專利名稱：用于眼科診斷和介入操作的患者接口的制作方法
技術領域：
本發明涉及眼科手術操作和系統。
背景技術：
白內障摘除是世界上最常進行的手術操作之一，在美國每年約進行400萬的案例，以及在全球每年約進行1500萬的案例。這一市場由各種部分組成，包括用于植入的人工晶狀體，有助于手術操作的粘彈性聚合物，包括晶狀體超聲乳化探頭、管以及各種刀和鉗子的一次性器械。通常使用術語稱為“晶狀體乳化法”的技術執行現代的白內障手術，其中使用具有用于冷卻目的的相關水流的超聲探頭，以在晶狀體前囊中進行開口(術語稱為“前囊切開術”或者更新近的“撕囊術”)之后，對晶狀體的相對硬核進行雕刻。在這些步驟以及通過抽吸方法來移除其余晶狀體較軟皮質而不斷裂之后，可以將合成可折疊人工晶狀體或“10L”通過小切口插入眼·睛。該操作中最早和最關鍵的步驟之一是產生或執行撕囊術。該步驟從稱為“開罐式囊切開術”的較早技術發展而來，其中使用鋒利的針以環形方式在晶狀體前囊上穿孔，其后移除通常直徑在5-8_范圍內的晶狀體囊的環形碎片。這有助于由超聲乳化術而進行下一步驟的核雕刻。由于與開罐式技術變化相關的各種并發癥，嘗試通過引導本領域專家開發更好的技術，用于在乳化步驟之前移除晶狀體前囊。撕囊術的概念是提供光滑而連續的圓形開口，通過其不僅可以安全和容易地執行核的超聲乳化術，還用于容易地插入人工晶狀體。其提供了用于插入的暢通的中心通路，用于由患者將圖像傳輸至視網膜的永久孔，以及IOL在剩余囊內部的支撐，其將限制錯位的可能性。更多的現代技術，諸如那些利用激光來輔助產生精確的撕囊術幾何尺寸以及其他期望切口，諸如各種類型的組織結構松弛切口的技術，在例如美國公開第2006-0195076、2010-0191226、2008-0281413、2009-0012507、2010-0137850、2008-028303 號以及序列號為61/289，837,61/293, 357,61/297, 624和61/302，437的美國專利申請中被公開。這些技術中的每一種通常需要患者接口——一種用來連結患者眼睛和激光及相關成像系統的結構，以及用于優化診斷和成像技術與相關患者組織結構之間的交互。有進一步優化患者接口選項的需求來推進白內障患者的護理標準。
發明內容
一個實施例涉及一種用于將眼科介入系統與患者眼睛相互耦合的系統，其包括:
a、中空容器外殼，其限定內部容積并具有近端和遠端，其中所述遠端包括眼睛接口面，所述眼睛接口面配置以可拆卸且可密封地耦合至患者眼睛，以及其中所述近端配置以如下方式與介入系統機械地接口，即允許開放式通向內部容積以輸送液體或氣體進入內部容積或將液體或氣體從內部容積輸送出；b、光學元件，其固定地耦合至中空容器外殼并占據內部容積的一部分；以及C、液體層，其形成在容器外殼的內部容積內，并且通過包括重力負荷的一個或多個負荷定位在光學元件和眼睛之間。中空容積外殼可以包括兩個部分，它們可拆卸地彼此耦合。這兩個部分可利用選自如下群組的配置可拆卸地彼此耦合，所述群組由以下組成:真空耦合接口、干涉配合接口、電磁耦合接口、手動致動式機械接口、以及電機械致動式機械接口。所述光學元件可以包括透鏡，所述透鏡具有近側面和遠側面。所述透鏡的遠側面可以是凸面。眼睛接口面可以包括順應性圓周密封件。該密封件可以包括兩個圓周層，在這兩層之間插入有真空空間。所述系統還可以包括真空加載裝置，所述真空加載裝置配置以將真空負荷施加至真空空間中。圓周層中的至少一個可以具有錐形截面。圓周層中的至少一個可以具有至少部分球形的形狀。液體層可以具有約2立方厘米容積。液體層可以包括選自如下的材料:水、鹽水、油、粘彈性凝膠、以及全氟化碳液體。真空加載裝置可以配置以施加在約200mm汞柱和約600mm汞柱之間的真空負荷。中空容器外殼可以包括近側部和遠側部，其中所述光學元件固定地耦合至所述遠側部。中空容器外殼可以包括近側部和遠側部，以及所述光學元件可以固定地耦合至所述近側部。液體層可以直接接觸光學元件。
圖1示意了眼科診斷/介入系統的一個實施例。圖2A-2C示意了患者接口配置的各個方面，其特征在于聚焦透鏡靠近患者角膜嚙
八
口 ο圖3A-3C示意了一件式患者接口實施例的各個方面。圖4A-4E示意了兩件式患者接口實施例的各個方面。圖5A-5C示意了液體界面兩件式患者接口實施例的各個方面。圖6A-6D示意了用于利用諸如參考圖1-5C所描述的那些配置的技術的各個方面。
