TW200303741A - Application of blend zones, depth reduction, and transition zones to ablation shape - Google Patents

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200303741 玫、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明) 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上關於雷射眼睛手術’而且特別提供了方法，設備以及系統以用 來選擇切削角膜，並進以改善角膜不規則或是其他有視力缺陷之患者的視力。 [先前技術] 習知已有以雷射爲基礎的系統以及方法，使得在角膜上進行眼科手術以治療 視力缺陷成爲可能。典型地，這些系統與方法係執行一種切削光分解 (photockcomposition)的程序，其牽涉選擇性地暴露角膜於雷射輻射下，以自角膜上 移除一層微細的基質組織。該切削導致了角膜的重塑，而不會造成明顯的熱傷害 於眼睛附近或是下層的組織。角膜塑形意指改變眼睛的光學特性，並因此治療視 力缺陷，例如折射誤差。在雷射原位層狀角膜塑形術（Laser In Situ Keratomileusis ; LASIK)之過程中，當一上部組織之皮瓣（flap)被暫時移開時，這類的塑形常在 角膜的基質組織上執行。 通過角膜的切削能量之分佈可受制於許多的系統以及方法，包含可切削的遮 罩、固定的及可移動的孔徑、受控制的掃瞄系統，以及其他類似的東西。非必須 地，眼球運動追蹤機制也可用以控制通過角膜的切削能之分佈。在已知的系統 中，雷射光束通常包含一系列不連續的雷射光能脈衝，隨著被移除的組織之全部 形狀及數量，其係取決於一些因素例如，舉例來說，形狀、大小、位置或是照射 到角膜的雷射光能脈衝之數量。不同的軟體以及硬體組合可用來產生可重新描塑 角膜的雷射脈衝之圖案。有許多方法與系統可提供不同形式的雷射與雷射能，以 執f了該治療’包a ’例如，紅外線雷射，紫外線雷射，飛秒雷射(femt〇second lasers)， I續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 200303741 _ 發明說明續頁 波長多工固態雷射（wavelength multiplied solid-state lasers )，以及諸如此類者。 藉由使用雷射眼睛手術來改變角膜的形狀，許多視力缺陷，包含近視 (myopia)，遠視（hyperopia)，以及對稱柱形散光（symmetrical cylindrical astigmatism)，現在都可被治癒了。許多有視力缺陷的患者並無法輕易的以既有的 角膜重塑切削技術來治癒，而且在某些特殊的情況下，想遵循既有的切削輪廓 ~ (ablation profile)是不可行的或是無法令人滿意的。例如，在需要高能量校正的 、 病患中，如同有特大瞳孔的病患，利用現行的切削輪廓所需移除的組織之深度將 可能超過了所謂的安全範圍。 · 標準切削輪廓亦不適用於有著非常薄之角膜的病患。在這些案例中，提供一 個具有降低之切削深度而仍可治療該視力缺陷的切削輪廓是有需要的。相對而 言，可能有許多情況則是標準切削輪廓不適用於一個已知塑形可能導致或是增加 夜晚炫光缺陷的患者。同樣地，某些現行的切削輪廓可能使得皮瓣復位過程變得 複雜。另外，例如當一個切削輪廓的深度無法在該切削之邊緣趨緩至零的時候， 標準切削輪廓可能引起一個切削區域，其在角膜受治療區域與未治療區域間具有 陡峭之過渡。 如上所述，提供一個改良之光學切削系統以及方法是被期待的，尤其是對需 要高能量校正的病患，有大瞳孔的病患，或是有著難以現行方法治療之其他視力 徵狀的病患等人而言是深切被期待地。 【內容】 本發明提供了改良之以雷射做基礎的方法與系統，以校正視力缺陷。這些系 統與方法可能特別適用於治療有著某些結構特徵的患者，例如大瞳孔直徑或是薄 續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 7 200303741 發明說明，續胃 角膜組織。有利地，這些技術通常避免劇烈改變切削輪廓的切削深度，且特別對 該切削的周圍區域而言。切削輪廓的形式可以很多元，係取決於所採用的折射處 理方式。本發明之方法與系統亦是有優點的，因其提供了在切削邊緣有降低角度 的切削區域，其亦降低了對夜晚視力的影響，且其可增強皮瓣的定位，並適用於 一個LASIK過程中。本發明可用於處理許多不同的視力狀況，包含，但是並不局 限在，近視、遠視、老花眼、散光以及不規則散光。爲達到這些優點，本發明常 提供將深度降低、混合區域以及過渡區域等特徵倂入切削輪廓之處理，以更有效 率及更有效果地幫助具有至今仍特別難且/或不可能利用傳統技術治療之病患。 從第一方面來看，本案之一較佳實施例提供了一個藉由切削一部分角膜來創 造出一切削區域以重新描塑眼睛角膜的方法。該切削區域包含一視力區域，係具 有位於角膜中央部位的一個視力正確的中央視力區域，以及一個混合區域，係位 於該中央視力區域之周圍並至少有一部分是位於該眼睛之視力區域中，其中該混 合區域具有一個光功率（optical power)，其係隨著始自該中央視力區域之半徑的 增加而逐漸減少。 非必須地，該視力區域的面積等同於眼睛瞳孔的最大可能尺寸。該混合區域 可具有一光功率，其係隨著半徑之增加而以線性或是非線性函數的方式遞減。該 混合區域可具有一光功率，其係隨著半徑之增加而以線性或是非線性單調函數的 方式遞減，該混合區域終止於一個切削區域的邊緣。 該切削區域可能更包含一個過渡區域，係位於該混合區域周圍，該過渡區域 係藉一組徑向三次曲線（radially oriented cubic splines)所定義。角膜表面的形狀 可由原有形狀被重新描塑成一個可減緩近視的形狀。角膜表面的形狀亦可由一原 有形狀被重新描塑成可減緩遠視，老花眼，散光或是不規則散光的形狀。非必須 地，橫跨過中央視力區域的尺寸可能是6-7毫米或是3-9毫米，且/或橫跨過混合 〇續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 200303741 發明說明_頁 區域的尺寸可能是7·5-8·5毫米，或是3-12毫米。在某些情況下，該中央視力區 域的切削輪廓可能藉由使用一個慕那林（Munnerlyn)方程式或是一前導波 (wavefront)方程式來推估。慕那林（Munnerlyn)方程式在本領域中爲已知且已 被充分的發表。例如’慕那林（Munneriyn)方程式已在慕那林（Munneriyn)等 人所發表的文章中被討論。（Munnerlyn et al·，“Photorefractive Keratectomy: A Technique For Laser Refractive Surgery，” J. Catamct Refract. Surg· 14⑴:46-52 (19%^ 前導波方程式的其他討論可在同在審理中的美國專利申請案「直接以前導波爲基 礎之角膜切削處理程式（Direct Wavefront-Based Comeal Ablation Treatment Program)」中找到，其專利申請序號爲l〇/〇〇6,992，申請於2001年12月6日，其 所有揭露內容係倂於此以供參考。前導波技術已與進階的地形圖一起被善加應 用，如美國專利案US 6,271，914與US 6,271，915中所述，其所有揭露內容係倂於 此以供參考。 