CN1230881A - 分布式准分子激光器手术系统 - Google Patents

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Abstract

一种控制准分子激光器眼外科手术的分布式系统。提供了外形系统、计算机系统及准分子激光器眼外科手术系统,外形系统向计算机系统提供外形数据,计算机系统计算并向准分子激光器眼外科手术系统提供烧蚀炮模型。至少计算机系统和准分子激光器眼外科手术系统被远距离布置,准分子激光器眼外科手术系统可从多个计算机和多个外形系统接收数据。本发明的分布式系统能够更好地利用资源。

Description

分布式准分子激光器手术系统
本发明涉及一种准分子激光器眼外科手术系统，具体地说，涉及分布式外形、处理生成、和准分子激光器系统。
准分子激光器眼外科手术系统正在成为视力校正的常用系统。从眼镜到放射状角膜切除术，眼科手术现在已发展到使用准分子激光器，通常是193nm氟化氩准分子激光器提供的冷光激光烧蚀重构眼睛表面。在GholamPeyman的美国专利4840175的激光就地治疗角膜真菌病(keratomileusis)技术中，这些激光器甚至用于改造眼睛表面下的基质(stromal)组织，该专利在此作为参考文献。
这些技术从眼睛的未校正外形开始，随后用各种小或大光束技术，或者孔径技术烧蚀眼睛，以使眼睛表面重构为要求的校正外形。校正量由各种方法确定，但是对于近视，例如，在给定眼睛原始曲率及所需屈光校正量的情况下，确定必须从眼睛表面的各个点除去的组织数量的方程众所周知。这些方程可在例如受让人的PCT专利申请，申请号PCT/EP93/02667，及该申请的美国申请，申请号08/338495，申请日1994年11月16日中找到，该申请在此作为参考文献。用于确定校正远视及散光时所需除去的组织量的类似方程也已知。
但是在依靠这些方程之前，必须确定眼睛的实际曲率。这可由多种技术完成。可通过眼睛检查确定患者的视力。可利用，例如外形系统确定眼睛表面的实际形状。这些外形系统可以是手动的，也可是计算机化的，计算机化的外形系统可以以轴向曲率、瞬时或实际的局部曲率、或者绝对高度的形式提供眼睛曲率的逐点表示。
一般地，根据这些曲率及患者的视力，医生把正或负屈光校正量(取决于是远视校正还是近视校正)，散光柱体的角度，以及(如果有的话)对于散光所需的屈光校正量编入准分子激光器手术系统中。随后该准分子激光器手术系统中的软件计算所需的激光炮模型，并在患者眼睛表面上实施该模型。
但是这种系统限制了可校正的视力缺陷的不同类型。此外，人们希望能够更有效地利用这种系统中的昂贵资源。
根据本发明的方法及设备，得出了视力校正准分子激光炮模型，并将之应用于分布式系统中，在分布式系统中，外形系统提供角膜外形数据，计算机系统得出用于角膜校正的烧蚀激光炮模型或准分子激光炮进程，准分子激光器系统按该烧蚀炮模型发射。但是，该系统中的至少一个组件物理上远离另两个组件。
在一个实施例中，该系统提供了多个外形站，每个外形站均和一个计算机相连，以便生成烧蚀炮模型。随后把该数据传输给物理上远程的准分子激光器手术系统，以便稍后执行该烧蚀炮模型。
这样，可在一个地区的不同场所利用广泛应用于多种眼科技术的外形系统。随后把来自这些外形系统的数据传输给计算机系统，医生在该计算机系统上得出准分子激光器系统的处理模型。随后把该处理模型传输给患者可到达，并在那接收准分子激光器系统的治疗的中心场所。这样由于每个医生不必获得他或她自己的准分子激光器手术系统，因此可以更有效地利用资源。
