成像控制的激光手術系統的制作方法
【專利摘要】一種基于成像的激光系統可以包括：激光束系統，配置為產生具有可調節激光功率參數的激光脈沖束并將其掃描至眼睛中的掃描圖案的點；以及基于成像的激光控制器，配置為：對所述眼睛中的層成像，控制所述激光脈沖束至所述掃描圖案的所述點的掃描，以及根據所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離，控制所述激光脈沖的激光功率參數。
【專利說明】成像控制的激光手術系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請根據35U.S.C.§ 119要求享有2011年5月18日提交的美國專利申請N0.13/110352的優先權，其整個內容通過引用并入本文。
【技術領域】
[0003]本專利文件描述了用于在眼科程序中控制激光的系統和方法。更詳細地，本專利文件描述了成像控制的激光系統，用于在囊切開術和白內障程序等的過程中控制脈沖眼科激光的功率。
【背景技術】
[0004]激光系統對于眼科手術已經變得必不可少。它們應用于角膜程序中已經一段時間，并且現在精度很高，因此相當成功。最近，已經設想用于其他眼科程序的應用，包括白內障程序。
[0005]激光可以用于形成高精度的切口。通過將激光脈沖的快速序列聚焦或引導至掃描圖案或點圖案來產生這些切口。掃描圖案的點常常形成線或層并且由掃描系統將激光脈沖引導至這些點，該掃描系統包括可以非常快速地改變其對準的偏轉裝置、反射鏡和透鏡。在典型的激光系統中，脈沖可以具有在納秒、皮秒或者甚至飛秒范圍內的持續時間或脈沖長度。脈沖重復率可以處于kHz到數百kHz范圍內。
[0006]激光脈沖的功率或能量可以選擇為超過所謂的光爆破(photodisruption)閾值。具有超過該閾值的功率的 激光脈沖會破壞目標點處的眼組織，導致泡的形成。這些泡的線或層會弱化在泡的相對兩側上的組織部分之間的機械連接。通常該弱化是實質性的，從而有效地切割組織。因此，后續的人工程序可以容易地完全分離組織部分。
[0007]可受益于使用這種高精度激光切割系統的一個眼科程序是白內障手術。典型的白內障手術涉及囊切開術步驟和溶解或晶狀體破碎步驟。在溶解過程中，能量被施加至晶狀體核以使其液化。在晶狀體破碎過程中，通過沿著切割表面掃描激光，可以將晶狀體的核切割成若干塊，以使得后續能夠一塊一塊地去除核。囊切開術涉及在晶狀體的囊袋的前部上形成圓形切口，以允許外科醫生觸及并去除核的切割塊。
[0008]優化用于這些復雜眼科程序的手術激光系統是巨大的挑戰。然而，就手術程序的精度和效力而言，優化確保了巨大的回報。
【發明內容】
[0009]激光白內障手術的挑戰之一是囊切開術和晶狀體破碎的程序會彼此干擾。在先進的激光系統中，通過在手術之前對眼科目標組織成像并且基于該圖像引導激光脈沖，可以提高手術的精度。如果首先執行晶狀體破碎，則作為手術副產物，由于形成在囊內部的大量泡，囊被相當大且不平坦地擴大。因此，在晶狀體破碎之后，囊和晶狀體不得不第二次成像以指導囊切開術的后續圓形切口。然而，對被嚴重光爆破和扭曲的晶狀體成像是極具挑戰性的。另外，重復的成像程序耗費寶貴的手術時間，增加患者的不適，潛在地損害整個程序的精度。
[0010]另一方面，如果首先執行囊切開術，則其在晶狀體的前區中以及眼睛的前水性室中產生大量的泡。如以下解釋的，如果晶狀體在程序之前處于傾斜位置，則泡的量特別高。這些泡會相當大地增加后續晶狀體破碎的激光脈沖的散射，因為后續脈沖被引導至晶狀體的內部并且因此通過充滿泡的前區傳播。增加的散射會再次潛在地損害白內障程序的精度。
[0011]因此，晶狀體破碎和囊切開術的兩種順序均具有缺陷，因為首先的步驟會減小后續步驟的精度和控制。因此，減小、解決或消除這些缺陷中的一個或多個的激光系統可以提供優勢。
[0012]本發明的實施例可以針對這些挑戰提供有利的功能。具體而言，基于成像的激光系統的實施例可以包括:激光束系統，配置為產生具有可調節激光功率參數的激光脈沖束并將其掃描至眼睛中的掃描圖案的點；以及基于成像的激光控制器，配置為:對所述眼睛中的層成像，控制所述激光脈沖束至所述掃描圖案的所述點的掃描，以及根據所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離，控制所述激光脈沖的激光功率參數。
[0013]基于成像的激光系統的實施方式可以包括:激光器，產生激光脈沖束并將其引導到眼睛中；成像系統，對所述眼睛的囊層成像；以及激光控制系統，控制所述激光器以將具有超過光爆破閾值的激光功率參數的激光脈沖束引導至所成像的囊層的跟蹤帶內部的點，以及將具有低于光爆破閾值的激光功率參數的激光脈沖束引導至所成像的囊層的所述跟蹤帶內部的點，其中所述基于成像的激光系統配置為在白內障程序過程中在溶解或晶狀體破碎之前執行囊切開術。
[0014]圖像導引的眼科激光系統的實施方式可以包括:激光引擎，配置為產生激光脈沖；束修改器，配置為修改所述激光脈沖的激光功率參數；激光掃描器，配置為將所述激光脈沖引導至眼睛中的掃描點；成像系統，配置為對所述眼睛中的區域成像；以及圖案產生器，耦合至所述成像系統、所述束修改器和所述激光掃描器，配置為:為所述激光掃描器產生所述掃描點的坐標，以及根據所述掃描點距目標圖案的距離，將激光功率參數與所述掃描點相關聯。
