專利名稱：用于改變材料的光學特性的系統(tǒng)和方法
用于改變材料的光學特性的系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要涉及用于改變透明有回彈力材料的光學特性的設備。更具體地，本發(fā)明涉及改變材料內(nèi)的應力分布以重構(gòu)該材料的設備和系統(tǒng)。本發(fā)明尤其但非排他性地，可用作一種用于改變材料內(nèi)的應力分布以重構(gòu)該材料，并且因此響應于在材料上施加的外力改變其光學特性的設備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眼睛的角膜具有五(5)層不同的可識別的組織層。從角膜的前表面沿向后方向順次地，這些層為上皮；鮑曼囊(Bowman’ s capsule)(膜);基質(zhì);迪氏膜(Descemet’ s membrane);和內(nèi)皮。角膜后為稱為前房的含房水的空間。重要的是,來自前房中的房水的壓力以生物機械結(jié)果作用在角膜上。具體地，眼睛的前房中的房水對角膜施加眼內(nèi)壓力。這產(chǎn)生使角膜處于張力下的應力和應變。
結(jié)構(gòu)上，眼睛的角膜具有厚度(T)，其在上皮和內(nèi)皮之間延伸。通常，“T”約為五百微米(Τ=500μπι)。從生物機械的觀點來說，鮑曼囊和基質(zhì)是角膜最重要的層。在角膜內(nèi)，鮑曼囊為位于上皮下的相對薄的層(例如，20至30 μ m)，其在角膜的前一百微米內(nèi)。而基質(zhì)包括角膜中幾乎所有的剩余四百微米。此外，鮑曼囊的組織產(chǎn)生相對強的彈性膜，其有效地抵抗張力中的力。另一方面，基質(zhì)包括相對弱的連接組織。
生物機械上，鮑曼囊和基質(zhì)都顯著受前房內(nèi)的房水對角膜施加的眼內(nèi)壓力的影響。具體地，該壓力被從前房并且通過基質(zhì)傳遞至鮑曼囊。已知這些力如何通過基質(zhì)傳送將影響角膜的形狀。因而，通過干擾基質(zhì)中互相連接的組織之間的力，就能夠改變角膜中的整體力分布。因此，然后該經(jīng)改變的力分布將對鮑曼囊產(chǎn)生作用。作為響應，鮑曼囊形狀被改變，并且由于鮑曼囊的彈性和強度，該變化將直接影響角膜的形狀。出于這種考慮，以及按照本發(fā)明的意圖，通過在基質(zhì)中的預定表面上做切口完成屈光手術(shù)，以引起將使角膜再成形的生物機械力的重新分布。
眾所周知，角膜的所有不同組織都易受激光誘導光學擊穿(LIOB)的影響。此外， 已知不同的材料將對激光束不同地響應，并且經(jīng)受LIOB的組織的取向也影響該組織如何對LIOB做出反應。出于這種考慮，需要特別考慮基質(zhì)。
基質(zhì)本質(zhì)上包括許多大致平行于眼睛的前表面延伸的板層(lamellae)。在基質(zhì)中，板層由固有地比板層自身更弱的膠狀組織粘結(jié)在一起。因此，能夠以比在被垂直于板層定向的切口上的LIOB所需的能量(例如，I. 2 μ J)更少的能量(例如，O. 8 μ J)執(zhí)行在平行于板層的層上的LI0B。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應明白，這些能量水平僅為例示性的。如果能夠使用更密集聚焦的光學裝置，所需的能量水平將適當?shù)馗?。在任何情況下，取決于期望結(jié)果，都可能期望僅在基質(zhì)上做切口。另一方面，對于一些過程，可能更期望對切口和層進行組合。
如本發(fā)明設想地，除基質(zhì)組織之外的材料也可以經(jīng)受本文公開的方法。更具體地, 只要需要改變有回彈力材料層的光學特性，并且無任何可辨別的材料損失或移除而改變，4已知需要以某種方式改變材料的形狀(即其構(gòu)造)。如本發(fā)明設想地，該材料例如能夠為人眼的晶狀體、塑料透鏡、或其他類型的有回彈力光學裝置。通常，在任何情況下，改變材料的形狀都需要改變作用在材料上的力。然而，在材料上的外力保持恒定的情況下，就必需以某種方式改變材料內(nèi)部的力。因而，可能期望改變材料內(nèi)部的力分布，同時向材料施加恒定外力，以實現(xiàn)形狀變化，或者以便實現(xiàn)當外力變化時不同或放大的形狀變化。完成此的一種方式為通過破壞其內(nèi)部應力分布而選擇性地弱化材料。根據(jù)上文，本發(fā)明的目標是提供一種引起清澈透明有回彈力材料表面中的構(gòu)造變化，以由此改變材料的光學特性的系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目標是提供一種用 于通過利用材料的激光誘導光學擊穿(LIOB)內(nèi)部地弱化材料來改變材料的形狀(構(gòu)造)的系統(tǒng)。本發(fā)明的又一目標是通過選擇性地改變材料內(nèi)部的應力分布而以預定方式改變材料的形狀。本發(fā)明的再一目標是提供一種用于改變材料的光學特性的系統(tǒng)，其易于使用、制造相對簡單并且成本效率比較好。