成像控制的激光手术系统的制作方法

成像控制的激光手术系统的制作方法
【专利摘要】一种基于成像的激光系统可以包括：激光束系统，配置为产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束并将其扫描至眼睛中的扫描图案的点；以及基于成像的激光控制器，配置为：对所述眼睛中的层成像，控制所述激光脉冲束至所述扫描图案的所述点的扫描，以及根据所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离，控制所述激光脉冲的激光功率参数。
【专利说明】成像控制的激光手术系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119要求享有2011年5月18日提交的美国专利申请N0.13/110352的优先权，其整个内容通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本专利文件描述了用于在眼科程序中控制激光的系统和方法。更详细地，本专利文件描述了成像控制的激光系统，用于在囊切开术和白内障程序等的过程中控制脉冲眼科激光的功率。
【背景技术】
[0004]激光系统对于眼科手术已经变得必不可少。它们应用于角膜程序中已经一段时间，并且现在精度很高，因此相当成功。最近，已经设想用于其他眼科程序的应用，包括白内障程序。
[0005]激光可以用于形成高精度的切口。通过将激光脉冲的快速序列聚焦或引导至扫描图案或点图案来产生这些切口。扫描图案的点常常形成线或层并且由扫描系统将激光脉冲引导至这些点，该扫描系统包括可以非常快速地改变其对准的偏转装置、反射镜和透镜。在典型的激光系统中，脉冲可以具有在纳秒、皮秒或者甚至飞秒范围内的持续时间或脉冲长度。脉冲重复率可以处于kHz到数百kHz范围内。
[0006]激光脉冲的功率或能量可以选择为超过所谓的光爆破(photodisruption)阈值。具有超过该阈值的功率的 激光脉冲会破坏目标点处的眼组织，导致泡的形成。这些泡的线或层会弱化在泡的相对两侧上的组织部分之间的机械连接。通常该弱化是实质性的，从而有效地切割组织。因此，后续的人工程序可以容易地完全分离组织部分。
[0007]可受益于使用这种高精度激光切割系统的一个眼科程序是白内障手术。典型的白内障手术涉及囊切开术步骤和溶解或晶状体破碎步骤。在溶解过程中，能量被施加至晶状体核以使其液化。在晶状体破碎过程中，通过沿着切割表面扫描激光，可以将晶状体的核切割成若干块，以使得后续能够一块一块地去除核。囊切开术涉及在晶状体的囊袋的前部上形成圆形切口，以允许外科医生触及并去除核的切割块。
[0008]优化用于这些复杂眼科程序的手术激光系统是巨大的挑战。然而，就手术程序的精度和效力而言，优化确保了巨大的回报。

【发明内容】

[0009]激光白内障手术的挑战之一是囊切开术和晶状体破碎的程序会彼此干扰。在先进的激光系统中，通过在手术之前对眼科目标组织成像并且基于该图像引导激光脉冲，可以提高手术的精度。如果首先执行晶状体破碎，则作为手术副产物，由于形成在囊内部的大量泡，囊被相当大且不平坦地扩大。因此，在晶状体破碎之后，囊和晶状体不得不第二次成像以指导囊切开术的后续圆形切口。然而，对被严重光爆破和扭曲的晶状体成像是极具挑战性的。另外，重复的成像程序耗费宝贵的手术时间，增加患者的不适，潜在地损害整个程序的精度。
[0010]另一方面，如果首先执行囊切开术，则其在晶状体的前区中以及眼睛的前水性室中产生大量的泡。如以下解释的，如果晶状体在程序之前处于倾斜位置，则泡的量特别高。这些泡会相当大地增加后续晶状体破碎的激光脉冲的散射，因为后续脉冲被引导至晶状体的内部并且因此通过充满泡的前区传播。增加的散射会再次潜在地损害白内障程序的精度。
[0011]因此，晶状体破碎和囊切开术的两种顺序均具有缺陷，因为首先的步骤会减小后续步骤的精度和控制。因此，减小、解决或消除这些缺陷中的一个或多个的激光系统可以提供优势。
[0012]本发明的实施例可以针对这些挑战提供有利的功能。具体而言，基于成像的激光系统的实施例可以包括:激光束系统，配置为产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束并将其扫描至眼睛中的扫描图案的点；以及基于成像的激光控制器，配置为:对所述眼睛中的层成像，控制所述激光脉冲束至所述扫描图案的所述点的扫描，以及根据所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离，控制所述激光脉冲的激光功率参数。
[0013]基于成像的激光系统的实施方式可以包括:激光器，产生激光脉冲束并将其引导到眼睛中；成像系统，对所述眼睛的囊层成像；以及激光控制系统，控制所述激光器以将具有超过光爆破阈值的激光功率参数的激光脉冲束引导至所成像的囊层的跟踪带内部的点，以及将具有低于光爆破阈值的激光功率参数的激光脉冲束引导至所成像的囊层的所述跟踪带内部的点，其中所述基于成像的激光系统配置为在白内障程序过程中在溶解或晶状体破碎之前执行囊切开术。