此外，用于得出烧蚀炮处理模型的站使医生能够自动地产生导致眼睛的各种屈光总体校正，及散光校正的柱轴及程度的处理模型。此外，还使医生能够利用手动或半手动布置的激光炮提供非标准处理。随后可根据从外形系统接收的眼睛外形数据模拟处理模型，医生可检验模拟结果。这样，医生可校正不规则异常，例如热点、弯曲的及不规则的散光模型等，并以实时模拟的方式了解校正结果。随后在远程场所把该激光炮模型应用于患者。
此外，医生可远离外形系统及准分子激光系统完成这些操作。例如，医生可在家里获取大量的处理模型，及相应的角膜外形数据，并且随后在个人计算机上准备恰当的烧蚀炮模型。
可用各种方法，包括通过计算机网络、电信链路、或通过磁盘或其它可移动介质在这些不同组件之间传输该数据。
结合附图，参考下面的最佳实施例的详细说明可更好地理解本发明，其中：
图1是说明根据本发明的准分子激光器眼外科手术系统的组件的相互关系的方框图；
图2是说明根据本发明的准分子激光器眼外科手术系统中的多个组件的相互关系的方框图；
图3是说明根据本发明的准分子激光器眼外科手术系统中的各个组件之间的物理位置和物理连接的方框图；
图4是根据本发明的网络化系统的方框图；
图5表示了用于根据本发明的烧蚀轮廓的手工校正的显示屏；
图6是说明根据本发明的系统中的计算机上的计算机程序的操作的流程图。
参见图1，该图是说明本发明系统的组件的相互关系的方框图。具体地说，外形系统T1、计算机系统C1、及准分子激光器眼外科手术系统E1彼此配合形成根据本发明的分布式眼外科手术系统。外形系统T1可以是各种各样的外形系统，不过最好是Eyesys的System2000。总之，外形系统T1最好计算机化，并以例如沿着在0°和360°之间间隔5°的每个经线的15个点的点表示法的形式提供数据文件。点表示法可表示轴向曲率，轴向曲率表示每个对应于相同的眼球轴上的球面的点的曲率；局部曲率，其中局部曲率的球面切线可能不对准眼的球轴轴向；或者绝对高度，即距离平面或球面的高度。由各种各样的外形系统产生的数据文件是众所周知，并且可由本领域的技术人员容易地修改为任意的特殊数据格式。
这种外形系统T1用于从患者P获取外形数据。方框100图解表示的外形数据被传输给计算机系统C1。这种传输可以由方框102图解表示的各种传输技术实现。例如，数据可以磁盘或其它可移动介质的形式被携带，可通过局域网被传输，可通过串行或并行链接被传输，可通过电信链路被传输，或者也可通过广域网被传输。易于理解链接的类型适应于并依赖于包括的各个系统的实现。总之，外形数据100由计算机系统C1接收。计算机系统C1最好是个人计算机，例如和IBM公司的IBM PC机兼容的个人计算机。它最好包括高能处理器，例如Intel公司的Pentium处理器。计算机系统C1可包括多种输入/输出设备，例如键盘104、鼠标106、控制杆108及数字化仪110。这些多种输入/输出设备用于使医生能够和计算机程序交互作用，产生方框112图解表示的烧蚀炮模型。
如同下面结合图5和6说明的一样，计算机系统C1最好运行根据从外形系统T1接收的外形数据100及医生手动输入的视力数据生成初始的校正烧蚀炮模型的计算机程序。例如，医生将输入要求的视力屈光度校正程度，例如对于典型近视患者为-5.00，并且如果需要，可输入散光校正轴及散光校正的程度。随后，计算机系统C1中的程序根据外形数据，计算要求大小的处理区域的烧蚀炮分布，它可进一步包括，例如转变区、抖动、抛光，或其它各种各样本领域的已知技术。这样的技术的进一步详情将参阅受让人的美国专利，申请号No.08/338495，申请日1994年11月16日及申请号No.08/324782，申请日1994年10月18日，这两件专利申请在此作为参考文献。另外，根据角膜外形数据100，计算机系统C1可调节散光校正轴，及散光校正的程度。随后执行模拟可根据实际的角膜校验自动计算的结果，其中在得到的外形显示在计算机系统C1的监视器上的情况下，计算机系统C1中的软件“烧蚀”根据外形数据100的眼轮廓。根据模拟结果，医生可以进一步进行手动开炮布置，以校正，例如“热点”，不规则散光，或其它异常缺陷。