[0015]在一些實施方式中，一種執行成像控制的眼科程序的方法可以包括:對眼睛中的層成像；產生掃描圖案的點的坐標；確定所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離；以及基于所確定的距離，將激光功率參數與所述點相關聯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1示出具有成像控制的激光系統的手術激光系統的實施例。
[0017]圖2A-D示出激光束系統的實施例。
[0018]圖3A-E示出基于成像的激光控制器的實施例。
[0019]圖4A-B示出用于非傾斜和傾斜晶狀體的掃描圖案。
[0020]圖5A-B示出作為掃描變量的函數的用于非傾斜和傾斜晶狀體的傳統掃描圖案。
[0021]圖6A-H示出具有取決于距離的激光功率參數的沿著圓形掃描的掃描圖案。
[0022]圖7示出借助使用模型曲線的所成像的層的z深度的確定。[0023]圖8A-B示出具有不同順序的晶狀體破碎和囊切開術的白內障手術的方法。
[0024]圖9詳細示出利用成像控制的激光系統的白內障手術的方法。
[0025]圖10示出在晶狀體破碎以非均勻方式擴大晶狀體囊之后的多極值跟蹤帶激光掃描圖案。
[0026]圖1lA-D示出對于傾斜裁切切口的掃描圖案。
[0027]圖12A-B示出對于傾斜體積切口的掃描圖案。
【具體實施方式】
[0028]在本專利文件中描述的實施方式和實施例提供了針對上述挑戰的改進。
[0029]圖1示出基于成像的激光系統100，包括:激光束系統110，用于產生具有可調節激光功率參數的激光脈沖束并且將其掃描至眼睛I中的掃描圖案的點；以及基于成像的激光控制器120，用于對眼睛中的層進行成像，用于控制激光脈沖束對掃描圖案的點的掃描，以及用于根據掃描圖案的點距所成像的層的距離來控制激光脈沖的激光功率參數。激光控制器120可以通過例如向激光束系統110發送功率控制信號和掃描控制信號來執行這些功倉泛。
[0030]激光束系統110的激光束可以在分束器132-1處導向至主光路，該分束器132_1將束改向至物鏡134。束可以傳播通過物鏡134并通過患者界面136以進入進行手術的眼睛I。
[0031]通過利用各種技術對眼睛I成像，可以輔助進行手術。可見成像光可以用于產生由視頻顯微鏡138處理的視頻圖像。另外，基于成像的激光控制器120可以將成像束投射到眼睛上并且基于返回的圖像束形成圖像。該成像束可以通過分束器132-2耦合進入和離開主光路。
[0032]圖2A-D示出激光束系統110的各種實施例。
[0033]圖2A示出激光束系統110的實施例，其可以包括用于產生激光脈沖束的激光引擎112、用于修改激光脈沖的激光功率參數的束衰減器114以及用于將激光脈沖束引導至眼睛中的掃描圖案的點的束掃描器116。激光引擎112可以產生具有納秒、皮秒或甚至飛秒(即，在10_9- 10_15秒范圍內)的持續時間的激光脈沖。可以以處于寬頻率范圍:從0.1kHz到1，000kHz，或處于IkHz到500kHz范圍內，或在一些實施方式中處于IOkHz到IOOkHz范圍內的重復率產生這些脈沖。激光控制器120的功率控制信號可以耦合進束衰減器114中并且激光控制器120的掃描控制信號可以耦合進束掃描器116中。
[0034]束衰減器114可以包括普克爾盒、偏振器組件、機械快門、電子機械快門或者能量輪(energy wheel)。這些實施方式中的每一種可以修改激光脈沖的激光功率參數。激光功率參數可以是激光脈沖的脈沖能量、脈沖功率、脈沖長度或脈沖重復率等。束衰減器114可以修改這些激光功率參數中的一個或多個。在簡單實施方式中，束衰減器114可以關閉或阻擋選定的激光脈沖。在另一實施方式中，偏振器組件可以通過調節后續偏振濾光器的相對角度來減小選定的激光脈沖的功率。
[0035]在圖2A的實施例中，束衰減器114可以位于激光引擎112與束掃描器116之間的激光束路徑中。
[0036]圖2B示出束衰減器114至少部分集成到激光引擎112中的實施例。在一些情況下，束衰減器114可以是激光引擎112的一部分。例如，激光引擎112內的普克爾盒可以是束衰減器114。
[0037]圖2C示出束衰減器114位于束掃描器116之后的激光束路徑中的實施例。
[0038]最后，圖2D示出束衰減器114和束掃描器116至少部分集成的實施例。
[0039]圖3A-E示出基于成像的激光控制器120的各種實施例。
[0040]圖3A示出激光控制器120可以包括:成像系統122，用于對眼睛中的所成像的層進行成像:以及圖案產生器124，用于產生掃描圖案的點的坐標、用于根據點距所成像的層的距離將激光功率參數與點相關聯、以及用于將所產生的點的坐標和對應的激光功率參數作為信號發送至激光束系統110。在一些實施方式中，成像系統122可以對眼睛的前或后段中的任一眼科目標(從角膜到視網膜的目標)進行成像。
