用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)，包括具有適于在眼組織中（尤其在角膜中）實施切割的輻射參數(shù)的脈沖激光輻射源（110），用于使激光輻射偏轉(zhuǎn)的掃描儀（160），和被設(shè)置為根據(jù)預(yù)定的切割幾何圖形而控制掃描儀的電子控制單元（190），以及用于調(diào)制所述脈沖激光輻射源（110）所發(fā)射的激光脈沖的調(diào)制器單元（170）。所述控制單元（190）進一步被設(shè)置為根據(jù)針對切割幾何圖形而確定的束偏轉(zhuǎn)圖案，控制所述調(diào)制器單元（170），使得在所述束偏轉(zhuǎn)圖案的預(yù)定部分中所述激光脈沖的至少一部分具有降低的脈沖能量或被抑制。
【專利說明】用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)
[0001]本申請是申請日為2009年5月26日、申請?zhí)枮?00980159515.3 (國際申請?zhí)枮镻CT/EP2009/003730)且名稱為“用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)”的發(fā)明的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在屈光眼科手術(shù)中，通過對病人眼睛的干預(yù)而改變眼睛的屈光特性從而糾正視力缺陷。在這方面，所謂的LASIK過程(激光原位角膜磨鑲術(shù))非常重要，其中首先進行平面角膜切割，其結(jié)果是產(chǎn)生了所謂瓣的小圓盤蓋。所述瓣可以折疊到旁邊以暴露下層的角膜組織，基質(zhì)。接下來根據(jù)為各個病人確定的切除圖形使用激光(通常為準分子激光)切除基質(zhì)組織。隨即將瓣折疊回來；傷口愈合相對較快。
[0004]為了在LASIK過程中進行瓣切割，以前使用的機械微型角膜刀近來已經(jīng)被飛秒激光器所取代，飛秒激光器即產(chǎn)生具有飛秒范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時間的脈沖激光輻射的激光器。對于內(nèi)部組織切割，激光輻射必須位于角膜的透射波長范圍內(nèi)，即大約300nm以上。同時，為了產(chǎn)生所謂光離解(photodisruption)的光學突破(optical breakthrough),光束焦點的能量密度必須足夠大。其有效區(qū)域局限于焦點直徑。因此，為了進行平滑切割，光束焦點必須在期望的切割表面或切割平面中根據(jù)特定的掃描圖案連續(xù)移動到多個緊密相鄰的點上，這些點通常相互重疊。
[0005]與微型手術(shù)刀以機械方式進行角膜切割相比，激光切割的優(yōu)點是導(dǎo)致了飛秒激光器在LASIK手術(shù)和需要在角膜中引入切割的其他治療中的使用的傳播漸增。
[0006]當借助于飛秒激光器實施瓣切割時，在大部分情況下通過對緊密相鄰的飛秒微離解進行精確規(guī)定的校準來獲得切口。在這方面，例如在待進行瓣切割的平面中沿著迂回的S形曲線路徑(所謂的線掃描)引導(dǎo)束焦點。這個傷口是所謂的瓣床。接下來沿著期望的瓣邊沿進行最終的邊緣切割。通過這種方法限定了瓣的邊沿。
[0007]各激光脈沖被精確定位(例如，借助于鏡掃描儀)在垂直于束方向的平面(通常表示為χ-y方向)中的期望點上。作為鏡掃描儀的一個替代例，可以使用晶體掃描儀以便例如產(chǎn)生期望的激光束χ-y偏轉(zhuǎn)。
[0008]使用飛秒激光輻射進行切割的質(zhì)量會受到是否精確符合相關(guān)參數(shù)的影響，這些參數(shù)例如脈沖能量、焦點直徑、焦平面以及相鄰焦點(斑點)位置的間距。針對各種切割引導(dǎo)類型而分別優(yōu)化這些參數(shù)。在瓣切割的例子中，例如區(qū)分兩種形式的切割引導(dǎo)，即瓣床切害I](其借助于很大程度上與交替的運動方向平行布置的線性掃描路徑切開瓣床并且覆蓋后者)以及對于瓣與基質(zhì)的分離來說通常是必須的外圍邊緣切割。
