CN1207026A - 激光束眼科手术方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于剥离病人眼睛的角膜(16)的激光束眼科手术方法,包括以下步骤:产生激光束(12);把产生的激光束(12)引向扫描器(13);按照随机扫描图形利用产生的随机扫描图形信号在病人眼睛的角膜(16)表面上扫描激光光束(12),从而剥除病人眼睛角膜的表面。计算机(17)产生随机图形激光束控制信号,用于控制扫描器(13)按照随机扫描图形在角膜(16)上扫描,并且包括选择非随机扫描点的数据库,以便在病人眼睛角膜(16)上扫描激光束,然后随机地选择非随机扫描点用于预定扫描点的随机扫描。提供了一种激光眼科手术装置(10),包括:用于产生激光束(12)的激光器(11)和扫描器(13),其被设置用于接收激光束(12),并在眼睛的角膜(16)上产生预定的扫描图形。计算机(17)用于产生随机扫描图形信号并和所述扫描器(13)相连,用于控制扫描器在预定的区域上产生随机重叠的扫描光束图形。

Description

激光束眼科手术方法和装置

本发明涉及一种屈光眼手术，尤其涉及使用一个或几个激光束在剥离角膜组织时进行随机扫描从而使眼的角膜重新整形的屈光眼手术。本申请是本申请人的序列号为No.08/352,357，申请日为1994，12，9，名称为“激光束眼科手术方法和装置”的美国专利申请的继续。

角膜是具有几乎同心的前表面和后表面的薄壳，其中心厚度大约为520微米。其具有1.377的折射率和7.86mm的标称的曲率半径。形成角膜的前表面的上皮中心的厚度在青年人中大约为70微米。在上皮下面是厚度大约为12微米的被称为鲍蔓氏层或鲍蔓氏膜的层。这覆盖住基质的前表面，构成角膜的主体，并主要由胶原纤维组成。内皮形成角膜的后层，并且是一个单细胞层。

大约眼的折光力的3/4由角膜的前表面的曲率确定，因此，改变角膜的形状是一种用于大大减少或消除眼的屈光误差的方法。基质是足够厚的，因而其前部区域的部分可被剥除以便改变其外形，并且因而改变眼的折射力以达校正的目的，同时保留剩余的大部分基质组织。

已有各种激光被用于眼科手术，包括治疗青光眼，白内障和屈光手术。对于屈光手术(或角膜整形)，紫外(UV)激光例如193nm准分子激光器和213nm的五次谐波的Nd：YAG已在被称为光反射角膜切除术(PRK)的过程中被用于大面积的角膜表面切除。角膜整形也可以通过利用使用纤维连接的通常利用Ho：YAG激光器进行的接触或非接触型的激光热凝固实现。

由于被用于光剥离角膜组织从而对角膜整形的准分子激光器(193nm)和五次谐波固态激光器(190nm-215nm)的发展，屈光手术已达到一个新的阶段。已经提出了若干种方法用于把激光束传递到角膜的表面，其中包括使用掩膜片或膜片，并移动掩膜片或膜片以便阻挡激光束使得在角膜的外表面上得到所需的曲率。也已经提出使用扫描器移动角膜外表面上的激光束光点，以便剥离组织而改变角膜上的曲率。使掩膜片或膜片和扫描器相结合而阻断并移动激光束的方法也用于在角膜的外表面上形成所需的曲率。掩膜片或膜片方法需要大能量的激光器，并由于和角膜相互作用的激光而产生粗糙的或台阶状的角膜表面。当激光和角膜组织相互作用时，则产生一些留在角膜表面上的水(类似于汗水)。这在新的激光脉冲到达角膜时，将改变剥离量。如果不考虑这个因素，则可能引起被称为“岛”的不规则的形状。中心的角膜岛已经结合现有的激光束输送系统被描述了。

扫描或者掩膜片和扫描方法相结合可以产生光滑的角膜表面，但是，不对称的激光束和汗水的影响将产生岛的效果，这是由于在角膜表面的每侧或每点上的不对称的剥离而引起的。

本发明可以使用由分裂一个激光束而形成的一个、两个或几个激光束，并使用激光束的随机扫描图形在角膜上扫描激光束。通过使用由在计算机控制器中预定的程序控制的一个或几个扫描装置在角膜上或角膜内同时扫描空间能量分布方式。计算机从对于被指定的区域预选的非随机扫描点的数据库中产生一个随机扫描图形。因为激光束位于角膜上并在角膜上移动，所以角膜将补偿当激光和角膜组织相互作用时发生的汗水影响的不均匀的状态以及非对称的激光束空间能量分布。