從第二方面來看，本發明提供一種方法，其係藉由決定一第一切削輪廓之最 大目標深度，決定該角膜的最大容許切削深度，以及在該第一切削輪廓的最大目 標深度大於該角膜的最大容許切削深度之時，以一深度降低之切削輪廓來處理角 膜，進以重新描塑眼睛角膜之表面。 ， 本案之方法可更包含決定該第一切削輪廓，其係因應一眼睛視力區域的大小 以及一光功率校正。利用該深度降低之切削輪廓之角膜處理法可在角膜中建立一 個視力正確的中央視力區域以及一個位於該中央視力區域周圍的混合區域，其中 該混合區域可至少部分位於該眼睛之該視力區域中。該混合區域之光功率可隨著 始自該中央視力區域之半徑的增加而逐漸減少。 從第三方面來看，本發明可提供一系統，係用以重新描塑一眼睛之角膜表 面，由原有的形狀塑成一具校正改良特性之後來形狀。該系統可包含一處理器， [□續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 200303741 • 發明說明_胃 可產生一切削輪廓，其具有位於中央視力區域周圍之一混合區域，並可進一步包 含一雷射系統，其依據該切削輪廓將雷射能導至角膜上，以重新描塑一眼睛之角 膜表面由一原有形狀至一後來形狀。該後來形狀之切削區域可能具有一視力正確 的中央視力區域，係位於該角膜之中央部位，該中央視力區域係由該切削輪廓之 中央視力區域所形成。該切削區域也可具有位於中央視力區域周圍且至少部分位 於眼睛之一視力區域中的一個混合區域。該混合區域具有一光功率，其係隨著始 自該中央視力區域之半徑的增加，而以一函數形式逐漸地減少，並且可由該切削 輪廓之該混合區域所形成。 本發明之處理器可包含一個模擬退火組件（simulated annealing module)，用以 產生該切削輪廓，且該切削輪廓趨近一個理想的目標形狀。該彳莫擬退火組件通常 將包含資料處理之軟體以及/或是硬體，而且可與其他資料處理結構相結合。該視 力區域的面積可能等同於眼睛之最大瞳孔尺寸。本發明所提供之混合區域可具有 一光功率，其係隨著向外朝向切削區域邊緣之半徑的增加，而以一線性或是非線 性函數形式逐漸減少。該混合區域之該光功率可隨著向外朝向視力區域邊緣之半 徑的增加，而以一線性或是非線性單調函數形式逐漸減少，而且該混合區域可終 止於一切削區域的邊緣。 本發明也可包含一個切削輪廓，其包含位於該混合區域周圍之一個過渡區 域，介於一個具有該混合區域之界面與一切削輪廓邊緣之間。非必須地，該過渡 區域可藉一組徑向三次曲線所定義。一過渡區域可藉該切削輪廓之該過渡區域來 實現。該切削輪廓的最大切削深度可能小於或是等於角膜的最大容許切削深度。 角膜表面的形狀可由原有形狀被重新描塑成一個可減緩近視的形狀。角膜表 面的形狀亦可由一原有形狀被重新描塑成可減緩遠視，老花眼，散光或是不規則 散光的形狀。該橫跨過中央視力區域的尺寸可能是6-7毫米或是3-9毫米。 [□續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 200303741 發明說明續茛 從第四方面來看，本發明可提供一方法，其係藉由切削角膜的一部份以產生 一個提供一切削表面之切削區域，以重新描塑眼睛角膜之表面。該切削區域可包 含一個被切削的中央視力區域，係位於角膜的中央部位，其中該中央視力區域提 供一個視力正常的中央視力表面。該視力區域可進一步包含一個被切削過的混合 區域’係位於該被切削的中央視力區域周圍，且至少一部份位於該眼睛之一視力 區域中。分別地，該視力區域可提供一視力表面，且該被切削過的混合區域可提 供一混合表面。該混合表面可被位於該中央視力表面周圍且至少一部份位於該眼 睛之視力表面中，並且可具有一個光功率，其係隨著向外朝向切削表面邊緣之半 徑的增加，而以一函數形式逐漸減少。另外，該切削區域也可包含一個位於該混 合區域周圍之過渡區域，其係介於一個具有該混合區域之界面與一切削區域邊緣 之間。該過渡區域可提供一過渡表面，該過渡表面係位於該混合表面與一切削表 面邊緣周圍。 從第五方面來看，本發明提供了一個方法，其乃藉由決定一個具有一中央視 力區域的切削輪廓，增加一個混合區域於該切削輪廓以形成一修飾過的切削輪 廓，進以重新描塑眼睛角膜之表面。在此方面，該混合區域可位於該中央視力區 域的周圍。此方法可進一步包含以該修飾過的切削輪廓來處理角膜。非必須地， 在此處理步驟之前，該方法也可包含增加一過渡區域於該修飾過的切削輪廓之步 驟，該過渡區域係位於該混合區域的周圍。 從第六方面來看，本發明提供了一成套工具，其包含一個系統，係用以將一 眼睛角膜之表面由一原有形狀重新描塑成一個具有校正改良過之視力特性的後 來形狀。該系統可具有一處理器，可產生一切削輪廓，其具有位於一中央視力區 域周圍之一混合區域，以及一雷射系統，其依據該切削輪廓而將雷射能導至角膜 上，以重新描塑一眼睛之角膜表面由該原有形狀至該後來形狀。該後來形狀之切 ^續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 11 200303741 _ 發明說明$賣胃 削區域可包含一視力正確的中央視力區域，其係位於該角膜之中央部位。該中央 視力區域係可由該切削輪廓之該中央視力區域所形成。該切削區域亦可包含一個 位於中央視力區域周圍且至少部分位於眼睛之一視力區域中的混合區域。該混合 區域可具有一光功率，其係隨著始自中央視力區域之半徑的增加，而以一函數形 式逐漸減少，且該混合區域可由該切削輪廓之該混合區域所形成。該工具也可包 · 含指令，以利用該系統來重新描塑一眼睛角膜表面。 、 該處理器可具有一模擬退火組件以產生該切削輪廓，其中該切削輪廓趨近一 個理想的目標形狀。而且，該視力區域的面積可等同於該眼睛之最大瞳孔尺寸。® 再者，該混合區域可具有一光功率，其係隨著向外朝向切削區域邊緣之半徑的增 加，而以一線性函數形式逐漸減少。更甚者，該混合區域之光功率可隨著向外朝 向視力區域邊緣之半徑的增加，而以一線性單調函數形式逐漸減少，而且該混合 區域可終止於一切削區域的邊緣。該切削輪廓更可包含位於該混合區域周圍之一 過渡區域，係介於一個具有該混合區域之界面與一切削輪廓邊緣之間，而且該過 渡區域可藉一組徑向三次曲線來定義。該後來形狀之該切削區域更可包含一個位 於該混合區域周圍的一過渡區域，係介於一具有該混合區域之界面與一切削區域 | 邊緣之間，且該過渡區域可藉該切削輪廓之該過渡區域來實現。 相關地，該切削輪廓的最大切削深度可小於或是等於角膜的最大容許切削深 度。再者，該角膜表面的形狀可由原有形狀被重新描塑成一個可減緩近視的形 狀。同樣地，角膜表面的形狀亦可由一原有形狀被箄新描塑成可減緩遠視，老花 眼，散光或是不規則散光的形狀。而且，該橫跨過中央視力區域的尺寸可能是6-7 毫米。 從第七方面來看，本發明提供了~個方法，係用以準備執行一個切削手術過 程，該手術過程係利用切削角膜之一部分以產生一切削區域。該方法包含決定一 二|續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 12 200303741 - 發明說明續頁 切削區域，其中該切削區域包含一個位於角膜中央部位之視力正常的中央視力區 域，以及一個位於該中央視力區域周圍’且至少部分位於該眼睛之一個視力區域 ， 之中的混合區域。該混合區域可具有一個光功率’其隨著始自該中央視力區域之 半徑的增加而逐漸遞減° 相關地，本發明提供了一個方法，係用以準備執行一個手術過程，該手術過 ^ 程係利用重新描塑眼睛角膜之表面。該方法包含決定一第一切削區域的最大目標 ’ 深度，決定角膜的最大容許切削深度，以及決定一j固深度降低的切削輪廓。該第 一切肖[J輪廓的該最大目標深度可能大於該角膜的最大容許切削深度° ® 同樣地，本發明提供了一個方法，係用以準備執行一個切削手術過程，該手 術過程係利用切削角膜之一部分以產生可提供切削表面之切削區域。