TWI574677B - 眼球雷射方法及其裝置 - Google Patents

Description

眼球雷射方法及其裝置

本發明係關於飛秒眼科雷射裝置及方法，其可用於LASIK屈光手術，如在角膜上創造角膜瓣，或需要去除特定部位角膜及晶體組織之其他應用，如角膜移植、基質隧道、角膜晶體摘出及白內障手術等。

雷射視力矯正(LVC)技術係利用準分子雷射修改角膜形狀。LASIK(雷射原位層狀角膜成塑形)為目前最普遍使用之方法，於所有LVC中佔約85%。傳統上，在進行LASIK時，醫師係使用醫療用微型角膜刀(實體刀具)在角膜上切出角膜瓣。但近年來，越來越多醫師採用飛秒雷射技術，以數十萬發微小雷射脈衝在角膜上製造劈裂面(「切口」)，藉此產生LASIK角膜瓣。

以飛秒雷射切割角膜瓣較醫療用微型角膜刀更加安全、穩定且靈活。此外，相較於醫療用微型角膜刀，飛秒雷射較不易引發如穿孔角膜瓣(角膜過凸)、分離角膜瓣(角膜過平)及不規則角膜瓣等併發症。並且，飛秒雷射系統具有廣泛之其他光學相關應用，包括角膜移植、基質隧道、角膜晶體摘出及白內障手術等等。

然而，現今之飛秒雷射系統有其限制：目前飛秒雷射系統之整體尺寸遠大於醫療用微型角膜刀系統。再者，除Ziemer Ophthalmic AG之Femto LDV系統以外，其他現有飛秒雷射系統均必須將患者眼球對準固定之雷射光束釋放點。此二因素致使患者與醫師在手術過程中產生不適之感。若以醫療用微型角膜刀切割角膜瓣，可於原地接續實施準分子雷射系統之角膜重塑，無需移 動患者；而飛秒雷射系統因體積龐大且要求定點施打，因此手術過程中必須移動患者位置，往往甚至必須移動至另室接受角膜重塑。以飛秒雷射切割角膜瓣亦需較長之手術時間(手術流程較慢)，因為雷射角膜瓣創建後必須靜候一段等待時間(待空穴氣泡擴散)不能移動患者。此亦為全球多數眼科診所仍採用醫療用微型角膜刀提升工作流程效率之主因。

Rathjen之美國專利7,621,637號案描述之眼科裝置成功解決上述有關大小、施打靈活性及手術時間(以較小雷射光點縮小空穴氣泡尺寸)等問題，現為Ziemer Ophthalmic AG之Femto LDV系列設備所採用。Rathjen之技術包括將雷射經由一反射鏡加透鏡中繼臂導入手持件，並利用真空泵將位於該手持件末端之抽吸單元固定於患者眼球。此系統採用線條掃描圖樣切削法，其係以較高速掃描器建立一圖樣後，再以較低速掃描器移動該圖樣，藉此涵蓋必要之切削區域。圖樣有多種方式移動，包括沿中心軸旋轉以切削必要區域。此種雷射切削法與定點系統所使用之傳統方法恰為對比。前述之定點系統能夠映射出角膜區域，且其雷射光點足以提供切削該必要圖樣所需之雷射功率及掃描速度。但在將雷射透過光學單元(反射鏡加透鏡中繼臂)導入可動手持件之系統中無法運用。Rathjen所提議之方法具有若干缺點。首先，為避免平移馬達於線條旋轉時造成眼球上之圖樣變形，雷射脈衝線條掃描圖樣必須於行經該傳輸臂後確實保持與平移馬達軌跡道垂直。Rathjen為此特別加設一旋轉元件以確保維持垂直軌跡。但此一設計使得裝置結構更加複雜卻更不可靠，且可能增加製造成本。其次，任何由線條創建之圖樣均具一固有寬度(線條之最小長度)，因此對於可用3D軌跡之靈活性構成限制。第三，醫師不易將手持件所附之吸環對準眼球中心。將吸環連接於眼球後尚需精細移動來使雷射光點中心對準於眼球中心。最後，目前設計是利用反射鏡加透鏡中繼光學臂將雷射光束從主機傳送至 手持件，但在光學臂中設置透鏡不僅可能擴大對齊不良之問題，亦會使模組結構更加複雜。