屈光误差可以被分成两类，即球状的和圆柱状的。球状误差能够以近视或远视影响视力。柱状误差能够以近视或远视散光影响视力。本发明还使用计算机程序以便避免在远视散光的情况下剥离角膜的中心部分，这形成了更安全的、更可预测的和更快的手术步骤。在角膜的合并有散光的远视的情况下，中心不被剥除。

用于剥离病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法包括以下步骤：产生激光束，把产生的激光束引向扫描器，并利用产生的随机扫描图形信号在病人的角膜的表面上按照随机扫描图形扫描激光束，从而剥离病人眼睛的角膜表面。计算机产生随机图形激光束控制信号，用于控制扫描器按照随机扫描图形在角膜上扫描，并包括选择非随机扫描点的数据库，以便在病人眼睛的角膜上扫描激光束，然后随机地选择非随机扫描点，用于预定扫描点的随机扫描。提供了一种激光眼科手术装置，其包括用于产生激光束的激光器和被定位用于接收激光束并在眼睛的角膜上产生预定的扫描图形的扫描器。计算机用于产生随机扫描图形信号并和扫描器相连，用于控制扫描器按照随机覆盖的扫描光束图形在预定的区域上扫描。导向光学系统把随机图形扫描光束引导到病人眼睛的角膜上，以便剥除眼睛角膜的一部分。

本发明的其它的目的、特点和优点通过下面的说明和附图将看得更加清楚，其中：

图1是随机激光束角膜剥除系统的方块图；

图2是用于随机图形激光束角膜剥除系统的光学系统的示意图；

图3是在角膜上要被扫描的预定的扫描点的示意的扫描图形；以及

图4是利用从预定的存储的数据库阵列中随机取出的扫描点而得到的图3的示意的扫描图形。

参看附图，尤其是图1，其中示出了随机图形激光束角膜剥除系统10的方块图，其中包括激光器11，它可以是产生具有193nm的紫外波长的激光束12的准分子激光器。激光束12射到扫描器13上，它可以是电流计扫描器，这是一种使用电流计的一般的扫描器，电流计上连接着一个反射镜，光束12射到反射镜上，电流计使反射镜运动，借以扫描光束。扫描光束14被引向反射镜15或其它光学装置，把光束射到病人的角膜16上。计算机17对和扫描器13相连的X，Y驱动器18产生控制信号，以便引导扫描器在预定位置的角膜的表面上产生光束14和20。同步控制装置21连接在计算机17和激光器11之间，以便使扫描器13和X，Y驱动器18与激光束11同步。

计算机17包括数据库或其它存储器，用于存储在角膜整形过程中可能被剥除的角膜的表面上的所有位置，如图3所示。这些点被进行过计算，用于引导X，Y驱动器驱动扫描器产生只覆盖预定点的图形，如图3所示，如果所述图形被均匀地提供，将产生恒定厚度的每个剥离层。所有这些点作为数据库中的数组被存储在计算机中。不过，计算机具有随机发生器，用于产生供给X，Y驱动器18的信号。随机发生器产生表示图3的点的连续重复的信号，从图3的全部点的集合中随机地选择，以便随机地提供从预定的存储的阵列数据库中选择的连续的激光束，如图4的典型图形所示。对角膜16随机提供的激光束可被用作单光束或多激光束传送系统。对角膜以重叠图形的方式使用提供激光束的随机选择的图形是为了避免在用于剥除眼睛角膜的一般的膜片或直线扫描激光束传送系统中发现的引起中心或横向岛问题的汗水的影响。

参看图2，激光扫描系统10具有和激光器11相连的计算机17，还具有和X，Y驱动器18相连的输出。激光器11在光栅23上产生激光束12，光栅引导激光束通过聚焦透镜24射到X扫描器25上，并同时引导具有X坐标的光束26射到Y扫描器27上。X，Y驱动器18具有被导向Y扫描器的控制信号28和被导向X扫描器的控制信号30，用于控制扫描光束的X和Y轴，使得光束31具有为其提供的X，Y坐标，并且通过光学系统15被提供到眼的角膜16上。

