專利名稱：在透明材料中產(chǎn)生彎曲切口的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在透明材料中產(chǎn)生彎曲切口的方法，更具體地說， 是在角膜內(nèi)，用激光輻射聚焦入材料的手段來在材料中產(chǎn)生光學(xué)突破
點(diǎn)(breakthroughs)，其中為了由 一 系列光學(xué)突破點(diǎn)產(chǎn)生切口焦點(diǎn)在三維 空間移動(dòng)。其中實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)移動(dòng)的最大速度在第一空間方向的該速度比 在其它兩個(gè)空間方向的低。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種在透明材料中產(chǎn)生 彎曲切口的裝置，更具體地說，是在角膜內(nèi)，所述裝置包括用激光輻 射聚焦入材料的激光輻射源并在材料中產(chǎn)生光學(xué)突破點(diǎn)，其中一在三 維移動(dòng)焦點(diǎn)的掃描單元并提供控制該掃描單元的控制單元，為了在材 料中由系列排列的光學(xué)突破點(diǎn)產(chǎn)生切口，其中掃描單元包括可調(diào)整的 光學(xué)器件來在一個(gè)空間方向移動(dòng)焦點(diǎn)。
在透明材料中產(chǎn)生彎曲的切口，具體的特別是在眼科手術(shù)中用激 光外科方法。這要聚焦治療激光輻射到組織，即組織表面以下，以在 組織中形成光學(xué)突破點(diǎn)。
背景技術(shù)：
在組織中，在時(shí)間序列下發(fā)生由激光輻射發(fā)起幾個(gè)處理。如果放 射線的功率密度超過閾值，就會(huì)發(fā)生光學(xué)突破點(diǎn)，在材料中產(chǎn)生漿泡 (plasma bubble)。在形成光學(xué)突破點(diǎn)后，由于膨脹的氣體產(chǎn)生所述的漿 泡。如果光學(xué)突破點(diǎn)不維持，在漿泡內(nèi)的氣體由周圍材料吸收，而氣 泡再次消失。然而，這種處理花的時(shí)間比氣泡形成的時(shí)間長很多。如 果等離子在材料邊界產(chǎn)生，在材料結(jié)構(gòu)中會(huì)很好地定位，材料會(huì)從所 述邊界去除。這就是提到的光消融。連接漿泡就將先前連接的材料層 分開，通常叫作光擊穿。出于簡化，所有這些統(tǒng)稱為術(shù)語光學(xué)突破， 即所述術(shù)語不僅包括真實(shí)的光學(xué)突破，還包括在材料中得到的效果。
3
對(duì)于高精度的激光外科方法，不可避免地要確保激光束效果的高 度定位并且盡量避免鄰近組織的連帶損傷。因此在使用激光輻射的現(xiàn) 有技術(shù)中通常以脈沖的形式，以使只在脈沖間期造成光學(xué)突破點(diǎn)所需
激光輻射的功率密度才會(huì)超出閾值。關(guān)于該點(diǎn)US5984916清楚地顯示光 學(xué)突破點(diǎn)的空間膨脹(在這種情況下，產(chǎn)生相互作用)非常依賴于脈沖間 期。因此，激光束的高度聚焦結(jié)合很短的脈沖使在材料中放置的光學(xué) 突破點(diǎn)有很高的精度。
脈沖激光輻射的使用最近變成慣用做法，特別是對(duì)眼科視力缺陷 的激光外科矯正。眼睛的視力缺陷經(jīng)常是角膜和晶狀體折射特性不能 造成在視網(wǎng)膜的光學(xué)聚焦的結(jié)果。
上面提到的US5984916和US6110166都描述了對(duì)產(chǎn)生切口用光學(xué) 突破點(diǎn)適當(dāng)產(chǎn)生手段的上述方法，以使，最終選擇性地影響角膜折射 特性。多個(gè)光學(xué)突破點(diǎn)融和以使角膜中隔離出晶狀體形部分體積。從 存留的角膜組織中，剝離的晶狀體形部分體積通過側(cè)部開放的切口從 角膜去除。選擇部分體積的形狀以使去除后角膜的形狀和折射特性改 變，從而視力缺陷得到理想的矯正。這里要求的切口是彎曲的，它造 成聚焦必需的三維調(diào)整。因此，激光輻射的兩維偏轉(zhuǎn)是與第三空間方 向中焦點(diǎn)的同時(shí)調(diào)整相結(jié)合的。
