專利名稱：激光束眼科手術方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種屈光眼手術，尤其涉及使用一個或幾個激光束在剝離角膜組織時進行隨機掃描從而使眼的角膜重新整形的屈光眼手術。本申請是本申請人的序列號為No.08/352,357，申請日為1994，12，9，名稱為“激光束眼科手術方法和裝置”的美國專利申請的繼續(xù)。
角膜是具有幾乎同心的前表面和后表面的薄殼，其中心厚度大約為520微米。其具有1.377的折射率和7.86mm的標稱的曲率半徑。形成角膜的前表面的上皮中心的厚度在青年人中大約為70微米。在上皮下面是厚度大約為12微米的被稱為鮑蔓氏層或鮑蔓氏膜的層。這覆蓋住基質的前表面，構成角膜的主體，并主要由膠原纖維組成。內(nèi)皮形成角膜的后層，并且是一個單細胞層。
大約眼的折光力的3/4由角膜的前表面的曲率確定，因此，改變角膜的形狀是一種用于大大減少或消除眼的屈光誤差的方法。基質是足夠厚的，因而其前部區(qū)域的部分可被剝除以便改變其外形，并且因而改變眼的折射力以達校正的目的，同時保留剩余的大部分基質組織。
已有各種激光被用于眼科手術，包括治療青光眼，白內(nèi)障和屈光手術。對于屈光手術(或角膜整形)，紫外(UV)激光例如193nm準分子激光器和213nm的五次諧波的NdYAG已在被稱為光反射角膜切除術(PRK)的過程中被用于大面積的角膜表面切除。角膜整形也可以通過利用使用纖維連接的通常利用HoYAG激光器進行的接觸或非接觸型的激光熱凝固實現(xiàn)。
由于被用于光剝離角膜組織從而對角膜整形的準分子激光器(193nm)和五次諧波固態(tài)激光器(190nm-215nm)的發(fā)展，屈光手術已達到一個新的階段。已經(jīng)提出了若干種方法用于把激光束傳遞到角膜的表面，其中包括使用掩膜片或膜片，并移動掩膜片或膜片以便阻擋激光束使得在角膜的外表面上得到所需的曲率。也已經(jīng)提出使用掃描器移動角膜外表面上的激光束光點，以便剝離組織而改變角膜上的曲率。使掩膜片或膜片和掃描器相結合而阻斷并移動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產(chǎn)生粗糙的或臺階狀的角膜表面。當激光和角膜組織相互作用時，則產(chǎn)生一些留在角膜表面上的水(類似于汗水)。這在新的激光脈沖到達角膜時，將改變剝離量。如果不考慮這個因素，則可能引起被稱為“島”的不規(guī)則的形狀。中心的角膜島已經(jīng)結合現(xiàn)有的激光束輸送系統(tǒng)被描述了。
掃描或者掩膜片和掃描方法相結合可以產(chǎn)生光滑的角膜表面，但是，不對稱的激光束和汗水的影響將產(chǎn)生島的效果，這是由于在角膜表面的每側或每點上的不對稱的剝離而引起的。
本發(fā)明可以使用由分裂一個激光束而形成的一個、兩個或幾個激光束，并使用激光束的隨機掃描圖形在角膜上掃描激光束。通過使用由在計算機控制器中預定的程序控制的一個或幾個掃描裝置在角膜上或角膜內(nèi)同時掃描空間能量分布方式。計算機從對于被指定的區(qū)域預選的非隨機掃描點的數(shù)據(jù)庫中產(chǎn)生一個隨機掃描圖形。因為激光束位于角膜上并在角膜上移動，所以角膜將補償當激光和角膜組織相互作用時發(fā)生的汗水影響的不均勻的狀態(tài)以及非對稱的激光束空間能量分布。
屈光誤差可以被分成兩類，即球狀的和圓柱狀的。球狀誤差能夠以近視或遠視影響視力。柱狀誤差能夠以近視或遠視散光影響視力。本發(fā)明還使用計算機程序以便避免在遠視散光的情況下剝離角膜的中心部分，這形成了更安全的、更可預測的和更快的手術步驟。在角膜的合并有散光的遠視的情況下，中心不被剝除。