該方法可包 含決定一切削區域，其中該切削區域包含一個位於角膜中央部位之被切削過的中 央視力區域。該中央視力區域可提供視力正常的中央視力表面。該切削區域也可 包含一個被切削過的混合區域，係位於該被切削過的中央視力區域周圍，且至少 部分位於該眼睛之一個視力區域之中’其中該視力區域提供了一視力表面。該被 切削過的混合區域可提供一混合表面’且該混合表面可位於該中央視力表面的周 · 圍且至少一部分位於該眼睛之該視力表面中。該混合區域可具有一個光功率’其 係隨著向外朝向切削表面邊緣之半徑的增加’而以一函數形式逐漸減少。同樣 _ 地，該切削區域更可包含一個位於該混合區域周圍的過渡區域，係介於一具有該 混合區域之界面與該切削區域邊緣之間。該過渡區域可提供一過渡表面，且該過 渡表面可位於該混合表面周圍，係介於一具有該混合表面之界面與該切削表面邊 緣之間。 另外，本發明提供了一個方法，係用以準備執行一個切削手術過程，該手術 過程係利用重新描塑眼睛角膜之表面。該方法可包含決定一切削輪廓，其具有一 續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 13 200303741 ~~-_ 發明說明續頁 個中央視力區域，以及增加一混合區域於該切削輪廓以產生一修飾過的切削輪 廓。該混合區域可位於該中央視力區域周圍。相關地，本方法更可包含增加一過 渡區域於該被修飾過的切削輪廓中。該過渡區域可位於該混合區域周圍，係介於 —具有該混合區域之界面與一切削輪廓邊緣之間。孽過渡區域可在該混合區域加 入之前先行加入。 · 除了切削人類的角膜組織外，本發明之系統與方法十分適合於切削許許多多 ’ ， 的材料，例如，塑膠，聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylacrylate，PMMA)，豬與牛 的角膜組織，以及類似的東西。 ® 爲更完整的瞭解本發明之本質與好處，參考隨後之詳細說明及附圖是有必要 【實施方式】 本發明特別適用於提升雷射眼睛手術過程之準確性與功效，例如雷射屈光角 膜切除術（photorefractive keratectomy，PRK)，光治療角膜切除術（phototherapeutic keratectomy，PTK)，雷射原位層狀角膜塑形術（laser in situ keratomileusis，LASIK)， 雷射上皮角膜塑开多術（laser assisted epithelium keratomileusis，LASEK )以及相似者。 較佳地，本發明可藉由改良一個用以導出或是產生角膜切削輪廓的方法來提供增 強之折射過程。 當本發明之系統與方法最初被敘述於一雷射眼睛手術系統之中時，應瞭解本 案之技術可能被用於眼睛的治療過程或是系統中，例如輻射狀角膜切割術（radial keratotomy)(例如藉由薄化一輻射狀角膜切開術開口周圍之開口深度），晶體移入 術（intraocular lenses)，膠原纖維角膜組織熱重建（collagenous comeal tissue thermal □續次頁 (發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 14 200303741 Γ~--~~ 發明說明續頁 remodeling)，可移重力式角膜晶體結構（removable c〇meal lens structures)，以及類似 者。 fe據本發明，角膜被切削的區域可被指定爲切削區域。依據要求之視力校正 的情形，該切削區域可能是或可能不是集中在瞳孔的中央。一個近視病徵可被治 療，例如，藉由雷射雕刻角膜組織以減少角膜之曲率。相反的’一個遠視病徵可 _ 藉雷射雕刻角膜組織以陡直或是增加該區率而獲得治療，例如提供一切削輪廓， ’ 其具有一切削深度’係隨著與預期中之切削中心的距離增大而增加。其結果是一 個角膜實質球狀切削形狀’有著增加的曲率，伴隨著該切削區域之視力正確部位· 外圍邊緣的切口之最大深度。另一方面，柱形散光典型地是依據一柱形切削輪廓 來選擇移除之角膜組織來治療，其中該圓柱橫向跨越該眼睛的光軸。該角膜的視 力區域通常相當於被定義爲該眼睛最大瞳孔尺寸之範圍’例如當瞳孔充分地且完 整地被擴張時。 本發明之技術可立即適用於既存的雷射系統。藉由提供改良之角膜切削輪廓 以治療視力缺陷，本發明可提供增強過的治療給患者，其係患有直到今日仍存在 著而很困難或是很複雜之治療問題。 現在回到圖示上，第一圖闡明了本發明之一個雷射系統10，係包含一雷射 12，其產生雷射光束14。雷射12乃光連結於雷射傳送儀16上，其將該雷射光束 14指向病人P的眼睛E之上。一個傳送儀支撐結構（爲求清晰，在此未顯示）延 伸自支架18以支撐雷射12。顯微鏡20固定在該傳送儀支撐結構，該顯微鏡常用 以成像該眼睛E之角膜。 雷射12通常包含一個準分子雷射，其係理想地包含一個氬-氟雷射，係產生 波長接近193nm的雷射光脈衝。雷射12將更佳地被設計來提供一反饋之穩定光 □續次頁 (發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 15 200303741 於病人的眼睛，係經由傳送儀16來傳送。本發明亦益於應用1 — 〆 外線輻射光源，特別是那些已被應用於能操控地切削角膜組織而不會造成眼睛附 近以及/或是下層組織之傷害的光源。這些光源包含，但並不侷限在，固態雷射以 及其他儀器，其可產生波長介於185-205 nm之紫外光能以及/或是那些應用了頻率 多工（frequency-multiplying)技術的儀器。因此，縱使一個準分子雷身寸爲一切肖恍 束的說明來源，其他的雷射還是有可能在本發明中被使用。如上所述，本發明之 系統與方法是非常適合用以切削許許多多不同的物質，働D，塑膠，聚甲基丙烯 酸甲酯（polymethylacrylate，ΡΜΜΑ)，豬與牛的角膜組織，以及類似的東西。 如上所述，雷射系統10通常將包含一個電腦或是可程式化的處理器22。處 理器22可包含（或是接於）一個傳統的個人電腦，係包含標準的使用者介面裝 置，例如：鍵盤、顯示器以及諸如此類的東西。處理器22典型地將包含一個輸 入設備例如：磁或是光碟機，網際網路連結，或是其他類似的東西。這些輸入設 備通常將用來下載一個電腦可執行的編碼，其係來自於一收錄有本發明之所有方 法的有形儲存媒體29。該有形儲存媒體29可爲一軟碟片，一光碟片，一資料帶， 一依電性記憶體或是一非依電性記憶體，隨機存取記憶體（RAM)，或是類似者， 而且該處理器22將包含記憶體電路板以及其他現代化電腦系統的標準元件以便 儲存與執行該編碼。有形儲存媒體29可任意收錄前導波感應器資料，前導波梯 度，前導波升降圖，治療圖，角膜升降圖以及/或是一切削表格。儘管有形儲存媒 體29將會常直接與處理器22之輸入設備一同使用，該儲存媒體仍可能是藉由該 處理器透過網路連線，例如網際網路，或是藉由無線的方式，例如紅外線，藍芽 (Bluetooth)或是類似者，來遠距離的操控。 雷射12及傳送器16通常將依循電腦22的方向而將雷射光束14指向病患p 的眼睛。電腦22將常選擇性的校正雷射光束14，以暴露部位的角膜於雷射能之 ]續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 16 200303741 發明說明續頁 脈衝，以便產生一預定之角膜雕刻並修改眼睛的折射特性。在言4_歹員她例屮，菌~~ 射光束14與雷射傳送光學系統16兩者都將在電腦22的控制下以執行該預期的雷 射雕刻過程，係藉由該處理器作用（以及隨易地修改）該雷射脈衝的圖案。