激光輻射的兩維偏轉(zhuǎn)和焦點(diǎn)調(diào)整都對(duì)切口產(chǎn)生的精度起同等決定 作用。同時(shí)，以此可達(dá)到的調(diào)整速度對(duì)切口產(chǎn)生的速度有作用?？焖?產(chǎn)生切口不僅為了方便或?yàn)榱斯?jié)約時(shí)間所希望的，還是在眼科手術(shù)期 間不可避免地要牢記眼睛運(yùn)動(dòng)所希望的。切口的快速產(chǎn)生還對(duì)獲得結(jié) 果的光學(xué)品質(zhì)和避免追蹤眼睛運(yùn)動(dòng)有貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是改進(jìn)上面提到類型的方法和裝置，以使產(chǎn)
生切口所需的時(shí)間盡量短。
根據(jù)本發(fā)明，由前述提到類型的方法實(shí)現(xiàn)本目的，其中引導(dǎo)焦點(diǎn)， 以使相對(duì)于其它兩個(gè)空間方向，焦點(diǎn)跟隨定位于基本上平行于第一空 間方向的平面內(nèi)的切口輪廓線。
本目的進(jìn)一步由上面提到類型的裝置實(shí)現(xiàn)，其中控制單元控制掃 描單元，以使引導(dǎo)在存留的兩個(gè)空間方向中的焦點(diǎn)在定位于正交于第 一空間方向的平面內(nèi)的切口輪廓線上。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生光學(xué)突破點(diǎn)，使用基于產(chǎn)生切口輪廓線 的軌跡。所述輪廓線指其中給出最低移動(dòng)速度系統(tǒng)的空間方向。這使 在較長的間期保持焦點(diǎn)在該空間方向幾乎不變，而在其它兩個(gè)空間方 向可無限制地利用較高的移動(dòng)速度。作為結(jié)果，獲得切口的快速產(chǎn)生。 通過在正交于第一空間方向的平面內(nèi)切割彎曲的切口很容易地獲得輪 廓線。輪廓線平面越準(zhǔn)確地正交于第一空間方向，在第一空間方向一 輪廓線期間的移動(dòng)越能保持恒定。
對(duì)于該目的，相對(duì)于正交于輪廓線平面的兩空間方向移動(dòng)激光輻 射，遵循輪廓線的方向。在一方面，焦點(diǎn)在特定誤差范圍內(nèi)準(zhǔn)確跟隨 各自的輪廓線是可能的。在這種情況下，焦點(diǎn)將同心地位于封閉的跡 線中，焦點(diǎn)根據(jù)每個(gè)跡線在第一空間方向作不同的調(diào)整。除了在特定 誤差范圍內(nèi)準(zhǔn)確跟隨輪廓線的封閉跡線，還可能用彼此連續(xù)的方式連 接輪廓線。在這樣做時(shí)，焦點(diǎn)沿輪廓線運(yùn)動(dòng)，單個(gè)輪廓線不形成如封 閉的跡線，但用光滑的轉(zhuǎn)移連接彼此鄰近輪廓線，這樣，總體上，焦 點(diǎn)在單個(gè)連續(xù)跡線上移動(dòng)。這產(chǎn)生位于封閉跡線上的一系列光學(xué)突破
點(diǎn)，形成切口的表面。獲得這種不間斷的輪廓線連續(xù)排列可優(yōu)選地通 過除了殘留部分外幾乎全部沿輪廓線運(yùn)動(dòng)焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。而到下個(gè)輪廓線 的轉(zhuǎn)移是在殘留部分內(nèi)通過在第一空間方向移動(dòng)焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。這種方 法具有的優(yōu)勢(shì)是進(jìn)一步減少在第一空間方向需要的移動(dòng)，因?yàn)楫a(chǎn)生切
口的光學(xué)突破點(diǎn)也在兩輪廓線的所述轉(zhuǎn)移期間產(chǎn)生。