[0041]圖案產生器124可以利用掃描控制信號將所產生的掃描圖案的點的坐標作為信號發送至束掃描器116。并且，圖案產生器124可以利用功率控制信號將對應于掃描圖案的點的激光功率參數作為信號發送至束衰減器114。激光功率參數可以是激光脈沖的脈沖能量、脈沖功率、脈沖長度或脈沖重復率。
[0042]成像系統122可以包括眼科相干斷層攝影(OCT)系統、Scheimpflug成像系統、掃描成像系統、單攝成像系統、超聲成像系統和視頻成像系統。在此，掃描成像系統可以通過掃描成像束來產生圖像，而單攝成像系統可以在單次攝影中獲取有關成像區域或體積的成像信息。OCT系統可以是時域0CT、頻域OCT或者基于分光儀的OCT系統等。
[0043]圖3B示出在一 些實施方式中激光控制器120可以包括圖像分析儀126。圖像分析儀126可以接收來自成像系統122的所成像的層的圖像，如下所述地執行所成像的層的分析并將分析結果傳送至圖案產生器124。
[0044]圖3C示出在一些實施方式中圖像分析儀126可以至少部分與成像系統122集成。圖3D示出在一些實施方式中圖像分析儀126可以至少部分與圖案產生器124集成。
[0045]圖3E示出在一些實施方式中激光系統100可以包括操作者界面128，其可與成像系統122、圖案產生器124和圖像分析儀126中的一個或多個耦合。
[0046]圖4A-B設定示出激光系統100的操作的階段。成像系統122可以對圖像區域中的所成像的層進行成像，該圖像區域可以基于環、弧、線或與成像系統的z軸橫切的二維圖案，并且沿著成像系統的z軸延伸到一深度范圍Dimage。成像系統122可以支持對與沿著圖像掃描的掃描坐標對應的所成像的層的z深度坐標的確定。
[0047]圖4A示出成像系統122可以執行與白內障程序的囊切開術步驟相關的成像。示意的截面圖示出眼睛I的前段。最外層是角膜210。晶狀體220位于角膜210后方，兩者由水性前室230分隔。晶狀體220包裹在薄囊或囊袋222中。晶狀體220由睫狀肌240固定到位。這些肌肉240還根據需要調節晶狀體220的形狀，用以對目標聚焦。
[0048]如以上所述的，為了有利于去除晶狀體220的破碎的核，白內障手術通常涉及在囊袋222上產生圓形囊切開術切口 250。作為第一步驟，成像系統122可以通過沿著掃描圓254掃描并且對限定出圖像圓柱體260-1的深度范圍Dimage中的眼睛成像，來產生眼睛的前段的圖像252。
[0049]圖5A示出圖像252典型地包括沿著掃描變量(諸如沿著掃描圓254的圓周的角度)“展開”的晶狀體220的成像前囊層的圖像256。如果晶狀體220的z軸與激光系統100的Z軸對準，則所成像的層的圖像256是指示基本恒定的Z深度的平坦的線。
[0050]在其他實施方式中，圖像252可以包括其他眼科目標的圖像，包括角膜層、部分鞏膜甚至視網膜層。利用物鏡134的透鏡、成像系統122的參考反射鏡、患者界面136的水平或者諸如角膜210的眼科結構的水平，可以以大量方式定義零深度水平。
[0051]通過分析圖像252，外科醫生可以識別出所成像的層的圖像256。基于所成像的層的z深度，外科醫生可以決定在哪里引導切割激光束以形成囊切開術切口 250。切割激光束通常沿著相同的掃描圓254掃描以形成具有深度范圍Dcut (通常小于Dimage)的切口圓柱體260-c。這樣，切口圓柱體260-c的布置最大地受益于包含在圖像252中的信息，并且特別是包含在所成像的層的圖像256中的信息。囊切開術切口 250形成在切口圓柱體260-c與晶狀體囊222相交的位置。實踐中，切口圓柱體260-c常常形成為疊置的泡-圓(bubble-circles),其中通過沿著固定z深度處的圓形掃描圖案引導激光脈沖以引起光爆破并接著在略小的z深度處形成相似的圓來產生各個圓。
[0052]在一些典型情況下，圖像深度范圍Dimage可以是5-10毫米，而切口深度范圍Dcut可以處于50-200微米的范圍內，在一些情況下是75-150微米，有時大約100微米。
[0053]應注意，切口圓柱體260-c的泡可以散射和偏轉在后續手術步驟中施加的激光脈沖。例如，在白內障手術中，囊切開術之后是晶狀體破碎或溶解。切口圓柱體260-c的泡會通過散射晶狀體破碎激光脈沖而負面地影響該后續晶狀體破碎的精度和效率。
[0054]幸運的是，當晶狀體220的z軸平行于激光系統100的z軸時，切口圓柱體260_c的深度范圍Dcut可以小到 100微米，從而僅僅產生有限數量的泡。因此，在良好對準晶狀體220的情況下，切口圓柱體260-c的泡僅引起對于后續晶狀體破碎激光脈沖的有限量的散射。
[0055]然而，圖4B示出在典型的手術的情況下晶狀體220可能傾斜。這一情形的發生可能出于各種原因。例如，在接近眼睛I時，物鏡134的重量會向一側推擠晶狀體220。或者，在患者界面136處施加抽吸以固定眼睛I也會導致晶狀體220的傾斜。