本發明之眼科裝置係利用行經旋轉反射鏡套件模組之飛秒雷射光束取代反射鏡中繼光學臂。本發明單純使用反射鏡，因此光學系統之設計及操作俱可簡化。該旋轉反射鏡套件模組係連附於一主機及一手持件模組，該手持件模組中之二維XY掃描裝置將雷射光束偏射根據預設的雷射脈衝圖樣。藉由將切削區域畫分為一以眼球角膜為中心之12x12mm矩陣網格，可產生所需切削圖樣。將此矩陣網格進一步劃分為個別小格，且切削動作係依預設順序於每一個別小格逐一實施，直到矩陣網格中之所有小格均已切削為止。此法不需使用光學補償旋轉元件，亦無前案技術所遭遇之軌跡限制。該吸環吸附於眼球中心時並不與手持件模組相連，而是待吸環固定於眼球後，再將手持件模組透過一滑鎖機構與該吸環連接。此方法可確保吸環與手持件模組之準齊。

本發明亦提供一種利用眼科裝置之眼球組織切削方法，其係包括以一飛秒雷射產生脈衝雷射光束，並以一雷射擴束器導引產生之雷射光束。本發明使用一受電腦控制之電子啟動快門以及一旋轉反射鏡套件模組，俾使該雷射光束垂直入射於該手持件模組之進入平面。該雷射光束打入該手持件模組中所設之二維XY掃描器，產生一預設雷射脈衝掃描圖樣(以下稱為「掃描圖樣」)。 該掃描圖樣同軸施用於該手持件模組中一架設於XYZ平移馬達上之可縮放掃描聚焦鏡片，該鏡片將該掃描圖樣聚焦於該患者眼球。一XYZ平移馬達將角膜區域映射為由複數個別小格所構成之矩陣網格，藉此依據一預設圖樣在患者眼球上移動該掃描圖樣。該掃描圖樣係於完成一小格之切削後再依照一預設順序移動至下一小格進行切削，直到矩陣內之所有小格均完成切削為止。掃描小格之順序可加以變化。一般而言最具效率之方法是從一小格移動至一相鄰小格， 直到該矩陣之所有小格完成掃描為止。每一小格之掃描可採用隨機產生之雷射光束點依據任何所需掃描圖樣進行掃描。

10‧‧‧眼科裝置

11‧‧‧主機

12‧‧‧操作介面

13‧‧‧腳踏開關

14‧‧‧電腦

15‧‧‧飛秒雷射

16‧‧‧旋轉反射鏡套件模組

17‧‧‧手持件模組

18‧‧‧雷射擴束器

19‧‧‧二維XY掃描器

21、35‧‧‧反射鏡

22‧‧‧可縮放掃描聚焦鏡片

23‧‧‧眼球

24‧‧‧XYZ平移馬達

25‧‧‧快門

26‧‧‧吸環

27‧‧‧真空泵

28‧‧‧滑鎖機構

30‧‧‧把手

31‧‧‧小格

32‧‧‧矩陣網格

33‧‧‧順序

34‧‧‧光束點

本案附圖係為闡釋本發明之內容，其構成本說明書之一部分，且配合以下描述說明本發明原理。

[第一圖]係為本發明裝置中關鍵模組之外觀圖，顯示各模組如何組成本發明之飛秒雷射眼科手術裝置。

[第二圖]係為本發明飛秒雷射眼科手術裝置之方塊圖。

[第三圖]係為第一圖及第二圖中手持件模組之概要圖，顯示該反射鏡套件模組中之飛秒雷射特性變化，打入二維XY掃描器後由架設於平移馬達上之可縮放掃描聚焦鏡片加以聚焦。

[第四圖]係為手持件模組及吸環滑鎖機構之側視概要圖。

[第五圖]係為映射成矩陣網格之角膜區域，以及該矩陣中個別小格之掃描圖樣。

[第六圖]係為矩陣中個別小格之水平蜿蜒掃描順序。

[第七圖]係為矩陣中個別小格之螺旋掃描順序。

本發明之雷射眼科手術之眼科裝置10係如圖所示，尤見於第一圖、第二圖及第三圖者，其係包括一與主機11相連之操作介面12。一腳踏開關13及上述操作介面12連接至該主機11內之電腦14。該主機11內部之飛秒雷射15產生雷射脈衝，受一附加旋轉反射鏡套件模組16導引。該眼科裝置10具有該主機11及一連接至旋轉反射鏡套件模組16任一端之手持件模組17。一雷射擴束器18設置於該主機11中，使雷射光束點先經放大後再進入該旋轉反射鏡套件模組16。該雷射光束通過具有反射鏡21之旋轉反射鏡套件模組16(亦可依需要包含三 枚以上之反射鏡)，而後於該二維XY掃描器19垂直入射至該手持件模組17中。 二維XY掃描器19使該雷射光束轉向以創造一雷射脈衝掃描圖樣。該手持件模組17內部設有一可縮放掃描聚焦鏡片22，用於縮小該雷射光束點大小。該鏡片架設於該手持件模組17中之XYZ平移馬達24上，XYZ平移馬達24可將該掃描圖樣依據一預設順序在患者眼球23上移動。