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于執(zhí)行基質(zhì)內(nèi)眼科激光手術(shù)的方法，該方法使角膜在生物機械力的影響下重新成形。重要的是，對于這些方法，將用于操作的組織體積限定為僅處于角膜的基質(zhì)內(nèi)。具體地，該操作體積從稍微在鮑曼囊下方向后延伸進入基質(zhì)內(nèi)的足夠深度，該深度等于角膜厚度的約十分之九，或更小。因而，對于具有厚度“T”(例如，約500μπι)的角膜，操作體積從鮑曼囊下方(例如，100 μ m)延伸到角膜內(nèi)等于約O. 9T (例如，約450 μ m)或更小的深度處。此外，該操作體積從眼睛的視軸線徑向延伸通過約5. Omm的距離(S卩，操作體積具有約10. Omm的直徑)。大體上，本發(fā)明的每種方法都需要使用一種能夠產(chǎn)生所謂的飛秒激光束的激光單元。換句話說，激光束中的每個脈沖的持續(xù)時間都將約小于一皮秒。當產(chǎn)生時，該激光束被引導并且會聚到基質(zhì)中的一系列焦斑上。其眾所周知的結(jié)果為每個焦斑處的基質(zhì)組織的激光誘導光學擊穿(LI0B)。具體地，以及按照本發(fā)明的意圖，基質(zhì)中的焦斑運動產(chǎn)生多個切口。該切口可以包括徑向切口的圖案，或者徑向切口和柱狀切口的圖案。具體地，徑向切口將被以預定方位角Θ定位，并且將大致與眼睛的視軸線共面。每個徑向切口都將處于如上所述的操作體積中，并且將從視軸線從內(nèi)部半徑“r/’向外延伸至外部半徑“r。”。此外，可以根據(jù)需要存在許多“徑向切口”，各個“徑向切口”都具有其自身的特定方位角Θ。 幾何上，在各個柱狀表面的部分上制作柱狀切口。這些在其上制作柱狀切口的各個柱狀表面是同心的，并且其以眼睛的視軸線為中心。并且，它們可以為圓柱體或卵(橢圓)柱體。此外每個柱狀表面具有前端和后端。為了保持柱狀表面在操作體積內(nèi)的位置，柱狀切口的后端在基質(zhì)中被定位為不深于距眼睛的前表面約O. 9T。另一方面，柱狀切口的前端在基質(zhì)中被定位為距鮑曼囊在向后方向上大于至少八微米。這些切口每個都將具有約兩微米的厚度。 在優(yōu)選過程中，每個柱狀切口都距鄰近切口約二百微米，并且最內(nèi)部的柱狀切口(即，中心柱狀切口)可以被定位為距視軸線約1.0毫米。當然，也可以存在許多這種柱狀切口(優(yōu)選五個)，并且其每個都能夠限定大致完整的柱狀形狀壁。這種布置可以特別適合治療老花眼。在可能更適合治療散光的該過程的變型中，經(jīng)受LIOB的柱狀表面的部分能夠限定直徑地相對的弧狀段。在該情況下，每個弧狀段都優(yōu)選延伸通過處于五度至一百六十度之間范圍內(nèi)的弧。至于關(guān)注的切口，用于制作切口的激光束的每個脈沖都具有約1.2微焦耳或可能更小(例如，I. O微焦耳)的能量。
對于本發(fā)明方法中的另外的變型，除了或代替上述切口，還可以在操作體積的基質(zhì)組織中產(chǎn)生不同構(gòu)造的LIOB層。為了產(chǎn)生這些層，在環(huán)狀區(qū)域的全部或部分中執(zhí)行 LI0B。此外，每一層都可以位于大致垂直于眼睛視軸線的平面中。為了本發(fā)明的目的，這些層與每個鄰近層都距離約為十微米，并且每一層都將具有內(nèi)部直徑“屯”和外部直徑“d?！?。 這些“層”將具有約I微米的厚度。如上所述，本發(fā)明設想在操作體積內(nèi)部產(chǎn)生彼此鄰近的多個這種層。
按照本發(fā)明的意圖，所有的“切口”和“層”(即徑向切口、柱狀切口以及環(huán)形層)都將弱化基質(zhì)組織，因此在基質(zhì)中導致生物機械力的重新分布。具體地，由于“切口”和“層” 的LIOB導致的基質(zhì)弱化將分別導致基質(zhì)響應于來自前房的眼內(nèi)壓力“凸出”或“變平”。然而，如上所述，這些變化將某種程度地受鮑曼囊的約束。該約束的優(yōu)點在于保持了角膜的完整性。注意在產(chǎn)生層的區(qū)域中，可以存在角膜的回彈，其最終導致形成輕微凸出。不過，通過適當?shù)念A先計劃，能夠根據(jù)需要將全部角膜生物機械地再成形。
出于上文的考慮，清楚的是在基質(zhì)中制作“切口”或“層”的物理結(jié)果有些不同。雖然它們都將弱化基質(zhì)，以由此允許來自前房內(nèi)的房水的眼內(nèi)壓力將角膜重新成形，但是“切口”(即平行并徑向于視軸線的LI0B)將導致角膜凸出。另一方面，“層”(即垂直于視軸線的LI0B)將趨于使角膜扁平。在任何情況下，都能夠單獨使用“切口 ”，或使用“切口 ”和“層” 的組合，以通過僅移除微不足道的量的組織來使角膜重新成形。
根據(jù)本發(fā)明，能夠定制各種過程，來治療可識別的屈光缺陷。具體地，除了單獨的切口以外，本發(fā)明還考慮使用切口和層的各種組合。在每種情況下，切口或切口和層的選擇都將取決于角膜需要被如何重新成形。并且，在每種情況下，最重要的都是切口和層以視軸線為中心(即，必須對中)。一些示例如下
老花眼:僅需要使用柱狀切口用于該過程。