[0014]图像导引的眼科激光系统的实施方式可以包括:激光引擎，配置为产生激光脉冲；束修改器，配置为修改所述激光脉冲的激光功率参数；激光扫描器，配置为将所述激光脉冲引导至眼睛中的扫描点；成像系统，配置为对所述眼睛中的区域成像；以及图案产生器，耦合至所述成像系统、所述束修改器和所述激光扫描器，配置为:为所述激光扫描器产生所述扫描点的坐标，以及根据所述扫描点距目标图案的距离，将激光功率参数与所述扫描点相关联。
[0015]在一些实施方式中，一种执行成像控制的眼科程序的方法可以包括:对眼睛中的层成像；产生扫描图案的点的坐标；确定所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离；以及基于所确定的距离，将激光功率参数与所述点相关联。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1示出具有成像控制的激光系统的手术激光系统的实施例。
[0017]图2A-D示出激光束系统的实施例。
[0018]图3A-E示出基于成像的激光控制器的实施例。
[0019]图4A-B示出用于非倾斜和倾斜晶状体的扫描图案。
[0020]图5A-B示出作为扫描变量的函数的用于非倾斜和倾斜晶状体的传统扫描图案。
[0021]图6A-H示出具有取决于距离的激光功率参数的沿着圆形扫描的扫描图案。
[0022]图7示出借助使用模型曲线的所成像的层的z深度的确定。[0023]图8A-B示出具有不同顺序的晶状体破碎和囊切开术的白内障手术的方法。
[0024]图9详细示出利用成像控制的激光系统的白内障手术的方法。
[0025]图10示出在晶状体破碎以非均匀方式扩大晶状体囊之后的多极值跟踪带激光扫描图案。
[0026]图1lA-D示出对于倾斜裁切切口的扫描图案。
[0027]图12A-B示出对于倾斜体积切口的扫描图案。
【具体实施方式】
[0028]在本专利文件中描述的实施方式和实施例提供了针对上述挑战的改进。
[0029]图1示出基于成像的激光系统100，包括:激光束系统110，用于产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束并且将其扫描至眼睛I中的扫描图案的点；以及基于成像的激光控制器120，用于对眼睛中的层进行成像，用于控制激光脉冲束对扫描图案的点的扫描，以及用于根据扫描图案的点距所成像的层的距离来控制激光脉冲的激光功率参数。激光控制器120可以通过例如向激光束系统110发送功率控制信号和扫描控制信号来执行这些功倉泛。
[0030]激光束系统110的激光束可以在分束器132-1处导向至主光路，该分束器132_1将束改向至物镜134。束可以传播通过物镜134并通过患者界面136以进入进行手术的眼睛I。
[0031]通过利用各种技术对眼睛I成像，可以辅助进行手术。可见成像光可以用于产生由视频显微镜138处理的视频图像。另外，基于成像的激光控制器120可以将成像束投射到眼睛上并且基于返回的图像束形成图像。该成像束可以通过分束器132-2耦合进入和离开主光路。
[0032]图2A-D示出激光束系统110的各种实施例。
[0033]图2A示出激光束系统110的实施例，其可以包括用于产生激光脉冲束的激光引擎112、用于修改激光脉冲的激光功率参数的束衰减器114以及用于将激光脉冲束引导至眼睛中的扫描图案的点的束扫描器116。激光引擎112可以产生具有纳秒、皮秒或甚至飞秒(即，在10_9- 10_15秒范围内)的持续时间的激光脉冲。可以以处于宽频率范围:从0.1kHz到1，000kHz，或处于IkHz到500kHz范围内，或在一些实施方式中处于IOkHz到IOOkHz范围内的重复率产生这些脉冲。激光控制器120的功率控制信号可以耦合进束衰减器114中并且激光控制器120的扫描控制信号可以耦合进束扫描器116中。
[0034]束衰减器114可以包括普克尔盒、偏振器组件、机械快门、电子机械快门或者能量轮(energy wheel)。这些实施方式中的每一种可以修改激光脉冲的激光功率参数。激光功率参数可以是激光脉冲的脉冲能量、脉冲功率、脉冲长度或脉冲重复率等。束衰减器114可以修改这些激光功率参数中的一个或多个。在简单实施方式中，束衰减器114可以关闭或阻挡选定的激光脉冲。在另一实施方式中，偏振器组件可以通过调节后续偏振滤光器的相对角度来减小选定的激光脉冲的功率。
[0035]在图2A的实施例中，束衰减器114可以位于激光引擎112与束扫描器116之间的激光束路径中。
[0036]图2B示出束衰减器114至少部分集成到激光引擎112中的实施例。在一些情况下，束衰减器114可以是激光引擎112的一部分。例如，激光引擎112内的普克尔盒可以是束衰减器114。
[0037]图2C示出束衰减器114位于束扫描器116之后的激光束路径中的实施例。
[0038]最后，图2D示出束衰减器114和束扫描器116至少部分集成的实施例。
[0039]图3A-E示出基于成像的激光控制器120的各种实施例。
[0040]图3A示出激光控制器120可以包括:成像系统122，用于对眼睛中的所成像的层进行成像:以及图案产生器124，用于产生扫描图案的点的坐标、用于根据点距所成像的层的距离将激光功率参数与点相关联、以及用于将所产生的点的坐标和对应的激光功率参数作为信号发送至激光束系统110。在一些实施方式中，成像系统122可以对眼睛的前或后段中的任一眼科目标(从角膜到视网膜的目标)进行成像。