該脈 衝的圖案可能以一治療表之形式總結於該有形儲存媒體19之機器可預讀資料之 中，且該治療表可被調整，係根據源自於一自動影像分析系統對一切削監視制度 _ 反饋系統所提供之反饋資料作反應而輸入於該處理器22之反饋。隨意地，該反 、 饋可藉一系統操作員手動輸入於該處理器中。此等反饋可藉由合倂在稍後將敘述 之前導波測量系統與雷射處理系統10而提供，而處理器22可繼續且/或終結一個 φ 對該反饋產生反應之雕刻處理，且也可隨意地依據至少一部份該反饋而修改已計 畫好的雕刻。測量系統進一步已被揭露於美國專利案US 6,315,413中，其全部揭 露內容係倂於此以供參考。 雷射光束14可被調整以產生該預期的雕刻，其係耗費許多供選擇的機制。 該雷射光束14可被選擇性地限制於利用一種或是更多多變的光圈。一個模範地 多變光圏系統，係具有一多變的虹膜以及一多變的寬縫，已被描述於美國專利案 5,713,892中，其全部揭露內容係倂於此以供參考。該雷射光束也可被定做以不同 0 尺寸以及源自於一眼睛光軸之雷射點的補償，如描述於美國專利案5,683,3796， 6,203,539以及6,331，177之中，其全部揭露內容係倂於此以供參考。 還有更多的選擇是可能的，係包含通過眼睛表面的雷射光束掃瞄以及控制脈 衝數量且/或每個位置的存在時間，如描述過的，例如，藉由美國專利案4,665,913 中，係倂於此以供參考；使用雷射光束14光學路徑中的光罩，其切除而在角膜 之光束事件上產生不同的輪廓；如描述過的，例如，在美國專利案5,807,379中， 其全部揭露內容係倂於此以供參考；混合輪廓-掃瞄系統，其中有一個被掃瞄通過 角膜之多變尺寸的光束(典型地藉由一多變寬縫且/或多變的虹膜光圈的直徑來控 □續次頁 (發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 17 200303741 發明說明續頁 制），或是其他類似者。關於這些雷射圖案修改技術的電腦程式以及控制方式詳 述於該專利文獻中。 其他的元件及系統可包含於雷射系統10，如熟習此技藝者所能瞭解者。例 如，空間以及/或是時間的整合器可被包含，以控制雷射光束內的能量分佈，如描 述於美國專利案5,646,791中，其全部揭露內容係倂於此以供參考。切削流出物排 出器/濾器，吸引器，以及其他雷射手術系統之有關的元件在此技藝中皆爲已知。 用以執行一雷射切削過程的合適系統之更詳細內容可在美國專利案4,665,913、 4,669,466、4,732，148、4,770，172、4,772,414、5,207,668、5，108,388、5,219,343、5,646；791 以及5，163,934中找到，其完整揭露內容係倂於此以供參考。基本資料可藉由考慮 所在環境的變因，例如溫度、濕度、氣流以及排氣，再依特殊雷射或是操作狀態 而被特化。 現在請參閱第二圖，其係顯示準分子雷射系統的元件。雷射手術系統10的 次零件爲已知的零件且經常包含VISX STARTM，VISX STAR S2TM，or VISX STAR S3 ActiveTrak™等準分子雷射系統的元件，可購自於美國加州桑尼維爾的VISX公 司（Incorporated of Sunny vale ) 〇 一電腦控制系統60使得雷射系統10用以雕刻一列於雷射治療表34中之表面 形狀的精確控制成爲可能。該控制器60，係通常包含一個人電腦工作站，並利用 儲存於有形儲存媒體29中的電腦程式以產生治療表34。供選擇地，治療表34係 包含於有形儲存媒體29中，當該電腦程式是在外部產生該處理資料時。—個位 於雷射系統10中之內嵌式電腦21是電連結於該個人電腦工作站並因此包含總體 控制器之一部分。供選擇地，一個人電腦工作站可內嵌於該雷射系統中，並作爲 該埋設電腦以及該個人電腦工作站兩者，以執行該眼科手術。該控制器60更包 含一個切削輪廓組件41，一過渡區域組件43，一混合組件45以及一個模擬退火 [D續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 18 200303741 -- 發明說明，續頁 組件47。此等組件可包含資料，係用以執行軟體且/或是硬體，並可合倂於其他 資料執行結構中。 內嵌式電腦21係電連結於複數個感應器36以及複數個馬達驅動器46。該馬 達驅動器連結於該控制器以根據治療表34來變更傳送器16的許多光學元件之位 置以及表面配置。例如，第一及第二掃瞄軸62，64可控制補償晶體的位置以移動 · 通過角膜表面的雷射光束。非必須地，雷射光束可包含幾個覆蓋射束小單元，如 _ 揭露於美國專利案6,331，177中，其全部揭露內容係倂於此以供參考。虹膜馬達 38控制光束的直徑，以及在某些案例中，通過一多變寬縫之光長度。類似的縫寬 _ 驅動器66控制該多變縫的寬度。縫角驅動器68控制該縫環繞其軸之旋轉。光束 角驅動器70控制光束的旋轉，當準分子雷射48在各種光學元件被定位以便於眼 睛E上形成一預期的環形山時被震動而產生該雷射光束14的時候。該治療表34 可包含所有將被結合之預期環形山（craters)之列表，以實現一處理療法。 另外，內嵌式電腦21連接於該準分子雷射48，例如一個氬-氟雷射，其係具 有193 nm波長輸出，係設計來經由傳送系統儀，其通常以參考符號16標示，以 iSi# 160 (mMe/cm2)之反饋穩定光量於病患眼睛E之角膜 · 上0 其他具有適當波長之雷射可用以作爲自眼睛移除一組織時的切削能。例如， 固態雷射如釔鋁紅榴石(YAG)雷射，係產生一基本波長之第五諧波，可被用以產 生一切削能。其他該雷射手術系統10之補充的元件，其對瞭解本發明並不是必 須的，例如：一個高解析度的顯微鏡，一個該顯微鏡的攝影顯示器，一個病患眼 睛追蹤系統以及一個切削流出物排出器/濾器，如同氣體傳送系統，皆已被省略以 避免冗長。 續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使} 19 200303741 發明說明$賣胃 相似地，鍵盤、顯示器、以及一般個人電腦次系統元件（例如軟碟以及硬碟 驅動器，記憶電路板以及類似者）皆已於該個人電腦工作站30的描述中被省略。 如果需要，埋設電腦21可由個人電腦工作站的組件來構成並建構在雷射手術系 統10之中。在此情況，埋設電腦21可取代個人電腦工作站30。 爲定做切削以處理不規則的角膜，控制器60將最好包括一資料庫72，係具 有數個不同的光折射以及/或是光處理切削輪廓。供選擇地，資料庫72可操作以 便產生該切削輪廓。這些切削輪廓通常將用來治療眼睛之球形以及/或是柱形折射 問題，係藉位於瞳孔P中央之同軸設置治療核心。爲治療不規則的角膜，這些相 同的切削輪廓可被指向於側邊補償處理中心，係利用輸入儀74，如描述於，例如， 美國專利案6,245,059之中，其全部揭露內容係倂於此以供參考。方便地，該控制 器可修改該治療表以補償該切削輪廓，其係藉每個預期的補償來校正各個切削等 同物。非必須地，不規則角膜特性可藉由前導波技術所產生的定做切削輪廓而被 治癒。一個爲解決這類切肖!1輪廓的較佳方法敘述如後。關於測量角膜畸變的技術 已被述於美國專利案6,271,914以及6,271，915之中，其全部揭露內容係倂於此以 供參考。 當輸入器74於此以搖桿形式說明時，需要被瞭解的是許多不同的輸入機制 可能被應用。適當的補償輸入機制應包含軌跡球、觸控螢幕、或是許多供選擇的 點設備。還有其他供選擇的的輸入機制包含袖珍鍵盤、資料傳輸機制例如：乙太 網路，內部網路，網際網路，數據機以及類似者。這些或是其他輸入機制可被用 來辨識一個補償治療中心，其係自眼睛瞳孔之中央橫向並列。 該虹膜馬達38被用來控制可變倍虹膜之直徑被槪要式地描繪於第三圖。