[0009] 激光束移動所沿的掃描路徑的路線對于無熱(冷)光離解在沿掃描路徑的每個點處的期望產(chǎn)生來說并不總是最優(yōu)。依賴于路徑的路線，可能發(fā)生激光斑點的局部集中。例如，在使用迂回線掃描切開瓣床的例子中，與直線路徑段的區(qū)域中的斑點數(shù)目相比，各線段回轉(zhuǎn)彎曲處的區(qū)域中每單位長度或每單位表面積上的斑點累積可能上升。這個累積或者集中是由于掃描儀在掃描方向回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向點處的慣性而產(chǎn)生的(尤其是在使用鏡掃描儀時)。然后，相鄰的焦點可能不再清晰地相互隔離開，而是緊靠在一起以至于無法排除由于能量的局部過量輻射而產(chǎn)生的對角膜組織的熱損傷。盡管如此，對于瓣的保留區(qū)域(也就是說，實際的床)，使用選擇的激光束參數(shù)的切割結(jié)果可以被優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種裝置方面的解決方法，當借助于短脈沖激光輻射在眼組織中進行切割時，能夠降低對于眼組織的不期望的熱損傷風險。
[0011]為了實現(xiàn)這個目標，本發(fā)明提供一種用于眼科手術(shù)的系統(tǒng)，包括具有適于在眼組織中(尤其在角膜中)進行切割的輻射參數(shù)的脈沖激光輻射源，用于使激光輻射偏轉(zhuǎn)的掃描儀，被設(shè)置為根據(jù)預(yù)定的切割幾何圖形而控制所述掃描儀的電子控制單元，以及用于調(diào)制從所述脈沖激光輻射源發(fā)射的激光脈沖的調(diào)制器單元。本發(fā)明提供所述控制單元進一步被設(shè)置為以下列方式根據(jù)針對切割幾何圖形而建立的束偏轉(zhuǎn)圖案來控制所述調(diào)制器單元，使得在所述束偏轉(zhuǎn)圖案的預(yù)定部分中所述激光脈沖的至少一部分具有降低的脈沖能量或被抑制。本發(fā)明因此將沿著激光束的掃描路徑會由于路徑的路線而存在除非使用恒定的輻射參數(shù)否則可能產(chǎn)生增加的特定面積能量輸入的區(qū)域的感覺作為其起點。本發(fā)明通過在掃描路徑的預(yù)定區(qū)域中借助于合適的能量調(diào)制或所選激光脈沖消隱有目的地降低特定面積能量輸入，來抵制由上述問題導(dǎo)致的熱損傷的風險。能量調(diào)制或消隱可以被施加于所涉及的路徑區(qū)域中 的每個脈沖或者僅僅施加于部分脈沖。例如，可以僅僅消隱所涉及路徑區(qū)域中的二分之一脈沖、三分之一脈沖或者通常是η分之一脈沖。消隱意味著所涉及的激光脈沖被整個阻擋或者適當偏轉(zhuǎn)和吸收，從而基本沒有激光脈沖到達眼組織。但是，也可以代替消隱(遮蔽)而采用所選脈沖的能量衰減，使得盡管所涉及的脈沖到達了眼組織，但是與位于掃描路徑的其它部分中的脈沖能量相比，他們以有目的地降低的脈沖能量到達眼組織。這種能量衰減可以對于路徑區(qū)域所涉及的所有脈沖同樣強(即所涉及的所有激光脈沖基本都被降低到相同的能量水平)或者所涉及的激光脈沖可以是至少部分地被能量調(diào)制為不同程度。
[0012]與所選擇的脈沖是否被消隱或能量調(diào)制無關(guān)，沿著整個掃描路徑，例如從源發(fā)射的激光脈沖的重復(fù)率或/和斑點尺寸(焦點直徑)之類的輻射參數(shù)優(yōu)選保持不變。
[0013]由控制單元對調(diào)制器單元的控制以位置依賴的方式而容易實現(xiàn)(即依賴于束焦點目前沿掃描路徑或沿束偏轉(zhuǎn)圖案所處的位置或區(qū)域)?？商娲鼗蛘吡硗?，該控制可以使用設(shè)定速度的改變(即加速度)結(jié)合激光輻射相對于眼組織的速度或者結(jié)合激光輻射的脈沖能量一起進行。
[0014]通過這種方法，可以依賴于與激光束焦點有關(guān)的信息來適當?shù)卣{(diào)適發(fā)射到眼組織的脈沖能量。如上所述，這可以以位置依賴或定位依賴的方式實現(xiàn)。可替代地或者另外，可以依賴于分配給束偏轉(zhuǎn)圖案的運動圖案(例如激光束焦點的速度圖形)，或者例如依賴于掃描單元或其他系統(tǒng)部件可獲得的信息，來采用適當?shù)恼{(diào)制。