[0041]图案产生器124可以利用扫描控制信号将所产生的扫描图案的点的坐标作为信号发送至束扫描器116。并且，图案产生器124可以利用功率控制信号将对应于扫描图案的点的激光功率参数作为信号发送至束衰减器114。激光功率参数可以是激光脉冲的脉冲能量、脉冲功率、脉冲长度或脉冲重复率。
[0042]成像系统122可以包括眼科相干断层摄影(OCT)系统、Scheimpflug成像系统、扫描成像系统、单摄成像系统、超声成像系统和视频成像系统。在此，扫描成像系统可以通过扫描成像束来产生图像，而单摄成像系统可以在单次摄影中获取有关成像区域或体积的成像信息。OCT系统可以是时域0CT、频域OCT或者基于分光仪的OCT系统等。
[0043]图3B示出在一 些实施方式中激光控制器120可以包括图像分析仪126。图像分析仪126可以接收来自成像系统122的所成像的层的图像，如下所述地执行所成像的层的分析并将分析结果传送至图案产生器124。
[0044]图3C示出在一些实施方式中图像分析仪126可以至少部分与成像系统122集成。图3D示出在一些实施方式中图像分析仪126可以至少部分与图案产生器124集成。
[0045]图3E示出在一些实施方式中激光系统100可以包括操作者界面128，其可与成像系统122、图案产生器124和图像分析仪126中的一个或多个耦合。
[0046]图4A-B设定示出激光系统100的操作的阶段。成像系统122可以对图像区域中的所成像的层进行成像，该图像区域可以基于环、弧、线或与成像系统的z轴横切的二维图案，并且沿着成像系统的z轴延伸到一深度范围Dimage。成像系统122可以支持对与沿着图像扫描的扫描坐标对应的所成像的层的z深度坐标的确定。
[0047]图4A示出成像系统122可以执行与白内障程序的囊切开术步骤相关的成像。示意的截面图示出眼睛I的前段。最外层是角膜210。晶状体220位于角膜210后方，两者由水性前室230分隔。晶状体220包裹在薄囊或囊袋222中。晶状体220由睫状肌240固定到位。这些肌肉240还根据需要调节晶状体220的形状，用以对目标聚焦。
[0048]如以上所述的，为了有利于去除晶状体220的破碎的核，白内障手术通常涉及在囊袋222上产生圆形囊切开术切口 250。作为第一步骤，成像系统122可以通过沿着扫描圆254扫描并且对限定出图像圆柱体260-1的深度范围Dimage中的眼睛成像，来产生眼睛的前段的图像252。
[0049]图5A示出图像252典型地包括沿着扫描变量(诸如沿着扫描圆254的圆周的角度)“展开”的晶状体220的成像前囊层的图像256。如果晶状体220的z轴与激光系统100的Z轴对准，则所成像的层的图像256是指示基本恒定的Z深度的平坦的线。
[0050]在其他实施方式中，图像252可以包括其他眼科目标的图像，包括角膜层、部分巩膜甚至视网膜层。利用物镜134的透镜、成像系统122的参考反射镜、患者界面136的水平或者诸如角膜210的眼科结构的水平，可以以大量方式定义零深度水平。
[0051]通过分析图像252，外科医生可以识别出所成像的层的图像256。基于所成像的层的z深度，外科医生可以决定在哪里引导切割激光束以形成囊切开术切口 250。切割激光束通常沿着相同的扫描圆254扫描以形成具有深度范围Dcut (通常小于Dimage)的切口圆柱体260-c。这样，切口圆柱体260-c的布置最大地受益于包含在图像252中的信息，并且特别是包含在所成像的层的图像256中的信息。囊切开术切口 250形成在切口圆柱体260-c与晶状体囊222相交的位置。实践中，切口圆柱体260-c常常形成为叠置的泡-圆(bubble-circles),其中通过沿着固定z深度处的圆形扫描图案引导激光脉冲以引起光爆破并接着在略小的z深度处形成相似的圆来产生各个圆。
[0052]在一些典型情况下，图像深度范围Dimage可以是5-10毫米，而切口深度范围Dcut可以处于50-200微米的范围内，在一些情况下是75-150微米，有时大约100微米。
[0053]应注意，切口圆柱体260-c的泡可以散射和偏转在后续手术步骤中施加的激光脉冲。例如，在白内障手术中，囊切开术之后是晶状体破碎或溶解。切口圆柱体260-c的泡会通过散射晶状体破碎激光脉冲而负面地影响该后续晶状体破碎的精度和效率。
[0054]幸运的是，当晶状体220的z轴平行于激光系统100的z轴时，切口圆柱体260_c的深度范围Dcut可以小到 100微米，从而仅仅产生有限数量的泡。因此，在良好对准晶状体220的情况下，切口圆柱体260-c的泡仅引起对于后续晶状体破碎激光脉冲的有限量的散射。
[0055]然而，图4B示出在典型的手术的情况下晶状体220可能倾斜。这一情形的发生可能出于各种原因。例如，在接近眼睛I时，物镜134的重量会向一侧推挤晶状体220。或者，在患者界面136处施加抽吸以固定眼睛I也会导致晶状体220的倾斜。