如图2所示，多个光束20在眼睛的不同部分产生随机图形，按照计算机17的随机图形发生器，该图形可以是重叠图形。随机图形发生器可以包括如图3所示的扫描光束要被提供到眼睛的角膜上的所有点的数据库，这些点已经被计算并被排列在一个区域的表面上，以便用平滑的受控制的光束覆盖角膜表面，从而获得恒定厚度的剥除层。所有这些位置已被作为数据库中的阵列存储在计算机中，如果连续地运行，将产生以均匀覆盖的方式在角膜的预定的表面上照射的激光束。不过，当扫描装置把激光束输送到角膜时，按照计算机17，连续的激光束的位置是从图3的数据库中预定的存储的阵列数据中随机地选择的，并如图3所示，以在计算的预定的激光点的图形内分布的连续脉冲随机地把激光束提供给角膜。随机提供的激光束可应用于单激光束或多激光束传送系统，用于以随机的方式剥除眼睛的角膜，以便避免汗水的影响并避免和膜片或直线扫描激光束传送系统相关的中心或外侧岛问题。

用于剥除病人的眼睛角膜的激光束眼科手术方法包括在图1和图2的激光器11中产生激光束，把产生的激光束导向扫描器13，其中包括X扫描器25和Y扫描器27，同时在中央处理单元17中同时产生随机图形激光束控制信号，用于通过X，Y驱动器18控制扫描器13，从而控制激光束14和20被供给角膜16。激光束12利用扫描器按照随机扫描图形通过产生的随机扫描信号进行扫描，把激光束20加到病人角膜的表面上，从而剥除病人眼睛的角膜表面。该方法包括选择非随机扫描点的数据库，如图3所示，以便在病人眼睛的角膜上扫描激光束，然后随机地选择非随机的扫描点，以便在病人眼睛的角膜上随机地扫描激光束。图4说明利用从数据库中可以扫描的点中选择的数字1-9进行的随机扫描点的选择。

该方法还包括产生可以分裂成多个激光束的激光束并按照随机产生的图形将每个激光束扫描到角膜的表面上的步骤。多个激光束可以以随机的方式同时射到眼睛角膜上，所述随机方式仍可以产生角膜的均匀的剥除层。单光束或者多光束按照角膜中心轴线周围的平行点射到角膜上，不脱离本发明的范围和构思所述平行点可以是随机提供的具有许多点的组。

通过使用具有193nm输出的准分子激光器或使用利用非线性晶体产生的一种谐波的固态激光器，激光器11可以具有在193nm和215nm之间的紫外波长输出。通过选择扫描光束点的位置，选择的扫描点可以利用多光束同时被选择，以便剥除围绕角膜的圆环区域或任何所需的角膜的其它部分，如图3所示。显然，当从图3中随机选择的数的数据被存储在数据库中时，通过控制计算机17驱动X，Y驱动器18和扫描器13，可以相同的预定方式在一次照射时把相同的随机图形施加于角膜上。图形也可按照近视，远视，或散光校正所需的手术步骤选择，这确定了要在眼睛角膜上覆盖的扫描图形，这种信息可以按照图3对于每类手术预先被存储，使得计算机可以发出所需的信号。计算机也可以具有关于特定病人眼睛的屈光校正量的输入，然后根据关于近视，远视或散光校正以及特定病人眼睛的屈光校正所需的算法输出信号。计算机然后产生扫描，按照随机图形发生器由图3的非随机点对于所需的校正利用一个或几对光束剥除角膜。

显然，此时本发明指向用于在角膜的外表面或在角膜内进行眼科手术的方法和装置，通过使用一个或几个激光束以预定的选择的点的随机方式同时施加在角膜的表面上，以便减少散光，或近视或远视校正或近视和散光的组合，或远视和散光校正的组合。使用计算机控制的激光扫描器扫描激光束，从而对病人眼睛进行屈光手术。按照本发明，利用激光束进行剥除而对眼睛进行屈光校正，当校正远视散光时，对称地剥除角膜组织的中心部分，形成更安全、更可预测的手术步骤，用于校正远视散光。然而，本发明并不受上述形式的限制，以上只是为了说明本发明，而不是对其进行限制。

Claims (18)