[0015]根據(jù)優(yōu)選實施例，所述束偏轉(zhuǎn)圖案包括具有并排直線延伸的多個線路且具有各自在末尾連接兩個相鄰線路的多個回轉(zhuǎn)彎曲的S形曲線圖案。在這方面，所述控制單元被設(shè)置為控制所述調(diào)制器單元以在所述回轉(zhuǎn)彎曲的至少一部分的區(qū)域中降低能量和/或消隱激光脈沖的至少一部分。
[0016]在這種類型的由基本平行并排延伸的多個直線路徑組成的束偏轉(zhuǎn)圖案例子中，運動方向大約180°的回轉(zhuǎn)發(fā)生在切割幾何圖形的邊緣區(qū)域處。在束偏轉(zhuǎn)圖案的這些點(這里被指代為回轉(zhuǎn)彎曲)上，由于掃描儀所固有的慣性而加大了掃描速度的延遲。給定基本恒定的激光源的重復(fù)率(即給定基本恒定的激光輻射脈沖率)，在掃描速度降低的情況下，導(dǎo)致輸入到眼組織的每單位表面積的能量輸入增大。由所述控制單元引起的回轉(zhuǎn)彎曲區(qū)域中各脈沖或整個脈沖序列的消隱和/或各脈沖的能量的降低，可以抵消由于能量輸入增大可能產(chǎn)生的有害熱量。
[0017]平滑切割不僅可以通過迂回線掃描而且可以通過所謂的螺旋形掃描而進行。在這個例子中，焦點沿著螺旋形路徑而移動。給定恒定的脈沖重復(fù)率和恒定的旋轉(zhuǎn)束偏轉(zhuǎn)角速度，連續(xù)焦點位置之間的路徑間距朝向螺旋形路徑的徑向內(nèi)部分支而降低。這對應(yīng)于每單位表面積的能量輸入增大。為了避免由于這種能量輸入增大而引起任何可能的熱損傷，另一個優(yōu)選實施例提供了所述束偏轉(zhuǎn)圖案包括螺旋形圖案，并且其中所述控制單元被設(shè)置為控制所述調(diào)制器單元以朝向所述螺旋形圖案的徑向內(nèi)部分支而降低能量和/或消隱激光脈沖的至少一部分。通過適當?shù)哪芰拷档突蛎}沖消隱，在螺旋形掃描的內(nèi)部部分中，可以避免每單位表面積上的能量輸入的過度增大，從而使眼組織的完全非發(fā)熱光離解可以繼續(xù)而沒有伴隨熱損傷成為可能。可以理解 ，并不是旨在排除脈沖重復(fù)率的改變，而是除了脈沖的能量調(diào)制外也可以執(zhí)行這種改變。
[0018]總的來說，與螺旋形掃描相比，迂回線性切割引導(dǎo)提供了很大程度上能夠隨意選擇切割幾何圖形的優(yōu)點。橢圓形瓣切口的制備(如例如在散光的情況下指示)，可以僅在增加控制嘗試的情況下，使用具有大致均勻的表面微離解強度的螺旋形切割引導(dǎo)就可以實現(xiàn)。
[0019]一個實施例提供調(diào)制器單元包括具有可變衍射效率的光柵部件。由光柵部件引起的衍射可以完全消隱所述激光束(例如通過將其完全偏轉(zhuǎn)到可選擇的束流收集器中)，或者可以僅使束路徑中的一部分激光束發(fā)生衍射并且通過這種方法降低由激光束引入到眼組織上或內(nèi)的能量。
[0020]所述調(diào)制器單元優(yōu)選包括聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。使用這種類型的調(diào)制器，激光輻射可以被例如非?？焖俚刂袛?，并且在規(guī)定的短時間間隔內(nèi)中斷，從而避免多個激光輻射脈沖在同一位置處的不期望的局部重疊?？商娲兀思す廨椛涞闹袛嗷蛘邌蝹€或多個激光脈沖的消隱之外，還可以替代使用有目的地對激光輻射功率或者脈沖功率的調(diào)適。換句話說，除了對應(yīng)于具有兩個位置的開關(guān)(理想)調(diào)節(jié)/消隱之外，依靠衍射效率的變化，可以通過調(diào)制器關(guān)于衍射效率采用多個控制位置，從而關(guān)于發(fā)射到眼組織的能量最終采用多個控制位置。在這方面，可以例如在衍射效率和束焦點位置、束焦點的即時速度或束焦點速度的改變(即加速度)之間提供各種函數(shù)性的聯(lián)系。