具體實施例方式如前面所簡要描述的，白內障診斷和介入系統的一個實施例可以通過將光束投射或掃描進入患者眼睛68的系統來實施，諸如圖1中所示的系統2，其包括超快(UF)光源4(例如，飛秒激光器)。使用該系統，可以在患者的眼睛中以如下三個維度掃描光束:X，Y，Z。在該實施例中，UF波長可以在IOlOnm至IlOOnm之間變化，并且脈沖寬度可以在IOOfs至IOOOOfs之間變化。脈沖重復頻率也可以在IOkHZ至250kHz之間變化。關于對非靶組織的無意損傷的安全限度受關于重復率和脈沖能量的上限限制；同時，閾值能量、完成操作的時間、和穩定性受脈沖能量和重復率下限的限制。在眼睛68中并且尤其在眼睛的晶狀體69和前囊內的聚焦光斑的峰值功率足夠產生光學擊穿，并且開始等離子體介導消融處理。優選采用近紅外波長，因為在該光譜范圍中減小了生物組織中的線性光吸收和散射。作為一個實例，激光器4可以是重復脈沖的1035nm的裝置，其以IOOkHz的重復率產生500fs脈沖，并且產生在10微焦范圍內的獨立脈沖能量。激光器4由控制用電子裝置300、經由輸入和輸出裝置302控制以產生光束6。控制用電子裝置300可以是計算機、微控制器等。在該實例中，整個系統由控制器300控制，并且數據通過輸入/輸出裝置10302移動。圖形用戶界面⑶1304可以用于設置系統運行參數、處理⑶1304上的用戶輸入(UI) 306并且顯示收集到的信息，例如眼結構的圖像。
生成的UF光束6通過半波片8和線性偏振器10，朝著患者眼睛68前進。可以調節光束的偏振狀態使得期望的光量通過一起用作UF光束6的可變衰減器的半波片8和線性偏振器10。另外,線性偏振器10的取向確定入射在光束組合器34上的入射偏振狀態，由此優化光束組合器透光率。UF光束前進通過遮光器12、孔14和敏感(pickoff)裝置16。系統控制遮光器12出于操作和安全原因確保激光的開/關控制。孔設置激光束的有效外徑并且敏感裝置監視有效光束的輸出。敏感裝置16包括部分反射鏡20和檢測器18。可以使用檢測器18測量脈沖能量、平均功率或組合。信息可以用于反饋到用于衰減的半波片8以及用于檢驗遮光器12是打開還是關閉。另外，遮光器12可以具有位置傳感器以提供冗余狀態檢測。光束通過光束調整級22，其中可以修改諸如光束直徑、發散度、圓形度和散光的光束參數。在該所示意的實例中，光束調整級22包括2元件光束擴展望遠鏡，該望遠鏡包括球面光學器件24和26，以便于實現所需的光束尺寸和準直。雖然本文中未示出，但是可以使用變形光學系統或其它光學系統以實現所期望的光束參數。用于確定這些光束參數的因素包括激光的輸出光束參數、系統的整體放大倍率、以及在治療位置處的所期望的數值孔徑(NA)。此外，可以使用光學系統22以使孔14成像至所期望的位置(例如，下文所述的2軸的掃描裝置50之間的中心位置)。這樣，確保通過孔14的光量能夠通過掃描系統。隨后，敏感裝置16進行對有效光的可靠測量。從調整級22出射之后 ，光束6由折疊鏡28、30和32反射。出于對準目的，這些鏡可以進行調節。隨后，光束6入射在光束組合器34上。光束組合器34反射UF光束6(并且透射下文描述的OCT光束114和瞄準光束202 二者)。為了使光束組合器有效工作，入射角優選保持在45度以下,并且在光束偏振時固定光束的偏振。對于UF光束6,線性偏振器10的取向提供了固定的偏振。在光束組合器34之后，光束6繼續行進到z調節裝置或Z掃描裝置40上。在該示意性實例中，z調節裝置包括具有兩個透鏡組42和44的伽利略望遠鏡(每個透鏡組包括一個或多個透鏡)。透鏡組42沿著z軸圍繞望遠鏡的準直位置移動。這樣，患者的眼睛68中光斑的焦點位置沿著z軸移動，如圖所示。一般地，在透鏡42的運動和焦點的運動之間存在固定的線性關系。在該情況下，z調節望遠鏡具有近似2X光束擴展率，以及透鏡42的移動與焦點的移動的1:1關系。作為選擇，透鏡組44可以沿著z軸移動以致動z調節和掃描。z調節裝置是用于在眼睛68中進行治療的z掃描裝置。其可以受到系統的自動和動態控制，并且被選擇為獨立的或與下文所述的X-Y掃描裝置相互影響。可以使用鏡36和38，用于將光軸對準z調節裝置40的軸。在通過z調節裝置40之后，由鏡46和48將光束6引導至x-y掃描裝置。鏡46和48能夠被調節以用于對準目的。優選在控制用電子裝置300的控制下使用兩個鏡52和54，通過掃描裝置50實現X-Y掃描，鏡52和54利用電動機、檢流計或任何其他公知的光學移動裝置在垂直方向上旋轉。鏡52和54定位為靠近下述的物鏡58和聚焦透鏡66組合的遠心位置，如下所述。傾斜這些鏡52、54，使得它們偏轉光束6，引起在位于患者的眼睛68中的UF焦點的平面側向位移。物鏡58可以是復雜的多元件透鏡元件，如圖所示，并且由透鏡60、62和64指示。透鏡58的復雜性將由掃描區域尺寸、聚焦光斑尺寸、物鏡58的近側和遠側上可用工作距離以及像差控制量所決定。一個實例是在IOmm的區域上產生10 μ m的光斑尺寸、焦距60mm的f-theta透鏡58,其中輸入光束尺寸為直徑15mm。