用于剝離病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法包括以下步驟產(chǎn)生激光束，把產(chǎn)生的激光束引向掃描器，并利用產(chǎn)生的隨機掃描圖形信號在病人的角膜的表面上按照隨機掃描圖形掃描激光束，從而剝離病人眼睛的角膜表面。計算機產(chǎn)生隨機圖形激光束控制信號，用于控制掃描器按照隨機掃描圖形在角膜上掃描，并包括選擇非隨機掃描點的數(shù)據(jù)庫，以便在病人眼睛的角膜上掃描激光束，然后隨機地選擇非隨機掃描點，用于預定掃描點的隨機掃描。提供了一種激光眼科手術裝置，其包括用于產(chǎn)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產(chǎn)生預定的掃描圖形的掃描器。計算機用于產(chǎn)生隨機掃描圖形信號并和掃描器相連，用于控制掃描器按照隨機覆蓋的掃描光束圖形在預定的區(qū)域上掃描。導向光學系統(tǒng)把隨機圖形掃描光束引導到病人眼睛的角膜上，以便剝除眼睛角膜的一部分。
本發(fā)明的其它的目的、特點和優(yōu)點通過下面的說明和附圖將看得更加清楚，其中

圖1是隨機激光束角膜剝除系統(tǒng)的方塊圖；圖2是用于隨機圖形激光束角膜剝除系統(tǒng)的光學系統(tǒng)的示意圖；圖3是在角膜上要被掃描的預定的掃描點的示意的掃描圖形；以及圖4是利用從預定的存儲的數(shù)據(jù)庫陣列中隨機取出的掃描點而得到的圖3的示意的掃描圖形。
參看附圖，尤其是圖1，其中示出了隨機圖形激光束角膜剝除系統(tǒng)10的方塊圖，其中包括激光器11，它可以是產(chǎn)生具有193nm的紫外波長的激光束12的準分子激光器。激光束12射到掃描器13上，它可以是電流計掃描器，這是一種使用電流計的一般的掃描器，電流計上連接著一個反射鏡，光束12射到反射鏡上，電流計使反射鏡運動，借以掃描光束。掃描光束14被引向反射鏡15或其它光學裝置，把光束射到病人的角膜16上。計算機17對和掃描器13相連的X，Y驅動器18產(chǎn)生控制信號，以便引導掃描器在預定位置的角膜的表面上產(chǎn)生光束14和20。同步控制裝置21連接在計算機17和激光器11之間，以便使掃描器13和X，Y驅動器18與激光束11同步。
計算機17包括數(shù)據(jù)庫或其它存儲器，用于存儲在角膜整形過程中可能被剝除的角膜的表面上的所有位置，如圖3所示。這些點被進行過計算，用于引導X，Y驅動器驅動掃描器產(chǎn)生只覆蓋預定點的圖形，如圖3所示，如果所述圖形被均勻地提供，將產(chǎn)生恒定厚度的每個剝離層。所有這些點作為數(shù)據(jù)庫中的數(shù)組被存儲在計算機中。不過，計算機具有隨機發(fā)生器，用于產(chǎn)生供給X，Y驅動器18的信號。隨機發(fā)生器產(chǎn)生表示圖3的點的連續(xù)重復的信號，從圖3的全部點的集合中隨機地選擇，以便隨機地提供從預定的存儲的陣列數(shù)據(jù)庫中選擇的連續(xù)的激光束，如圖4的典型圖形所示。對角膜16隨機提供的激光束可被用作單光束或多激光束傳送系統(tǒng)。對角膜以重疊圖形的方式使用提供激光束的隨機選擇的圖形是為了避免在用于剝除眼睛角膜的一般的膜片或直線掃描激光束傳送系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的引起中心或橫向島問題的汗水的影響。
參看圖2，激光掃描系統(tǒng)10具有和激光器11相連的計算機17，還具有和X，Y驅動器18相連的輸出。激光器11在光柵23上產(chǎn)生激光束12，光柵引導激光束通過聚焦透鏡24射到X掃描器25上，并同時引導具有X坐標的光束26射到Y掃描器27上。X，Y驅動器18具有被導向Y掃描器的控制信號28和被導向X掃描器的控制信號30，用于控制掃描光束的X和Y軸，使得光束31具有為其提供的X，Y坐標，并且通過光學系統(tǒng)15被提供到眼的角膜16上。