[0056]图5B示出沿着扫描圆254的角度扫描变量展开的这种倾斜晶状体220的图像252。相对于图5A的未倾斜情况，倾斜所成像的层的图像256会表现出相当大的正弦振荡。这些振荡的幅度可高达300-500微米。为了确保沿着该正弦曲线的所有位置切割囊袋222，可以以超过正弦曲线的幅度的增大了很多的深度范围Dcut来形成切口圆柱体260-c。在以上示例中，Dcut可以是400-600微米以确保沿着整个正弦曲线切割囊袋222。显然，相比于对于未倾斜晶状体的过程，该方式会产生4-6倍多的光爆破的泡。这样的增大的数量的囊切开术泡会相当大程度地散射后续晶状体破碎的激光脉冲，威胁其精度和效力。
[0057]图6A-H示出激光系统100的一些实施方式可以通过仅在所成像的层的狭窄邻近位置中产生泡而实质上减少光爆破的泡的数量。
[0058]如上所述，例如通过基于成像的激光控制器120对囊袋222成像、控制激光脉冲束对扫描图案的扫描以及根据扫描图案的点距所成像的层的距离来控制激光脉冲的激光功率参数，可以实现该结果。
[0059]图6A-B示出随着激光脉冲被引导至扫描图案的点，激光控制器120可以修改或调整脉冲的激光功率参数。具体而言，当激光脉冲引导至在沿着z轴距所成像的层的图像256距离Dcut内的扫描图案的点时，激光控制器120可以将其激光功率参数调整到例如超过光爆破阈值的高值。而，当激光脉冲引导至比距所成像的层的图像256Dcut更远的扫描图案的点时，激光控制器120可以将其激光功率参数调整到例如低于光爆破阈值的低值。
[0060]刚刚描述的方法仅在所成像的层的Dcut邻近位置中产生泡并且因此实质上将泡的数量减少到接近良好对准的晶状体的泡数量的值。由于这一原因，实质上减小了这些囊切开术泡对于后续晶状体破碎激光脉冲的散射。使用Dcut的前述值(对于倾斜晶状体为400-600微米，并且对于未倾斜晶状体为100微米)，本发明可以减小晶状体破碎泡的散射4-6倍:精度和控制上的相当可观的增益。
[0061]图6A示出在沿着对于圆形扫描的固定点的z轴执行扫描图案的囊切开术激光脉冲的扫描时的实施方式。图6B示出在沿着具有固定z深度的圆形扫描执行扫描时的实施方式。在任一实施方式中，具有高激光功率的点被布置在具有Dcut的z范围的跟踪带257内。
[0062]图6C-E示出沿着圆形扫描在固定的Z深度处扫描激光脉冲时的实施方式。跟踪带257可以定义为在距所成像的层的图像256的预先选定的距离Dcut内的扫描图案的点的集合。
[0063]图6D-E以展开图示出在两个选定的z深度3600微米和3650微米时沿着圆形扫描的脉冲的激光功率参数。激光控制器120可以将引导至跟踪带257内部的点的脉冲的激光功率控制为超过光爆破阈值，并且将引导至跟踪带257外部的点的脉冲的激光功率控制为低于光爆破阈值。在该实施例中，光爆破的泡仅在跟踪带257内的点处产生，从而实现激光系统100的以上功能。
[0064]图6F以展开图表达了相同操作。在此，激光功率参数的值被示出为投影到扫描圆254自身上的角扫描变量(典型地为角度)的函数。同样，对于那些位于跟踪带257内的扫描图案的点，激光功率高 (由粗线表示)，而对于那些位于跟踪带257外部的点，激光功率低。
[0065]图6G-H示出有关实施方式，其中激光功率控制器120将激光功率参数控制为点距所成像的层的距离的函数，其中激光功率是距离的递减函数。图6G示出该函数基本上是二值阶跃函数的实施方式。图6H示出该函数是连续函数且其值随着距所成像的层的距离增加而减小的实施方式。在一些实施方式中，更容易的是以图6H的连续方式控制激光功率。
[0066]上述实施方式取决于知道扫描图案的点与所成像的层之间的距离。确定这一距离涉及三个阶段。首先，在图像252中识别出所成像的层的身份以确定所成像的层的图像256。随后，确定所成像的层的z深度坐标。最后，可以例如通过获取扫描图案的点的z深度坐标与对应的角扫描坐标处的所成像的层的差异，来确定所成像的层与扫描图案的点的距离。
[0067]关于第一步骤，原始图像252无法明确地分离或识别出所成像的层。因此，确立所成像的层的身份必须分析图像252。如先前论述的，可以通过成像系统122、图案产生器124或图像分析仪126，并可能辅助有系统操作者通过操作者界面128的输入，来执行图像的这一分析。
[0068]图7示出成像系统122可以以不同方式支持对所成像的层的识别及其z深度坐标的确定。在一些实施方式中，激光系统100可以包括操作者界面128并且成像系统122可以支持使用操作者通过操作者界面128的输入来识别所成像的层。
[0069]例如，在图形用户界面上或⑶I上，操作者界面128可以促进操作者将模型曲线258拟合到表示所成像的层的图像252中的点。由于在倾斜的椭圆行晶状体的情况下所成像的层的图像256通常是正弦曲线，操作者界面128可以在⑶I上显示一般正弦曲线258并且促进操作者将该模型曲线258拟合到图像252中的层-点。一旦操作者将模型曲线258拟合到图像252中的层-点，则模型曲线258可以用作所成像的层的图像256。
[0070]操作者可以通过各种方式实现这一任务:通过将模型曲线258在X方向上偏移Xshift (即沿着圆形扫描调整角度)并且通过将模型曲线258在Y方向上偏移Yshift (即调整z深度坐标)。在其他实施方式中，可以促进操作者将模型曲线258的缩放调整到图像252中的正弦定位的层-点的缩放，即，将模型曲线258的z深度重新缩放以拟合层-点的z深度。可以实施许多其他的拟合技术以实现类似功能。