作為選擇，由掃描裝置50進行的X-Y掃描可以通過使用一個或多個可移動光學元件(例如，透鏡、光柵)來實現，所述可移動光學元件可以經由輸入和輸出裝置302而被控制用電子裝置300控制。掃描裝置50在控制器300的控制下，可以自動產生瞄準和治療掃描圖案。這種圖案可以包括單光斑、多光斑、光的一個連續圖案、光的多個連續圖案、和/或其任意組合。此夕卜，瞄準圖案(使用下述的瞄準光束202)不必與治療圖案(使用光束6)相同，但是優選地，至少限定其邊界以便于出于患者安全性考慮而確保僅在所期望的靶區域內傳送治療光。例如，這可以通過使得瞄準圖案提供預期治療圖案的輪廓而實現。這樣，可以使得用戶即使不知道各個光斑自身的準確位置，也可以知曉治療圖案的空間范圍，并且因而優化掃描的速度、效率和準確度。還可以使瞄準圖案作為閃光被感知，以便于進一步增強其對用戶的可視性。可以使用光學聚焦透鏡66，其也可以籠統稱作“接觸透鏡”，以幫助進一步將光束6聚焦到患者的眼睛68中，同時幫助穩定眼睛位置，所述光學聚焦透鏡66可以是任何合適的眼用透鏡。光束6的定位和特性和/或光束6形成在眼睛68上的掃描圖案可以進一步通過使用諸如操縱桿的輸入裝置或其他任何適合的用戶輸入裝置(例如，GUI304)而被控制，以定位患者和/或光學系統。可以設置UF激光器4和控制器300以指向眼睛68中靶結構的表面，并且確保光束6將聚焦在合適的位置，并且不會意外地損傷非靶組織。可以使用本文中所述的成像形式和技術，諸如舉例而言，光學相干斷層成像(OCT)、浦肯雅(Purkinje)成像、沙姆成像、共焦或非線性光學顯微術、熒光成像、或超聲，以確定位置，并且測量晶狀體和晶狀體囊的厚度以向激光聚焦方法提供更大的精度，包括形成2D和3D圖案。使用包括下列的一種或多種方法，還可以實現激光聚焦，所述方法包括直接觀測瞄準光束、光學相干斷層成像(OCT)、浦肯雅成像、沙姆成像、共焦或非線性光學顯微術、熒光成像、超聲或其他已知的眼科或醫學成像形式和/或其組合。在圖1的實施例中，描述了一種OCT裝置100。眼睛的OCT掃描將提供關于晶狀體前囊和后囊的軸向位置、白內障核的邊界以及前房的深度的信息。隨后，將該信息加載入控制用電子裝置300，并且用于編程和控制隨后的激光協助的外科手術操作。還可以使用該信息以確定與手術操作相關的大量參數，諸如舉例而言，用于切割晶狀體囊以及分割晶狀體皮質 和核的焦點平面的上軸限和下軸限、以及晶狀體囊的厚度等。圖1中的OCT裝置100包括寬帶或掃頻光源102，該光源由光纖耦合器104分成參考臂106和采樣臂110。參考臂106包括模塊108，該模塊包含參考反射以及合適的色散和光路長度補償。OCT裝置100的采樣臂110具有輸出連接器112，該輸出連接器作為至UF激光系統的其余部分的接口。隨后，由耦合器104將從參考臂106和采樣臂110返回的信號導向檢測裝置128，該檢測裝置采用時域、頻率或單點檢測技術。在圖1中，使用頻域技術，其中OCT波長為920nm并且帶寬為lOOnm。從連接器112出射之后，OCT光束114使用透鏡116進行準直。由透鏡116的焦距確定已準直的光束114的尺寸。由眼睛中的焦點處的所期望的NA以及導向眼睛68的光束串的放大倍率來決定光束114的尺寸。一般地，在焦平面中，OCT光束114不需要具有與UF光束6相同高的NA，因而在光束組合器34的位置，OCT光束114的直徑小于UF光束6。在準直透鏡116之后是孔118，其進一步修改眼睛處的OCT光束114的最終的NA。選擇孔118的直徑以優化入射在靶組織上的OCT光以及返回信號的強度。使用可以是主動或動態的偏振控制元件120以補償例如可能由角膜雙折射中的各個差別引起的偏振態改變。隨后使用鏡122和124以將OCT光束114導向光束組合器126和34。出于對準目的，并且尤其為了在光束組合器34之后將OCT光束114覆蓋在UF光束6之上，可以調節鏡122和124。相似地，使用光束組合器126以將OCT光束114與下述的瞄準光束202組合在一起。一旦在光束組合器34之后與UF光束6組合，OCT光束114沿著與UF光束6相同的光路，通過系統的其余部分。這樣，OCT光束114指示了 UF光束6的位置。OCT光束114通過z掃描裝置40和x-y掃描裝置50，隨后通過物鏡58、聚焦透鏡66并且進入眼睛68。來自眼睛內的結構的反射和散射提供了這樣的返回光束，其折回通過光學系統、進入連接器112，通過耦合器104，并且至OCT檢測器128。這些返回的背反射提供了 OCT信號，它們接著由系統解釋為UF光束6的焦點位置的X、Y、Z的位置。OCT裝置100的工作原理是，測量其參考臂和采樣臂之間的光路長度的差。因而，將OCT通過Z調節裝置40，并未延伸OCT系統100的Z范圍，這是因為光路長度不會隨著42的移動而改變。