一旦医生满意烧蚀炮模型的结果，则通过第二传输链接114把烧蚀包模型112传输给准分子激光器眼外科手术系统E1。第二传输链接114可类似于传输链接102，包括可移动介质、电信链路、局域或广域网络，或者把数字数据从一个位置传输给另一个位置的其它类型传输链接。
准分子激光器眼外科手术系统E1可以是各种类型的多种准分子激光器眼外科手术系统中的任意一种，最好是Chiron Technolas公司的Keracor117或Keracor217。它们是固定光点尺寸的准分子激光系统，但是也可使用其它各种类型的系统。对于每个系统，准分子激光器眼外科手术系统E1从远程计算机系统C1接收烧蚀炮模型。
随后患者P到达准分子激光器眼外科手术系统E1所处的场所。该场所可以是医院中的中心眼科手术区，或者城市中的中心诊所。随后激发烧蚀炮模型112，校正患者P的视力。
患者P甚至可以不必立即进行眼科手术，相反可以在第二天或稍后再进行该手术。此外，医生也不必在场进行手术，相反手术也由独立的眼科医生进行。
参考图2，该系统的优点是显而易见的，图2中说明了多个外形系统，多个计算机，及多个准分子激光器眼外科手术系统是如何连接以提供最大资源利用的。图中表示了外形系统T1、计算机系统C1及准分子激光器眼外科手术系统E1，另外还表示了均和计算机系统C2相连接的外形系统T2和T3，计算机系统C2和准分子激光器眼外科手术系统E1和第二准分子激光器眼外科手术系统E2相连。如该方框图中可知，来自外形系统T1的外形数据被提供给计算机系统C1，随后该数据被传输给准分子激光器眼外科手术系统E1或E2中较为适宜的系统。类似地，多个外形系统T2和T3可把它们的数据提供给计算机系统C2，计算机系统C2再把它的数据传输给这两个准分子激光器眼外科手术系统E1或E2中较为适宜的系统。
参考图3，图3表示的是本发明系统的一个典型实现。建筑物或场所200安放有计算机系统C2和外形系统T2和T3。该建筑物或场所可以是眼科门诊，其中外形系统T2和T3用于获取相应于外形数据100的外形数据，计算机系统C2通过相应于传输链接102的传输链接接收该外形数据。在图示情况下，计算机系统C2随后通过电话线202传输相应于烧蚀炮模型102的烧蚀炮模型。于是这种情况下，电话线202相应于第二传输链接114的特殊实现。随后在第二建筑物或场所204接收烧蚀炮模型102，第二建筑物或场所204中放置有准分子激光器眼外科手术系统E1。
但是准分子激光器眼外科手术系统E1并不限于单个外形系统和单个计算机系统。准分子激光系统E1还通过磁盘206从位于另一建筑物或场所208中的计算机C3接收烧蚀炮模型。另外在该建筑物或场所208中还有外形系统T4和T5。建筑物或场所208还包括另一外形系统T6，这种情况下外形系统T6是独立的，并且在磁盘上提供外形数据，使医生可以获取相应于磁盘，例如磁盘210上的外形数据100的外形数据。当医生在家的时候，他或她可使用个人计算机C4生成相应于烧蚀炮模型112的烧蚀炮模型，并且随后通过电话线214把该数据传输给准分子激光器眼外科手术系统E1。
这种实现显然使得根据本发明的分布式系统能够比以前的系统更好地利用资源。准分子激光器眼外科手术系统一般非常昂贵，并且很专业化，被用于光折射角膜切除术、光疗角膜切除术，及激光就地治疗角膜真菌病。治疗时间一般相当短，通常少于一个小时。通常，确定所需的校正程度及产生实现校正的烧蚀外形需要更多的时间。
