专利名称：扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物医学工程技术领域的系统，具体涉及一种扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统。
背景技术：
随着人们对远视的认识不断深入以及远视人群的不断增长，对远视的治疗正越来越成为眼科界关注的热点。治疗远视目前有好几种方法，包括准分子激光屈光性角膜切开术、准分子激光原位角膜磨镶术、激光角膜热成形术、透明晶体摘除联合人工晶体植入术、自动板层角膜成形术、角膜切开术、Lasso等等。其中，激光角膜热成形术是利用激光照射角膜，使角膜胶原纤维受热收缩，改变角膜屈光度以治疗屈光不正。由于激光角膜热成形术是使用激光对位于眼球屈光系统中最外层的角膜组织进行非侵入性治疗，所以虽然它在折射结果的可预测性和稳定性方面疗效相对有限，但仍然被证明是治疗轻度远视最安全也最有前途的方法之一，且有望直接获益于激光技术的飞速进展。
经对现有技术的文献检索发现，2004年综述文章《激光角膜热成形术的研究进展》(陶丹，杜之渝，《中国实用眼科杂志》，2004年11月第22卷第11期848-850页)提到，目前主要采用非接触式光束传输系统进行激光角膜热成形术，该系统可同时发射均匀分布于角膜周边部、距中心直径相等的8束激光。虽然该系统相比早期的接触式光束纤维探头来说，使激光角膜热成形术耗时减少，降低了角膜上皮损伤和角膜感染，且提高了作用部位的精确度，但由于该系统依然仅能产生有限光凝点，故形成的收缩环还是有一定的不可预知性。因此，依然存在治疗效果的稳定性与可预测性相对较差的缺陷。在进一步的检索中，尚未发现与本发明相同或者类似的主题。
发明内容
本发明针对现行激光角膜热成形术所使用的系统的不足与缺陷，提出了一种扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统。本发明能更灵活高效地适应远视治疗手术的需求，并增加激光角膜热成形术手术效果的稳定性与可预测性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括五个模块，分别为扫描激光源、自适应定位系统、安全参数测试系统、治疗成效测试系统、控制器。沿激光束方向，扫描激光源直接对准人眼；自适应定位系统、安全参数测试系统和治疗成效测试系统的输入端均对准人眼，而三者的输出端均与控制器的输入端相连。控制器的输出端连接至扫描激光源。其中，扫描激光源负责激光的发射和扫描，自适应定位系统负责对眼睛瞳孔中心的自适应定位，安全参数测试系统负责测试扫描式激光角膜热成形术的安全扫描参数(包括激光的扫描频率、脉冲的持续时间、探头的旋转速度、聚焦点的深度等等)，治疗成效测试系统负责测试扫描式激光角膜热成形术在安全扫描参数(包括激光的扫描频率、脉冲的持续时间、探头的旋转速度、聚焦点的深度等等)下的治疗成效，控制器负责反馈控制。激光经由扫描激光源发出投射到眼表，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描，投射位置实时参照自适应定位系统确定的瞳孔中心，安全参数测试系统负责对扫描式激光角膜热成形术安全参数的实时检测以保证安全性，治疗成效测试系统负责对扫描式激光角膜热成形术在保证安全性前提下的治疗成效的实时检测，两者的检测结果同自适应定位系统探测到的位置偏移信息一起，由控制器收集反馈，传送至扫描激光源以实时控制激光参数。
所述扫描激光源包括激光源及其附带的聚焦系统、冷却系统和扫描系统，直接实现激光的旋转式扫描，并可以直接在激光从激光器出射口出射之前，就直接实现光束的聚焦优化和器件的冷却保护，激光参数受控制器的反馈控制。激光源负责激光束的发射，聚焦系统负责激光束的聚焦，冷却系统负责激光束的冷却，扫描系统负责激光束的扫描。扫描激光源发射的激光束直接射到眼球表面。
所述自适应定位系统负责对眼睛瞳孔中心的自适应定位，其结果送至控制器。
所述安全参数测试系统包括热相机、浊度计。热相机负责对角膜组织温度的实时检测，浊度计负责对角膜组织浊度的实时检测。安全参数测试系统工作时，接受从眼表检测到的信息，热相机接受角膜组织温度信息，并传送至控制器，浊度计接受角膜组织浊度信息，并传送至控制器。
所述治疗成效测试系统包括角膜地形图系统、波面相差仪。角膜地形图系统负责以角膜地形图形式对角膜屈光度进行实时检测，波面相差仪负责以波面相差形式对角膜屈光度进行实时检测。治疗成效测试系统工作时，接受从眼表检测到的角膜屈光度信息，角膜地形图系统将信息以角膜地形图形式显示，并传送至控制器，波面相差仪将信息以波面相差形式显示，并传送至控制器。