[0056]圖5B示出沿著掃描圓254的角度掃描變量展開的這種傾斜晶狀體220的圖像252。相對于圖5A的未傾斜情況，傾斜所成像的層的圖像256會表現出相當大的正弦振蕩。這些振蕩的幅度可高達300-500微米。為了確保沿著該正弦曲線的所有位置切割囊袋222，可以以超過正弦曲線的幅度的增大了很多的深度范圍Dcut來形成切口圓柱體260-c。在以上示例中，Dcut可以是400-600微米以確保沿著整個正弦曲線切割囊袋222。顯然，相比于對于未傾斜晶狀體的過程，該方式會產生4-6倍多的光爆破的泡。這樣的增大的數量的囊切開術泡會相當大程度地散射后續晶狀體破碎的激光脈沖，威脅其精度和效力。
[0057]圖6A-H示出激光系統100的一些實施方式可以通過僅在所成像的層的狹窄鄰近位置中產生泡而實質上減少光爆破的泡的數量。
[0058]如上所述，例如通過基于成像的激光控制器120對囊袋222成像、控制激光脈沖束對掃描圖案的掃描以及根據掃描圖案的點距所成像的層的距離來控制激光脈沖的激光功率參數，可以實現該結果。
[0059]圖6A-B示出隨著激光脈沖被引導至掃描圖案的點，激光控制器120可以修改或調整脈沖的激光功率參數。具體而言，當激光脈沖引導至在沿著z軸距所成像的層的圖像256距離Dcut內的掃描圖案的點時，激光控制器120可以將其激光功率參數調整到例如超過光爆破閾值的高值。而，當激光脈沖引導至比距所成像的層的圖像256Dcut更遠的掃描圖案的點時，激光控制器120可以將其激光功率參數調整到例如低于光爆破閾值的低值。
[0060]剛剛描述的方法僅在所成像的層的Dcut鄰近位置中產生泡并且因此實質上將泡的數量減少到接近良好對準的晶狀體的泡數量的值。由于這一原因，實質上減小了這些囊切開術泡對于后續晶狀體破碎激光脈沖的散射。使用Dcut的前述值(對于傾斜晶狀體為400-600微米，并且對于未傾斜晶狀體為100微米)，本發明可以減小晶狀體破碎泡的散射4-6倍:精度和控制上的相當可觀的增益。
[0061]圖6A示出在沿著對于圓形掃描的固定點的z軸執行掃描圖案的囊切開術激光脈沖的掃描時的實施方式。圖6B示出在沿著具有固定z深度的圓形掃描執行掃描時的實施方式。在任一實施方式中，具有高激光功率的點被布置在具有Dcut的z范圍的跟蹤帶257內。
[0062]圖6C-E示出沿著圓形掃描在固定的Z深度處掃描激光脈沖時的實施方式。跟蹤帶257可以定義為在距所成像的層的圖像256的預先選定的距離Dcut內的掃描圖案的點的集合。
[0063]圖6D-E以展開圖示出在兩個選定的z深度3600微米和3650微米時沿著圓形掃描的脈沖的激光功率參數。激光控制器120可以將引導至跟蹤帶257內部的點的脈沖的激光功率控制為超過光爆破閾值，并且將引導至跟蹤帶257外部的點的脈沖的激光功率控制為低于光爆破閾值。在該實施例中，光爆破的泡僅在跟蹤帶257內的點處產生，從而實現激光系統100的以上功能。
[0064]圖6F以展開圖表達了相同操作。在此，激光功率參數的值被示出為投影到掃描圓254自身上的角掃描變量(典型地為角度)的函數。同樣，對于那些位于跟蹤帶257內的掃描圖案的點，激光功率高 (由粗線表示)，而對于那些位于跟蹤帶257外部的點，激光功率低。
[0065]圖6G-H示出有關實施方式，其中激光功率控制器120將激光功率參數控制為點距所成像的層的距離的函數，其中激光功率是距離的遞減函數。圖6G示出該函數基本上是二值階躍函數的實施方式。圖6H示出該函數是連續函數且其值隨著距所成像的層的距離增加而減小的實施方式。在一些實施方式中，更容易的是以圖6H的連續方式控制激光功率。
[0066]上述實施方式取決于知道掃描圖案的點與所成像的層之間的距離。確定這一距離涉及三個階段。首先，在圖像252中識別出所成像的層的身份以確定所成像的層的圖像256。隨后，確定所成像的層的z深度坐標。最后，可以例如通過獲取掃描圖案的點的z深度坐標與對應的角掃描坐標處的所成像的層的差異，來確定所成像的層與掃描圖案的點的距離。
[0067]關于第一步驟，原始圖像252無法明確地分離或識別出所成像的層。因此，確立所成像的層的身份必須分析圖像252。如先前論述的，可以通過成像系統122、圖案產生器124或圖像分析儀126，并可能輔助有系統操作者通過操作者界面128的輸入，來執行圖像的這一分析。
[0068]圖7示出成像系統122可以以不同方式支持對所成像的層的識別及其z深度坐標的確定。在一些實施方式中，激光系統100可以包括操作者界面128并且成像系統122可以支持使用操作者通過操作者界面128的輸入來識別所成像的層。
[0069]例如，在圖形用戶界面上或⑶I上，操作者界面128可以促進操作者將模型曲線258擬合到表示所成像的層的圖像252中的點。由于在傾斜的橢圓行晶狀體的情況下所成像的層的圖像256通常是正弦曲線，操作者界面128可以在⑶I上顯示一般正弦曲線258并且促進操作者將該模型曲線258擬合到圖像252中的層-點。一旦操作者將模型曲線258擬合到圖像252中的層-點，則模型曲線258可以用作所成像的層的圖像256。
[0070]操作者可以通過各種方式實現這一任務:通過將模型曲線258在X方向上偏移Xshift (即沿著圓形掃描調整角度)并且通過將模型曲線258在Y方向上偏移Yshift (即調整z深度坐標)。在其他實施方式中，可以促進操作者將模型曲線258的縮放調整到圖像252中的正弦定位的層-點的縮放，即，將模型曲線258的z深度重新縮放以擬合層-點的z深度。可以實施許多其他的擬合技術以實現類似功能。