輪廓線設(shè)置要依靠構(gòu)型(topography)，即切口的曲率。對(duì)于球狀彎 曲的切口，獲得同心圓形輪廓線。由于在眼科校正中，在更多情況下， 必須校正有些算法，球狀彎曲的切口是個(gè)相當(dāng)?shù)奶乩?，而通常呈現(xiàn)的 是橢圓體或環(huán)形的表面。對(duì)這種橢圓體表面，形成的輪廓線(優(yōu)選同心 的)如橢圓。橢圓率優(yōu)選在1.0和1.1之間，或甚至到1.2。
在這種形狀的情況，也使用輪廓線引導(dǎo)焦點(diǎn)，以使被偏轉(zhuǎn)的焦點(diǎn) 跟隨橢圓狀渦狀線，即渦狀線位于彎曲切口的外表面。
橢圓或橢圓狀渦狀線的橢圓率，分別可根據(jù)角膜表面的形狀。橢 圓率可理解為橢圓長主軸與短主軸的比率。
對(duì)于非接觸的方法，使用天然表面構(gòu)型；如果使用接觸鏡片 (contact glass),這種接觸鏡片的形狀要扮演一角色。這里用接觸鏡片是 有利的，因?yàn)楫?dāng)接觸鏡片通過壓力固定時(shí)，其構(gòu)型被很好地限定。平 面接觸鏡片表現(xiàn)為數(shù)學(xué)邊界線的情況，而輪廓線掃描的概念導(dǎo)致這里 跡線(path line)的衰退，雖然他們還依然指閉合的。彎曲接觸鏡片的情 況在應(yīng)用方面還更有意思，結(jié)果是與接觸鏡片曲線上的表面構(gòu)型相關(guān)， 例如橢圓率。如果曲率是純球狀的，這也可用，因?yàn)檫@也將是切口表 面橢圓體形的結(jié)果。另外，在更多情況下，橢圓率在全處理過程中不 是固定的，但經(jīng)常顯示半徑的停止。
在理論上，橢圓率e由下式定義
其中Ra和Rb指的是在橢圓主軸方向上的角膜表面曲率半徑，而z是
從角膜頂點(diǎn)到(輪廓線的)處理點(diǎn)的距離。由于z是處理場(chǎng)半徑的參數(shù)的
函數(shù)(到光軸的距離)，它可很容易地選擇e(z)^(z(r))來描述已經(jīng)提到的
橢圓率半徑停止。
最初上述等式支持無接觸的眼睛。這是因?yàn)槿缟厦嫣岬降?，在?多情況下呈現(xiàn)橢圓體形狀。壓上接觸鏡片通常結(jié)果是在計(jì)算中考慮變
形。另外在天然眼睛系統(tǒng)和接觸眼睛系統(tǒng)中的球面坐標(biāo)R^，a角膜曲率 的外半徑Rcv和接觸鏡片曲率半徑Rc扮演一角色。對(duì)該接觸壓力變換的
變換等式簡單而簡潔的形式是
Rg - IV = Rcv - R
進(jìn)一步的修改導(dǎo)致在等式中可能有修正項(xiàng)，當(dāng)然，有時(shí)也是有用 的。然而這里公開的啟發(fā)式近似法只是修改，而在理論上還繼續(xù)應(yīng)用。 前述相關(guān)性能做跡線的簡單計(jì)算，其中還包括橢圓率的計(jì)算。計(jì)算的 算法中特別重要的步驟是上述證明的在天然眼睛系統(tǒng)和接觸鏡片系統(tǒng) 之間的前后變換。
對(duì)具有相對(duì)近似人眼曲率半徑的接觸鏡片，跡線的橢圓率通常少 于1.4(大主軸比小主軸長10%)。在帶有一2dpt和ldpt的球狀一圓柱狀修 正的情況下，橢圓率是，例如在接近光軸的中心場(chǎng)區(qū)域僅近似1.03 而從光軸上升到外路的距離彎曲近乎10%。對(duì)實(shí)際實(shí)施例，橢圓率或理 想圓環(huán)相關(guān)修正的可變性不能在視覺缺陷的矯正中扮演干擾角色，并 可假定在第一近似值中不變。
用于控制的輪廓線之間的距離自然由平面距離給出，該平面由彎 曲切口表面的數(shù)學(xué)切面產(chǎn)生輪廓線。為了確保多個(gè)光學(xué)突破點(diǎn)形成連 續(xù)切口表面，輪廓線的最大距離不超過一極限值。為了方便，最好選
擇在第一空間方向的輪廓線的距離，以使鄰近輪廓線的距離不超過一 極限值。為此目的使用的測(cè)量值可以是在輪廓線投影圖像內(nèi)的距離或 在三維空間的距離。由于在眼外科中，為了光學(xué)校正的彎曲切口在特 定極限值內(nèi)經(jīng)常充分近似于球狀幾何形狀或橢圓形幾何形狀，為了簡 化，可以滿足，選擇在第一空間方向的距離以使輪廓線的平均距離不 變，特別要低于閾值，當(dāng)然要低于上面提到的極限值。對(duì)于橢圓形切 口表面，為了確保光學(xué)突破點(diǎn)的排列足夠緊湊，可在輪廓線圖像的長 半軸簡單估計(jì)鄰近輪廓線的距離。