以下更具體說明光線路徑，本發明之脈衝產生器係一飛秒雷射15，其脈衝寬度小於1000飛秒，脈衝重複率大於10KHz。雷射光束點大小經一雷射擴束器18放大後鎖在快門25後方，直到使用者踩下腳踏開關13為止。當使用者踩下腳踏開關13時，光束持續行經該旋轉反射鏡套件模組16，並進入該手持件模組17，如第二圖所示。在手持件模組17中，雷射光束由二維XY掃描器19偏射為一預設掃描圖樣，並由一反射鏡35偏射以依據一矩陣網格順序切削角膜。該角膜係劃分為許多個別小格，如第五圖、第六圖及第七圖所示，此等小格組成一涵蓋整個角膜區域之矩陣網格。雷射會依序完成每一小格之掃描，完成一個小格之後再繼續移動至下一小格，直到掃描完該矩陣中之所有小格為止。矩陣中之每一小格31可用一隨機產生之雷射光束點34完全掃描所有小格31或以所需之任何掃描圖樣進行掃描。掃描圖樣之雷射脈衝重複率最多可為2MHz。

如第三圖及第四圖所詳示者，該手持件模組17中設有一緊密之低光圈數(高數值光圈)可縮放掃描聚焦鏡片22，該可縮放掃描聚焦鏡片22係裝設於一XYZ平移馬達24上，用以將該雷射光束之光點大小縮小至3微米以下。相較於目前飛秒眼科系統常用之平場聚焦透鏡，此架設於XYZ平移馬達24上之可縮放掃描聚焦鏡片22尺寸較小但聚焦能力更大。因聚焦能力較大，所產生之雷射光束點較小，於相同之能量密度下可減少所需能量。能量降低時，產生之空穴氣泡較小，且可更快為周遭組織所吸收，因此有助於減少聲波衝擊所造成之 光分裂。此外，由於鏡片尺寸較小，故可納入體積較小之手持件模組，更容易整合於現有之LASIK用UV眼科雷射裝置。

該手持件模組17係經第四圖所示之透明拋棄式吸環26吸附於眼球。使用時係將該拋棄式吸環26放置於眼球23上，並以真空泵27產生低壓而將吸環26固定。再將手持件模組17透過一滑鎖機構連接至該可卸除之拋棄式吸環26。該雷射光束通過拋棄式吸環26打上眼球23角膜。吸環26係設置於眼球23上，使用一顯微鏡對齊。對齊後，使用者將手持件模組17推入與吸環26結合之適當定位。由於該吸環26完全透明，因此透過顯微鏡觀看時可輕易對齊。一把手30內連接有真空線路，且具有一滑鎖機構28，如第四圖所示。

至此應知本發明之一項重點為將掃描區域劃分為由小格31組成之矩陣網格32，而後完成個別小格31之掃描後再依照順序33進行下一小格31之掃瞄。每一小格31內之掃描可採用隨機產生之光束點34掃描，或採用任何涵蓋整個小格31之其他掃描圖樣，例如第五圖所示之一小格，而後再移至下一小格。所述小格31位於一矩陣網格32中，且使用雷射光束掃瞄每一小格31，於每一小格內依據所需之任何圖樣移動，如一隨機產生之光束點34掃描，而後前往下一小格31。第六圖中，角膜區域映射為一矩陣網格32，所述矩陣網格32包含複數個別小格31及用以涵蓋網格之水平蛇行或蜿蜒掃描路線或順序33，矩陣中之每一個別小格係沿一水平軸進行掃描。掃瞄時於完成每一小格之掃瞄後進行同一水平列中下一小格之掃瞄，直到該網格完成掃描為止。第六圖顯示各小格之掃描順序33，待一小格31該掃描完成後，進行該矩陣同一列中一相鄰小格31之掃瞄，待此列所有小格完成掃描後，即進行該矩陣中下一列之掃瞄，直到所有掃描完成為止。第七圖顯示一螺旋掃描順序33，先掃瞄最外圈小格31中之每一小格31，然後繼續移動直到掃描完所有小格為止。