近視:可以使用具有任何柱狀切口的徑向切口的圖案。如果使用，徑向切口每個都以全部預定的、其各自方位角Θ、內(nèi)部半徑“ri”和外部半徑“r?！敝瞥?。此外，能夠使用無徑向切口的柱狀切口(圓形或卵形)和環(huán)形層的組合。在該情況下，多個切口離開視軸線并始于徑向距離“r?！保⑶叶鄠€層位于切口內(nèi)部。具體地，多個層的“屯”可以為零(或者非常小)，并且多個層的“d?！笨梢孕∮?r。(d0<2rc)o在替代過程中，能夠單獨采用徑向切口，或采用柱狀切口和環(huán)形層的組合。
遠視可以使用柱狀切口和環(huán)形層的組合。在該情況下，多個切口和視軸線的距離在內(nèi)部半徑”和外部半徑“r。?！敝g的范圍內(nèi)，其中，并且此外，其中多個層的 “d/’大于 2r。。((10Η>2ι·。。)。
散光可以單獨使用柱狀切口，或者與環(huán)形層組合使用。具體地，柱狀切口的弧狀段被定向在垂直于視軸線的預定的線上。然后能夠在該弧狀段之間產(chǎn)生層。
近視散光可以與徑向切口圖案一起地使用沿弧狀段形成的柱狀切口。取決于所需的矯正，徑向和柱狀切口可以交叉或不交叉。
只要需要切口和層的組合，用于產(chǎn)生柱狀切口的每個脈沖的能量就將約為I. 2微焦耳。另一方面，如上所述，用于產(chǎn)生環(huán)形層的每個脈沖的能量將約為O. 8微焦耳。在本發(fā)明的另一方面中，可以采用上文公開的方法來改變?nèi)魏吻宄和该饔谢貜椓Σ牧系墓鈱W特性。具體地，這對于經(jīng)受外部施加的力的材料將成立。在兩種情況下(即對于該系統(tǒng)，關(guān)于上文公開的方法)，本發(fā)明的重要概念為弱化該材料。具體地，為了重新成形或改變該材料的構(gòu)造完成該弱化而非實際移除材料。出于上文的考慮，提供一種用于導致清澈透明有回彈力材料的表 面中的構(gòu)造變化的系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明的意圖是改變?nèi)魏芜@種材料的光學特性。為此，本發(fā)明的系統(tǒng)包括以下的組合診斷單元，其用于評估材料的物理特征；計算機，其用于確定應如何改變該材料；以及激光單元，其用于實際改變該材料。詳細地，系統(tǒng)的診斷單元用于確定材料的布局結(jié)構(gòu)，因而通過使其適應透明有回彈力材料的獨特特征來定制構(gòu)造變化。如本發(fā)明設想地，該布局結(jié)構(gòu)可以包括材料的尺寸，及其光學密度或在材料內(nèi)的應力分布?？梢酝ㄟ^相關(guān)領(lǐng)域公知的各種技術(shù)獲得該數(shù)據(jù)。例如，將優(yōu)選通過公知的OCT分析、潑拉西多(Placido)分析、柵縫掃描分析或波陣面分析獲得該材料的表面布局結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。重要的是，當該布局結(jié)構(gòu)處于第一構(gòu)造時，并且優(yōu)選地在該材料受外力影響的同時，通過診斷單元收集適當?shù)臄?shù)據(jù)。本發(fā)明的計算機本質(zhì)上執(zhí)行三種不同的功能。對于一種功能,使用其限定材料內(nèi)部的操作體積。對于另一種功能，使用其評估要改變的材料的布局結(jié)構(gòu)。并且第三，基于具有形貌的布局結(jié)構(gòu)的評估，然后能夠使用計算機產(chǎn)生用于在操作體積內(nèi)制作將按照本發(fā)明目的的需要來弱化該材料的切開口的程序。除了診斷單元和計算機，還使用激光單元(諸如本文別處公開的)，以執(zhí)行為計算機產(chǎn)生的程序。具體地，在程序控制下，激光單元通過激光誘導光學擊穿(LIOB)弱化操作體積中的材料。在該操作中，當通過LIOB在材料中制作切開口時，不切除或移除可辨別體積的材料。替代地，通過LIOB切開口來弱化該材料。并且因此，響應于對材料施加的力，將表面的布局結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫哂懈淖兒蠊鈱W特性的第二構(gòu)造。


結(jié)合附加說明，根據(jù)附圖將最好地理解關(guān)于其結(jié)構(gòu)及其操作的本發(fā)明的新穎特征以及本發(fā)明本身，其中類似的附圖標記表示類似的部分，并且其中圖I是示出眼睛的角膜的橫截面圖，示出其與示意性示出的激光單元的關(guān)系；圖2是示出角膜的橫截面圖，其示出根據(jù)本發(fā)明的限定的操作體積；圖3是示出多個柱狀表面的透視圖，其中可以通過LIOB制作激光切口 ；圖4是示出具有示出用于典型的老花眼治療的切口的、沿圖3中的線4-4所見的多個柱狀表面上的切口的橫截面圖；圖5A是示出當已經(jīng)在柱狀表面制作完全切口時沿圖3中的線5-5所見的多個柱狀表面的橫截面圖；圖5B是示出當為了治療散光而已經(jīng)在柱狀表面上沿弧狀段制作部分切口時沿圖3中的線5-5所見的多個柱狀表面的橫截面圖；圖5C是示出用于類似于圖5B中所示的切口并且用于相同目的而制作的切口的替代實施例的橫截面圖6是示出示出制作根據(jù)本發(fā)明的角膜切口的生物機械結(jié)果的角膜的橫截面圖7是示出根據(jù)本發(fā)明由LIOB產(chǎn)生的多個層的透視圖8是示出沿圖7中的線8-8所見的層的橫截面圖9A是示出在包含眼睛的視軸線的平面中所見的切口和層的組合的橫截面圖， 布置該組合以治療遠視；