在眼科手術(shù)中，有時(shí)也有必要校正由角膜去除體積引起的高誤差。 為此目的，要求的切口表面因此還包括曲率的高階。如果需要直接通 過輪廓線對(duì)這些形狀成像，有時(shí)結(jié)果是非常復(fù)雜的輪廓線投影圖像， 當(dāng)跟蹤輪廓線時(shí)需要在其它兩個(gè)空間方向復(fù)雜而快速移動(dòng)。對(duì)這種情 況，方便的做法是忽略在檢測(cè)輪廓線中的彎曲切口表面的曲率高階， 而根據(jù)輪廓線在其它兩個(gè)空間方向移動(dòng)焦點(diǎn)，根據(jù)曲率高階的影響修 正在第一空間方向的移動(dòng)。這樣，在第一方向內(nèi)，如在Z方向，高誤差 的校正調(diào)整到?jīng)]有高誤差的對(duì)應(yīng)彎曲切口表面的基本運(yùn)動(dòng)。
由于生理狀況，對(duì)視力缺陷的矯正在許多眼科矯正中，去除位于 相對(duì)眼睛光軸圓環(huán)區(qū)域的體積是有利的。此還應(yīng)用在如果需要散光矯 正的情況下。在這種情況下，用輪廓線方法檢測(cè)橢圓是有利的，同時(shí) 控制激光輻射(例如，由光學(xué)開關(guān)或閘或由激光放射源的操作)在超出理 想圓區(qū)的橢圓外圍區(qū)域內(nèi)。這樣就在那些區(qū)域沒有光學(xué)突破點(diǎn)。用該 方式封閉橢圓外圍區(qū)域，可確保(估計(jì)地)產(chǎn)生的彎曲切口表面只在圓環(huán) 區(qū)域內(nèi)
根據(jù)本發(fā)明的裝置，由掃描單元實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)移動(dòng)，掃描單元包括變 焦器件，優(yōu)選地裝配為可調(diào)整的望遠(yuǎn)鏡，為在一空間方向移動(dòng)(通常為 Z方向)，兩個(gè)帶有交叉旋轉(zhuǎn)軸的傾斜鏡子以便在其它兩個(gè)空間方向(通
常為x和y方向)實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的移動(dòng)。
如果材料的表面，特別是角膜前表面有限定形狀，用光學(xué)方法造 成彎曲切口的產(chǎn)生是有利的。這便于引導(dǎo)焦點(diǎn)。進(jìn)一步，它也便于空 間固定在其上工作的材料，特別是角膜，因?yàn)橛袝r(shí)復(fù)雜的光束重新調(diào) 整其分配。在兩方面，便于將給材料表面一具體形狀的接觸鏡片放在 材料上。該形狀在確定輪廓線時(shí)參考。特別是，這可實(shí)現(xiàn)輸入對(duì)上面 提到的，由接觸鏡片壓迫引起的坐標(biāo)變換的控制。
使用接觸鏡片對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置都有利。在裝置中，由 接觸鏡片給出的材料表面形狀在控制單元已知或在后期適時(shí)輸入，以 使控制單元用材料的表面形狀選擇輪廓線。


本發(fā)明下面舉例和參考附圖更詳細(xì)的說明，其中
圖l示出患者用激光外科儀器進(jìn)行激光外科治療時(shí)的透視圖； 圖2示出圖1儀器中的光束聚焦到患者眼睛上； 圖3解釋圖示出用圖1儀器進(jìn)行激光外科治療時(shí)一生成的切口； 圖4示出圖1的激光外科儀器的偏轉(zhuǎn)裝置； 圖5示出用于控制圖4偏轉(zhuǎn)單元的示范性輪廓線投影圖； 圖6示出與圖5類似的輪廓線圖的細(xì)節(jié)，以解釋在連續(xù)輪廓線之間 的轉(zhuǎn)移；
圖7與圖6類似，帶有在輪廓線之間的進(jìn)一步可能的轉(zhuǎn)移； 圖8a和8b示出輪廓線圖進(jìn)一步的例子，包括對(duì)圖4偏轉(zhuǎn)單元的相關(guān) 的控制功能；
圖9示出對(duì)視力偏差進(jìn)行矯正的眼科手術(shù)時(shí)切口區(qū)域的頂視圖； 圖10是與圖2類似的表示，使用一接觸鏡片；