[0071]操作者界面128可以以許多不同方式接收來自操作者的輸入，包括通過鍵盤、觸摸屏、計算機通信信道、外部存儲器、閃驅、互聯網連接、語音識別設備或無線連接。
[0072]在其他實施方式中，所成像的層的身份和z深度的確定可以由激光系統100執行而無需外科醫生或操作者的輸入。具體而言，成像系統122可以配置為通過執行圖像252的特征識別分析的處理器或微計算機來確定所成像的層的身份和隨后的z深度坐標。例如，成像系統122可以通過找出點強度的梯度的局部最大值來確定所成像的層的身份和坐標。在其他實施方式中，可以使用邊緣識別算法。在這些實施方式中，成像系統122可以識別出最大梯度點的流形作為所成像的層的圖像256，而無需借助于擬合模型曲線258。在一些實施方式中，當然，成像系統122可以利用模型曲線258以識別出所成像的層的圖像256。
[0073]在以上實施方式中，一旦在圖像252中已經確定所成像的層的身份，則可以例如通過對圖像252中的像素進行計數或者使用參考或查找表，以直接了當的方式確定所成像的層的z深度坐標。
[0074]對于圖像分析，在z深度的確定過程中，成像系統122可以利用術前測量的結果、統計數據、視頻圖像數據、眼科相干斷層攝影圖像數據或基于模型的計算。
[0075]—旦已經確定所成像的層的z深度，成像系統122可以將所成像的層的z深度和對應的掃描坐標傳送至圖案產生器124以執行最后的階段:對所成像的層與由圖案產生器124產生的掃描圖案的點之間的距離的確定。這一階段可以通過例如從對應于相同掃描變量(諸如相同掃描角度)的所成像的層的z深度坐標減去掃描圖案的點的z深度坐標來執行。
[0076]最后，在已經確定掃描圖案的點距所成像的層的距離后，圖案產生器124可以將超過光爆破閾值的激光功率參數與比預定距離更接近所成像的層的那些點相關聯，并且將低于光爆破閾值的激光功率參數與比預定距離更遠離所成像的層的那些點相關聯，如有關圖6A-H所述的。
[0077]在一些實施方式中，成像系統122僅捕捉圖像252，而不識別所成像的層或確定其z深度坐標。在這些實施方式，成像系統122可以簡單地將未處理的圖像252傳送至圖案產生器124而不進行分析。圖案產生器124可以接收圖像125，識別所成像的層并且確定與沿著圖像掃描的掃描坐標對應的所成像的層的z深度坐標。
[0078]如上所述，在一些實施方式中，圖案產生器124可以通過執行所接收的圖像252的特征識別分析來確定所成像的層的z深度。在其他實施方式中，如前所述，圖案產生器124可以在確定所成像的層的z深度的過程中通過操作者界面128接收操作者輸入。[0079]在這些實施方式中，一旦已經確定所成像的層的z深度坐標，圖案產生器124可以將跟蹤帶257定義為在距所成像的層的坐標預定義距離內的掃描圖案的點的流形。隨后，圖案產生器124可以將超過光爆破閾值的激光功率參數與跟蹤帶257內部的掃描圖案的點相關聯，并且將低于光爆破閾值的激光功率參數與跟蹤帶257外部的掃描圖案的點相關聯。
[0080]激光控制器120的其他實施方式可以包括圖像分析儀126，其可以確定與沿著圖像掃描的掃描坐標對應的所成像的層的z深度坐標。如在圖3B-D中所示的，圖像分析儀126可以是獨立的，或者至少部分與成像系統122或圖案產生器124集成。
[0081]圖像分析儀126可以通過執行圖像252的特征識別分析來識別所成像的層并且確定所成像的層的z深度坐標。在其他實施方式中，圖像分析儀126可以通過利用通過操作者界面128的操作者輸入來確定z深度坐標。
[0082]可以在所成像的層是晶狀體220與水性前室230之間的晶狀體囊222的囊切開術程序的示例上示范激光系統100的操作。在該情況下，掃描圖案對應于在囊切開術切口 250處與晶狀體囊222相交的切口圓柱體260-c。圖案產生器124可以將光爆破的激光功率參數與跟蹤帶257內部的點相關聯，并且將非光爆破的激光功率參數與跟蹤帶257外部的點相關聯，跟蹤帶257同切口圓柱體260-c與晶狀體囊222的相交有關。
[0083]圖8A示出在未受益于激光系統100的情況下執行的第一白內障程序300。在如圖4B-5B中的囊切開術產生過量泡時可以實施白內障程序300。為了防止這些囊切開術泡造成過分散射，在囊切開術之前執行晶狀體破碎。詳言之，白內障程序300可以包括由OCT程序執行的囊222的第一成像310，接著是晶狀體破碎320。在晶狀體破碎320的過程中，囊222由于在晶狀體22中產生大量的泡而擴大。通過由囊切開術340切割到囊222中的開口去除晶狀體220的碎塊。然而，由于囊222已經在晶狀體破碎320過程中擴大，第一成像310的結果不再可靠 。因此，囊切開術340必須在第二成像330之后進行。第二成像330會占用寶貴的手術時間并增加患者的不適。這些因素均會對白內障程序300的效力造成損害。
[0084]圖8B不出利用激光系統100的實施例的白內障程序350。由于激光系統100能夠在囊切開術過程中僅產生有限數量的泡，囊切開術可以在晶狀體破碎之前執行。這一順序改變可以相當大程度地減少手術時間并且因此實質上增大了白內障程序的精度。