[0071]操作者界面128可以以许多不同方式接收来自操作者的输入，包括通过键盘、触摸屏、计算机通信信道、外部存储器、闪驱、互联网连接、语音识别设备或无线连接。
[0072]在其他实施方式中，所成像的层的身份和z深度的确定可以由激光系统100执行而无需外科医生或操作者的输入。具体而言，成像系统122可以配置为通过执行图像252的特征识别分析的处理器或微计算机来确定所成像的层的身份和随后的z深度坐标。例如，成像系统122可以通过找出点强度的梯度的局部最大值来确定所成像的层的身份和坐标。在其他实施方式中，可以使用边缘识别算法。在这些实施方式中，成像系统122可以识别出最大梯度点的流形作为所成像的层的图像256，而无需借助于拟合模型曲线258。在一些实施方式中，当然，成像系统122可以利用模型曲线258以识别出所成像的层的图像256。
[0073]在以上实施方式中，一旦在图像252中已经确定所成像的层的身份，则可以例如通过对图像252中的像素进行计数或者使用参考或查找表，以直接了当的方式确定所成像的层的z深度坐标。
[0074]对于图像分析，在z深度的确定过程中，成像系统122可以利用术前测量的结果、统计数据、视频图像数据、眼科相干断层摄影图像数据或基于模型的计算。
[0075]—旦已经确定所成像的层的z深度，成像系统122可以将所成像的层的z深度和对应的扫描坐标传送至图案产生器124以执行最后的阶段:对所成像的层与由图案产生器124产生的扫描图案的点之间的距离的确定。这一阶段可以通过例如从对应于相同扫描变量(诸如相同扫描角度)的所成像的层的z深度坐标减去扫描图案的点的z深度坐标来执行。
[0076]最后，在已经确定扫描图案的点距所成像的层的距离后，图案产生器124可以将超过光爆破阈值的激光功率参数与比预定距离更接近所成像的层的那些点相关联，并且将低于光爆破阈值的激光功率参数与比预定距离更远离所成像的层的那些点相关联，如有关图6A-H所述的。
[0077]在一些实施方式中，成像系统122仅捕捉图像252，而不识别所成像的层或确定其z深度坐标。在这些实施方式，成像系统122可以简单地将未处理的图像252传送至图案产生器124而不进行分析。图案产生器124可以接收图像125，识别所成像的层并且确定与沿着图像扫描的扫描坐标对应的所成像的层的z深度坐标。
[0078]如上所述，在一些实施方式中，图案产生器124可以通过执行所接收的图像252的特征识别分析来确定所成像的层的z深度。在其他实施方式中，如前所述，图案产生器124可以在确定所成像的层的z深度的过程中通过操作者界面128接收操作者输入。[0079]在这些实施方式中，一旦已经确定所成像的层的z深度坐标，图案产生器124可以将跟踪带257定义为在距所成像的层的坐标预定义距离内的扫描图案的点的流形。随后，图案产生器124可以将超过光爆破阈值的激光功率参数与跟踪带257内部的扫描图案的点相关联，并且将低于光爆破阈值的激光功率参数与跟踪带257外部的扫描图案的点相关联。
[0080]激光控制器120的其他实施方式可以包括图像分析仪126，其可以确定与沿着图像扫描的扫描坐标对应的所成像的层的z深度坐标。如在图3B-D中所示的，图像分析仪126可以是独立的，或者至少部分与成像系统122或图案产生器124集成。
[0081]图像分析仪126可以通过执行图像252的特征识别分析来识别所成像的层并且确定所成像的层的z深度坐标。在其他实施方式中，图像分析仪126可以通过利用通过操作者界面128的操作者输入来确定z深度坐标。
[0082]可以在所成像的层是晶状体220与水性前室230之间的晶状体囊222的囊切开术程序的示例上示范激光系统100的操作。在该情况下，扫描图案对应于在囊切开术切口 250处与晶状体囊222相交的切口圆柱体260-c。图案产生器124可以将光爆破的激光功率参数与跟踪带257内部的点相关联，并且将非光爆破的激光功率参数与跟踪带257外部的点相关联，跟踪带257同切口圆柱体260-c与晶状体囊222的相交有关。
[0083]图8A示出在未受益于激光系统100的情况下执行的第一白内障程序300。在如图4B-5B中的囊切开术产生过量泡时可以实施白内障程序300。为了防止这些囊切开术泡造成过分散射，在囊切开术之前执行晶状体破碎。详言之，白内障程序300可以包括由OCT程序执行的囊222的第一成像310，接着是晶状体破碎320。在晶状体破碎320的过程中，囊222由于在晶状体22中产生大量的泡而扩大。通过由囊切开术340切割到囊222中的开口去除晶状体220的碎块。然而，由于囊222已经在晶状体破碎320过程中扩大，第一成像310的结果不再可靠 。因此，囊切开术340必须在第二成像330之后进行。第二成像330会占用宝贵的手术时间并增加患者的不适。这些因素均会对白内障程序300的效力造成损害。
[0084]图8B不出利用激光系统100的实施例的白内障程序350。由于激光系统100能够在囊切开术过程中仅产生有限数量的泡，囊切开术可以在晶状体破碎之前执行。这一顺序改变可以相当大程度地减少手术时间并且因此实质上增大了白内障程序的精度。