通过使用根据本发明的系统，可更有效地利用准分子激光器眼外科手术系统E，因为烧蚀外形单独地由各个提供数据的外形系统产生(这是一个相当快的过程)，随后使用个人计算机C来确定所需的烧蚀处理模型。随后患者到达准分子激光器眼外科手术系统E所处的中心场所。
本发明的系统还使眼科医生共离他们的资源，眼科医生只使用外形系统T，这是一种具有广泛用途的普通仪器，以及实际上每个现化医生已接触过的个人计算机C，而不是每个眼科医生购置他们自己的准分子激光器眼外科手术系统。准分子激光器眼外科手术系统E由全体眼科医生使用，也许需付使用费。
图4表示了，例如可用在医院中的备选实施例。这里，网络N用于图1的传输链接102及传输链接114。例如，准分子激光器眼外科手术系统E3和局域网，以及和外形系统T7和T8，及计算机系统C5和C6连接。这种结构中，外形系统T7通过，例如直接串行链接、子网或磁盘和计算机系统C5连接，计算机系统C5再通过网络N和准分子激光器眼外科手术系统E3连接。同样，外形系统T和提供角膜外形数据的计算机系统C6(实际上和计算机系统C5)连接，随后计算机系统C6向准分子激光器眼外科手术系统E3提供烧蚀炮模型。这样，使用局域网把多个外形系统T和计算机系统C和单个准分子激光器眼外科手术系统E连接起来，使得可以在远离准分子激光器眼外科手术系统E3的独立场所计算机激光炮模型。例如准分子激光器眼外科手术系统E3可放置在净室中，而其它部分则可不放置在净室中。净室很昂贵，因此这样又能更有效地利用财力。
参见图5，图中表示了角膜异常校正中计算机系统C1提供的典型屏幕。屏幕一般使用各种颜色显示角膜外形数据，及横截面图。为了说明，屏幕300通过具有指示与所需校正程度的期望外形的偏差的颜色的中央部分，图解说明了中心岛。随后医生可施加如屏幕302中所示的一系列激光炮校正该中心岛。这可用各种方法，例如通过键盘104、鼠标106、控制杆108、或数字化仪110来完成。随后医生运行模拟程序，以确定得到的曲率，并且根据需要进行重复，直到他得出期望的角膜外形304为止。屏幕306图解说明了弯曲散光，它在屏幕上是另一种颜色，显而易见。在步骤308中，医生在弯曲散光中手动放置一系列激光炮(通常朝向中心轴的激光炮多于朝向周边的激光炮)，并且重复运行模拟程序，直到根据实际外形数据的处理结果如屏幕310中图解说明的期望角膜曲率时为止。
根据准分子激光器眼外科手术系统E的类型，生成烧蚀炮模型的确切软件会不同。例如，在小光束扫描系统中，医生可在不同的时间里指明要从中除去一层组织的区域，随后计算机系统将自动计算除去该型样所需的激光炮模型。在大光束可变光点尺寸系统中，医生必须同时控制光点尺寸及激光炮位置。
参见图6，图中表示了根据本发明在计算机系统C上向医生提供生成的受控处理模型的流程图。程序400开始于步骤402，在步骤402医生选择所使用的外形系统的类型及患者数据。患者数据之前已作为外形数据100通过传输链接102从外形系统T提供。程序进到步骤404，在屏幕上显示说明真空高度，与期望球面的折射偏差，或与期望曲率的偏差的各种图。通常使用各种颜色强度来显示这些图，以图解说明与期望结果的偏差大小。
程序转到步骤406，确定是否已达到期望的结果。如果处理模型将产生期望的曲率，则判断结果为真。通常，在第一次通过开始于步骤406的该循环时，不能得到期望的结果，因为此时甚至还没有试验性地施加激光炮。随后控制转到步骤408，使医生有机会产生处理模型。一般来说，医生不可能完全手动生动有效的处理模型。于是在步骤408，计算机系统C使医生能够选择让计算机系统C寻找基本靶面，该靶面可作为医生手动微调的基础。例如，医生可选择球面模型、非球面模型、或输入折射变化。球面模型表示球面与原始表面的吻合程度。非球面模型提供表面的弯曲程度。折射变化就是校正的内屈光度。