OCT系統100具有固有的與檢測機制相關的z范圍，并且在頻域檢測的情況下，其尤其與分光計和光源的光學帶寬相關。在圖1中使用的OCT系統100的情況下，在水相環境中，z范圍近似為3-5mm。在采樣臂中將OCT光束114通過z調節裝置40的z掃描，允許優化OCT信號強度。這通過將OCT光束114聚焦在靶結構上，同時通過相應地增加OCT系統100的參考臂106內的光路而適應已延伸的光路長度而實現。因為由于諸如沉浸指數(immersion index)、折射率以及彩色和單色的像差的影響而引起的在OCT測量中關于UF聚焦裝置的基本差別，必須考慮相對于UF光束焦點位置來分析OCT信號。應當實施作為X、Y、Z的函數的校準或配準操作，以便于將OCT信號信息匹配于UF焦點位置以及關聯絕對尺寸量。還可以利用對瞄準光束的觀測以協助用戶引導UF激光聚焦。此外，假設瞄準光束精確地表示了紅外光束參數，那么代替紅外OCT和UF光束，肉眼可見的瞄準光束可以有助于對準。在圖1所示的配置 中采用了瞄準子系統200。由瞄準光束光源201產生瞄準光束202，諸如運行在633nm波長的氦氖激光器。作為選擇，可以使用在630_650nm范圍內的激光二極管。使用氦氖633nm的光束的優點是其長的相干長度，其將使得能夠使用瞄準光路作為不等光路激光干涉儀(LUPI)，以例如測量光束串的光學質量。一旦瞄準光束光源產生瞄準光束202，使用透鏡204來準直瞄準光束202。由透鏡204的焦距確定已準直的光束的尺寸。由眼睛中的焦點處所期望的NA以及導向眼睛68的光束串的放大倍率，決定瞄準光束202的尺寸。一般地，瞄準光束202應當在焦平面中具有與UF光束6接近相同的NA，并且因而，貓準光束202具有與在光束組合器34的位置處的UF光束相似的直徑。由于在系統對準眼睛的靶組織期間，瞄準光束意于代替UF光束6，大部分瞄準光路模仿如前所述的UF光路。瞄準光束202繼續通過半波片206和線性偏振器208。可以調節瞄準光束202的偏振態，從而所期望量的光通過偏振器208。因而，元件206和208用作為用于瞄準光束202的可變衰減器。另外，偏振器208的取向確定入射在光束組合器126和34上的入射偏振態，由此固定偏振態，并且允許優化光束組合器的透光率。當然，如果使用半導體激光器作為瞄準光束光源200，可以改變驅動電流以調節光功率。瞄準光束202繼續通過遮光器210和孔212。系統控制的遮光器210提供了瞄準光束202的開/關控制。孔212設置瞄準光束202的有效外徑，并且可以被適當地調節。可以使用測量眼睛處的瞄準光束202的輸出的校準操作，以經由偏振器206的控制而設置瞄準光束202的衰減。接著，瞄準光束202通過光束調整裝置214。可以使用一種或多種公知的光束調整光學元件來修改諸如光束直徑、發散度、圓形度和散光的光束參數。在從光纖中出射瞄準光束202的情況下，光束調整裝置214可以簡單地包括具有兩個光學元件216和218的光束擴展望遠鏡，以便實現預期的光束尺寸和準直。根據在眼睛68的位置處匹配UF光束6和瞄準光束202所需要的內容，來決定用于確定諸如準直度的瞄準光束參數的最終因素。通過適當地調節光束調整裝置214，可以考慮色差。此外，使用光學系統214將孔212成像至所期望的位置，諸如孔14的共軛位置。接著，瞄準光束202由折疊鏡222和220反射，這兩個折疊鏡優選可調節用于在光束組合器34之后精密對準UF光束6。隨后，瞄準光束202入射在光束組合器126上，在其中瞄準光束202與OCT光束114組合。光束組合器126反射瞄準光束202，并且透射OCT光束114，這允許在兩個波長范圍有效地運作光束組合功能。作為選擇，光束組合器126的透射和反射功能可以顛倒并且配置可以反轉。在光束組合器126之后，由光束組合器34將瞄準光束202和OCT光束114 一同與UF光束6組合。圖1中示意性地示出用于使靶組織在眼睛68上或內成像的裝置，其示為成像系統71。成像系統包括照相機74和照明光源86，用于創建靶組織的圖像。成像系統71收集如下圖像，這些圖像可以由系統控制器300使用以提供以預定結構為中心或位于預定結構內的圖案。用于觀察的照明光源86通常是寬帶和不相干的。例如，光源86可以包括多個LED，如圖所示。觀察光源86的波長優選在700nm至750nm的范圍內，但是也可以是適于光束組合器56的任何波長，所述光束組合器56將觀察光與用于UF光束6和瞄準光束202的光束光路組合(光束組合器56反射觀察波長，同時透射OCT波長和UF波長)。光束組合器56可以部分地透射瞄準波長，從而瞄準光束202對于觀察照相機74是可見的。在光源86前面的可選的偏振元件84可以是線性偏振器、四分之一波片、半波片或任何組合，并且用于優化信號。如近紅外波長產生的假彩色圖像是可接受的。