圖ll示出與檢測(cè)輪廓線有關(guān)的參數(shù)，以及
圖12和圖13示出在戴和不戴接觸鏡片時(shí)圖11的參數(shù)。
具體實(shí)施例方式
圖l示出對(duì)患者的眼睛l進(jìn)行治療用的激光外科儀器，所述激光外 科儀器2作為影響折射的矯正。為了該目的，儀器2發(fā)出治療激光束3到 患者的眼睛l，該患者頭部固定在頭部固定器4中。激光外科儀器2可產(chǎn)
生脈沖激光束3，允許實(shí)施US6110166描述的方法。
為了該目的，如圖2所示，激光外科儀器2包括其放射線聚焦到角 膜5的放射源S。矯正在患者眼睛1內(nèi)的視力缺陷可使用激光外科儀器2 從角膜5去除材料，以達(dá)到能改變角膜的折射特性的理想量。在做的過 程中，從角膜基質(zhì)去除材料，該材料位于上皮層和鮑曼氏膜下面并在 戴賽麥(Decemet)膜和內(nèi)皮層上面。
為了實(shí)現(xiàn)在角膜組織層去除材料，該組織的分離是依靠專用望遠(yuǎn) 鏡6聚焦高能量脈沖激光束3到角膜5內(nèi)的焦點(diǎn)7實(shí)現(xiàn)的，脈沖激光輻射3 的每個(gè)脈沖在組織中產(chǎn)生一個(gè)光學(xué)突破點(diǎn)，所述的突破點(diǎn)起爆一個(gè)漿 泡8，其結(jié)果，分離組織層覆蓋了比激光輻射3的焦點(diǎn)7大的面積。通過 激光束3的適當(dāng)偏離，許多漿泡8在治療過程中按序列排列。連續(xù)排列 的漿泡8接著形成切口9，包繞基質(zhì)的部分體積T，即從角膜5去除的材 料。
由于激光輻射3，激光外科儀器2如外科手術(shù)刀樣操作，在角膜5 內(nèi)分離材料層而不損傷角膜5的表面。如果產(chǎn)生更多漿泡8，切口就要 通到角膜5的表面，由切口9隔離的角膜5材料后來可撕開并去除。
圖3說明性地示出了依靠激光外科儀器2產(chǎn)生切口9。切口9是由脈 沖激光束3聚焦的焦點(diǎn)7連續(xù)移動(dòng)產(chǎn)生的一系列漿泡8形成的。
一方面，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例由偏移單元10實(shí)現(xiàn)的焦點(diǎn)的移動(dòng)，圖4 說明性地示出了該偏移單元10沿相互正交軸偏移激光束3，所述激光束 3入射到在入射主軸H上的眼睛1。為此目的，偏移單元10使用線條鏡11 和圖像鏡12,其結(jié)果在兩空間軸位于彼此后部偏移。位于主光束軸和
偏移軸交叉的點(diǎn)是各自偏移的點(diǎn)。在另一方面，望遠(yuǎn)鏡6適當(dāng)調(diào)整焦點(diǎn)
的移動(dòng)。這可使焦點(diǎn)7沿圖4說明性地示出的X/Y/Z坐標(biāo)系的三個(gè)正交坐 標(biāo)軸移動(dòng)。偏移單元10在X/Y平面移動(dòng)焦點(diǎn)，線條鏡可使焦點(diǎn)在X方向 移動(dòng)而圖像鏡可使焦點(diǎn)在Y方向調(diào)整。相比之下，望遠(yuǎn)鏡6作用于焦點(diǎn)7 的Z坐標(biāo)。
如圖3所示，如果切口象角膜表面一樣在相同方向彎曲，這可實(shí)現(xiàn) 光學(xué)系統(tǒng)圖像場(chǎng)曲率與角膜相似，而無需考慮焦點(diǎn)7的影響。
由于角膜的曲率在7到10mm之間，部分體積T也據(jù)此彎曲。這樣， 角膜的曲率事實(shí)上為以圖像場(chǎng)曲率的形式。該曲率是考慮偏移單元的 適合控制的。
為了產(chǎn)生切口9，輪廓線投影圖像16如所述的從其曲率中檢測(cè)，例 如，在圖5的X/Y平面。輪廓線圖像16包括多個(gè)連接點(diǎn)具有切口表面9 相同Z坐標(biāo)的同心輪廓線17。輪廓線投影圖像16是由檢測(cè)，例如濾出得 到的，從彎曲切口表面9的那些點(diǎn)至少具有幾乎特定的Z坐標(biāo)。這在每 個(gè)Z坐標(biāo)的X/Y平面對(duì)應(yīng)彎曲切口表面9的數(shù)學(xué)切面。為了產(chǎn)生圖5的輪 廓線圖像16的單個(gè)輪廓線17，選擇Z坐標(biāo)以使輪廓線圖像16的鄰近輪廓 線17之間的距離不超過一預(yù)定的極限值。該極限值由為獲得連續(xù)切口 表面所允許的兩個(gè)漿泡8之間的最大允許距離限定。