[0021]所述控制單元可以被設(shè)置為以下列方式控制所述調(diào)制器單元:使得在所述束偏轉(zhuǎn)圖案的至少一個預(yù)定段中，與所述束偏轉(zhuǎn)圖案的其他段中的脈沖能量相比，所述調(diào)制器單元消隱位于該段中的多個脈沖中的每一個或者降低這些脈沖中每一個的脈沖能量?？商娲鼗蛄硗?，所述控制單元可以被設(shè)置為以下列方式控制所述調(diào)制器單元:使得在所述束偏轉(zhuǎn)圖案的至少一個預(yù)定段中，與所述激光束偏轉(zhuǎn)圖案的其他段中的所述脈沖能量相比，所述調(diào)制器單元連續(xù)交替地使至少一個第一激光脈沖消隱和使至少一個第二激光脈沖的脈沖能量不變，或者連續(xù)交替地使至少一個第一激光脈沖的脈沖能量降低和使至少一個第二激光脈沖的脈沖能量不變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]以下以附圖為基礎(chǔ)更詳細地闡明本發(fā)明。表現(xiàn)為:
[0023]圖1:根據(jù)本發(fā)明的用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)的示意性示例實施例，
[0024]圖2:瓣切割的第一示例性掃描圖案，
[0025]圖3 ;瓣切割的第二示例性掃描圖案，以及
[0026]圖4:瓣切割的第三示例性掃描圖案。
【具體實施方式】[0027]全文由100指代且在圖1中以示意性塊狀圖表示所示出的系統(tǒng)，是適合于在病人眼睛中進行內(nèi)部組織切割的激光器系統(tǒng)。用于產(chǎn)生LASIK瓣的內(nèi)角膜瓣切割是激光器系統(tǒng)100所適用的切割的一個可能且優(yōu)選的實例。然而，這不是排除使用激光器系統(tǒng)100在眼睛中進行其他形式的組織切割。
[0028]激光器系統(tǒng)100包括激光振蕩器110,其以自由運行的方式發(fā)出具有飛秒范圍內(nèi)的持續(xù)時間和規(guī)定的重復(fù)率的激光脈沖。激光振蕩器110可以例如是固態(tài)激光振蕩器，更具體地是纖維激光振蕩器。由激光振蕩器110發(fā)出的脈沖經(jīng)過提高脈沖功率的前置放大器裝置120。同時，前置放大器裝置120引起脈沖時間展寬。然后以這種方法預(yù)處理的激光脈沖的重復(fù)率借助于所謂的脈沖選擇器130而降低。激光振蕩器110提供例如IOMHz或更高重復(fù)率的脈沖。該重復(fù)率在脈沖選擇器130的幫助下減少至例如200kHz。通過這種方法降低重復(fù)率的脈沖被輸入到功率放大器140，功率放大器140產(chǎn)生應(yīng)用所需要的在時間上仍然延長的脈沖的脈沖能量。在將通過這種方法放大的脈沖供給到最后的脈沖壓縮器150之前，它們通常具有大于I皮秒的脈沖長度，該脈沖長度再次被最后的脈沖壓縮器150壓縮至例如低于500飛秒的很短的飛秒脈沖寬度，這通過振蕩器110的帶寬和放大器介質(zhì)的帶寬而成為可能。在最后的脈沖壓縮器150的例子中，例如光柵壓縮器可能會成為問題。
[0029]部件110、120、130、140和150可以一起被視為本發(fā)明意義上的激光源。
[0030]通過這種方法產(chǎn)生的飛秒激光脈沖序列隨后經(jīng)過脈沖調(diào)制器170，脈沖調(diào)制器170例如采用聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器的形式。通常脈沖調(diào)制器170可以包括能夠產(chǎn)生激光脈沖的快速消隱或能量調(diào)制的任意光學有源元件。聲光調(diào)制器可以提供例如從小于10微秒低到2微秒的導(dǎo)通時間，具有大約10微秒到100微秒的關(guān)斷時間。
[0031]給圖1中的脈沖調(diào)制器170分配束流收集器180，束流收集器180用于吸收不會到達被治療目標的任何可能的待消隱脈沖。這種待消隱脈沖能夠通過脈沖調(diào)制器170偏轉(zhuǎn)到束流收集器180上，使得它們不再被包括在被引導(dǎo)到目標上的激光束的其它光束路徑中。
[0032]在調(diào)制器170的下游，激光束到達在這里示意性表示為普通塊的掃描和聚焦裝置160，其根據(jù)預(yù)定掃描圖案或束偏轉(zhuǎn)圖案在垂直于束方向的平面中(x-y平面)偏轉(zhuǎn)激光束，并且將激光束聚焦到束方向(Z-方向)上的期望目標上。在眼睛治療的例子中，目標處于眼組織中，具體是處于角膜組織中。對于連續(xù)的激光脈沖，束偏轉(zhuǎn)圖案限定每個脈沖在χ-y平面中的位置。換句話說，建立激光束移動所沿的一條路徑(或多條路徑)，以便最終獲取期望的切口。