圖9B是示出在包含眼睛的視軸線的平面中觀察的切口和層的組合的橫截面圖， 布置該組合以治療近視；
圖9C是示出在包含眼睛的視軸線的平面中觀察的切口和層的組合的橫截面圖， 布置該組合以治療散光；
圖9D是示出與視軸線共面的徑向切口的頂部平面圖10是示出由LIOB制作的多個柱狀切口和徑向切口的圖案的透視圖IlA是示出沿圖10中的線11-11所見的多個柱狀切口和徑向切口的圖案的橫截面圖IIB是示出用于本發(fā)明替代實施例的多個柱狀切口和徑向切口圖案的橫截面圖IIC是示出用于本發(fā)明另一替代實施例的徑向切口圖案的橫截面圖
圖IlD是示出用于本發(fā)明另一替代實施例的徑向切口圖案的橫截面圖
圖IIE是示出用于本發(fā)明另一替代實施例的徑向切口圖案的橫截面圖；以及
圖12是示出用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)的操作構(gòu)件的示意圖。
具體實施方式
首先參考圖1，將看到本發(fā)明包括用于產(chǎn)生激光束12的激光單元10。更具體地， 激光束12優(yōu)選為脈沖式激光束，并且激光單元10產(chǎn)生持續(xù)時間小于一皮秒的激光束12的脈沖(即，其為飛秒脈沖)。在圖I中，激光束12被示出為沿視軸線14導向，并且導向到眼睛的角膜16上。圖I中也示出眼睛的前房18，其緊接位于角膜16后。還有位于前房18和鞏膜22后的晶狀體20。
在圖2中示出角膜16的五(5)個不同的解剖組織。這些組織的第一個為上皮24， 其限定角膜16的前表面。上皮24后并且在沿視軸線14的向后方向上接著依序是鮑曼囊 (膜)26、基質(zhì)28、迪氏膜30和內(nèi)皮32。在這些組織中，鮑曼囊26和基質(zhì)28對本發(fā)明最重要。具體地，鮑曼囊26因為其非常有彈性，并且具有優(yōu)異的抗張強度而是重要的。因此，其顯者有助于保持角I吳16的總體完整性。
對于本發(fā)明的方法，必須不危及(即弱化)鮑曼囊26。另一方面，有意弱化基質(zhì)28。 在該情況下，基質(zhì)28因為其將來自前房18的房水的眼內(nèi)壓力傳遞至鮑曼囊26而是重要的。因此，基質(zhì)28的任何選擇性弱化都將改變基質(zhì)28內(nèi)的力分布。因而，如本發(fā)明設想地， 能夠有效地使用在基質(zhì)28中的LI0B，以改變通過基質(zhì)28傳遞的力分布，由此使角膜16重新成形。然后，鮑曼囊26將提供用于維持將有效校正屈光缺陷的經(jīng)重新成形的角膜16的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖2，應明白，本發(fā)明的重要方面是操作體積34，其被限定在基質(zhì)28中。雖然在圖2中以橫截面示出操作體積34，但是該操作體積34實際是三維的，并且從位于鮑曼囊26下面一定距離38處的前表面36延伸至位于角膜16中深度O. 9T處的后表面40。前表面36和后表面40兩者本質(zhì)上符合基質(zhì)28的曲率。此外，操作體積34在表面36和40之間延伸經(jīng)過徑向距離42。對于操作體積的前表面36的更精確位置，距離38將大于約八微米。因而，操作體積34將從角膜16中約一百微米的深度(即，鮑曼囊26下方距離38處)延伸至約四百五十微米(即O. 9T)的深度。此外，徑向距離42將約為5. O毫米。圖3示出本發(fā)明設想的多個切口 44。如所示地,切口 44a、44b和44c僅為例示性的，并且取決于特定過程的需要，可以存在更多或更少切口 44。出于該的考慮并且為了本公開的目的，有時將共同地將該多個切口稱為切口 44。如圖3中所示，在相應的柱狀表面上制成切口 44。雖然切口 44示出為圓柱狀表面，但是這些表面可以為卵形。當在基質(zhì)28中制作切口 44時，將它們限定在操作體積34內(nèi)是絕對必要的。出于該的考慮，設想將使用激光單元10通過激光處理制成切口 44。并且，·該處理將導致激光誘導光學擊穿(LI0B)。此外，重要的是這些柱狀表面同軸并且它們以軸線(例如，視軸線14)為中心。此外，每個切口 44都具有前端46和后端48。如通過相互對照圖3和圖4將最好地理解的，切口 44 (即，圓形或卵形柱狀表面)在鄰近切口 44之間具有間距50。優(yōu)選地，該間距50等于約二百微米。圖4也示出各個獨立切口 44的前端46可以彼此軸向地位移距離52。通常，該距離52將約為十微米。此外,最內(nèi)部切口 44 (例如圖4中所示的切口 44a)將處于將距視軸線14約I毫米的徑向距離“r。”。從另一視角看，圖5A示出切口 44以視軸線14為中心，以形成多個環(huán)。在該其他視角中，切口 44共同建立內(nèi)部半徑“rei”和外部半徑“r。。”。優(yōu)選地，每個切口 44都將具有約兩微米的厚度，并且制作切口 44所需的能量將約為I. 