為了產(chǎn)生切口9，焦點(diǎn)7可根據(jù)輪廓線17由偏移單元10移動(dòng)，變焦 的光學(xué)器件6為每個(gè)輪廓線17調(diào)整相應(yīng)焦點(diǎn)7的Z坐標(biāo)。同時(shí)焦點(diǎn)7經(jīng)過 輪廓線17，望遠(yuǎn)鏡6依然固定，只在鄰近輪廓線之間轉(zhuǎn)移18期間調(diào)整， 轉(zhuǎn)移在圖5中斷線中示出。
圖6示出輪廓線圖像16的細(xì)節(jié)。每個(gè)輪廓線17由焦點(diǎn)7描記成幾乎完全封閉的曲線，輪廓線17起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離不超過由極限值限 定的兩個(gè)漿泡8之間最大距離。在每個(gè)輪廓線17的終點(diǎn)(圖6中，示出三
條輪廓線17.1， 17.2和17.3)，轉(zhuǎn)移18由望遠(yuǎn)鏡6分別對(duì)下個(gè)輪廓線調(diào)整 實(shí)現(xiàn)。這樣，就有了在輪廓線17.1和17.2之間的轉(zhuǎn)移18.1，以及在輪廓 線17.2和17.3之間的轉(zhuǎn)移18.2。這樣延續(xù)到所有輪廓線。通過轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn) 選擇， 一方面，對(duì)兩個(gè)漿泡8之間最大允許距離的極限值未超過，另一 方面，所描繪的輪廓線17為連續(xù)軌跡。
在圖6中，轉(zhuǎn)移18基本上位于彎曲切口表面9的陡峭下降線上。關(guān) 于這點(diǎn)，圖7顯示不同的轉(zhuǎn)移18.1到18.3，其中實(shí)現(xiàn)了在輪廓線的終點(diǎn) 和直接鄰近的輪廓線的起點(diǎn)之間的光滑轉(zhuǎn)移。為了說明，圖7中斷線中 示出相應(yīng)輪廓線的連續(xù)性，該連續(xù)性不是由焦點(diǎn)7的描記。如所看到的， 與下個(gè)輪廓線的光滑轉(zhuǎn)移是由線條鏡11和圖像鏡12在輪廓線17的終點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，望遠(yuǎn)鏡6在獲得轉(zhuǎn)移18.1， 1S.2和18.3期間同時(shí)調(diào)整。
與圖6的轉(zhuǎn)移相比，其中鄰近輪廓線在旋轉(zhuǎn)相反的方向描記，其結(jié) 果是繞輪廓線不定向旋轉(zhuǎn)，而類似渦狀線序列排列。然而不像真正的 渦狀線，輪廓線除了轉(zhuǎn)移18由焦點(diǎn)7描記，而從一個(gè)輪廓線到另一個(gè)的 變化是旋轉(zhuǎn)小角度范圍實(shí)現(xiàn)的，而不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)360度。
圖8a示出輪廓線圖16進(jìn)一步的例子，包括同心橢圓輪廓線17。對(duì) 該輪廓線圖，提供線條鏡ll和圖像鏡12的時(shí)間控制由圖8b說明性地表 示每個(gè)輪廓線17,其中鏡由控制函數(shù)Fy和Fx控制，函數(shù)Fy和Fx滿足等 式sin0或Asin(^o;)和cos(/)或Rcos(0+o;)(0是輪廓線的角度參數(shù)，a是作用在 對(duì)應(yīng)Y軸的橢圓主軸角度位置R的參數(shù)，而A是影響橢圓的參數(shù)，其中 在許多情況下R4是真的)。