參閱第一圖至第七圖所示，本發明之眼科裝置10具有一主機11及一手持件模組17，該手持件模組17經由一旋轉反射鏡套件模組16與該主機11相連，該旋轉反射鏡套件模組16具有複數反射鏡21。主機11中設有一飛秒雷射15之光源。一設置於飛秒雷射15之光源與旋轉反射鏡套件模組16間之快門25可經手動操作控制雷射脈衝之雷射光束輸出。本發明之眼科裝置10包含一雷射擴束器18，用以放大飛秒雷射光束之雷射光點，並在該手持件模組17中設有二維XY掃描器19，用以將雷射光束依據一預設之雷射脈衝圖樣進行掃描。該手持件模組17中設有一XYZ平移馬達24，該XYZ平移馬達24上架設有一可縮放掃描聚焦鏡片22。所述XYZ平移馬達24係自雷射掃描器(亦即該二維XY掃描器19)接收預設之雷射脈衝圖樣，由雷射掃描器(亦即該二維XY掃描器19)將預設雷射脈衝圖樣掃描至患者眼球23上，藉此完成掃描圖樣(亦即該矩陣網格32)個別小格31中之切削。一可拆式吸環26係供放置於患者眼球23上，而後經一滑鎖機構28連附至該手持件模組17，用以掃描眼球23。切削區域係映射為一包含眾多個別小格31之矩陣網格32，該矩陣網格32中個別小格31之切削係逐一進行，直到患者眼球23上映射矩陣網格32中之所有小格31均已切削為止。

參閱第一圖至第七圖所示，本發明之眼球組織切削方法包括該將患者眼球之切削區域映射為一由複數個別小格31組成之矩陣網格32，而後以一飛秒雷射15之光源產生雷射光點之雷射光束。該飛秒雷射15之光源產生之雷射光束繼而經一旋轉反射鏡套件模組16導向，俾使該雷射光束進入一手持件模組17時係垂直入射於其進入平面。產生之雷射光束打入該手持件模組17中之雷射掃描器(亦即該二維XY掃描器19)，產生一預設雷射脈衝掃描圖樣。一XYZ平移馬達24支撐一可縮放掃描聚焦鏡片22。之後將該雷射掃描器產生之預設雷射脈衝掃描圖樣施加於受XYZ平移馬達24所支撐之可縮放掃描聚焦鏡片22上，經由該可縮放掃描聚焦鏡片22將該預設雷射脈衝掃描圖樣聚焦於患者眼球23，並將 預設雷射脈衝圖樣掃描至患者眼球23上，以完一個別小格31之切削。矩陣網格32中之個別小格31係以一次一個小格之方式逐一切削，直到患者眼球23上映射矩陣網格32中之所有小格31均完成切削為止。矩陣網格32之切削順序可為第六圖所示之蜿蜒狀個別小格順序33，或可為第七圖所示之螺旋狀個別小格順序33。該程序可包括在一可調式手持件模組17中選擇一架設於XYZ平移馬達24上之可縮放掃描聚焦鏡片22。該程序亦可包括將飛秒雷射15之光源裝設於一主機11中且將該手持件模組17之雷射掃描器(亦即該二維XY掃描器19)經由一旋轉反射鏡套件模組16連接至該主機11。該程序中之其他步驟可包括選擇一雷射擴束器18，並將該飛秒雷射15打入該主機11中之該雷射擴束器18內，以放大該飛秒雷射光束點，並選擇一具有可拆式吸環26之手持件模組17，該可拆式吸環26與手持件模組17係經滑鎖機構28相連，藉此將該手持件模組17裝附至患者眼球23。

綜上所述，本發明飛秒雷射眼球手術方法及裝置之優點在於可利用一旋轉反射鏡套件模組(不同於反射鏡加透鏡)遠距將雷射光束傳輸進入一手持件模組，並利用一由小格組成之矩陣網格依序切削組織。然圖中所示之形式僅屬說明性質而非限定性質，不應構成本發明之限制。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及創作說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