散 光馬達66用來控制一對柱形葉片80，82之間的分佈距離，其架置於一平台84 上用以沿著箭頭86，88的方向雙向傳輸運動。平台84可旋轉地架設於一第二平 ]續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 20 200303741 p—- 發明說明，續頁 台（未列出），且可被散光角馬達68以一傳統方式旋轉驅動，以使得縫軸（圖解 於第三圖之縱向）沿著病患眼睛的正確配位座標軸的調準成爲可能。虹膜90係 由虹膜馬達38以一已知的方法來驅動，以改變虹膜開口直徑自其完全張開位置 (該位置說明於第三圖）到完全閉合位置，其中光圈是關閉至最小直徑0·8毫米。 已知的是該多變直徑虹膜90以及柱形葉片80，82之設置與雷射48在這類關於光 - 線照射至病患眼睛Ε之前截斷光束的方式之輸出有關。爲了本案之目的，虹膜 . 90，以及柱形葉片80，82被假設是第二圖中傳送系統光學次單兀16之部分。 第一至第三圖之系統被用以根據本發明提供老花眼，遠視’近視’散光以及 · 其他對於角膜表面錯誤之治療，藉由合倂混合區域、深度降低或是過渡區域於一 雷射切削輪廓之中。除了上述之其他技術可被用來產生一特殊病患或是治療所需 之切削輪廓。例如，一透鏡可被用來描繪源自於光圈的一個雷射光束開口，係藉 由聚焦該光束於一個適宜的小區域以及想要的能線圖如述於美國專利案4,718,418 之中，其全部揭露內容係倂於此以供參考。另外，一個繞射儀可被用來辨識眼睛 表面雷射光束之能線圖，如述於一同在審理中之申請案，其題目爲「具繞射光束 整合之雷射傳送系統及方法（Laser Delivery System and Method with diffractive Optic ^ Beam Integration)」，美國專利申請序號爲09/015,841，申請於1998年1月29日， 其全部揭露內容係倂於此以供參考。 4 深度降低以及混合區域 一個槪要式的雷射切削處理被顯示於第四圖。雷射切削治療100提供一雷射 切削輪廓102其切削一對應之角膜104的切削區域103，且因此重新塑造該角膜。 眼睛之虹膜106，當完全漲大時，定義了最大瞳孔尺寸108。視力區域110係爲角 膜104對應於該最大瞳孔尺寸之部分。相對地，視力區域112係爲該切削輪廓對 應於該最大瞳孔尺寸108之部分。該角膜的最大容許切削深度爲114。 □續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 21 200303741 - 發明說明續頁 一個用來治療近視之系列切削輪廓典型圖解被顯示於第五圖（A)中。在近 視之雷射治療中，其目的在於減少角膜的曲率以及其光功率。對應地，切削輪廓 120，122，以及124逐步授予較大之減少於角膜光功率，係藉由逐步提供較深的 切削於角膜組織中。當角膜的曲率被重新塑造，該角膜的光功率將逐漸降低。光 功率係藉角膜曲率所決定。再者，最大容許切削深度114即爲超過其則可能不安 · 全或是有其他無法預期之狀況的深度，而如同切削輪廓126 —樣深的切削是可接 · 受的。在某些案例中，較強的治療或是光學校正可能是有利的。第五圖（B)中 之較深的切削輪廓128代表著想要有的較強治療，然而因爲其過量的深度，該切 φ 削可能是不安全的。然而，藉由合倂一混合區域130於切削輪廓132中，執行一 個如切削輪廓128 —般強的治療是可能的，但尙未切削超過該最大容許切削深度 114。位於混合區域130中央之深度降低的切削輪廓132之部分即爲中央視力區域 134。該混合區域係藉混合區域組件來規劃。 第五圖（C)更說明了應用任何切削輪廓於一角膜104倉隨出一對應切削區 域103的槪念。因此，深度降低的切削輪廓132創造了一個切肖[1區域103其包含 一個視力正確的中央視力區域140 (對應於該中央視力區域134)，以及一個混合 區域142 (對應於混合區域130 )，其中該混合區域142配置於該中央視力區域14〇 ^ 之周圍並且擁將隨著該中央視力區域140之增加中的半徑而逐漸減少之光功率。 就一般的近視治療方面而言，角膜的原始輪廓144已被修飾成爲一個較低倍率之 · 切削輪廓146。 ， 第五圖（D)描繪了一個根據本發明原理之特定深度降低之切削輪廓。類似 於第五圖（C)，較深的切削輪廓128達成一接近130/zm之最大深度。在某些案 例中，該最大深度可能超過一特定角膜之最大容許切削深度。爲了減少該較深之 切削輪廊128的最大深度以達一^較能被接受的涂度105//m，以及仍維持與該較深 ]續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 22 200303741 |-1 發明說_賣頁 之切削輪廓128相同之光功率，一個配置於周遭的混合區域130被誘導形成。藉 由該混合區域130之應用’規劃該深度降低之切削輪廓132成爲可能的。如圖所 示，該較深之消切輪廓128與該深度降低之切削輪廓132兩者顯示出一個直徑接 近6.5毫米的視力區域12〇。如所示，深度降低之切削輪廓132之該中央視力區域 ^ 134的直徑大約爲5毫米’然而該切削輪廓可被規劃用以提供不同尺寸的中央視 - 力區域134。在某些案例中’該中央視力區域134的直徑可能由大約6毫米到大 · 約7毫米。在其他案例中該中央視力區域的直徑則可能由大約3毫米到9毫米。 一個說明眼睛的光功率與最大切削深度的關係之代表圖係顯示於第六圖。圖的左 · 半邊被分爲三部分··一般近視切削輪廓區150，深度調整過的近視輪廓區152以 及無效的近視折射區154。水平軸代表角膜的光功率’且垂直軸表任何一個所提 供的切削輪廓之深度。 第一區150顯示了其原理，在一系列的近視切肖!J輪廓中（如第五圖（A)所 示），當切削輪廓的深度增加時，角膜的光功率下降。這種關係一直持續到該切 削輪廓的深度達到一最大容許切削深度114 〇本區中的任何一個切削輪廓都不是 深度被調整過的。在此較佳實施例中，該最大容許切削深度係藉由自基質床深度 φ 中去除最少剩餘基質所決定。 第二區154顯示了在前述第五圖（Β)中所探討的深度降低原理。在此，關 . 於該想要的校正之一個標準切削輪廓的最大切削深度將超過角膜之最大容許切 _ 肖！1深度。爲了提供一個相對於該想要之標準切削輪廓而深度減少過之切削輪廓， 在仍未達到減少角膜光功率前，該切削輪廓係藉縮小該中央視力區域的尺寸以及 誘導出一配置於周遭的混合區域來修正。在一較佳實施例中，該角膜光功率之減 少來自於具有曲率逐漸變尖銳之中央視力區域的切削輪廓。通常，此將伴隨有面 積逐漸增大的混合區域。 [□續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 23 200303741 發明說明_頁 在一個非常高功率的校正中，或是一個呈現出大視力區域或是最大瞳孔尺寸 的病人而言，校正之切削輪廓可能擁有一個小於該視力區域的視力區域。例如， 假使該中央視力區域的尺寸很小，則可能無法將一個折射令人滿意的混合區域倂 入該切削輪廓，且仍需提供一個視力區域，其將跨越該角膜之該視力區域之範 圍。此情形出現於圖中之154區。 第五圖（E)闡明了許多此等相同原理在遠視治療中之應用。在遠視之雷射治療 中，其目的在於增加角膜的曲率及其光功率。對應地，切削輪廓160及162逐步 授予較大之減少於角膜光功率，係藉由逐步提供較深的切削於角膜組織中。再一 次，最大容許切削深度114提供了一個極限，超過其之切削可能是無用的。因此， 一個如同切削輪廓164 —樣深的切削是可接受的。在某些案例中，較強的治療或 是光學校正可能是有利的。較深的切削輪廓166代表著想要之較強治療，然而因 爲其過量的深度，該切削可能是不安全的。