2微焦耳。作為上文公開的切口 44的替代，圖3指示了視需要可以僅使用弧狀段54。具體地，在所有必要方面，弧狀段54與切口 44相同。然而，例外在于它們被限定在于圖3和圖5B中由角度“ α ”標識的直徑地相對的弧內(nèi)。更具體地，結(jié)果是兩組直徑地相對的弧狀段54。優(yōu)選地，“α ”處于五度至一百六十度之間的范圍內(nèi)?；疃?4的替代實施例為圖5C中所示的弧狀段54’。將看出的是，弧狀段54’與弧狀段54 —樣處于直徑地相對的組中。然而，弧狀段54’以彼此平行并且與視軸線14等距的各自軸線(未示出)為中心。圖6提供當在基質(zhì)28的操作體積34中制作切口 44時角膜16的生物機械反應的概觀圖。如上所述，切口 44意圖弱化基質(zhì)28。因此，一旦已經(jīng)制作切口 44，則眼內(nèi)壓力(以箭頭56表示)導致基質(zhì)28內(nèi)的力分布改變。這引起凸起58a和58b，其導致形狀從原始角膜16變?yōu)樘摼€表示的角膜的新構(gòu)造16’。按照本發(fā)明的意圖，這導致提高視力的角膜16的屈光矯正。除了上文公開的切口 44，本發(fā)明還設想產(chǎn)生多個層60，其將與切口 44協(xié)作來提供適當?shù)囊暳ΤC正。更具體地，在考慮連接層60的情況下，圖7示出將其在共同具有相同內(nèi)部直徑“d/’和相同外部直徑“d。”的大致扁平環(huán)狀表面上產(chǎn)生。然而，應明白，從圖7中所示構(gòu)造的變型是可能的。例如，內(nèi)部直徑“屯”可以為零。在該情況下，該層為盤狀。另一方面，外部直徑“d?！笨梢詾槎噙_8毫米。此外，外部直徑“d。”可以從層60a到層60b到層60c等等變化。
從不同的視角，圖8示出層60可以以在鄰近層60之間等于約十微米的間隔距離 62堆疊。類似上文公開的切口 44，每個層60都約為一微米厚。如上所述，用于層60的LIOB 的能量通常將小于產(chǎn)生切口 44所需的激光能量。在層60的情況下，用于切口 44的LIOB 的激光能量將約為O. 8微焦耳。
為了本發(fā)明的目的，設想切口 44和層60的各種組合或僅有切口 44。具體地，能夠給出使用切口 44和層60來治療諸如老花眼、近視、遠視和散光的特定情況的示例，詳細地， 對于老花眼，該過程僅需要使用多個切口 44。優(yōu)選地，基本如圖4和5A中所示地布置切口 44。此外，對于老花眼，通常需要從約Imm的內(nèi)部半徑延伸至約I. 8mm的外部半徑的五個獨立的切口 44，且鄰近切口 44之間具有200微米的間隔。當需要一起矯正遠視/老花眼時， 則切口 44優(yōu)選地進一步延伸至約2. 3mm的外部半徑。對于遠視，可以使用如圖9A中所示的柱狀切口 44和環(huán)形層60的組合。在該情況下，多個切口 44距視軸線14在內(nèi)部半徑“rei” (例如，rei=lmm)和外部半徑“r。?！?例如，re()=3mm)之間的范圍內(nèi)，其中re()>rei,并且此外其中多個層60的“屯”大于2r。。(d0>di>2rC0)o對于近視，可以大致如圖9B中所示地使用柱狀切口 44和環(huán)形層60的組合。在該情況下，多個切口 44距視軸線14始于徑向距離“r?！?，并且多個層60以在向后方向上具有減小的外部直徑“d?！钡匚挥谇锌?44內(nèi)部。更具體地，對于該情況，多個層60的“屯”可以為零(或非常小)，并且多個層60中的每一層60的“d?！笨梢孕∮?r。(d/21·。)。并且最后，對于散光，可以單獨使用形成弧狀段54的柱狀切口 44的部分(參見圖5B和5C)，或者與環(huán)形層60組合使用(參見圖9C)。具體地，將柱狀切口 44的弧狀段54定向在垂直于視軸線14的預定線64上。然后根據(jù)需要，可以在弧狀段54之間產(chǎn)生層60 (參見圖9C)。
在上述方法的變型中，本發(fā)明也設想產(chǎn)生徑向切口 66。圖9D中所示的徑向切口 66a和66b僅為例示性的，并且本文有時將其單獨或共同稱為(一個或多個)徑向切口 66。 重要的是，徑向切口 66與視軸線14共面，并且其始終位于操作體積34之內(nèi)。
如圖9D中所示，每個徑向切口 66都由以下參數(shù)有效限定進入基質(zhì)28中的最深距離Z (distal);鮑曼囊26下方的距離Z ^ximal);內(nèi)部半徑“ A ” ；外部半徑“r?！?；以及從基線 68測量的方位角“Θ”。通過設置這些參數(shù)的值，可以精確限定每個徑向切口 66。例如，如圖9D中所示，由方位角Q1建立徑向切口 66a，同時徑向切口 66b具有方位角Θ 2。徑向切口 66a和66b兩者都具有相同的內(nèi)部半徑“ri”和相同的外部半徑“r?！?。將以與上述柱狀切口 44的類似方式建立徑向切口 66a和66b的Z (distal)和Z (pr0Ximal)o