11‧‧‧主機

12‧‧‧操作介面

13‧‧‧腳踏開關

14‧‧‧電腦

15‧‧‧飛秒雷射

16‧‧‧旋轉反射鏡套件模組

17‧‧‧手持件模組

18‧‧‧雷射擴束器

19‧‧‧二維XY掃描器

21、35‧‧‧反射鏡

22‧‧‧可縮放掃描聚焦鏡片

23‧‧‧眼球

24‧‧‧XYZ平移馬達

25‧‧‧快門

26‧‧‧吸環

27‧‧‧真空泵

Claims (14)

1. 一種眼科裝置，其係包含：一主機；一手持件模組，其係經一旋轉反射鏡套件模組連接於該主機；一飛秒雷射光源，位於該主機內且具有一雷射脈衝之雷射光束輸出，所述輸出係經由該旋轉反射鏡套件模組導向該手持件模組；一雷射掃描器，位於該手持件模組內，用以將接收之雷射光束掃描成一預設雷射脈衝圖樣；一XYZ平移馬達，位於該手持件模組內；一可縮放掃描聚焦鏡片，裝設於該XYZ平移馬達上，用以自該雷射掃描器接收該預設雷射脈衝圖樣，並將該預設雷射脈衝圖樣掃描至一患者眼球上，其掃描係於一小格矩陣之一系列個別小格完成每一小格之切削；以及一可拆式吸環，位於該手持件模組內，且可設置於患者眼球上；藉此，可於映射為複數個別小格矩陣之一切削區域內一次切削一小格，直到患者眼球上該映射矩陣內之所有小格均完成切削為止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之眼科裝置，其係包括一雷射擴束器，該雷射擴束器裝設於該飛秒雷射光源與該旋轉反射鏡套件模組之間，用以放大該飛秒雷射光束雷射光點之輸出。
3. 如申請專利範圍第2項所述之眼科裝置，其中，該手持件模組內之該可拆式吸環包括一滑鎖機構，用以將該吸環鎖固定位。
4. 如申請專利範圍第2項所述之眼科裝置，其中，該雷射掃描器係一二維XY掃描器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之眼科裝置，其中，該旋轉反射鏡套件模組內包含複數反射鏡。
6. 如申請專利範圍第2項所述之眼科裝置，其係包括一裝設於該飛秒雷射光源與該旋轉反射鏡套件模組間之手動快門。
7. 一種眼球組織切削方法，其係包含以下步驟：將一切削區域映射為一具有複數個別小格之矩陣；從一飛秒雷射光源產生一雷射光束；以一旋轉反射鏡套件模組導引該產生之雷射光束，俾使該雷射光束進入一手持件模組時係垂直入射於其進入平面；將該產生之雷射光束打入該手持件模組內之一雷射掃描器中，藉此產生一預設雷射脈衝掃描圖樣；選擇一由XYZ平移馬達支撐之可縮放掃描聚焦鏡片；將由該雷射掃描器產生之該預設雷射脈衝掃描圖樣施加於受該XYZ平移馬達支撐之可縮放掃描聚焦鏡片上；將雷射脈衝之該預設掃描圖樣聚焦於一患者眼球；以及切削該矩陣之複數小格，先完成一個別小格之切削後再進行下一小格之切削；藉此逐一切削矩陣中之每一小格，直到該患者眼球中該映射矩陣之所有小格均已切削為止。
8. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其中，該小格矩陣之切削係每次切削一小格，沿一通過小格矩陣之蜿蜒路徑，從一小格至下一小格。
9. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其中，該小格矩陣之切削係一次切削一個小格，沿一通過小格矩陣之螺旋路徑，從一小格至下一小格。
10. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其中，該小格矩陣之每一小格係由一隨機產生之雷射脈衝光束加以切削。
11. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其係包括以下步驟：將所選由XYZ平移馬達支撐之可縮放掃描聚焦鏡片架設於一可調式手持件模組中。
12. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其係包括以下步驟：將該飛秒雷射光源裝入一主機並將該雷射掃描器裝入一手持件模組，該手持件模組係經一旋轉反射鏡套件模組連接至該主機。
13. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其係包括以下步驟：選擇一雷射擴束器並將該飛秒雷射打入一主機內之該雷射擴束器中，藉此放大該飛秒雷射光束之光點大小。
14. 如申請專利範圍第7項所述之眼球組織切削方法，其係包括以下步驟：選擇一手持件模組，該手持件模組具有一可拆式吸環，該可拆式吸環係由一滑鎖機構連結，而可將該手持件模組附加至患者眼球。