使用與UF光束6和瞄準光束202相同的物鏡58和聚焦透鏡66，將來自光源86的照明光引導向下朝向眼睛。由眼睛68中的各種結構反射和散射的光由相同的透鏡58和66收集，并且引導返回朝向光束組合器56。其中，經由光束組合器和鏡82將返回的光引導返回進入觀察光路，并且引導至照相機74上。照相機74可以是例如但不局限于具有合適尺寸形式的任何基于硅的檢測器陣列。視頻透鏡76將圖像形成在照相機的檢測器陣列上，同時光學元件80和78分別提供偏振控制和波長過濾。孔或虹膜81提供了對成像NA的控制，并且因而提供了對聚焦深度和景深的控制。小孔提供的優點是大的景深，其有助于患者對接操作。作為選擇，可以切換照明光路和照相光路。而且，可以使得瞄準光源200在紅外范圍內發射，其將不能直接可見但是可以使用成像系統71對其捕獲和顯示。通常需要粗調配準，從而當聚焦透鏡66接觸角膜時，靶結構處于系統的X、Y掃描的捕獲范圍內。因而，對接操作是優選的，其優選在系統接近接觸狀況(即，患者的眼睛68和聚焦透鏡66之間接觸)時考慮患者的運動。觀察系統71被配置成使得聚焦深度足夠大，從而在聚焦透鏡66接觸眼睛68之前可以看見患者的眼睛68和其他顯者特征。優選地，將運動控制系統70集成在總控制系統2中，并且可以移動患者、系統2或其元件、或此兩者，以實現聚焦或“接觸”透鏡66、其外殼和/或眼睛68之間精確和可靠的接觸。此外，如下所述，可以將真空抽吸子系統和法蘭包含在系統2中，并且用于穩定聚焦透鏡66、其相關殼體、以及眼睛68之間的接口。在一個實施例中，可以在監視成像系統71 的輸出的同時完成經由聚焦透鏡66將眼睛68相對于系統2的其他部分物理對準，并且其可以手動執行，或通過借助于控制用電子裝置300經由10302以分析成像系統71電子產生的圖像而自動執行。還可以使用力和/或壓力傳感器的反饋以識別接觸以及啟動真空子系統。圖2A描繪了聚焦透鏡66配置的一個實施例，其中透鏡的遠側面178放置為直接接觸角膜94。從系統88出射的掃描光束90與透鏡66的近側面176相交，通過透鏡66，通過透鏡66的遠側面出射，通過角膜94，并最終到達晶狀體69以利于介入步驟如撕囊術。特寫視圖示意于圖2B中以示范不期望的角膜褶皺96的概念，這種不期望的角膜褶皺96可能與位于具有接觸透鏡66配置的角膜上扁平角膜負荷過大相關，其中接觸透鏡66配置具有相對于角膜來說相對較大的曲率半徑(在這些情形中，可以施加相對較大的扁平角膜負荷以確保透鏡66和角膜94的相對凸形之間的表面接觸)。我們已經發現角膜褶皺96會使至眼睛內部的光路劣化，降低激光與眼睛組織交互的可靠性。此外，還通常希望的是最小化診斷和介入操作期間的眼壓，并且大的扁平角膜負荷傾向于增加眼壓。因此，在圖3A-3C和4A-4E描繪的實施例中，包括聚焦透鏡66，其具有的遠側面曲率半徑基本接近于通常人類角膜的遠側面曲率半徑，因此基本減輕了扁平角膜負荷和/或接口負荷，這將在下面更詳細描述。參照圖2C，示出了患者接口 182的一個實施例，其可以稱作“一件式”接口，并且與諸如參照圖1所描述的診斷和介入系統的可動部160接口，患者接口 182包括角膜接口130、容納聚焦透鏡66的圓錐形外殼下部132、以及具有近側面并且配置以機械地與診斷和介入系統的可動部160接口和耦合的圓柱形外殼上部134。圖3A示意了類似配置，其中患者接口 182可拆卸地耦合診斷和介入系統的可動部160。圖3B示出了諸如圖2C和3A所描繪的患者接口 182的特寫正視圖。圓柱形外殼上部134的近側面形成幾何耦合接口 136，幾何耦合接口 136配置用于可拆卸地耦合診斷和介入系統的可動部160。圖3C示意了圖3B實施例的截面視圖以示出聚焦透鏡66在圓錐形外殼下部132內的位置以及透鏡66的遠側面140與角膜94的直接接口、和柔性(在一個實施例中包括諸如硅樹脂的柔性材料)角膜接口 130的截面特征 ，所述角膜接口 130包括雙瓣截面接觸面142，其產生兩瓣之間的真空通道142，所述通道可用于在應用諸如約300和600_汞柱之間的真空條件下可拆卸地將角膜接口 130耦合至角膜94的表面。在一個實施例中，透鏡66的遠側面140具有等于約8.3mm的曲率半徑，其稍大于人類角膜94的平均曲率半徑，以提供嚙合配置，其中遠側面140可以大約在遠側面140的中央與角膜緩慢嚙合，然后嚙合增加并且非常輕的扁平角膜負荷、氣泡和液體從接觸中心向外擠壓，最終產生相對清潔(cIean)的接口用于診斷和介入目的。圖3C描繪的角膜的形狀是空載(角膜非扁平)形狀，以在所描繪實施例中示意在遠側面140和空載角膜94形狀之間具有有意的錯配(在實際加載情形中，這些表面將直接接觸，如上所述)。