現(xiàn)在參考圖10，對于本發(fā)明的替代實施例示出多個切口 70。具體地，示出的多個切口 70意圖矯正近視散光。如圖所示，多個切口 70包括柱狀切口 72a、72b和72c以及徑向切口 74a,74b和74c。柱狀切口 72a,72b和72c以及徑向切口 74a,74b和74c僅為例示性的，并且取決于特定過程可以存在更多或更少的切口 72、74。如圖10中所示，在相應的柱狀表面上制成柱狀切口 72。雖然將柱狀切口 72示出為圓柱狀表面，但是這些表面可以為卵形。重要的是這些柱狀表面同軸并且其以軸線(例如視軸線14)為中心。
相互對照圖10和圖11A，可以看到柱狀切口 72為弧狀段76。具體地，柱狀切口 72 被限定在于圖IlA中由角度“α ”標識的直徑地相對的弧內(nèi)。更具體地，結(jié)果是兩組75直徑地相對的弧狀段76。優(yōu)選地，“α ”處于五度至一百六十度之間的范圍內(nèi)。此外，圖IlA 示出切口 72以視軸線14為中心。優(yōu)選地，每個切口 72都具有約兩微米的厚度，并且制作10切口 72所需的能量將約為I. 2微焦耳。如圖IlA中進一步所示，徑向切口 74與視軸線14共面，并且其始終位于操作體積34內(nèi)(如圖2中所示)。此外，每個徑向切口 74都由以下參數(shù)有效限定內(nèi)部半徑夕卜部半徑“r?！保灰约皬幕€78測量的方位角“ Θ ”。通過設置這些參數(shù)的值，能夠精確限定每個徑向切口 74。例如，如圖IlA中所示，由方位角Q1建立徑向切口 74a。每個徑向切口 74都具有相同的內(nèi)部半徑”和相同的外部半徑“r。”。 雖然圖10和IlA示出不交叉的多個柱狀切口 72和徑向切口 74的圖案，但是本發(fā)明也設想交叉的切口 70。如圖IlB中所示，多個柱狀切口 72和徑向切口 74的圖案交叉。在圖IlA和IlB中所示的實施例中的每一個中，可以看到徑向切口 74由彼此直徑地相對的兩組80組成。在每一組80中，徑向切口 74以相等的角度β彼此間隔。同樣地，柱狀切口74也包括兩個直徑地相對的組75。現(xiàn)在參考圖IlCUlD和11Ε，對于本發(fā)明的替代實施例示出多個徑向切口 74。在圖IlC中，八個徑向切口 74繞視軸線14定位。該徑向切口 74的圖案意圖用于-O. 75屈光度的近視矯正。在圖IlD中，十二個徑向切口 74繞視軸線14定位。該徑向切口 74的圖案意圖用于-I. 25屈光度的近視矯正。在圖IlE中，十六個徑向切口 74繞視軸線14定位。該徑向切口 74的圖案意圖用于-2. O屈光度的近視矯正。如圖IlCUlD和IlE中所示，每個徑向切口 74都與視軸線14共面，并且位于操作體積34內(nèi)(如圖2中所示)。此外，每個徑向切口 74都由以下參數(shù)有效限定內(nèi)部半徑“ri”；外部半徑“r?！保灰约皬幕€78測量的方位角“ Θ ”。通過設置用于這些參數(shù)的值，能夠精確限定每個徑向切口 74。例如，如圖IlC中所示，由方位角Θ建立徑向切口 74d。在圖IlD中，由方位角Θ建立徑向切口 74e。此外，在圖IlE中，由方位角Θ建立徑向切口 74f。在圖IlCUlD和IlE中，每個徑向切口 74都具有相同的內(nèi)部半徑“r/’和相同的外部半徑“r。”。在圖IlC中，每個徑向切口 74都距鄰近徑向切口 74以等于45度的角度β。此外，在圖IlD中，每個徑向切口都距鄰近徑向切口 74以等于30度的角度β。在圖IlE中，每個徑向切口都距鄰近徑向切口 74以等于22. 5度的角度β。現(xiàn)在參考圖12，示出與本發(fā)明一起使用的系統(tǒng)并且總體以100表示。如所示的，系統(tǒng)100本質(zhì)上包括激光單元102、計算機104以及診斷單元106。系統(tǒng)100的這些構(gòu)件彼此合作，以重構(gòu)材料108。更具體地，材料108可以為任何清澈、透明、有回彈力的材料，并且如所示的，優(yōu)選材料108作為具有表面110和相對下側(cè)112的層形成。此外，作為示例，將加壓流體介質(zhì)114 (例如，液體)定位為接觸下側(cè)112，并且使該加壓流體介質(zhì)114位于材料108和基底116之間。如本發(fā)明同樣設想地，通過流體介質(zhì)114對材料108的表面110施加外部壓力“Pl”，而同時對材料108的下側(cè)112施加內(nèi)部壓力“ρ2”。其結(jié)果在于，表面110和下側(cè)112之間的材料108經(jīng)受大致恒定的外部壓力差“ Λρ”;其中“ Λρ=ρ2-ρι”。然而，可以理解，本文公開的用于產(chǎn)生“Λρ”的結(jié)構(gòu)僅為例示性的，并且可以為了相同的結(jié)果而建議其他結(jié)構(gòu)。如對于本發(fā)明的系統(tǒng)100設想地，激光單元100可以包括相關(guān)領(lǐng)域公知類型的OCT分析儀。OCT分析儀的目的是當材料108處于第一構(gòu)造并且受壓力差“ Λ P”的影響時識別表面110的布局結(jié)構(gòu)。然后，通過轉(zhuǎn)向鏡118將用于該布局結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)引導至診斷單元106。另外，作為輸入120向診斷單元106提供關(guān)于材料108的布局結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。為了本發(fā)明的目的，布局結(jié)構(gòu)輸入120將大致涉及材料108的尺寸及其光學密度以及材料108內(nèi)的應力分布。在任何情況下，都由診斷單元106向計算機104提供關(guān)于布局結(jié)構(gòu)輸入120的數(shù)據(jù)。