[0085]詳言之，白內障手術程序350可以包括例如借助于OCT成像系統的囊222的成像360，接著是囊切開術370，并由晶狀體破碎380結束。由于囊切開術370不會使晶狀體220變形，因此相對于程序300，不需要第二成像。
[0086]圖9更詳細地示出成像控制白內障方法400。方法400可以包括眼睛的成像區域中的成像眼科層的成像410，接著是從圖像中識別420所成像的層的坐標。這些任務可以由例如基于成像的激光控制器120的成像系統122來執行。識別420可以包括執行特征識別分析。在其他情況下，其可以包括通過操作者界面128接收操作者輸入。這些任務可以由成像系統122、圖案產生器124或圖像分析儀126來執行。
[0087]接下來，方法400可以包括掃描圖案的點的坐標的產生430以及掃描圖案的點距所成像的層的距離的確定440。這些步驟可以由例如圖案產生器124來執行。
[0088]方法400還可以包括基于它們的確定的距離，將激光功率參數與所產生的點相關聯450。任務420到450可以包括通過操作者界面128從激光系統100的操作者接收可能的輸入422-452。
[0089]該方法還可以包括將所產生的掃描圖案的點的坐標作為信號發送(460)至束掃描器116以及將對應的激光功率參數作為信號發送(470)至束衰減器114。
[0090]圖10示出當晶狀體囊222具有不平坦形狀時的手術相關性的情況。這一情形會在不同情況下發生。例如，患者界面136的接近會造成眼睛I的前段的相當大的變形。或者眼科外傷或在前的晶狀體破碎程序會導致不平坦的晶狀體形狀。在這些情況的任一情況下，激光系統100能夠分析表現出多于兩個局部極值的所成像的層的圖像256。顯見地，在這種情況下簡單的正弦模型曲線258不足以識別出所成像的層并且確定其z深度坐標。因此，成像系統122、圖案產生器124或圖像分析儀126的實施例能夠例如通過使用復雜的特征識別軟件，在甚至更具挑戰性的情況下識別出所成像的層并且確定其z深度坐標。確定并且特征化所成像的層的圖像256可以允許圖案產生器124定義跟蹤帶257，從而相應地將激光功率參數與掃描圖案的點相關聯。
[0091]圖1lA-D示出:激光系統100的成像系統122可以對眼睛中的區域成像，圖案產生器124可以為束掃描器116產生掃描圖案的點的坐標，并且根據掃描圖案的點距圖標圖案的距離，將激光功率參數與掃描圖案的點相關聯。
[0092]這樣的目標圖案的示例可以是裁切圖案500，包括裁切平面500-X和500-Y。這樣的裁切圖案500可以用于晶狀體破碎。圖1lA示出當晶狀體220的z軸與激光系統100的z軸對準時的情況。在該情況下，裁切平面500-X和500-Y也平行于激光系統100的z軸。
[0093]圖1lB示出:如果如例如圖4B所示，晶狀體220相對于激光系統100傾斜，則裁切平面500-Xt和500-Yt也會傾斜。由于掃描圖案常常包括第一固定z深度處的點的第一流形，緊接著略小的z深度 處的第二流形，因此利用無法調整激光脈沖的功率的激光系統的傾斜裁切平面的掃描圖案將在囊袋222中產生切口，從而導致嚴重的手術并發癥。
[0094]相比而言，激光系統100的實施例可以根據掃描圖案的點距裁切平面500-Xt和500-Yt的距離關聯激光參數。
[0095]圖1lC-D示出具有由圖案產生器124產生的低和高激光功率的掃描圖案的點以形成傾斜的500-Xt和500-Yt裁切平面。顯見地，通過根據激光脈沖與目標圖案的鄰近性調節激光脈沖的功率來產生切口可以避免切割到囊袋中一主要的手術優勢。
[0096]圖1lD清楚示出:如同跟蹤帶257的情況，光爆破激光功率參數可以與比預定距離Dcut更接近目標圖案500-Xt和500-Yt的掃描點相關聯，并且非光爆破激光功率參數可以與比預定距離Dcut更遠離目標圖案的掃描點相關聯。
[0097]在其他實施方式中，切割表面可以是圓形表面段、螺旋形表面段、角膜可觸切口和角膜緣放松切口。
[0098]圖12A-B示出:在一些情況下，圖標圖案260-2可以是具有相對于激光系統100的光軸傾斜的軸的目標體積。在此，掃描圖案包括圓柱體圖案260-1，并且該掃描圖案的點的激光功率參數被調整為形成傾斜體積切口 260-2。這樣的效力可以用于例如校正晶狀體220的屈光特性。
[0099]在一些實施方式中，圖案產生器124可以配置為根據掃描圖案的點距由成像系統122成像的眼科層的距離，將激光功率參數與所述點相關聯。[0100]雖然本說明書包含許多具體細節，但是它們不應解釋為對所聲明的本發明的范圍的限制，而應解釋為對特定于具體實施例的特征的描述。在不同實施例的背景下在本說明書中描述的特定特征也可以在單個實施例中組合地實施。相反，在單個實施例的背景下描述的各種特征也可以在分離地在多個實施例中實施或者以任意合適的子組合實施。并且，雖然特征可以如上所述地以特定組合工作并且甚至初始聲明如此，但是來自聲明的組合的一個或多個特征在一些情況下也可以從該組合中刪除，并且所聲明的組合可以針對子組合或子組 合的變型。
【權利要求】