[0033]掃描和聚焦裝置160可以例如包括x-y鏡掃描儀，具有以電流測定方式操作并能夠繞著相互垂直的軸旋轉(zhuǎn)的用于進行束掃描的兩個偏轉(zhuǎn)鏡，以及用于進行束聚焦的f_ Θ物鏡。
[0034]脈沖調(diào)制器170以及掃描和聚焦裝置160與受程序控制的控制單元190聯(lián)接在一起?？刂茊卧?90在未具體表示的程序存儲器中包括控制程序，控制程序在由控制單元190執(zhí)行時對脈沖調(diào)制器170以及掃描和聚焦裝置160進行下列控制:聚焦于期望目標平面的激光束以與期望的束偏轉(zhuǎn)圖案相對應(yīng)的方式在目標平面上移動，并且在控制程序中定義的束偏轉(zhuǎn)圖案的預(yù)定部分中，激光脈沖的至少一部分由脈沖調(diào)制器170進行能量衰減或者完全消隱。
[0035]在示出的示例性例子中，由掃描和聚焦裝置160輸出的激光束被引導(dǎo)并導(dǎo)向人眼302的角膜300上，其焦點位于角膜內(nèi)的(平面或非平面)切割平面304中。在眼睛302的目前風格化的段表示(stylised sectional representation)中，切割平面304被表示為一條線。切割引導(dǎo)以及與切割引導(dǎo)相結(jié)合的調(diào)制器170的工作圖案的具體闡述來自于圖2的以下描述。
[0036]圖2示出人類角膜300的細節(jié)，在人類角膜300上，實施根據(jù)第一瓣切割圖305的瓣切割。瓣切割圖305僅僅為示意性的表示，具體來說，在某些情況下尺寸比例并不對應(yīng)于真實的比例。另外 ，瓣切割圖305僅僅是部分示出，以便使表示作為一個整體易于理解。
[0037]為了實施瓣切割，激光脈沖聚焦在由圓圈示出的角膜300的點310、315處，從而產(chǎn)生微離解。借助于高速掃描儀在角膜300的表面的上方引導(dǎo)系統(tǒng)100所產(chǎn)生的激光輻射。一般來說，角膜展示出可以近似表示為球形的表面曲率。為了實現(xiàn)瓣切割，例如通常通過擠壓或抽吸到附件上來拉平所治療的角膜的表面。飛秒激光輻射的聚焦在基本垂直于眼睛的視軸而延伸的平面304內(nèi)實現(xiàn)(見圖1)，從而產(chǎn)生基本均勻的瓣厚度。在這個平面內(nèi)沿著規(guī)定的路徑曲線引導(dǎo)激光束。
[0038]在切割圖305的第一部分中，進行平面的瓣床切割。為此，在第一運動方向335上沿著基本直的掃描路徑320引導(dǎo)激光束，并且當越過期望的瓣切割半徑時，改變其運動方向為第二運動方向345，緊接著沿平行于第一掃描線320且與第一掃描線320具有規(guī)定間距325的直線再次引導(dǎo)激光束，從而以交替運動方向335、345并以格柵形式或迂回形式掃描瓣切割的整個表面。
[0039]在各掃描線320內(nèi)，由于沿線320的脈沖率和掃描速度保持恒定，因此焦點位置315以實際上具有間距327的等距方式互相對準。以與掃描線內(nèi)各焦點位置315的間距327一起整體產(chǎn)生二維切割的方法，給各掃描線320提供相互的間距325。在瓣切割圖案的回轉(zhuǎn)彎曲330內(nèi)的邊緣處，激光束的運動方向改變，例如大約180°。在這些回轉(zhuǎn)彎曲330處，由于掃描儀的慣性而導(dǎo)致激光束和角膜表面之間的較慢的相對速度，從而使許多焦點位置315位于相近的位置或相同的位置。很明顯，較之沿掃描路徑段320的焦點位置間距327，回轉(zhuǎn)彎曲330內(nèi)的焦點位置間距322相比明顯較小。這些區(qū)域330因此而遭受潛在的熱損傷。[0040]為了完成瓣切割，在由線320表示的表面切割之后，實施沿例如基本圓形的路徑340的邊緣切割。對邊緣切割來說，可能需要或優(yōu)選與瓣床切割的焦點強度不同的焦點強度。相應(yīng)地，沿圖2所示示例性實施例中的邊緣切割路徑曲線340的焦點位置310的間距324，小于沿基本線性的路徑曲線320的焦點位置的間距327。邊緣切割340在點350處中斷，點350在分離已經(jīng)切斷的角膜區(qū)域并將其向上折疊的過程中用作(瓣)轉(zhuǎn)軸。在向上折疊的過程中，沿著線340的潛在熱損傷區(qū)域330被切斷，并且隨后處于瓣的外部。