然而，藉由合倂一混合區域13〇於切 削輪廓166中，執行一個如切削輪廓166之校正強度的治療是可能的，但尙未切 削超過該最大容許切削深度114 〇跟之前一樣，切削輪廓的該視力區域112係藉 由該中央視力區域134與該混合區域13〇所定義。· 一個說明在遠視中眼睛的光功率與最大切削深度的關係之代表圖’亦被顯示 於第六圖。圖的右半邊被分爲三部分：一般遠視切削輪廓區170，深度調整過的 遠視切削輪廓區172以及無效的遠視折射區丨74。水平軸代表角膜的光功率，且 垂直軸表任何一個所提供的切削輪廓〇 17〇區顯示了其原理，在一系列的遠視切削輪廓中（如第五圖（E)所示之切 肖[J輪廓160與164)，當切削輪廓的深度增力塒，角膜的光功率增加。這種關係一 直持續到該切削輪廓的深度達到一最大容許切削深度。本區中的任何一個切削輪 廓都不是深度被調整過的，因爲該最大切削深度小於該最大容許切削深度114。 □續額（翻酬頁不酿用時，請註綠賴續頁） 200303741 -- 發明說日月續頁 172區說明了當所欲之視力校正的切削輪廓之最大切削深度大於角膜的最大容許 切削深度時之情況。 -了提供一個相較於該想要之切削輪廓有深度降低的切削輪廓，而仍達到角 膜光功率之增加，該切削輪廓係藉採用一周圍被配置的混合區域以及縮小該中央 視力區域的尺寸來修正。在一較佳實施例中，該角膜光功率之增加來自於具有曲 · 率逐漸變尖銳之中央視力區域的切削輪廓。通常，此將伴隨有面積逐漸增大的混 · 合區域。 在一個非常高功率的校正中，或是一個呈現出大視力機能區域的病人而言，® 該校正之切削輪廓可能擁有一個小於該視力機能區域的視力區域。例如，假使該 中央視力區域的尺寸很小，則可能無法倂入一個折射令人滿意的混合區域，且仍 需提供一個視力區域，其將跨越該視力機能區域之範圍。此情形表現於174區。 另一個針對近視治療，應用一混合區域於一切削輪廓內的說明圖係顯示於第 七圖。切削輪廓180表示一個直徑爲6毫米的標準慕那林(Munneiiyn)形狀。對一 個有大視力區域（例如直徑8毫米）的患者而言，以一個涵蓋整個8毫米視力區 域的切削輪廓來治療此患者可能是較佳的，其係藉增加一混合區域於該標準之6 · 毫米切削輪廓180來實現。爲了達到上述內容，一個標準8毫米慕那林(Munnerlyn) 切削輪廓182被計算出來，然後自位在該6.5毫米中央視力區域內部的切削輪廓 · 182減去一個固定深度，並且轉換該混合區域的形狀，介於6.5毫米至8毫米之間， · 所得結果即爲切削輪廓184。實際上，此代表著添加一個混合區域於6·5毫米視力 區域切削輪廓中，將產生一個非球狀的切削輪廓184，其係擁有較深且混合過的 8毫米視力區域。此方法亦說明於第八圖中，其係有效地達成了該標準8毫米切 肖!]輪廓的視力區域尺寸，但此必須減少該切削深度。 續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 25 200303741 _ • 發明說明續頁 該產生之混合區域的特徵包含：一個針對標準切削形狀之精準數學定義關 係，一個以半徑之函數穩定變化的光功率，以及靈活定義的參數，其係因爲光功 率變化的範圍與數量是可區分的。 過渡區域 過渡區域的功用在於導引該切削深度在該切削輪廓邊緣緩降至零深度。該過 渡區域本質上是普遍的，且非常適合實現於各種削切輪廓，包含隨意的前導波。 是否一個過渡區域爲必須的或是合意的，其通常取決於目標切削輪廓的形狀。例 如，和緩球形近視的治療牽涉一個切削輪廓，其在周圍逐漸變細，因此並不需要 有過渡區域。 相對的，散光的治療牽涉一個柱形切削輪廓，其則具有陡峭的軸末端。爲了 避免切削表面的中斷，本發明之光圈是可變化的，係依照每個系統控制器之程序 設計，以於該視力區域與該周圍的角膜表面之間加入一個和緩的散光過渡區域。 通常在本發明之治療過程中所應用到的過渡區域之形狀是以切削輪廓爲基礎。 爲了在遠視校正的過程中形成視力區域，多變的寬縫以及多變的虹膜直徑限 定了一個延伸的矩形光束。該矩形光束以該光束，係沿著一系列之周圍帶或是弧 行進，的一主要邊緣旋轉於一切削中心。過渡區域的形狀係藉該矩形光束之外部 邊緣所產生，其係當該內部邊緣沿著一位於該視力區域內部之弧旋轉時。因此， 遠視折射校正過程中之過渡區域形狀係爲用以定義該視力區域之機械配置的一 個人工製品。 再者’過渡區域的形狀係藉本發明的方法與系統在針對其他特殊切削形狀時 決定。例如，用來校正遠視散光之折射治療是一個自該視力區域向中央漸陡之柱 形的切削。沒有任何過渡區域存在時，該視力區域的邊緣可能包含切削深度的劇 ]續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 26 200303741 - 發明說明續頁 烈變化。因爲這類的中斷通常可被避免，本發明在該視力區域之外加入了逐漸陡 峭之切削深度。 土口一說明例，第九圖（A)顯示了一個近視治療’係伴隨著一個有著過渡區 域於主軸但不是在次軸上的散光。相關地’第九圖（B)顯示了一個柱形’係具 有一過渡區域位於主軸上但不是次軸上。其中該形狀有著比第九圖（A)所示者 來得大之過渡區域。在另一^例子中’第1〇圖（A)表現了一個混合的散光治療形 狀，係有著一個更大的過渡區域。如第1〇圖（B)所示，該過渡區域的大小是可 以調節的，且該過渡區域可依需要而和緩的被形成。 在本發明之另一實施例中，過渡區域組件在一系列步驟中決定了該過渡區域 形狀。首先，先決定一個正確視力區域形狀，係藉慕那林方程式或是前導波技術。 其次，一個混合區域可能隨意應用。第三，計算位在該視力區域之外部邊緣上， 或是位在混合區域上（如果混合區域存在的話）的該切削形狀的深度以及半徑斜 率。第四，一個三次曲線（cubic spline)被用來將該視力區域的外部邊緣，或是 該混合區域連結於該切削輪廓之邊緣。選擇性地，在前導波過渡區域之案例中， 該過渡區域可藉由像點平均或是藉深度之空間平均而變平滑。 一旦所要的切削形狀決定了，下一步驟即爲決定用來操控該治療切削輪廓之 實際雷射切削的參數。一個決定這些參數的特別有用之方式是藉由一切削方程 式，例如下面這個例子。 ·

TotalPulses

AblationShape = [ (PulseShapen ® Positionn) /1=1 必要地，此方程式是以一個治療切削即爲每個個別雷射脈衝總和之原理作爲基 礎。此方程式已憑經轉地印證在許多物質上，包含塑膠、牛、豬以及人類的角膜 組織。 ]續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 200303741 發明說明績頁 在此方程式中，該AblationShape變數代表著該想要得到的切削形狀。在這方 面，其是一個已知變數。該目標形狀可以是，例如，=個簡單的形狀，一個橢圓， 一個用來治療近視或是遠視的圓柱’甚至是一個用來治療雜亂的散光之馬鞍形。 該目標形狀可以是任何人爲的形狀，例如一個來自於一前導波態設備或是其他地 形圖系統的圖像。另外，該目標形狀可以包含，例如，一個混合區域或是一個深 度降低的輪廓。再者，該AblationShape可能或可能不包含一個過渡區域。 該PulseShape變數，其亦爲一已知變數，係代表被使用的每個雷射脈衝大小 之切削形狀。該PulseShape典型地依照不同的切削物質而異，例如塑膠、動物角 膜或是人類角膜。該MseShape典型地亦可依照每個雷射脈衝的直徑而異。一個 這類的切削資料之例子被顯示於第十一圖。該圖顯示了不同形狀的環形山延伸自 一個單一的雷射脈衝。所使用的每一個獨特脈衝形狀或尺寸都有一個獨特的描 述。藉由系統性地測量該形狀，其爲每個雷射脈衝切削在一個特定目標物質之 上，可能產生這類針對不同物質，例如組織或是塑膠，的基本資料。