1.一種基于成像的激光系統，包括: 激光束系統，配置為產生具有可調節激光功率參數的激光脈沖束并將其掃描至眼睛中的掃描圖案的點；以及 基于成像的激光控制器，配置為: 對所述眼睛中的層成像， 控制所述激光脈沖束至所述掃描圖案的所述點的掃描，以及 根據所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離，控制所述激光脈沖的激光功率參 數。
2.根據權利要求1所述的激光系統，所述激光束系統包括: 激光引擎，配置為產生所述激光脈沖束； 束衰減器，配置為修改所述激光脈沖的所述激光功率參數；以及 束掃描器，配置為將所述激光脈沖束引導至所述眼睛中的所述掃描圖案的所述點。
3.根據權利要求2所述的激光系統，所述束衰減器包括以下中的至少一個: 普克爾盒、偏振器組件、機械快門、電子機械快門以及能量輪。
4.根據權利要求2所述的激光系統，其中: 所述束衰減器設置在所述激光引擎與所述束掃描器之間的所述束的路徑中。
5.根據權利要求2所述的激光系統，其中: 所述束衰減器設置在所述束掃描器之后的所述束的路徑中。
6.根據權利要求2所述的激光系統，其中: 所述束衰減器是所述激光引擎的一部分。
7.根據權利要求2所述的激光系統，其中: 所述束衰減器和所述束掃描器至少部分集成。
8.根據權利要求1所述的激光系統，所述激光控制器包括: 成像系統，配置為對所述眼睛中的所成像的層成像；以及 圖案產生器，配置為: 產生所述掃描圖案的所述點的坐標， 根據所述點距所成像的層的距離，將所述激光功率參數與所述點相關聯，以及 將所述點的所述坐標和所對應的激光功率參數作為信號發送至所述激光束系統。
9.根據權利要求8所述的激光系統，其中: 所述圖案產生器配置為: 將所述坐標作為信號發送至束掃描器，以及 將所述激光功率參數作為信號發送至束衰減器。
10.根據權利要求8所述的激光系統，其中: 所述激光功率參數是脈沖能量、脈沖功率、脈沖長度和脈沖重復率中的一個。
11.根據權利要求8所述的激光系統，所述成像系統包括: 眼科相干斷層攝影系統、Scheimpflug成像系統、掃描成像系統、單攝成像系統、超聲成像系統以及視頻成像系統中的至少一個。
12.根據權利要求8所述的激光系統，其中: 所述成像系統配置為對成像區域中的所成像的層成像，其中所述成像區域:基于環、弧、線和與所述成像系統的軸橫切的二維圖案中的一個，并且 沿著所述成像系統的所述軸延伸至一圖像深度。
13.根據權利要求8所述的激光系統，其中: 所述成像系統配置為支持對與沿著圖像掃描的掃描坐標對應的所成像的層的z深度坐標的確定。
14.根據權利要求13所述的激光系統，其中: 所述激光系統包括操作者界面；并且 所述成像系統配置為支持使用來自操作者通過所述操作者界面的輸入的對所成像的層的所述z深度坐標的所述確定。
15.根據權利要求14所述激光系統，其中: 所述操作者界面配置為輔助所述操作者將模型曲線擬合至所成像的層的圖像。
16.根據權利要求14所述的激光系統，其中: 所述操作者界面能夠從以下中的至少一個接收操作者輸入:鍵盤、觸摸屏、計算機通信信道、外部存儲器、閃驅、互聯網連接、語音識別設備和無線連接。
17.根據權利要求13所述的激光系統，其中: 所述成像系統配置為通過執行所成像的層的圖像的特征識別分析來確定所成像的層的所述z深度坐標。
18.根據權利要求17所 述的激光系統，其中: 所述成像系統配置為在對所述z深度的所述確定過程中利用以下中的至少一個:術前測量的結果、統計數據、視頻圖像數據、眼科相干斷層攝影圖像數據和基于模型的計算。
19.根據權利要求13所述的激光系統，其中: 所述成像系統配置為將所成像的層的所述z深度和掃描坐標傳送至所述圖案產生器；并且 所述圖案產生器配置為: 基于所傳送的所成像的層的坐標和所產生的所述點的坐標，確定所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離， 將超過光爆破閾值的第一激光功率參數與比預定距離更接近所成像的層的第一組點相關聯，以及 將低于光爆破閾值的第二激光功率參數與比所述預定距離更遠離所成像的層的第二組點相關聯。
20.根據權利要求13所述的激光系統，其中: 所述成像系統配置為將所成像的層的所述z深度和掃描坐標傳送至所述圖案產生器；并且 所述圖案產生器配置為: 基于所傳送的所成像的層的坐標和所產生的所述點的坐標，確定所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離，以及 將作為所述點距所成像的層的距離的遞減函數的激光功率參數與所述點的所述坐標相關聯。
21.根據權利要求8所述的激光系統，其中:所述成像系統配置為將所成像的層的圖像傳送至所述圖案產生器；并且 所述圖案產生器配置為: 接收來自所述成像系統的所述圖像，以及 確定與沿著圖像掃描的掃描坐標對應的所成像的層的Z深度坐標。
22.根據權利要求21所述的激光系統，其中: 所述圖案產生器配置為部分通過執行所接收的所成像的層的圖像的特征識別分析來確定所成像的層的所述z深度。
23.根據權利要求21所述的激光系統，其中: 所述圖案產生器配置為在確定所成像的層的所述z深度的過程中通過操作者界面接收操作者輸入。