一旦生成这些基线表面，控制转到步骤410，在该步骤中计算机系统C计算期望的处理模型。这包括根据在步骤408产生的目标基线生成校正所需的激光炮。随后控制进到把计算得到的处理模型模拟到患者P的角膜外形高度图上的步骤412。
随后控制转到步骤414，根据高度图生成折射图。折射图生成程序一般由制造商提供，或者可根据内部模型实现。折射图使医生能够了解当前处理的光学精度。随后控制返回步骤404，再次显示高度图和折射图。控制进到步骤406，确定是否已达到期望的结果(值得注意的是，这可由医生认可手动完成，也可由医生认可结合折射校正平均误差的判定一起完成)。假定未得到期望的结果，则控制再次进到步骤408。这次，医生将希望通过在某些点增加或减少校正来进行细微调节。参见图5，该图说明了为了获得更好的折射模型，医生可进行的微调类型。
医生重复从步骤406开始的这些步骤，直到得到期望的结果为止。此时，控制转到步骤416，在该步骤处理数据被存储到文件中，以便输入准分子激光器眼外科手术系统E。随后控制转到步骤418，程序结束。这时，数据将通过第二传输链接114或其等效物被传输。
允许医生校正的确切技术及程序并不是决定性的。但是它们应能够独立于准分子激光器眼外科手术系统E被执行，以便随后可把数据传输给中心准分子激光器眼外科手术系统E。
这种分布式系统能够有效利用外形系统、计算机系统及准分子激光器眼外科手术系统。此外，该分布式系统能够提供对将施加给患者P眼睛的烧蚀炮模型的最大程度的控制和修改。
上面的本发明的公开内容及说明是对本发明的例证说明，在不脱离本发明精神的情况下，尺寸、形状、材料、组件、电路元件、线路连接及接触，及图解说明的线路、结构及操作方法的细节均可作出各种改变。

Claims (23)

1．一种控制激光器眼外科手术系统的方法，包括下述步骤：
(a)在第一场所用外形系统确定角膜外形；
(b)生成对应于角膜外形的数字数据文件；
(c)在第二场所根据数字数据文件生成对应于角膜的期望校正的激光炮进程的烧蚀炮模型文件；
(d)把烧蚀炮模型文件传输给第三场所的激光器系统，其中第三场所所处的邻近区域完全不同于第一场所和第二场所；
(e)在第三场所接收传输的烧蚀炮模型文件作为接收的烧蚀炮模型；
(f)控制激光器系统激发对应于接收的烧蚀炮模型中的烧蚀炮模型。
2．按照权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：
(g)在第四场所用第二外形系统确定第二角膜的外形；
(h)生成对应于第二角膜外形的第二数字数据文件；
(i)在第五场所根据第二数字数据文件生成对应于第二角膜的第二期望校正的第二激光炮进程的第二烧蚀炮模型文件；
(j)把第二烧蚀炮模型文件传输给第三场所的激光器系统，其中第三场所所处的邻近区域完全不同于第四场所和第五场所；
(k)接收传输的第二烧蚀炮模型文件作为接收的烧蚀炮模型；
(l)在步骤(k)后执行步骤(f)。
3．按照权利要求1或2所述的方法，其中步骤(c)还包括下述步骤：
(c1)在根据第一存储的激光炮进程之后，在显示屏幕上显示对应于数字数据文件的角膜外形图象；
(c2)提供改变激光炮进程的手动医生输入，并把结果存储为存储的激光炮进程；
(c3)重复步骤(c1)和(c2)，直到医生对对应于期望校正的激光炮进程感到满意时为止；
(c4)在步骤(c3)之后，根据存储的激光炮进程提供烧蚀炮模型。
4．按照权利要求3所述的方法，其中步骤(c)还包括下述步骤：
(c5)在步骤(c1)之前，根据数字数据文件自动计算激光炮初始进程，并在转到步骤(c1)之前，保存激光炮初始进程作为存储的激光炮进程。
5．按照权利要求3或4所述的方法，其中在步骤(c)中，医生手动校正中心岛。