參照圖4A-4E，描繪了另一實施例(可以稱作“兩件式”實施例)，其中在諸如圖2C-3C中所示的配置可以在隨后將診斷和介入系統的上部152和可動部160耦合之前解構或解耦合以提供底部148的方便手動操縱放置(即，通過使用輕型把手150)。合起來，上部152和底部148可以包括“中空容器外殼”，其限定內部容積并配置以如這里所描述的與眼睛接口。上部和底部可使用真空耦合接口、干涉配合(即，壓配合)接口、電磁耦合接口(即，其中施加電流以加強結合，并且可以關閉該電流以釋放該結合)、手動致動式機械接口(即，其中可以手動地致動或移動插銷或適配件以加強接口的鎖定或解鎖)、或電機械致動式機械接口(即，其中可以諸如通過螺線管或其他致動器電機械地致動或移動插銷或適配件以加強接口的鎖定或解鎖)彼此可拆卸地耦合。參照圖4A，示出了患者的面部146和眼睛68，其中利用使用真空端口 154施加的真空負荷將底部148耦合至眼睛68的角膜和/或鞏膜，從而使諸如圖2C-3C所示的那些柔性接口開始與角膜和/或鞏膜可釋放地嚙合。圖4A所示的下部具有相對低的質量和低的轉動慣量，以及可以通過手容易地操縱至期望位置，在此后可以通過端口 154施加真空以產生暫時嚙合。接著，上部152可以通過機械接口 156耦合至底部148，所述機械接口可以包括輕微的干涉配合(S卩，諸如搭扣配合)，從而形成裝配的兩件式患者接口 184，所述接口 184可以耦合至診斷和介入系統的可動部160，如上所述。圖4C和4D描繪了另一個接口實施例，其中可以利用彈簧夾158來可拆卸地耦合底部148和上部152。圖4D是圖4C的實施例的截面圖。圖4E描繪了另一接口實施例，其中可以利用可旋轉夾頭型耦合件162通過耦合件162相對于底部148的手動操縱旋轉來可拆卸地耦合底部148和上部152。圖5A-5C描繪了另一個兩件式患者接口 186的實施例(該實施例可以稱作液體界面兩件式實施例)，類似于如上所述(元件66),其包括諸如聚焦透鏡元件92光學元件,但是聚焦透鏡元件92的遠側面178不直接接觸角膜94和/或鞏膜的表面一而是，在聚焦透鏡元件92和角膜94和/或鞏膜之間內插有液體層172。光學元件92可以具有近側面和遠側面，以及所述遠側面可以是凸面。在一個實施例中，光學元件92的遠側面直接接口(即沉浸于或直接暴露于)液體層，使得液體層作為眼睛和光學元件92之間的統一連接。在一個實施例中，液體層可以包括約2立方厘米液體。所述液體可以包括諸如水、鹽水、油(諸如硅油)、眼用粘彈性凝膠、或全氟化碳液體。在所描繪的兩件式實施例中，光學元件92固定地耦合至患者接口的上部或近側部152 ;在另一實施例中，光學元件92可以固定地耦合至患者接口的底部或遠側部148。如圖5A所示，圓錐形底部160耦合至柔性接口 130，所述柔性接口類似于上面關于一件式或兩件式患者接口配置所描述的那些接口。如同前述實施例一樣，柔性接口 130可以包括順應性圓周密封件，所述順應性圓周密封件可以包括兩個或更多個圓周層，在它們之間插入有真空空間以利于密封件與眼睛組織的真空加強的耦合(例如使用約200mm萊柱和約600mm萊柱之間的真空負荷,其可以使用諸如調節型機械真空泵的真空裝置來施加或產生)。至少一個所述圓周層可以具有錐形截面形狀(即，其中錐形的較小部更加緊鄰眼睛組織)，以及至少一個所述圓周層可以包括至少部分球形的形狀(即，類似于球形的部分)。手動操縱把手耦合至底部160以允許在底部與上部166的界面168嚙合前容易地將相對低質量和慣性的底部160耦合至角膜和/或鞏膜(例如，由真空通過真空端口 154提供耦合保持)，上部166配置以可拆卸地耦合至諸如關于圖1所描述的診斷和介入系統的可動部160 (例如利用機械耦合接口、真空、或其他可拆卸耦合手段)。如圖5A-5C所示，界面嚙合168優選地配置以使得液體層172對外部環境開放(S卩，對患者檢查室或手術室的大氣壓力配置開放)，從而可通過直接灌注或注射器(即，通過所描繪的入口特征165中的一個)添加其他液體；類似地，可以通過改變患者和/或患者接口相對于重力的取向以及傾倒出液體(即，通過所描繪入口特征165中的一個)來使液體從未封裝環境流出。入口特征165可以包括一個或多個孔口、端口、窗口等，它們提供限定用于液體層172的容積和附近大氣 之間的直接入口。該配置可以視為“開放式配置”(與閉合或封裝配置相反，其中液體容積可以至少暫時地封裝在槽或其他結構內)，其中液體層172直接通向外側環境，所述配置出于數個原因是有利的:a)開放允許直接通向匯聚在患者接口中作為液體層的液體一其允許更容易地填充、再填充、以及排水；b)開放允許耦合該兩件式設計時液體流出；沒有這種容易流出的設計時，會建立和/或累積不期望的界面壓力；c)開放允許氣體更容易地流出，通常情況下氣體在液體層環境中作為氣泡出現，這沒有最理想地改變光學場景(即，它們扭曲了治療光束保真度，以及會引起不透明或其他不期望的光學畸變)。