如圖2所示，多個光束20在眼睛的不同部分產(chǎn)生隨機圖形，按照計算機17的隨機圖形發(fā)生器，該圖形可以是重疊圖形。隨機圖形發(fā)生器可以包括如圖3所示的掃描光束要被提供到眼睛的角膜上的所有點的數(shù)據(jù)庫，這些點已經(jīng)被計算并被排列在一個區(qū)域的表面上，以便用平滑的受控制的光束覆蓋角膜表面，從而獲得恒定厚度的剝除層。所有這些位置已被作為數(shù)據(jù)庫中的陣列存儲在計算機中，如果連續(xù)地運行，將產(chǎn)生以均勻覆蓋的方式在角膜的預定的表面上照射的激光束。不過，當掃描裝置把激光束輸送到角膜時，按照計算機17，連續(xù)的激光束的位置是從圖3的數(shù)據(jù)庫中預定的存儲的陣列數(shù)據(jù)中隨機地選擇的，并如圖3所示，以在計算的預定的激光點的圖形內(nèi)分布的連續(xù)脈沖隨機地把激光束提供給角膜。隨機提供的激光束可應用于單激光束或多激光束傳送系統(tǒng)，用于以隨機的方式剝除眼睛的角膜，以便避免汗水的影響并避免和膜片或直線掃描激光束傳送系統(tǒng)相關的中心或外側島問題。
用于剝除病人的眼睛角膜的激光束眼科手術方法包括在圖1和圖2的激光器11中產(chǎn)生激光束，把產(chǎn)生的激光束導向掃描器13，其中包括X掃描器25和Y掃描器27，同時在中央處理單元17中同時產(chǎn)生隨機圖形激光束控制信號，用于通過X，Y驅動器18控制掃描器13，從而控制激光束14和20被供給角膜16。激光束12利用掃描器按照隨機掃描圖形通過產(chǎn)生的隨機掃描信號進行掃描，把激光束20加到病人角膜的表面上，從而剝除病人眼睛的角膜表面。該方法包括選擇非隨機掃描點的數(shù)據(jù)庫，如圖3所示，以便在病人眼睛的角膜上掃描激光束，然后隨機地選擇非隨機的掃描點，以便在病人眼睛的角膜上隨機地掃描激光束。圖4說明利用從數(shù)據(jù)庫中可以掃描的點中選擇的數(shù)字1-9進行的隨機掃描點的選擇。
該方法還包括產(chǎn)生可以分裂成多個激光束的激光束并按照隨機產(chǎn)生的圖形將每個激光束掃描到角膜的表面上的步驟。多個激光束可以以隨機的方式同時射到眼睛角膜上，所述隨機方式仍可以產(chǎn)生角膜的均勻的剝除層。單光束或者多光束按照角膜中心軸線周圍的平行點射到角膜上，不脫離本發(fā)明的范圍和構思所述平行點可以是隨機提供的具有許多點的組。
通過使用具有193nm輸出的準分子激光器或使用利用非線性晶體產(chǎn)生的一種諧波的固態(tài)激光器，激光器11可以具有在193nm和215nm之間的紫外波長輸出。通過選擇掃描光束點的位置，選擇的掃描點可以利用多光束同時被選擇，以便剝除圍繞角膜的圓環(huán)區(qū)域或任何所需的角膜的其它部分，如圖3所示。顯然，當從圖3中隨機選擇的數(shù)的數(shù)據(jù)被存儲在數(shù)據(jù)庫中時，通過控制計算機17驅動X，Y驅動器18和掃描器13，可以相同的預定方式在一次照射時把相同的隨機圖形施加于角膜上。圖形也可按照近視，遠視，或散光校正所需的手術步驟選擇，這確定了要在眼睛角膜上覆蓋的掃描圖形，這種信息可以按照圖3對于每類手術預先被存儲，使得計算機可以發(fā)出所需的信號。計算機也可以具有關于特定病人眼睛的屈光校正量的輸入，然后根據(jù)關于近視，遠視或散光校正以及特定病人眼睛的屈光校正所需的算法輸出信號。計算機然后產(chǎn)生掃描，按照隨機圖形發(fā)生器由圖3的非隨機點對于所需的校正利用一個或幾對光束剝除角膜。