由于對(duì)非圓輪廓線投影圖在Z方向觀察的切口表面9包括非圓區(qū) 域，這在眼科學(xué)領(lǐng)域是不希望的，在一實(shí)施例中，控制放射源S以使其 無光學(xué)突破點(diǎn)，即無槳泡在這種旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱輪廓線圖像的圓形區(qū)域的 外圍材料5中產(chǎn)生。此在圖9中由不同陰影區(qū)示出。在圓形區(qū)域19，其 是從左上到右下打陰影，放射源S可產(chǎn)生漿泡8。在突出超出的區(qū)域20，其中輪廓線圖像16超出理想圓形區(qū)域19，然而，放射源S是無效力的或 作用至少不產(chǎn)生漿泡8。
與所述的激光外科儀器2和以此實(shí)施的方法都相聯(lián)的概念是在手 術(shù)過程中不改變角膜的前表面的形狀。然而，以上描述還是將接觸鏡
片放到角膜5上的近似應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)在圖10中說明性地示出這種近似應(yīng) 用，其基本上與圖2對(duì)應(yīng)，這樣已經(jīng)描述的與圖2有關(guān)的部件就不進(jìn)一 步詳述，現(xiàn)在角膜5上安裝了接觸鏡片21，其內(nèi)表面22與角膜5的前表 面分享(impart)特定的外形。與前述近似應(yīng)用相反，在檢測(cè)跡線，例如 輪廓線時(shí)，不是確定自由狀態(tài)即天然狀態(tài)下的角膜5的曲率，而是由接 觸鏡片21的內(nèi)表面22給出的形狀。
沒有接觸鏡片21，眼睛l的幾何情況如圖ll所示。相當(dāng)于眼睛的中 心Z，角膜近似球面彎曲，以使其位置由曲率Rcv半徑和在光軸OA上的 中心Z的位置明確確定的。為產(chǎn)生漿泡8的激光焦點(diǎn)7照射點(diǎn)的坐標(biāo)可明 確地由圓柱坐標(biāo)(到光軸OA的半徑r，到頂點(diǎn)平面的距離z和角度0)或球 面坐標(biāo)(到眼睛中心Z的半徑r，角度0和a)表示。在兩個(gè)坐標(biāo)系中，都可 計(jì)算和表示分別沿焦點(diǎn)7移動(dòng)輪廓線或跡線，在圓柱坐標(biāo)中橢圓跡線特 別容易數(shù)學(xué)描述。
如果接觸鏡片21放在眼睛上，圖13所示的情況，只要接觸鏡片21 的內(nèi)表面22不使角膜變形。接觸鏡片這里為球面彎曲，其曲率半徑Rc 大于角膜的曲率半徑Rcv，如果接觸鏡片21壓在眼睛上，角膜5從球狀 體變形為橢圓體；其情況在圖12中說明性地示出。這里，接觸壓力造 成眼睛的變形，而眼睛離接觸鏡片21的內(nèi)表面22的距離比沒有所述接 觸壓力的區(qū)域，至少在光軸OA周圍的區(qū)域更靠近。
由于幾何情況的改變，可理解壓迫操作，對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)7位置的數(shù)學(xué)描 述，這里的跡線，作為坐標(biāo)變換，還可叫作"接觸壓力變換"。變換 的坐標(biāo)很容易地與優(yōu)選球狀彎曲的接觸鏡片的中心M相關(guān)，因?yàn)榻佑|鏡
片還經(jīng)常用于眼睛l的定像，即眼睛永久與儀器2相連。接觸鏡片的兩 個(gè)函數(shù)(分別為形狀和空間定像)在這里都是有效的。
一得到橢圓跡線(pathlines)。跡線的橢圓率就根據(jù)所述接觸鏡片的 形狀確定。橢圓率可理解為橢圓長主軸與短主軸的比率。
平面接觸鏡片表現(xiàn)為數(shù)學(xué)邊界線的情況，而輪廓線掃描的概念導(dǎo) 致這里跡線(pathline)的衰退，雖然他們還依然指閉合的。彎曲接觸鏡片 的情況與應(yīng)用方面還更相關(guān)，結(jié)果是根據(jù)接觸鏡片的曲率決定橢圓率。 另外，在更多情況下，橢圓率在全處理過程中不是固定的，但顯示了 半徑停止。
在理論上，橢圓率e由下式定義
其中Ra和Rb指的是在橢圓主軸方向上的角膜表面曲率半徑，而z是
從角膜頂點(diǎn)到(輪廓線的)處理點(diǎn)的距離。由于Z，在選擇的圓柱坐標(biāo)系 (z，到頂點(diǎn)的距離；r，到光軸的距離；0)中是處理場(chǎng)半徑的參數(shù)的函 數(shù)，它可由e(z)-e(z(r))很容易地描述橢圓率的半徑停止。