除了來自診斷單元106的數(shù)據(jù)之外，計算機104也被提供有操作目標122，該操作目標122大致包括描述對于材料108的期望構(gòu)造變化的數(shù)據(jù)。更具體地，操作目標122通常將包括作為表面的第二構(gòu)造的特征的尺寸數(shù)據(jù)。重要的是，表面110的第二構(gòu)造意圖提供對于材料108的一組期望的光學特性。
在用于操作系統(tǒng)100的準備中，計算機104評估已由診斷單元106提供的數(shù)據(jù)，并且比較該數(shù)據(jù)和操作目標122?；谠摫容^，計算機104建立用于操作激光單元102的程序 124。具體地，將建立程序124以在將切割激光束從激光單元102引導通過材料108內(nèi)部的操作體積126時，導引和控制該切割激光束。
系統(tǒng)100關(guān)于材料108的操作大致與本文別處公開的用于基質(zhì)28的眼科激光手術(shù)相同?；静僮髟硐嗤⑶也牧?08的改變大致類似于通過在基質(zhì)28內(nèi)的切口 70 實現(xiàn)的改變。在任一情況下，外力都保持恒定，同時通過LIOB弱化基質(zhì)28或材料108，但是在這些外力的影響下，將布局結(jié)構(gòu)改變?yōu)椴煌臉?gòu)造。
雖然本文詳細示出和公開的用于改變材料的光學特性的特定系統(tǒng)和方法完全能夠獲得目標和提供本文之前所述的優(yōu)點，但是應理解，其僅為本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例的例證，并且除了附加權(quán)利要求中描述的，無意限制本文所示的結(jié)構(gòu)和設計的細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于引起清澈、透明、有回彈力的材料的布局結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造變化以改變所述材料的光學特性的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括診斷單元，所述診斷單元用于當所述材料的表面處于第一構(gòu)造并且受外力影響時，確定所述材料的布局結(jié)構(gòu)；計算機，所述計算機用于限定所述材料內(nèi)部的操作體積，并且用于評估所述布局結(jié)構(gòu)， 以產(chǎn)生用于在所述操作體積內(nèi)制作切開口的程序；以及激光單元，所述激光單元用于執(zhí)行所述程序，以弱化所述操作體積內(nèi)的材料，以響應于所述外力將所述布局結(jié)構(gòu)重構(gòu)為第二構(gòu)造。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述布局結(jié)構(gòu)包括所述材料的尺寸、所述材料的形貌以及所述切開口的尺寸和位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)，其中通過OCT技術(shù)確定所述表面的所述布局結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中通過使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定所述材料的所述布局結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中通過所述材料的激光誘導光學擊穿(LIOB)制作所述切開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中將軸線限定為大致垂直于所述材料的所述表面，并且在柱狀表面上制作所述切開口，其中所述柱狀表面被限定在所述操作體積內(nèi)，并且以所述軸線為中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中存在多個同軸的柱狀表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中將軸線限定為大致垂直于所述材料的所述表面，并且在至少一層上制作所述切開口，其中所述層位于所述操作體積中，并且建立為大致垂直于所述軸線。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中將軸線限定為大致垂直于所述材料的所述表面，并且在從所述軸線徑向延伸的平面上在所述操作體積中制作所述切開 □。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述材料具有相對的表面，其中所述相對的表面大致平行于所述表面，并且此外其中所述相對的表面接觸加壓流體，以建立所述外力。