[0041]為了減少以上提及的在回轉(zhuǎn)點330處的熱損傷，根據(jù)本發(fā)明的第一種可能包括:如果焦點位置落在(最初設(shè)想的)邊緣切割線340的外側(cè)，則借助于聲光調(diào)制器170的合適的驅(qū)動來中斷到角膜的激光輻射的發(fā)射。
[0042]這種情況出現(xiàn)在回轉(zhuǎn)彎曲334處。這些焦點位置315和相關(guān)聯(lián)的在區(qū)域334中會分別落在角膜300上并被觸發(fā)的微離解以空心圓表示。在這個示例性實施例中，通過調(diào)制器170的激光束路徑在瓣的邊沿的外部區(qū)域中被阻擋，從而沒有脈沖會接觸角膜300。但是也有可能的是僅僅單個激光脈沖或整個脈沖序列被阻擋。激光脈沖的這種消隱可以例如以依賴于掃描單元160可獲得的位置信號、速度信號或者加速度信號的方式而實現(xiàn)。但是在適當?shù)那闆r下，信號的產(chǎn)生和/或提供也可以由獨立于掃描單元的其它模塊或部件實現(xiàn)。另外，在適當?shù)那闆r下，消隱也可以通過純時間控制或激光束引導(dǎo)程序或者通過考慮其它合適的信號而實現(xiàn)。從圖2可以看出，由于這種測量，邊緣區(qū)域334完全與激光束引入的微離解無關(guān)，并且排除了這個區(qū)域中的熱損傷。
[0043]用于避免熱損傷的一個策略(其可以結(jié)合以上所述的可能性交替地或在適當?shù)那闆r下采用)包括在角膜切割的引導(dǎo)過程中對各飛秒脈沖的能量調(diào)制。這表示在圖2中的回轉(zhuǎn)區(qū)域332中。與在區(qū)域334中將各焦點位置的局部強度保持在基本上大約處于期望范圍內(nèi)的統(tǒng)計平均值不同，在區(qū)域332中，由各激光脈沖以焦點位置317的形式通過微離解發(fā)射到角膜的能量被降低。為了表示的目的，表示激光輻射的焦點位置的圓表示為較小半徑的圓317。為了獲取能量的低輻射，聲光調(diào)制器170不會從開啟狀態(tài)轉(zhuǎn)變到完全關(guān)閉狀態(tài)。反而，原則上，對于飛秒脈沖長列中的每個脈沖，各個脈沖能量在幅度和連續(xù)性上能夠被設(shè)置為適合于具體應(yīng)用。在這方面，能夠?qū)崿F(xiàn)可以以達到大約IMHz的重復(fù)率對脈沖進行調(diào)制的切換時間。在當前的例子中，對于位于瓣切割區(qū)域外部的脈沖，設(shè)置或調(diào)節(jié)恒定的低脈沖能量。但是也可以設(shè)想適合于推測的或?qū)嶋H的速度級數(shù)(progression)或加速度級數(shù)的脈沖能量級數(shù)。另外，可以設(shè)想不將回轉(zhuǎn)彎曲332布置在瓣床的外部，而是布置在邊緣切割內(nèi)，并且以這種方法通過省掉對超出實際邊緣切割區(qū)域的部分的掃描來縮短整個瓣切割程序的時間。使用圖2中表示的瓣切割圖305，可以實現(xiàn)任意的瓣形狀，這在角膜幾何圖形的高階像差的例子(例如散光)中尤其有利。
[0044]進行瓣切割的另一替代形式表示在圖3中。代替瓣切割區(qū)域的迂回線性掃描，在圖3所示的瓣切割圖400的例子中，提供了螺旋形掃描引導(dǎo)。切割圖的表示也僅僅是示意性的，即如圖2所示，尺寸比率和間距比率不是真正的比例，并且事實可以與示出的圖不同。另外，同樣如圖2所示，切割引導(dǎo)是不完整的。具體來說，在真實的切割引導(dǎo)過程中，必須在螺旋形切割的外圍區(qū)域中定位另外的脈沖。