最初上述等式對(duì)無接觸的眼睛是正確的。壓上接觸鏡片通常結(jié)果 是在計(jì)算中不得不考慮變形。角膜曲率的外半徑Rcv和接觸鏡片曲率半
徑Rc扮演一角色。變換的簡單而簡潔的形式是 Rg_R'=Rcv_R進(jìn)一步的修改導(dǎo)致在等式中的修正項(xiàng)可能，當(dāng)然，有時(shí)還是有用 的。然而上述近似只是修改，而在理論上還在應(yīng)用。前述相關(guān)性能做 跡線的計(jì)算，其中還包括橢圓率的計(jì)算。對(duì)計(jì)算的算法中特別重要的 步驟是在天然眼睛系統(tǒng)和接觸鏡片之間前后變換。
對(duì)具有相對(duì)近似人眼曲率半徑的接觸鏡片，跡線的橢圓率通常少 于1.2(大主軸比小主軸長10%)。在帶有一2dpt和ldpt的球狀-圓柱狀修正 的情況下，橢圓率是，例如，在接近光軸的中心場(chǎng)區(qū)域僅近似1.03而從 光軸上升到外路的距離彎曲近乎10%。對(duì)一個(gè)實(shí)施例，橢圓率或理想圓 環(huán)相關(guān)修正的可變性不能在視覺缺陷的高階矯正中扮演干擾角色，并 可假定在第一近似值中不變。
再次強(qiáng)調(diào)根據(jù)本發(fā)明的輪廓線的使用是可應(yīng)用到戴或不戴(平的 或彎曲的)接觸鏡片的方法；然而，接觸鏡片的使用回避了對(duì)描記的需 要而且沒有關(guān)于存在表面構(gòu)型的不確定性。
如果使用接觸鏡片，表面構(gòu)型可由適合的方法和裝置檢測(cè)，并還 在如由加壓操作限定的構(gòu)型的方法中(近似地)表示。
如果接觸鏡片表面的形狀不能由球面描述，但可跟隨不同空間區(qū) 域函數(shù)，例如拋物面，所給的變換規(guī)律類似于上面指出的變換，所述 規(guī)律也跟隨相同的物理概念。
權(quán)利要求
1. 一種在眼睛的角膜(5)中產(chǎn)生彎曲切口(9)的裝置，所述裝置包括激光輻射源(S)，其將激光輻射(3)聚焦進(jìn)入角膜(5)并在其中產(chǎn)生光學(xué)突破點(diǎn)(8)，其中，為了由系列排列的光學(xué)突破點(diǎn)(8)在角膜(5)中形成切口表面(9)，提供掃描單元(6，10)，該掃描單元在三維空間移動(dòng)焦點(diǎn)(7)，并提供控制單元(2)，該控制單元控制掃描單元(6，10)，并且提供球面接觸鏡片，用于被壓在角膜(5)上，其中，控制單元(2)計(jì)算跡線并控制掃描單元(6，10)，使得焦點(diǎn)(7)沿著跡線移動(dòng)，其中控制單元(2)考慮了角膜(5)的變形，角膜的變形由將角膜(5)壓靠于接觸鏡片造成，通過以下坐標(biāo)變換，α′·R′＝α·RRG-R′＝RCv-R，其中φ，α和R為角膜(5)變形前的柱面坐標(biāo)，φ’，α’和R’為角膜(5)變形后的柱面坐標(biāo)，RCv為角膜(5)的曲率的外徑，RG為球面接觸鏡片的曲率的半徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在透明材料中形成彎曲切口(9)的方法，更具體地說，是在角膜內(nèi)用激光輻射(3)聚焦入材料(5)在所述材料(5)中產(chǎn)生光學(xué)穿孔(8)實(shí)現(xiàn)的，為了排列的光學(xué)穿孔(8)產(chǎn)生切口(9)，焦點(diǎn)(7)在三維空間移動(dòng)，由可替換的透鏡(6)將焦點(diǎn)(7)放在在第一空間方向(z)上，而引導(dǎo)焦點(diǎn)(7)使之相對(duì)于兩個(gè)保留的空間方向(x，y)跟隨切口(9)的輪廓線(17)，該輪廓線位于與第一空間方向(z)基本垂直的平面內(nèi)。
文檔編號(hào)A61F9/009GK101385675SQ20081012949
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者卡斯滕·朗, 德克·米爾霍夫, 邁克爾·貝爾格特, 馬克·比朔夫, 馬庫斯·施蒂克, 馬里奧·格拉赫 申請(qǐng)人:卡爾蔡司醫(yī)療技術(shù)股份公司