6．按照权利要求3到5任一所述的方法，其中在步骤(c)中，医生手动校正曲轴散光。
7．按照权利要求4所述的方法，其中步骤(c5)还包括自动计算近视校正的初始激光炮进程。
8．按照权利要求4所述的方法，其中步骤(c5)还包括自动计算远视校正的初始激光炮进程。
9．按照权利要求4所述的方法，其中步骤(c5)还包括自动计算散光校正的初始激光炮进程。
10．按照权利要求1到9任一所述的方法，其中步骤(d)还包括下述步骤：
把烧蚀炮模型文件写到磁盘上，并且其中步骤(e)还包括下述步骤：
从该磁盘读取该烧蚀炮模型作为接收的烧蚀炮模型文件。
11．按照权利要求1到9任一所述的方法，其中步骤(d)还包括下述步骤：
通过调制解调器链接发送烧蚀炮模型文件，其中步骤(e)还包括下述步骤：
从调制解调器链接接收该烧蚀炮模型作为接收的烧蚀炮模型文件。
12．按照权利要求1到9任一所述的方法，其中步骤(d)还包括下述步骤：
通过网络链接发送烧蚀炮模型文件，其中步骤(e)还包括下述步骤：
从网络链接接收该烧蚀炮模型作为接收的烧蚀炮模型文件。
13．按照权利要求2到9任一所述的方法，其中步骤(j)还包括下述步骤：
把烧蚀炮模型文件写到磁盘上，并且其中步骤(k)还包括下述步骤：
从该磁盘读取该烧蚀炮模型作为接收的烧蚀炮模型文件。
14．按照权利要求2到9任一所述的方法，其中步骤(j)还包括下述步骤：
通过调制解调器链接发送烧蚀炮模型文件，其中步骤(k)还包括下述步骤：
从调制解调器链接接收该烧蚀炮模型作为接收的烧蚀炮模型文件。
15．按照权利要求2到9任一所述的方法，其中步骤(j)还包括下述步骤：
通过网络链接发送烧蚀炮模型文件，其中步骤(k)还包括下述步骤：
从网络链接接收该烧蚀炮模型作为接收的烧蚀炮模型文件。
16．一种激光器外科手术系统的分布式控制系统，该系统包括：
提供对应于患者角膜外形的外形数据的外形系统；
具有根据外形数据求出烧蚀炮模型的程序的计算机系统；
在所述外形系统和所述计算机系统之间，从所述外形系统向所述计算机系统传输外形数据的第一数据链接；
控制激光器激发相应于烧蚀炮模型的激光炮模型的激光器眼外科手术系统；及
在所述计算机系统和所述激光器眼外科手术系统之间，从所述计算机系统向所述激光器眼外科手术系统传输烧蚀炮模型的第二数据链接；
其中所述激光器眼外科手术系统所处的邻近区域完全不同于所述计算机系统。
17．按照权利要求16所述的系统，其中所述激光器眼外科手术系统位于净室中，所述计算机系统位于所述净室外。
18．按照权利要求16或17所述的系统，其中所述第二数据链接是电话链接。
19．按照权利要求16或17所述的系统，其中所述第二数据链接是计算机网络。
20．按照权利要求16或17所述的系统，其中所述第二数据链接是磁盘。
21．按照权利要求16到20任一所述的系统还包括：
提供对应于第二患者角膜外形的第二外形数据的第二外形系统；
具有根据第二外形数据求出第二烧蚀炮模型的程序的第二计算机系统；
在所述第二外形系统和所述第二计算机系统之间，从所述第二外形系统向所述第二计算机系统传输第二外形数据的第三数据链接；
在所述第二计算机系统和所述激光器眼外科手术系统之间，从所述第二计算机系统向所述激光器眼外科手术系统传输第二烧蚀炮模型的第四数据链接，其中所述激光器眼外科手术系统控制激光器激发相应于第二烧蚀炮模型的激光炮模型。
22．权利要求21的计算机系统，其中所述第二数据链接和所述第四数据链接是单一计算机网络。
23．权利要求16到22任一的计算机系统，其中所述计算机系统还包括：
根据外形数据自动得出初步烧蚀炮模型，及使医生能够手动修改烧蚀炮模型的程序。
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