1.一种用于剥离病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，包括以下步骤：

产生激光束(12)；

把产生的激光束(12)引向扫描器(13)；

在中央处理单元(17)中产生随机图形激光束控制信号；

利用所述中央处理单元(17)产生的随机扫描图形控制所述扫描器(13)和施加于其上的激光束(12)，按照随机重叠的图形扫描所述产生的激光束(12)；以及

利用所述产生的随机扫描图像信号在病人角膜(16)的表面按照随机扫描图形扫描所述激光束(12)，以便剥除病人眼睛角膜的表面，借以用随机重叠的激光束在眼睛的角膜组织上进行上述剥除。

2.如权利要求1所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，包括以下步骤：选择非随机扫描点的数据库，以便在病人眼睛的角膜(16)上扫描所述激光束(12)，并随机地选择所述非随机扫描点，以便在病人眼睛的角膜上随机地扫描激光束。

3.如权利要求1所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中产生激光束(12)的步骤包括产生多个激光束(20)，并按照随机产生的图形在病人眼睛角膜(16)的表面上扫描每个所述多个激光束的步骤。

4.如权利要求3所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中所述产生多个激光束(12)的步骤包括把产生的激光束(12)分裂成多个激光束(20)，把使所述多个激光束(20)中的每一个照射到病人眼睛的角膜(16)上的步骤。

5.如权利要求4所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中所述多个扫描激光束(20)的每一个按照随机图形在角膜上的和其它激光束彼此分开的区域上进行扫描。

6.如权利要求5所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中扫描多个激光束(20)的步骤包括利用中央处理单元(17)控制的扫描器扫描多个激光束(20)，借以利用相同的随机图形在病人眼睛角膜(16)的表面上使每个激光束进行扫描的步骤。

7.如权利要求6所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中产生激光束(12)的步骤包括产生具有在193nm和215nm之间的紫外波长或在1000nm和3100nm之间的红外波长的激光束(12)的步骤。

8.如权利要求7所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中产生激光束(12)的步骤包括从准分子激光器(11)产生具有波长大约为193nm的激光束(12)的步骤。

9.如权利要求8所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中扫描每个所述激光束(12)的步骤包括利用电流计扫描器(13)扫描每个光束的步骤。

10.如权利要求1所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中所述扫描器(13)以相同的随机扫描图形并以围绕角膜(16)的中心部分的圆环光束图形扫描相互平行的每个激光束(12)。

11.如权利要求10所述的用于剥除病人眼睛的角膜的激光束眼科手术方法，其中所述扫描器(13)按照围绕角膜(16)的中心部分的基本上平行的光点的随机扫描图形以基本上平行的扫描光束光点扫描每个所述激光束。

12.一种激光眼科手术装置，包括：

用于产生激光束(12)的激光器(11)；

扫描器(13)，其被设置用于接收来自所述激光器(11)的所述激光束(12)，并由射到其上的激光束(12)产生预定的扫描图形；

计算机(17)，用于在其中产生随机扫描图形信号，所述计算机(17)和所述扫描器(13)相连，以便控制所述扫描器(13)，由所述激光束(12)在预定的区域上产生随机重叠的扫描光束图形；以及

导向光学系统(15)，用于把所述随机图形扫描光束引导到病人眼睛的角膜(16)上，以便剥除眼睛的角膜(16)的一部分，借以使激光束(12)可以在病人眼睛上进行外科手术。

13.如权利要求12所述的激光束眼科手术装置(10)，包括光束分裂器，用于从所述激光束产生多个激光束。

14.如权利要求13所述的激光束眼科手术装置(10)，其中所述激光束分裂器把产生的激光束(12)分裂成多个激光束，并且每个激光束照射到同一个光束扫描器(13)上。

15.如权利要求14所述的激光束眼科手术装置(10)，其中所述计算机(17)包括在病人眼睛的角膜(16)的表面上的非随机扫描点的数据库，并随机地或对称地选择所述扫描点，以便控制所述扫描器按照随机图形扫描所述激光束(12)。

16.如权利要求15所述的激光束眼科手术装置(10)，其中所述激光器(11)产生具有在193nm和215nm之间的紫外波长或在1000nm和3000nm之间的红外波长的激光束(12)。

17.如权利要求16所述的激光束眼科手术装置(10)，其中所述激光器(11)是一种具有193nm的波长的准分子激光器或具有208nm-215nm波长的固态激光器。

18.如权利要求17所述的激光束眼科手术装置(10)，其中所述每个扫描器是电流计扫描器(13)，其具有安装在反射镜上的电流计。

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