[0085]详言之，白内障手术程序350可以包括例如借助于OCT成像系统的囊222的成像360，接着是囊切开术370，并由晶状体破碎380结束。由于囊切开术370不会使晶状体220变形，因此相对于程序300，不需要第二成像。
[0086]图9更详细地示出成像控制白内障方法400。方法400可以包括眼睛的成像区域中的成像眼科层的成像410，接着是从图像中识别420所成像的层的坐标。这些任务可以由例如基于成像的激光控制器120的成像系统122来执行。识别420可以包括执行特征识别分析。在其他情况下，其可以包括通过操作者界面128接收操作者输入。这些任务可以由成像系统122、图案产生器124或图像分析仪126来执行。
[0087]接下来，方法400可以包括扫描图案的点的坐标的产生430以及扫描图案的点距所成像的层的距离的确定440。这些步骤可以由例如图案产生器124来执行。
[0088]方法400还可以包括基于它们的确定的距离，将激光功率参数与所产生的点相关联450。任务420到450可以包括通过操作者界面128从激光系统100的操作者接收可能的输入422-452。
[0089]该方法还可以包括将所产生的扫描图案的点的坐标作为信号发送(460)至束扫描器116以及将对应的激光功率参数作为信号发送(470)至束衰减器114。
[0090]图10示出当晶状体囊222具有不平坦形状时的手术相关性的情况。这一情形会在不同情况下发生。例如，患者界面136的接近会造成眼睛I的前段的相当大的变形。或者眼科外伤或在前的晶状体破碎程序会导致不平坦的晶状体形状。在这些情况的任一情况下，激光系统100能够分析表现出多于两个局部极值的所成像的层的图像256。显见地，在这种情况下简单的正弦模型曲线258不足以识别出所成像的层并且确定其z深度坐标。因此，成像系统122、图案产生器124或图像分析仪126的实施例能够例如通过使用复杂的特征识别软件，在甚至更具挑战性的情况下识别出所成像的层并且确定其z深度坐标。确定并且特征化所成像的层的图像256可以允许图案产生器124定义跟踪带257，从而相应地将激光功率参数与扫描图案的点相关联。
[0091]图1lA-D示出:激光系统100的成像系统122可以对眼睛中的区域成像，图案产生器124可以为束扫描器116产生扫描图案的点的坐标，并且根据扫描图案的点距图标图案的距离，将激光功率参数与扫描图案的点相关联。
[0092]这样的目标图案的示例可以是裁切图案500，包括裁切平面500-X和500-Y。这样的裁切图案500可以用于晶状体破碎。图1lA示出当晶状体220的z轴与激光系统100的z轴对准时的情况。在该情况下，裁切平面500-X和500-Y也平行于激光系统100的z轴。
[0093]图1lB示出:如果如例如图4B所示，晶状体220相对于激光系统100倾斜，则裁切平面500-Xt和500-Yt也会倾斜。由于扫描图案常常包括第一固定z深度处的点的第一流形，紧接着略小的z深度 处的第二流形，因此利用无法调整激光脉冲的功率的激光系统的倾斜裁切平面的扫描图案将在囊袋222中产生切口，从而导致严重的手术并发症。
[0094]相比而言，激光系统100的实施例可以根据扫描图案的点距裁切平面500-Xt和500-Yt的距离关联激光参数。
[0095]图1lC-D示出具有由图案产生器124产生的低和高激光功率的扫描图案的点以形成倾斜的500-Xt和500-Yt裁切平面。显见地，通过根据激光脉冲与目标图案的邻近性调节激光脉冲的功率来产生切口可以避免切割到囊袋中一主要的手术优势。
[0096]图1lD清楚示出:如同跟踪带257的情况，光爆破激光功率参数可以与比预定距离Dcut更接近目标图案500-Xt和500-Yt的扫描点相关联，并且非光爆破激光功率参数可以与比预定距离Dcut更远离目标图案的扫描点相关联。
[0097]在其他实施方式中，切割表面可以是圆形表面段、螺旋形表面段、角膜可触切口和角膜缘放松切口。
[0098]图12A-B示出:在一些情况下，图标图案260-2可以是具有相对于激光系统100的光轴倾斜的轴的目标体积。在此，扫描图案包括圆柱体图案260-1，并且该扫描图案的点的激光功率参数被调整为形成倾斜体积切口 260-2。这样的效力可以用于例如校正晶状体220的屈光特性。
[0099]在一些实施方式中，图案产生器124可以配置为根据扫描图案的点距由成像系统122成像的眼科层的距离，将激光功率参数与所述点相关联。[0100]虽然本说明书包含许多具体细节，但是它们不应解释为对所声明的本发明的范围的限制，而应解释为对特定于具体实施例的特征的描述。在不同实施例的背景下在本说明书中描述的特定特征也可以在单个实施例中组合地实施。相反，在单个实施例的背景下描述的各种特征也可以在分离地在多个实施例中实施或者以任意合适的子组合实施。并且，虽然特征可以如上所述地以特定组合工作并且甚至初始声明如此，但是来自声明的组合的一个或多个特征在一些情况下也可以从该组合中删除，并且所声明的组合可以针对子组合或子组 合的变型。
【权利要求】