顯然，此時本發(fā)明指向用于在角膜的外表面或在角膜內(nèi)進行眼科手術的方法和裝置，通過使用一個或幾個激光束以預定的選擇的點的隨機方式同時施加在角膜的表面上，以便減少散光，或近視或遠視校正或近視和散光的組合，或遠視和散光校正的組合。使用計算機控制的激光掃描器掃描激光束，從而對病人眼睛進行屈光手術。按照本發(fā)明，利用激光束進行剝除而對眼睛進行屈光校正，當校正遠視散光時，對稱地剝除角膜組織的中心部分，形成更安全、更可預測的手術步驟，用于校正遠視散光。然而，本發(fā)明并不受上述形式的限制，以上只是為了說明本發(fā)明，而不是對其進行限制。
權利要求
1.一種用于剝離病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，包括以下步驟產(chǎn)生激光束(12)；把產(chǎn)生的激光束(12)引向掃描器(13)；在中央處理單元(17)中產(chǎn)生隨機圖形激光束控制信號；利用所述中央處理單元(17)產(chǎn)生的隨機掃描圖形控制所述掃描器(13)和施加于其上的激光束(12)，按照隨機重疊的圖形掃描所述產(chǎn)生的激光束(12)；以及利用所述產(chǎn)生的隨機掃描圖像信號在病人角膜(16)的表面按照隨機掃描圖形掃描所述激光束(12)，以便剝除病人眼睛角膜的表面，借以用隨機重疊的激光束在眼睛的角膜組織上進行上述剝除。
2.如權利要求1所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，包括以下步驟選擇非隨機掃描點的數(shù)據(jù)庫，以便在病人眼睛的角膜(16)上掃描所述激光束(12)，并隨機地選擇所述非隨機掃描點，以便在病人眼睛的角膜上隨機地掃描激光束。
3.如權利要求1所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中產(chǎn)生激光束(12)的步驟包括產(chǎn)生多個激光束(20)，并按照隨機產(chǎn)生的圖形在病人眼睛角膜(16)的表面上掃描每個所述多個激光束的步驟。
4.如權利要求3所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中所述產(chǎn)生多個激光束(12)的步驟包括把產(chǎn)生的激光束(12)分裂成多個激光束(20)，把使所述多個激光束(20)中的每一個照射到病人眼睛的角膜(16)上的步驟。
5.如權利要求4所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中所述多個掃描激光束(20)的每一個按照隨機圖形在角膜上的和其它激光束彼此分開的區(qū)域上進行掃描。
6.如權利要求5所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中掃描多個激光束(20)的步驟包括利用中央處理單元(17)控制的掃描器掃描多個激光束(20)，借以利用相同的隨機圖形在病人眼睛角膜(16)的表面上使每個激光束進行掃描的步驟。
7.如權利要求6所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中產(chǎn)生激光束(12)的步驟包括產(chǎn)生具有在193nm和215nm之間的紫外波長或在1000nm和3100nm之間的紅外波長的激光束(12)的步驟。
8.如權利要求7所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中產(chǎn)生激光束(12)的步驟包括從準分子激光器(11)產(chǎn)生具有波長大約為193nm的激光束(12)的步驟。
9.如權利要求8所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中掃描每個所述激光束(12)的步驟包括利用電流計掃描器(13)掃描每個光束的步驟。