對一個特定 的物質而言，在特定的直徑下，該形狀在一雷射系統之間通常是維持一致的。 一個固定式的點雷射可能只有一種描述，當一個多變的點雷射要多少就有多 少的時候。該環形山的形狀並不需要是平的，圓形的或是對稱的。只要其可用數 學式描述或具有資料陣列，即可倂入此方程式。 爲了創造出該切削表面，決定每個雷射脈衝之應用位置是有用的。該Position 變數，其代表每個雷射脈衝的實際位置，爲一個已知的變數。此變數細節尤姐此 切削方程式而得。另一方面，該輸出是一組應用該雷射脈衝以形成該目標切削形 狀之指令。有時候此及被稱爲一個治療表。該治療表包含一個具有個別脈衝之表 單，每個都包含用於該脈衝之大小及補償或是位置。當該雷射依據該治療表之指 令而起動時，該目標形狀將生成。 Ή續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 28 200303741 發明說明$賣頁 該目標切削形狀是一個理論的槪念，它是一個想要的切削結果之數學上的完 美呈現。在另一方面，當數以千計的特定安置之短暫雷射脈衝的應用可創造出一 個實際切削形狀的時候，其達到了該理想之目標切削形狀，其最終仍只是一個近 似値。 因此，解出該Position變數可提供一對應的切削形狀之構想，該切削形狀盡 可能地趨近了該目標切削形狀。這樣，每個該數以千計之脈衝位置被個別決定以 使該理想之目標切削形狀與該實際切削形狀間的差異縮到最小。在一個使用掃瞄 雷射以進行切削組織的系統中，一個未達到此目的之現行較佳計算機技術利用了 模擬退火法（simulated annealing) 〇 其他數學方法包括，例如，SALSA演算法。SALSA是模擬退火最小平方演 算法（Simulated Annealing Least Squares Algorithm)的縮寫。其是一個用來解一個方 程式中具有數超過一萬個未知數的演算法。該演算藉由選擇：脈衝的數量、每個 脈衝的大小、以及每個脈衝的位置，來找出最佳解答。其爲一個精確的演算法， 且並無統計性的假設。 模擬退火法（SimulatedAnnealing)是一個用來解決除了棘手問題之外的最新 證明方法，而且可被用來解決前述的切削方程式。有更多完整的說明是描述在PCT 申請號PCT7US01/08337之中，申請於2001年5月14日，其全部揭露內容係倂於 此以供參考。亦可參考Press等人的著作(W.H. Press et al·，“Numerical Recipes in C” 2nd Ed·，Cambridge University Press，pp.444-455 (1992))。此方法也被更深入的討論於 同在審理中之美國專利申請案09/805,7372之內，其全部揭露內容係倂於此以供參 考。 模擬退火法是一個用來讓一方程式之參數縮到最小（或是擴到最大）的方 續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 29 200303741 發明說明續頁 法，其特別適用於有著大規模，拙劣表現函數空間的問題。模擬退火法可在相同 方式下應用，不論縮尋空間中出現了多少範圍。它可用來最佳化任何狀況其可以 數字表現，且它並不需要衍生物。舉例來說，它也可提供精確的總體極小値儘管 是在搜尋空間之局部極小値當中。 t 本發明之方法與設備可被提供於一個或是更多這類使用之成套工具當中。該 等成套工具可包含一個用來雕刻一光學表面之系統，例如眼睛的視力表面，以及 使用指令。非必須地，這類成套工具更可包含其他關於本發明敘述之系統元件， 以及其他任何與本發明有關的物質或是品目。該使用指令可提出如前所述的任何 方法。 當上述內容提供了本發明較佳實施例之充分而完整的揭露之時，各種修飾、 可替換的解釋與同義字可依需要而使用。因此，上述的描述與說明不應限制本發 明，而本發明係藉所附之申請專利範圍來定義。 【圖式簡單說明】 第一圖：係用以體現本發明之雷射手術系統示意圖。 第二圖：係用以體現本發明之雷射手術系統方塊圖。 第三圖：係用以說明使用於雷射系統的一可動式隙縫與可變光圈之平面示意圖。 第四圖：係槪要說明用以處理角膜的切削輪廓。 第五圖(AMD):係說明處理角膜（近視）的切削輪廓。 第五圖(E):係說明處理角膜（遠視）的切削輪廓。 第六圖：係說明在近視與遠視處理中的切削深度與角膜光功率之關係。 第七圖與第八圖：係槪要說明用以處理角膜的切削輪廓。 ]續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 200303741 發明說明 第九圖(A)及(B)與第十圖(A)及(B):係槪要說明本案之過渡區域 第十一圖：係槪要說明用於一系列雷射脈衝之角膜切削資料。 E :眼睛 100 :雷射切削處理 P =患者 102 :雷射切削輪廓 10 :雷射系統 103 :切削區域 12 ： mi 104 :角膜 14 :雷射光束 106 :虹膜 16 :雷射傳送儀 108 :最大瞳孔尺寸 18 :支架 110 :視力區域 20 :顯微鏡 112 :視力區域 21 :內嵌式電腦 114 :角膜最大容許切削深度 22 :處理器 120 :切削輪廓 29 :有形儲存媒體 122 :切削輪廓 34 :治療表 124 :切削輪廓 36 :感應器 126 ··切削輪廓 38 :虹膜馬達 128 :切削輪廓 41 :切削輪廓組件 130 :混合區域 43 :過渡區域組件 132 :切削輪廓 45 :混合組件 134 :中央視力區域 46 :馬達驅動器 140 :視力正確的中央視力區域 47 :模擬退火組件 142 :混合區域 48 :準分子雷射 144 :原始輪廓 60 :控制器 146 :較低倍率之切削輪廓 62 :第一掃瞄軸 150 : —般近視切削輪靡區 64 :第二掃瞄軸 152 :深度調整過的近視輪廓區 66 :縫寬驅動器 154 :無效的近視折射區 68 :縫角驅動器 160 :切削輪廓 70 :光束角驅動器 162 :切削輪廓 72 :資料庫 164 ··切削輪廓 74 :輸入儀 170 : —般遠視切削輪廓區 80 :柱形葉片 172 :深度調整過的遠視輪廓區 82 :柱形葉片 174 :無效的遠視折射區 84 :平台 180 :切削輪廓 86:箭頭 182 :切削輪廓 88 ： mm 184 :切削輪廓 90 :虹膜 31

Claims (1)

1. 200303741 申請專利範圍 ι· 一種系統，係用以重新描塑一眼睛角膜表面由一原有形狀變成一具有校正過之 改良光學性質的後來形狀，該系統包含： ⑻一處理器，可產生一切削輪廓，其具有一位於一中央視力區域周圍之混合 區域，以及 (b) —雷射系統，其根據該切削輪廓將雷射能導至該角膜上，以重新描塑該角 膜表面由該原有形狀變成該後來形狀，該後來形狀之一切削區域包含： (i) 一視力正確的中央視力區域，係位於該角膜的中央部位，該中央視力區域 係由該切削輪廓之中央視力區域所形成，以及 (ii) 一混合區域，係位於該中央視力區域周圍且至少部分位於眼睛之一視力區 域中，該混合區域具有一光功率，其係隨著始自該中央視力區域之半徑的增加， 而以一函數形式逐漸減少，且該混合區域係由該切削輪廓之該混合區域所形成。 2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該處理器包含一模擬退火組件以產生該切 削輪廓，該切削輪廓趨近一理想的目標形狀。 3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該視力區域之面積等於眼睛之一最大瞳孔 尺寸。 