1.一种基于成像的激光系统，包括: 激光束系统，配置为产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束并将其扫描至眼睛中的扫描图案的点；以及 基于成像的激光控制器，配置为: 对所述眼睛中的层成像， 控制所述激光脉冲束至所述扫描图案的所述点的扫描，以及 根据所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离，控制所述激光脉冲的激光功率参 数。
2.根据权利要求1所述的激光系统，所述激光束系统包括: 激光引擎，配置为产生所述激光脉冲束； 束衰减器，配置为修改所述激光脉冲的所述激光功率参数；以及 束扫描器，配置为将所述激光脉冲束引导至所述眼睛中的所述扫描图案的所述点。
3.根据权利要求2所述的激光系统，所述束衰减器包括以下中的至少一个: 普克尔盒、偏振器组件、机械快门、电子机械快门以及能量轮。
4.根据权利要求2所述的激光系统，其中: 所述束衰减器设置在所述激光引擎与所述束扫描器之间的所述束的路径中。
5.根据权利要求2所述的激光系统，其中: 所述束衰减器设置在所述束扫描器之后的所述束的路径中。
6.根据权利要求2所述的激光系统，其中: 所述束衰减器是所述激光引擎的一部分。
7.根据权利要求2所述的激光系统，其中: 所述束衰减器和所述束扫描器至少部分集成。
8.根据权利要求1所述的激光系统，所述激光控制器包括: 成像系统，配置为对所述眼睛中的所成像的层成像；以及 图案产生器，配置为: 产生所述扫描图案的所述点的坐标， 根据所述点距所成像的层的距离，将所述激光功率参数与所述点相关联，以及 将所述点的所述坐标和所对应的激光功率参数作为信号发送至所述激光束系统。
9.根据权利要求8所述的激光系统，其中: 所述图案产生器配置为: 将所述坐标作为信号发送至束扫描器，以及 将所述激光功率参数作为信号发送至束衰减器。
10.根据权利要求8所述的激光系统，其中: 所述激光功率参数是脉冲能量、脉冲功率、脉冲长度和脉冲重复率中的一个。
11.根据权利要求8所述的激光系统，所述成像系统包括: 眼科相干断层摄影系统、Scheimpflug成像系统、扫描成像系统、单摄成像系统、超声成像系统以及视频成像系统中的至少一个。
12.根据权利要求8所述的激光系统，其中: 所述成像系统配置为对成像区域中的所成像的层成像，其中所述成像区域:基于环、弧、线和与所述成像系统的轴横切的二维图案中的一个，并且 沿着所述成像系统的所述轴延伸至一图像深度。
13.根据权利要求8所述的激光系统，其中: 所述成像系统配置为支持对与沿着图像扫描的扫描坐标对应的所成像的层的z深度坐标的确定。
14.根据权利要求13所述的激光系统，其中: 所述激光系统包括操作者界面；并且 所述成像系统配置为支持使用来自操作者通过所述操作者界面的输入的对所成像的层的所述z深度坐标的所述确定。
15.根据权利要求14所述激光系统，其中: 所述操作者界面配置为辅助所述操作者将模型曲线拟合至所成像的层的图像。
16.根据权利要求14所述的激光系统，其中: 所述操作者界面能够从以下中的至少一个接收操作者输入:键盘、触摸屏、计算机通信信道、外部存储器、闪驱、互联网连接、语音识别设备和无线连接。
17.根据权利要求13所述的激光系统，其中: 所述成像系统配置为通过执行所成像的层的图像的特征识别分析来确定所成像的层的所述z深度坐标。
18.根据权利要求17所 述的激光系统，其中: 所述成像系统配置为在对所述z深度的所述确定过程中利用以下中的至少一个:术前测量的结果、统计数据、视频图像数据、眼科相干断层摄影图像数据和基于模型的计算。
19.根据权利要求13所述的激光系统，其中: 所述成像系统配置为将所成像的层的所述z深度和扫描坐标传送至所述图案产生器；并且 所述图案产生器配置为: 基于所传送的所成像的层的坐标和所产生的所述点的坐标，确定所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离， 将超过光爆破阈值的第一激光功率参数与比预定距离更接近所成像的层的第一组点相关联，以及 将低于光爆破阈值的第二激光功率参数与比所述预定距离更远离所成像的层的第二组点相关联。
20.根据权利要求13所述的激光系统，其中: 所述成像系统配置为将所成像的层的所述z深度和扫描坐标传送至所述图案产生器；并且 所述图案产生器配置为: 基于所传送的所成像的层的坐标和所产生的所述点的坐标，确定所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离，以及 将作为所述点距所成像的层的距离的递减函数的激光功率参数与所述点的所述坐标相关联。
21.根据权利要求8所述的激光系统，其中:所述成像系统配置为将所成像的层的图像传送至所述图案产生器；并且 所述图案产生器配置为: 接收来自所述成像系统的所述图像，以及 确定与沿着图像扫描的扫描坐标对应的所成像的层的Z深度坐标。
22.根据权利要求21所述的激光系统，其中: 所述图案产生器配置为部分通过执行所接收的所成像的层的图像的特征识别分析来确定所成像的层的所述z深度。