11.一種重構(gòu)透明、有回彈力的材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括診斷單元，所述診斷單元確定所述材料的操作體積內(nèi)的第一構(gòu)造，其中所述操作體積限定在所述材料的內(nèi)部；裝置，所述裝置用于當所述材料受多個預定外部施加力影響時識別所述材料的構(gòu)造變化，以實現(xiàn)所述材料的光學特性的期望改變；計算機，所述計算機用于產(chǎn)生用于在所述操作體積內(nèi)部制作切開口以實現(xiàn)所述材料的期望構(gòu)造變化的程序；以及激光單元，所述激光單元用于根據(jù)所述程序在所述操作體積內(nèi)改變所述材料的構(gòu)造， 以導致所述期望構(gòu)造變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述程序包括用于根據(jù)所述材料的布局結(jié)構(gòu)在所述操作體積內(nèi)部定位所述切開口及所述切開口的幾何形狀的計算。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中將軸線限定為大致垂直于所述材料的所述表面，并且在柱狀表面上制作所述切開口，其中所述柱狀表面被限定在所述操作體積內(nèi)，并且以所述軸線為中心。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中將軸線限定為大致垂直于所述材料的所述表面，并且在至少一層上制作且通過所述材料的激光誘導光學擊穿(LIOB)導致所述切開口，其中所述層位于所述操作體積中，并且建立為大致垂直于所述軸線。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中將軸線限定為大致垂直于所述材料的所述表面，并且在從所述軸線徑向延伸的平面上在所述操作體積中制作所述切開□。
16.一種用于使用激光單元來引起清澈透明有回彈力的材料的表面中的構(gòu)造變化以改變所述材料的光學特性的方法，所述方法包括步驟 提供一種系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括診斷單元，所述診斷單元用于當所述表面處于第一構(gòu)造并且同時所述材料受外力影響時確定所述材料的布局結(jié)構(gòu)，并且所述系統(tǒng)具有計算機，所述計算機用于識別所述材料內(nèi)部的操作體積，并用于評估所述布局結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生用于在所述操作體積內(nèi)制作切開口的程序；以及 利用所述激光單元執(zhí)行所述程序，以弱化所述操作體積內(nèi)的材料，以響應于所述外力將所述表面重構(gòu)為第二構(gòu)造。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述布局結(jié)構(gòu)包括所述材料的尺寸以及所述切開口的尺寸和位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中通過從包括OCT分析、柵縫掃描分析和潑拉西多分析的組中選擇的分析確定所述表面的所述布局結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中的任何一項所述的方法，其中通過使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定所述材料的布局結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中的任何一項所述的方法，其中通過所述材料的激光誘導光學擊穿(LIOB)制作所述切開口。
全文摘要
一種用于為了改變透明、有回彈力的材料的光學特性而改變其構(gòu)造的系統(tǒng)，其需要獲得所述材料的布局結(jié)構(gòu)。然后，使用獲得的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生用于操作激光單元的計算機程序。根據(jù)該程序，激光單元在該材料內(nèi)部的限定操作體積內(nèi)制作切開口，以弱化該材料(即改變其內(nèi)部應力分布)。具體地，通過激光誘導光學擊穿(LIOB)在該操作體積內(nèi)的預定表面(例如，柱狀表面)上制作該切開口。由于該切開口，該材料響應于施加在該材料上的外力而經(jīng)歷期望構(gòu)造變化。
文檔編號A61B18/20GK102946817SQ201180018260
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者路易絲·安東尼奧·魯易茲, 約瑟夫·F·比勒, 弗里德·羅埃塞爾 申請人:泰克諾拉斯完美視覺有限公司