[0045] 在當前的示例性實施例中，切割引導(dǎo)沿著從角膜300的中心區(qū)域405到外圍區(qū)域430向外展開的螺旋形路徑420 (在當前的例子中沿圖3中由箭頭407指示的運動方向，順時針)而實現(xiàn)。各焦點位置415以連續(xù)的脈沖率沿著螺旋形路徑420設(shè)置。由掃描儀沿著螺旋形路徑420產(chǎn)生的速度圖形由線性徑向分量和轉(zhuǎn)速分量構(gòu)成。在恒定轉(zhuǎn)速分量(即恒定角速度)和恒定徑向分量的例子中，在中心區(qū)域405中給定恒定脈沖率，則沿路徑曲線420，占優(yōu)勢的焦點位置強度比外圍區(qū)域430中明顯更高，因為在外圍區(qū)域430中，路徑速度會由于恒定的轉(zhuǎn)速而更高。很明顯，與外圍區(qū)域430中的焦點位置間距434相比，中心區(qū)域405中的焦點位置間距432更小。
[0046]雖然瓣切割圖400具有(在已經(jīng)描述的從中心區(qū)域405到外圍區(qū)域430的運動方向407例子中)平滑瓣床切割能夠連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榘赀呇厍懈畹膬?yōu)勢，但另一方面，在角膜300的中心區(qū)域中也存在熱損傷的風險，這是其特殊缺點。同樣在螺旋形路徑以相反運動方向演變(即從瓣的外圍邊沿區(qū)域430向內(nèi)到中心區(qū)域405)的例子中，存在同樣的風險，因為這里也使用在給定了時間上固定的脈沖頻率時對于外圍區(qū)域430來說趨向于太低而在角膜300的中心區(qū)域405中可能太高的混合脈沖功率。
[0047]為了實現(xiàn)更均勻的每單位表面積的能量輸入，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在焦點位置415處發(fā)射到角膜300的眼組織的能量以使角膜中心區(qū)域405的能量輸入低于外圍區(qū)域430的能量輸入的方式而調(diào)制。這在圖3中由表示焦點位置415的圓的從中心區(qū)域405向外圍區(qū)域430增大的半徑所指示。因此，雖然焦點位置強度從內(nèi)部405到外部430降低，但是因為脈沖功率增加，由所觸發(fā)的微離解所引起的每焦點位置的能量輸入更高，并且因此補償了降低的焦點位置強度，從而得到在期望范圍內(nèi)保持基本恒定的每單位表面積的能量輸入。借助于調(diào)制器170的這種補 償能夠在時間上由控制單元根據(jù)先前建立的數(shù)學函數(shù)來控制，但是也可以設(shè)置調(diào)節(jié)脈沖功率的控制回路，例如以依賴于掃描儀160的徑向位置的方式來設(shè)置。
[0048]作為對沿螺旋形路徑曲線420的脈沖功率控制或調(diào)節(jié)的替代例，在螺旋形路徑掃描圖的例子中，沿路徑曲線的恒定脈沖強度能夠通過激光脈沖的消隱來調(diào)節(jié)。這示意性地示于圖4中。為了避免重復(fù)，在圖4的描述中，僅考慮與圖2和圖3所示的已描述實施例的實質(zhì)區(qū)別。在圖4中，表示可與圖3中所示實施例的圖相比較的瓣切割圖500。借助于沿路徑曲線520的螺旋形束偏轉(zhuǎn)圖案，該圖通過使用激光脈沖515進行瓣床切割。為了保持螺旋形掃描的路徑曲線520中激光脈沖515的焦點間距基本恒定，通過消隱各個激光脈沖525 (代替激光源的脈沖重復(fù)率的改變或者代替激光脈沖能量的改變)，根據(jù)以下方程連續(xù)改變接觸眼組織的激光輻射的脈沖率:
[0049]當屯〈〈(1。時，S/= consi ~ …卞 j! ? fo


Ji J ο
[0050]其中
[0051]& =內(nèi)螺旋形區(qū)域中的脈沖率；
[0052]f。=外螺旋形區(qū)域中的脈沖率；
[0053]Sf=路徑曲線中的斑點間距；
[0054]Cli=中心區(qū)域中路徑曲線的直徑；
[0055]d。=外部區(qū)域中路徑曲線的直徑。
[0056]因此，由于消隱中心區(qū)域505中脈沖的四分之三并且通過消隱外圍區(qū)域530中脈沖的二分之一而在角膜300的整個瓣床切割區(qū)域上產(chǎn)生基本均勻的焦點位置強度。在特定情況下，這里表示的數(shù)值和尺寸比率不是真正的事實也不是真正的比例，而是僅僅用于示意性表示。在具體的實施例中，實際的脈沖消隱比率可以顯著不同于以簡化方式表示的數(shù)值。