24.根據權利要求23所述的激光系統，其中: 所述操作者界面能夠從以下中的至少一個接收所述操作者輸入:鍵盤、觸摸屏、計算機通信信道、外部存儲器、閃驅、互聯網連接、語音識別設備和無線連接。
25.根據權利要求21所述的激光系統，其中: 所述圖案產生器配置為: 將跟蹤帶定義為在距所成像 的層的所述坐標預定義距離內的點的流形； 將超過光爆破閾值的激光功率參數與所述跟蹤帶內部的所述掃描圖案的點相關聯，以及 將低于光爆破閾值的激光功率參數與所述跟蹤帶外部的所述掃描圖案的點相關聯。
26.根據權利要求8所述的激光系統，所述激光控制器包括: 圖像分析儀，配置為確定與沿著圖像掃描的掃描坐標對應的所成像的層的z深度坐標。
27.根據權利要求26所述的激光系統，其中: 所述圖像分析儀配置為通過執行所成像的層的所述圖像的特征識別分析來確定所成像的層的所述z深度坐標。
28.根據權利要求26所述的激光系統，其中: 所述圖像分析儀配置為通過經由操作者界面接收操作者輸入來確定所成像的層的所述z深度坐標。
29.根據權利要求26所述的激光系統，其中: 所述圖像分析儀至少部分與所述成像系統和所述圖案產生器中的一個集成。
30.根據權利要求1所述的激光系統,其中: 所成像的層是在眼睛的晶狀體與所述眼睛的水性前室之間的晶狀體囊； 所述掃描圖案對應于與所述晶狀體囊相交的圓柱體囊切開術切口 ；并且 所述圖案產生器配置為: 將光爆破激光功率參數與跟蹤帶內部的點相關聯，所述跟蹤帶同所述圓柱體囊切開術切口與所述晶狀體囊的相交有關，以及 將非光爆破激光功率參數與所述跟蹤帶外部的點相關聯。
31.根據權利要求30所述的激光系統，其中: 所述激光系統配置為在白內障程序過程中在晶狀體破碎之前執行囊切開術。
32.根據權利要求30所述的激光系統，其中: 所述激光系統配置為能夠由所述圖案產生器和圖像分析儀中的一個分析具有多于兩個局部極值的囊邊界層的圖像。
33.一種基于成像的激光系統,包括: 激光器，產生激光脈沖束并將其引導到眼睛中； 成像系統，對所述眼睛的囊層成像；以及 激光控制系統，控制所述激光器以 利用超過光爆破閾值的激光功率參數將所述束引導至所成像的囊層的跟蹤帶內部的點，以及 利用低于光爆破閾值的激光功率參數將所述束引導至所成像的囊層的所述跟蹤帶外部的點，其中 所述基于成像的激光系統配置為在白內障程序過程中在晶狀體破碎之前執行囊切開術。
34.根據權利要求33所述的激光系統，其中: 所述激光系統配置為針對具有500微米或更大的深度變化的所述囊層的圖像產生具有小于100微米的深度范圍的跟蹤帶。
35.一種圖像導引的眼科激光系統，包括: 激光引擎，配置為產生激光脈沖； 束修改器，配置為修改所述激光脈沖的激光功率參數； 激光掃描器，配置為將所述激光脈沖引導至眼睛中的掃描點； 成像系統，配置為對所述眼睛中的區域成像；以及 圖案產生器，耦合至所述成像系統、所述束修改器和所述激光掃描器，配置為: 為所述激光掃描器產生所述掃描點的坐標，以及 根據所述掃描點距目標圖案的距離，將激光功率參數與所述掃描點相關聯。
36.根據權利要求35所述的激光系統，其中: 所述激光系統配置為將所述激光脈沖引導至相對于所述激光系統的光軸傾斜的目標圖案。
37.根據權利要求36所述的激光系統，其中: 所述目標圖案是晶狀體破碎程序的傾斜切割表面，并且 所述圖案產生器配置為: 將光爆破激光功率參數與比預定距離更接近所述目標圖案的掃描點相關聯，以及 將非光爆破激光功率參數與比所述預定距離更遠離所述目標圖案的掃描點相關聯。
38.根據權利要求37所述的激光系統，其中: 所述切割表面是裁切平面、圓形表面段、螺旋形表面段、角膜可觸切口和角膜緣放松切口中的一個。
39.根據權利要求36所述的激光系統，其中: 所述目標圖案是具有相對于所述激光系統的光軸傾斜的軸的目標體積。
40.根據權利要求35所述的激光系統，其中: 所述圖案產生器配置為額外根據所述掃描點距由所述成像系統成像的眼科層的距離，將所述激光功率參數與所述掃描點相關聯。
41.一種執行成像控制的眼科程序的方法，包括: 對眼睛中的層成像； 產生掃描圖案的點的坐標； 確定所述掃描圖案的所述點距所成像的層的距離；以及 基于所確定的距離，將激光功率參數與所述點相關聯。
42.根據權利要求41所述的方法，所述方法包括: 通過執行特征識別分析，由所述圖像識別出所成像的層的坐標。
43.根據權利要求41所述的方法，所述方法包括: 部分通過經由操作者界面接收操作者輸入，由所述圖像識別出所成像的層的坐標。
44.根據權利要求41所述的方法，包括: 將所產生的所述掃描圖案的所述點的坐標作為信號發送至束掃描器；以及 將對應的激光功率參數作為信號發送至束衰減器。
【文檔編號】A61F9/008GK103547241SQ201180070914
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2011年9月13日 優先權日:2011年5月18日
【發明者】G·考哈瑞, P·戈鄧斯恩, I·海格德斯, C·G·蘇瑞資, D·考里格雷, M·卡拉維特斯 申請人:愛爾康手術激光股份有限公司