10.如權利要求1所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中所述掃描器(13)以相同的隨機掃描圖形并以圍繞角膜(16)的中心部分的圓環(huán)光束圖形掃描相互平行的每個激光束(12)。
11.如權利要求10所述的用于剝除病人眼睛的角膜的激光束眼科手術方法，其中所述掃描器(13)按照圍繞角膜(16)的中心部分的基本上平行的光點的隨機掃描圖形以基本上平行的掃描光束光點掃描每個所述激光束。
12.一種激光眼科手術裝置，包括用于產(chǎn)生激光束(12)的激光器(11)；掃描器(13)，其被設置用于接收來自所述激光器(11)的所述激光束(12)，并由射到其上的激光束(12)產(chǎn)生預定的掃描圖形；計算機(17)，用于在其中產(chǎn)生隨機掃描圖形信號，所述計算機(17)和所述掃描器(13)相連，以便控制所述掃描器(13)，由所述激光束(12)在預定的區(qū)域上產(chǎn)生隨機重疊的掃描光束圖形；以及導向光學系統(tǒng)(15)，用于把所述隨機圖形掃描光束引導到病人眼睛的角膜(16)上，以便剝除眼睛的角膜(16)的一部分，借以使激光束(12)可以在病人眼睛上進行外科手術。
13.如權利要求12所述的激光束眼科手術裝置(10)，包括光束分裂器，用于從所述激光束產(chǎn)生多個激光束。
14.如權利要求13所述的激光束眼科手術裝置(10)，其中所述激光束分裂器把產(chǎn)生的激光束(12)分裂成多個激光束，并且每個激光束照射到同一個光束掃描器(13)上。
15.如權利要求14所述的激光束眼科手術裝置(10)，其中所述計算機(17)包括在病人眼睛的角膜(16)的表面上的非隨機掃描點的數(shù)據(jù)庫，并隨機地或對稱地選擇所述掃描點，以便控制所述掃描器按照隨機圖形掃描所述激光束(12)。
16.如權利要求15所述的激光束眼科手術裝置(10)，其中所述激光器(11)產(chǎn)生具有在193nm和215nm之間的紫外波長或在1000nm和3000nm之間的紅外波長的激光束(12)。
17.如權利要求16所述的激光束眼科手術裝置(10)，其中所述激光器(11)是一種具有193nm的波長的準分子激光器或具有208nm-215nm波長的固態(tài)激光器。
18.如權利要求17所述的激光束眼科手術裝置(10)，其中所述每個掃描器是電流計掃描器(13)，其具有安裝在反射鏡上的電流計。
全文摘要
一種用于剝離病人眼睛的角膜(16)的激光束眼科手術方法,包括以下步驟:產(chǎn)生激光束(12);把產(chǎn)生的激光束(12)引向掃描器(13);按照隨機掃描圖形利用產(chǎn)生的隨機掃描圖形信號在病人眼睛的角膜(16)表面上掃描激光光束(12),從而剝除病人眼睛角膜的表面。計算機(17)產(chǎn)生隨機圖形激光束控制信號,用于控制掃描器(13)按照隨機掃描圖形在角膜(16)上掃描,并且包括選擇非隨機掃描點的數(shù)據(jù)庫,以便在病人眼睛角膜(16)上掃描激光束,然后隨機地選擇非隨機掃描點用于預定掃描點的隨機掃描。提供了一種激光眼科手術裝置(10),包括:用于產(chǎn)生激光束(12)的激光器(11)和掃描器(13),其被設置用于接收激光束(12),并在眼睛的角膜(16)上產(chǎn)生預定的掃描圖形。計算機(17)用于產(chǎn)生隨機掃描圖形信號并和所述掃描器(13)相連,用于控制掃描器在預定的區(qū)域上產(chǎn)生隨機重疊的掃描光束圖形。
文檔編號A61N5/06GK1207026SQ96199521
公開日1999年2月3日 申請日期1996年11月12日 優(yōu)先權日1996年11月12日
發(fā)明者加布里埃爾·西蒙, 黃成豪 申請人:加布里埃爾·西蒙, 黃成豪