[0057]因此，總的來說，在線性格柵樣瓣切割過程的例子中回轉(zhuǎn)點區(qū)域的多個飛秒脈沖或者在螺旋形掃描過程的例子中過于密集的飛秒激光脈沖序列中的、與負面結(jié)果相關(guān)聯(lián)的局部累積或者甚至局部疊加，能夠通過與程序相關(guān)聯(lián)的消隱或者通過激光輻射的脈沖功率的目的性調(diào)制而得以避免。在所有的例子中，激光源使用固定并且優(yōu)化的激光參數(shù)(例如脈沖能量、脈沖持續(xù)時間以及散度和束參數(shù)的乘積)持續(xù)運轉(zhuǎn)，其導(dǎo)致切割質(zhì)量保持均勻優(yōu)化。
[0058]本發(fā)明也可以用于眼科學中的其它飛秒激光應(yīng)用。例如，類似切割圖可以在例如透鏡狀角膜切除或類似的例子 中應(yīng)用于板層和穿透性角膜移植術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.用于眼科激光手術(shù)的系統(tǒng)，包括 具有適于在眼組織中，尤其是在角膜中，進行切割的輻射參數(shù)的脈沖激光輻射源， 用于使激光輻射偏轉(zhuǎn)的掃描儀， 根據(jù)預(yù)定的切割幾何圖形控制所述掃描儀的電子控制單元，以及 用于調(diào)制從所述脈沖激光輻射源發(fā)射的激光脈沖的調(diào)制器單元， 所述控制單元進一步被設(shè)置為根據(jù)針對切割幾何圖形而建立的束偏轉(zhuǎn)圖案來控制所述調(diào)制器單元，其中所述束偏轉(zhuǎn)圖案包括螺旋形圖案，并且其中所述控制單元被設(shè)置為控制所述調(diào)制器單元以使所述激光脈沖的至少一部分朝向所述螺旋形圖案的徑向內(nèi)部分支降低能量，從而實現(xiàn)基本均勻的每單位表面積的能量輸入，和/或控制所述調(diào)制器單元以朝向所述螺旋形圖案的徑向內(nèi)部分支消隱所述激光脈沖的至少一部分，從而實現(xiàn)基本均勻的焦點位置強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器單元包括聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器單元包括具有2微秒與10微秒之間的導(dǎo)通時間的聲光調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器單元包括具有可變衍射效率的光柵部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1至4中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器單元被分配有束流收集器，所述束流收集器被配置為吸收被所述調(diào)制器單元偏轉(zhuǎn)的激光脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述束流收集器被配置為吸收被所述調(diào)制器單元偏轉(zhuǎn)的激光脈沖，使得被所述調(diào)制器單元偏轉(zhuǎn)的激光脈沖從所述激光輻射的光束路徑中去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的系統(tǒng)，其中脈沖與消隱之比在所述螺旋形圖案的中心區(qū)域為1:3，在所述螺旋形圖案的外圍區(qū)域為1:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的系統(tǒng)，其中通過消隱至少一部分激光脈沖，接觸眼組織的激光輻射的脈沖率根據(jù)以下方程連續(xù)改變: 當 φ〈〈(10 時，& =Comt ~4…^fi ? f0

Ji J0 其中 fi =內(nèi)螺旋形區(qū)域中的脈沖率； f。=外螺旋形區(qū)域中的脈沖率； Sf=路徑曲線中的斑點間距； Cli=中心區(qū)域中路徑曲線的直徑； d。=外部區(qū)域中路徑曲線的直徑。
【文檔編號】A61F9/008GK103892959SQ201410115391
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2009年5月26日
【發(fā)明者】奧拉夫·基特爾曼, 克勞斯·沃格勒 申請人:威孚萊有限公司