23.根据权利要求21所述的激光系统，其中: 所述图案产生器配置为在确定所成像的层的所述z深度的过程中通过操作者界面接收操作者输入。
24.根据权利要求23所述的激光系统，其中: 所述操作者界面能够从以下中的至少一个接收所述操作者输入:键盘、触摸屏、计算机通信信道、外部存储器、闪驱、互联网连接、语音识别设备和无线连接。
25.根据权利要求21所述的激光系统，其中: 所述图案产生器配置为: 将跟踪带定义为在距所成像 的层的所述坐标预定义距离内的点的流形； 将超过光爆破阈值的激光功率参数与所述跟踪带内部的所述扫描图案的点相关联，以及 将低于光爆破阈值的激光功率参数与所述跟踪带外部的所述扫描图案的点相关联。
26.根据权利要求8所述的激光系统，所述激光控制器包括: 图像分析仪，配置为确定与沿着图像扫描的扫描坐标对应的所成像的层的z深度坐标。
27.根据权利要求26所述的激光系统，其中: 所述图像分析仪配置为通过执行所成像的层的所述图像的特征识别分析来确定所成像的层的所述z深度坐标。
28.根据权利要求26所述的激光系统，其中: 所述图像分析仪配置为通过经由操作者界面接收操作者输入来确定所成像的层的所述z深度坐标。
29.根据权利要求26所述的激光系统，其中: 所述图像分析仪至少部分与所述成像系统和所述图案产生器中的一个集成。
30.根据权利要求1所述的激光系统,其中: 所成像的层是在眼睛的晶状体与所述眼睛的水性前室之间的晶状体囊； 所述扫描图案对应于与所述晶状体囊相交的圆柱体囊切开术切口 ；并且 所述图案产生器配置为: 将光爆破激光功率参数与跟踪带内部的点相关联，所述跟踪带同所述圆柱体囊切开术切口与所述晶状体囊的相交有关，以及 将非光爆破激光功率参数与所述跟踪带外部的点相关联。
31.根据权利要求30所述的激光系统，其中: 所述激光系统配置为在白内障程序过程中在晶状体破碎之前执行囊切开术。
32.根据权利要求30所述的激光系统，其中: 所述激光系统配置为能够由所述图案产生器和图像分析仪中的一个分析具有多于两个局部极值的囊边界层的图像。
33.一种基于成像的激光系统,包括: 激光器，产生激光脉冲束并将其引导到眼睛中； 成像系统，对所述眼睛的囊层成像；以及 激光控制系统，控制所述激光器以 利用超过光爆破阈值的激光功率参数将所述束引导至所成像的囊层的跟踪带内部的点，以及 利用低于光爆破阈值的激光功率参数将所述束引导至所成像的囊层的所述跟踪带外部的点，其中 所述基于成像的激光系统配置为在白内障程序过程中在晶状体破碎之前执行囊切开术。
34.根据权利要求33所述的激光系统，其中: 所述激光系统配置为针对具有500微米或更大的深度变化的所述囊层的图像产生具有小于100微米的深度范围的跟踪带。
35.一种图像导引的眼科激光系统，包括: 激光引擎，配置为产生激光脉冲； 束修改器，配置为修改所述激光脉冲的激光功率参数； 激光扫描器，配置为将所述激光脉冲引导至眼睛中的扫描点； 成像系统，配置为对所述眼睛中的区域成像；以及 图案产生器，耦合至所述成像系统、所述束修改器和所述激光扫描器，配置为: 为所述激光扫描器产生所述扫描点的坐标，以及 根据所述扫描点距目标图案的距离，将激光功率参数与所述扫描点相关联。
36.根据权利要求35所述的激光系统，其中: 所述激光系统配置为将所述激光脉冲引导至相对于所述激光系统的光轴倾斜的目标图案。
37.根据权利要求36所述的激光系统，其中: 所述目标图案是晶状体破碎程序的倾斜切割表面，并且 所述图案产生器配置为: 将光爆破激光功率参数与比预定距离更接近所述目标图案的扫描点相关联，以及 将非光爆破激光功率参数与比所述预定距离更远离所述目标图案的扫描点相关联。
38.根据权利要求37所述的激光系统，其中: 所述切割表面是裁切平面、圆形表面段、螺旋形表面段、角膜可触切口和角膜缘放松切口中的一个。
39.根据权利要求36所述的激光系统，其中: 所述目标图案是具有相对于所述激光系统的光轴倾斜的轴的目标体积。
40.根据权利要求35所述的激光系统，其中: 所述图案产生器配置为额外根据所述扫描点距由所述成像系统成像的眼科层的距离，将所述激光功率参数与所述扫描点相关联。
41.一种执行成像控制的眼科程序的方法，包括: 对眼睛中的层成像； 产生扫描图案的点的坐标； 确定所述扫描图案的所述点距所成像的层的距离；以及 基于所确定的距离，将激光功率参数与所述点相关联。
42.根据权利要求41所述的方法，所述方法包括: 通过执行特征识别分析，由所述图像识别出所成像的层的坐标。
43.根据权利要求41所述的方法，所述方法包括: 部分通过经由操作者界面接收操作者输入，由所述图像识别出所成像的层的坐标。
44.根据权利要求41所述的方法，包括: 将所产生的所述扫描图案的所述点的坐标作为信号发送至束扫描器；以及 将对应的激光功率参数作为信号发送至束衰减器。
【文档编号】A61F9/008GK103547241SQ201180070914
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2011年9月13日 优先权日:2011年5月18日
【发明者】G·考哈瑞, P·戈邓斯恩, I·海格德斯, C·G·苏瑞资, D·考里格雷, M·卡拉维特斯 申请人:爱尔康手术激光股份有限公司