单元发射单一点光束的所述初始的飞秒脉冲激光束，所述初始的飞秒脉冲激光束经所述扩束系统形成所述扩束光束，随后所述扩束光束射入所述空间光调制器；

S3、所述空间光调制器根据所述三维激光治疗加工图形预案逐次对经过的所述扩束光束进行连续调制，形成连续的且直径变化的所述环状光束；

S4、所述环状光束经所述光学导向系统入射至患者眼球进行治疗。

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