4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該混合區域具有一光功率，其係隨著向外 朝向一切削區域邊緣之半徑的增加，而以一線性函數形式逐漸減少。 5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該混合區域之光功率係隨著向外朝向該視 力區域邊緣之半徑的增加，而以一線性單調函數形式逐漸減少，且該混合區域終 止於一切削區域的邊緣。 6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該切削輪廓更包含一過渡區域’其係位該 混合區域邊緣，介於一具有該混合區域之界面與一切削輪廓邊緣之間，該過渡區 □續次頁 (申請專利範圍頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 32 200303741 申請專利_謹[_胃 域{系藉一組徑向三次曲線所定義，且其中該後來形狀之該切削區域更包含 區域，其係位於該混合區域周圍，介於一具有該混合區域之界面與—切削區域邊 緣之間，該過渡區域係藉該切削輪廓之該過渡區域來實現。 7·如申請專利範圍第1項之系統，其中該切削輪廓之一最大切削深度係小於^^ 於該角膜之一最大容許切削深度。 8. 如申師專利範圍第1項之系統，其中該角膜表面之形狀可由—原有形狀被重新 描塑成一可減緩近視的形狀。 9. 如申師專利範圍第1項之系統，其中該角膜表面之形狀可由一原有形狀被重$ 描塑成一個可減緩遠視，老花眼，散光或是不規則散光的形狀。 10. 如申師專利範圍桌1項之系統，其中一橫跨過該中央視力區域的尺寸約爲$ 至7毫米。 11· 一種成套工具，係包含： 一系統，用以重新描塑一眼睛角膜表面由一原有形狀變成一具有校正過之改良光 學性質的後來形狀，該系統包含： (a) —處理器，可產生一切削輪廓，其具有一位於一中央視力區域周圍之混合 區域，以及 (b) —雷射系統，其根據該切削輪廓將雷射能導至該角膜上，以重新描塑該角 膜表面由該原有形狀變成該後來形狀，該後來形狀之一切削區域包含： (i) 一視力正確的中央視力區域，係位於該角膜的中央部位，該中央視力區域 係由該切削輪廓之中央視力區域所形成，以及 (ii) 一混合區域，係位於該中央視力區域周圍且至少部分位於眼睛之一視力區 域中，該混合區域具有一光功率，其係隨著始自該中央視力區域之半徑的增加， 而以一函數形式逐漸減少，且該混合區域係由該切削輪廓之該混合區域所形成； 以及 D續次頁（申請專利範圜頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 33 200303741 申請專利範圍/續;g 指令，以利用該系統來重新描塑一眼睛角膜表面。 12·如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該處理器包含一模擬退火組件以產 生該切削輪廓，該切削輪廓趨近一理想的目標形狀。 13.如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該視力區域之面積等於眼睛之一最 大瞳孔尺寸。 14·如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該混合區域具有一光功率，其係隨 著向外朝向一切削區域邊緣之半徑的增加，而以一線性函數形式逐漸減少。 15. 如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該混合區域之光功率係隨著向外朝 向該視力區域邊緣之半徑的增加，而以一線性單調齒數形式逐漸減少，且該混合 區域終止於一切削區域的邊緣。 16. 如申旨靑專利範圍第11項之成套工具’其中該切削輪廊更包含一過渡區域，甘 係位該混合區域邊緣，介於一具有該混合區域之界面與一切削輪廓邊緣之間，該 過渡區域係藉一組徑向三次曲線所定義，且其中該後來形狀之該切削區域更包含 一過渡區域，其係位於該混合區域周圍，介於一具有該混合區域之界面與一切削 區域邊緣之間，該過渡區域係藉該切削輪廓之該過渡區域來實現。 17. 如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該切削輪廓之一最大切削深度係小 於或等於該角膜之一最大容許切削深度。 18. 如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該角膜表面之形狀可由一原有形狀 被重新描塑成一可減緩近視的形狀。 19. 如申請專利範圍第11項之成套工具，其中該角膜表面之形狀可由一原有形狀 被重新描塑成一個可減緩遠視，老花眼，散光或是不規則散光的形狀。 2〇.如申請專利範圍第11項之成套工具，其中一橫跨過該中央視力區域的尺寸約 爲6至7毫米。 21. —種用以準備執行一切削手術程序之方法，該手術程序係利用切削角膜之一 ΓΊ續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時’請註記並使用續頁） I-* 200303741 申請專利範圍續頁 部分來產生一切削區域，該方法包含決定一切削區域，其中該切削區域包含： ⑷一視力正確之中央視力區域，係位於該角膜之一中央部位，以及 (b)—混合區域，係位於該中央視力區域周圍且至少部分位於眼睛之一視力區域 中’該混合區域具有一光功率，其係隨著始自該中央視力區域之半徑的增加而逐 漸減少。 22. —種用以準備執行一手術程序之方法，該手術程序係利用重新描塑一眼睛角 膜表面，該方法包含： (a) 決定一第一切削輪廓之最大目標深度， (b) 決定該角膜之一最大容許切削深度，以及 (c) 當該第一切削輪廓之該最大目標深度大於該角膜之該最大容許切削深度 時，決定一深度降低之削切輪廓。 23. —種用以準備執行一切削手術程序之方法，該手術程序係利用切削角膜之一 部分來產生一切削區域，其提供一切削表面，該方法係包含決定一切削區域，其 中該切削區域包含： (a) —切削過之中央視力區域，係位於該角膜之一中央部位，該中央視力區域提 供一視力正確之中央視力表面，以及 (b) —切削過之混合區域，係位於該切削過之中央視力區域周圍且至少部分位於 眼睛之一視力區域中，其中該視力區域提供一個視力表面； 該切削過之混合區域提供一混合表面，該混合表面係位於該中央視力表面周圍且 至少部分位於眼睛之該視力表面中，該混合表面具有一光功率，其係隨著向外朝 向一切削表面邊緣之半徑的增加，而以一函數形式逐漸減少。 24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該切削區域更包含一過渡區域，其係& 於該混合區域周圍，介於一具有該混合區域之界面與一切削區域邊緣之間’該過 渡區域係提供一過渡表面，該過渡表面係位於該混合表面邊緣，介於一具有該混 I]續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時，請註記並使用續頁） μ 200303741 申請專利範圍續頁 合表面之界面與一切削表面邊緣之間。 25. —種用以準備執行一切削手術程序之方法，該手術程序係利用重新描塑一眼 睛角膜表面，該方法包含： (a) 決定一具有一中央視力區域之切削輪廓，以及 (b) 增加一混合區域於該切削輪廓以產生一修飾之切削輪廓，該混合區域係位於 該中央視力區域周圍。 26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中在步驟⑹之前，該方法包含增加一過 渡區域於該修飾之切削輪廓中，該過渡區域係位於該混合區域周圍，介於一具有 該混合區域與一切削輪廓邊緣之間。 36