圖5B和5C示出了圖5A的實施例的兩個略微不同的截面圖。參照圖5B，示出了液體層172，其插在聚焦透鏡92的外側面178和角膜94和/或鞏膜之間，它們彼此不物理接觸。液體層172作為透光介質。在所描繪的實施例中，在底部164和上部166界面168耦合前，液體層自由地浮在底部164 (B卩，在底部164已經使用雙瓣的唇部144耦合至角膜94和/或鞏膜后，液體層172由于在底部164的底部的重力是靜止的，所述雙瓣的唇部144可以通過連接至圖5C所示的真空端口 154的真空通道170供給真空)。在一個實施例中，雙瓣柔性密封部144的外徑約為21mm，以及內徑約為14.5mm，產生約14mm的通光孔徑可用于介入激光切割的寬范圍，其包括但不限于角膜切口，諸如緣松弛切割口等。液體界面的一個另外益處是可以優化透鏡元件92的光學特性，而無需與直接接觸型透鏡元件(例如，上述元件66)—樣多地考慮近側和遠側面曲率半徑的解剖學配合(anatomicalfit)。此外，針對聚焦透鏡92具有更大自由度的材料選擇。在一個實施例中，聚焦透鏡92包括大約13mm厚度的片料，其具有“BK-7” (RTM)商標名，由紐約州埃爾姆斯福德的Schott North America公司市售,所述透鏡92具有約245mm的近側凸面曲率半徑，以及約68mm的近側凸面曲率半徑。另夕卜,透鏡92遠離角膜94和/或鞏膜的布置更好地促進了通過激光的前側角膜和/或鞏膜表面切割而沒有透鏡微粒污染。例如在參照圖1所描述的系統中可用的OCT成像可以用于確認角膜94和/或鞏膜與聚焦透鏡92之間的液體間隙的尺寸。在一個實施例中，液體或流體層172包括鹽水。在其他實施例中，液體可以指定為具有定制的色散的、折射的、抗氣泡的、以及其他性質。在另一實施例中，患者接口結構的暫時地或可拆卸的兩個主要可耦合部148、152可以更加持久地以一件式液體促進的患者接口形式耦合(即，在該操作前，或在這些部件的制造期間，其中它們固定地彼此耦合或一起形成為一個構造)，其具有與關于圖4A-5C所描述的那些相同的特征，但沒有這些部分148、152之間的可解耦合接口。參照圖6A-6D，示意了利用諸如上述配置的各個執行實施例。參照圖6A，在外科手術前的診斷和患者準備步驟(320)之后，可以將患者定位在基本水平位置用于患者接口對接(322)(即，基于在使用一體式或兩件套式實施例時不需要對抗重力；此外，在液體界面兩件套式實施例中，明顯希望的是不會使液體從底部流出)。在將患者接口耦合至系統的可動部(324)(即，通過機械接口耦合、真空耦合等)時，可動部可用來將患者接口移動至相對于患者角膜和/或鞏膜的期望接口位置(326)，在這里患者接口可拆卸地耦合至角膜和/或鞏膜(例如，利用真空、或機械負荷或壓力來產生液體密封，其也可以用于穩定眼睛)(328)。對接完成后，可與眼內手術成像一起實施 呆作(330)。在完成該 呆作后，可以將患者接口與角膜和/或鞏膜解耦合(即，通過釋放真空)(332)。
參照圖6Β，描繪了另一實施例,其中前兩個步驟和后兩個步驟與圖5Α中一樣,而中間步驟包括提供了兩件式患者接口配置，其可拆卸地耦合至眼睛、耦合至自身(即，所述兩件套)、以及近側耦合至系統(334)，可拆卸地將底部耦合至角膜和/或鞏膜(336)，移動該系統至上部在耦合至底部時可以容易地耦合至系統的位置(338)，以及將上部耦合至系統(340)。參照圖6C，描繪了類似于圖6B的實施例，另外增加了在底部耦合至角膜和/或鞏膜后添加液體(即，通過灌注液體、利用注射器注射液體等)至底部的中間步驟342 (即，為適應液體界面兩件式患者接口配置)。圖6D示意了類似于圖6C的實施例，除了可以在底部完全耦合至角膜和/或鞏膜(336)之前添加液體層(342)。該配置會引起底部與角膜和/或鞏膜之間的液體泄漏并隨后進入真空系統中。這里描述了本發明的各個例證性實施例。以非限制性意義參考這些實例。它們提供以示意可更廣泛應用的本發明實施例。所描述的用于執行對象診斷或介入操作的上述任意裝置可以設置以成套組合，用于實施所述介入。這些供應的“成套工具”還可以包括使用說明書，并以通常用于該目的的無菌托盤或容器包裝。本發明包括可以使用該主題裝置執行的方法。所述方法可以包括提供該適合裝置的步驟。該提供可以由最終用戶執行。換言之，所述“提供”步驟僅僅需要最終用戶獲得、訪問、接近、定位、建立、激活、加電或動作以提供該主題方法中的必需裝置。這里列舉的方法可以所列舉事件的邏輯上可能的任意順序以及以所列舉事件的順序來執行。上面已經說明了本發明的例證性實施例連同關于材料選擇和制造的細節。針對本發明的其他細節，結合上面所引用專利和公開來說是可以意識到的。例如，在需要時，一種或多種光滑涂層(例如，諸如聚乙烯吡咯烷酮基合成物的親水聚合物、諸如四氟乙烯的含氟聚合物、親水膠或硅酮)可根據需要結合所述裝置的各部分使用，諸如可動耦合部的較大界面，從而例如促進所述對象相對于器械其他部分或附近組織結構的低摩擦操縱或前進。關于本發明的方法實施例的通常地 或邏輯地利用的其他步驟方面也同樣如此。另外，雖然已經參照隨意組合各個特征的幾個實例進行了描述，但是本發明不應該限定于所描述或指定的，關于本發明的每個變體是可預料的。對所描述的本發明可以做出許多變化，以及等效物(不管是這里列舉的或出于簡潔起見而未包含的)是可以替代的。另外，在提供數值范圍的地方，應該理解的是，在該范圍上限和下限之間的每個中間值以及在所聲明范圍內的任意其他聲明值或中間值都包含在本發明內。而且，可以預料的是，所描述的本發明變體的任意可選特征都可以獨立地或結合這里所描述的任意一個或多個特征來說明和要求權利。對單數項的參考包括具有多個相同的該項存在的可能性。更具體而言，如這里及相關權利要求書中所使用的，單數形式“一個”(〃a〃、〃an〃)、“所述”("said")以及“該”("the")包括復數指示，除非另有具體聲明。換言之，所述冠詞的使用允許在上述說明書以及與本公開關聯的權利要求書中具有“至少一個”主題項。還應該指出的是，該權利要求書可以設計以排除任意可選的元件。這樣，該陳述旨在結合列舉的權利要求元件、或使用“否定”限定作為供這些排他術語如“單獨地”、“僅”等使用的前導基礎。不使用排他術語時，與本公開關聯的權利要求書中的術語“包括”("comprising")應該允許包括任意其他元件，不管給定數量的元件是否列舉在該權利要求書中，或添加特征應該被認為是變換該權利要求書中所說明的元件的性質。除非這里具體限定，這里所使用的所有技術和科學術語盡可能寬泛地給出以通常理解意義同時保持權利要求書的有效性。`
權利要求
1.一種用于將眼科介入系統與患者眼睛相互耦合的系統，其包括: a、中空容器外殼，其限定內部容積并具有近端和遠端，其中所述遠端包括眼睛接口面，所述眼睛接口面配置以可拆卸且可密封地耦合至患者眼睛，以及其中所述近端配置以如下方式與介入系統機械地接口，即允許開放式通向內部容積以輸送液體或氣體進入內部容積或將液體或氣體從內部容積輸送出； b、光學元件，其固定地耦合至中空容器外殼并占據內部容積的一部分；以及 C、液體層，其形成在容器外殼的內部容積內，并且通過包括重力負荷的一個或多個負荷定位在光學元件和眼睛之間。
2.權利要求1所述的系統，其中所述中空容積外殼包括兩個部分，它們可拆卸地彼此耦合。
3.權利要求2所述的系統，其中所述兩個部分利用選自如下群組的配置可拆卸地彼此耦合，所述群組由以下組成:真空耦合接口、干涉配合接口、電磁耦合接口、手動致動式機械接口、以及電機械致動式機械接口。
4.權利要求1所述的系統，其中所述光學元件包括透鏡，所述透鏡具有近側面和遠側面。
5.權利要求4所述的系統，其中所述透鏡的遠側面是凸面。
6.權利要求1所述的系統，其中所述眼睛接口面包括順應性圓周密封件。
7.權利要求6所述的系統，其中所述密封件包括兩個圓周層，在這兩層之間插入有真空空間。
8.權利要求7所述的系統，還包括真空加載裝置，其配置以將真空負荷施加至真空空間中。
9.權利要求7所述的系統，其中所述圓周層中的至少一個具有錐形截面。
10.權利要求6所述的系統，其中所述圓周層中的至少一個具有至少部分球形的形狀。
11.權利要求1所述的系統，其中所述液體層具有約2立方厘米容積。
12.權利要求1所述的系統，其中所述液體層包括選自如下的材料:水、鹽水、油、粘彈性凝膠、以及全氟化碳液體。
13.權利要求8所述的系統，其中所述真空加載裝置配置以施加在約200_汞柱和約600mm萊柱之間的真空負荷。
14.權利要求2所述的系統，其中所述中空容器外殼包括近側部和遠側部，以及其中所述光學元件固定地耦合至所述遠側部。
15.權利要求2所述的系統，其中所述中空容器外殼包括近側部和遠側部，以及其中所述光學元件固定地耦合至所述近側部。
16.權利要求1所述的系統，其中所述液體層直接接觸光學元件。
全文摘要
描述了用于實施眼科操作以解決白內障相關臨床難題的配置。在一個實施例中，可以利用一件式患者接觸接口來將診斷和/或介入系統耦合至患者的角膜；在另一實施例中，可以利用兩件式配置；在又一實施例中，可以利用液體界面兩件式實施例。
文檔編號A61F9/009GK103228239SQ201180042329
公開日2013年7月31日 申請日期2011年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者P·古丁, D·安杰莉 申請人:眼科醫療公司