所述控制器收集安全参数的测试系统和治疗成效的测试系统的检测结果，经与事先设置的安全阈值和治疗期望值相比较后将调整信号送至扫描激光源，对激光参数进行反馈控制。如果热相机探测到角膜温度过高或浊度计探测到角膜混浊度开始上升，则控制器反馈负信号至扫描激光源，使其降低扫描转速或降低激光强度，反之则提高扫描转速或增加激光强度。同时，所述控制器收集自适应定位系统的检测结果，经激光扫描中心与角膜实际中心相比较后将激光方向调整信号送至扫描激光源，对激光方向参数进行反馈控制。如果发现激光扫描中心偏离角膜实际中心，则调整激光束方向以使两者重新相符。
现行激光角膜热成形术系统所产生的光凝点排列一般有两圈和三圈两种。而应用本发明后，激光光凝点将通过环状飞点式扫描，形成致密的凝结点阵列。
此种扫描激光角膜热成形术的活体手术系统的优势在于(1)角膜的受热是几乎同时的，可以大幅度减少不对称的散光现象的发生；(2)调整扫描的频率和间隔，可以实现热效应的最佳累积；(3)能形成应力更加稳定的收缩环带，提高角膜热成形手术效果的稳定性；(4)能实时检测屈光度改变效果来相应地实时决定扫描圈数，提高角膜热成形手术效果的可预测性；(5)自适应定位能增加手术的精确性。
图1是本发明结构示意框图具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括五个模块，分别为扫描激光源、自适应定位系统、安全参数的测试系统、治疗成效的测试系统、控制器。沿激光束方向，扫描激光源直接对准人眼；自适应定位系统、安全参数测试系统和治疗成效测试系统的输入端均对准人眼，而三者的输出端均与控制器的输入端相连。控制器的输出端连接至扫描激光源。
激光经由扫描激光源发出到眼表，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描。同时，由自适应定位系统实时确定瞳孔中心，由安全参数的测试系统进行安全参数的实时检测，并由治疗成效的测试系统进行治疗成效的实时检测，检测结果由控制器收集反馈至扫描激光源，以实时控制激光参数。
所述扫描激光源包括激光源及其附带的聚焦系统、冷却系统和扫描系统，直接实现激光的旋转式扫描，并可以直接在激光从激光器出射口出射之前，就直接实现光束的聚焦优化和器件的冷却保护。
所述扫描激光源的激光源为合适波长的激光器，发射合适波长的激光，对角膜热成形术来说波长一般为2.0μm左右。
所述扫描激光源的聚焦系统在激光出射前就完成光束的聚焦，包含第一级聚焦元件和第二级聚焦元件。所述扫描激光源的聚焦系统中的第一级聚焦元件，目的是将发散光束聚焦为平行光。所述扫描激光源的聚焦系统中的第二级聚焦元件，目的是将平行光进一步聚焦到眼角膜上。第二级聚焦元件的焦距测量比较简单，在仪器缺乏的情况下甚至可以通过目测光斑大小来估算。然后通过第二级聚焦元件的焦距和激光角膜热成形术所需的眼角膜内聚焦深度，来确定第二级聚焦元件与人眼之间的距离。
所述的第一级聚焦元件和第二级聚焦元件，均为透镜。
所述扫描激光源的冷却系统对激光源实施实时冷却。
所述扫描激光源的扫描系统通过扫描激光源内部机械元件的偏转，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描。
所述的自适应定位系统负责对眼睛瞳孔中心进行智能化个性化的手术实时定位，其结果送至控制器。此自适应定位系统可以是带有眼球跟踪技术的商用系统，也可以自行软件开发。由于同样是飞点式切割，故可以直接借用现行准分子激光原位角膜磨镶术的自适应定位技术。
所述的控制器收集安全参数测试系统、治疗成效测试系统和自适应定位系统的反馈信息，以实时控制眼球旋转速率。
所述的安全参数测试系统和治疗成效测试系统分别进行安全参数测试和治疗成效测试，其结果送至控制器。
所述的安全参数测试系统包括热相机、浊度计。
所述的安全参数测试系统中的热相机为普通热相机，目的是测试扫描参数在何范围内能够引起所需的角膜温度(55℃-65℃，即既能保证凝结又不会导致变性与损伤的温度范围。如果没有现成的热相机，可以用两种方法替代一种方法是加装红外滤镜的一般数码相机，但这样就只能获得红外照片进行事后分析，而无法实时直观地对应到具体温度，且分辨率较低；另一种方法是使用热电偶温度传感器代替，缺点是为侵入性的。
所述的安全参数测试系统中的浊度计为普通浊度计，目的是测试扫描参数在何范围内不会导致角膜表面过大的浊度上升。如果没有普通浊度计，此部分功能也可经由检测光散射方向的改变来实现。基本原理是利用一个参考激光源经电子(射)束分裂器括束后，再聚焦，最后照射到角膜表面，其在角膜前后表面的散射光通过两处的光敏二极管来检测。需要进行此测量的原因在于人眼的散光来源于角膜散光和眼内散光两部分，而前者是眼总散光的最大部分，包括角膜前后散光；而且角膜散光比较复杂，是判断角膜屈光手术效果的重要问题。
所述的治疗成效测试系统包括角膜地形图系统、波面相差仪。
所述的治疗成效测试系统中的角膜地形图系统为普通角膜地形图系统，目的是测试治疗之后的角膜曲率改变量。角膜地形图的全称是计算机辅助的角膜地形分析系统，它其实是计算机处理后形成的伪彩色图，反映全角膜前表面曲率形态。它的优点是可以对角膜形态进行实时的观察，因此除了能够对定参数的扫描式激光角膜热成形术结果进行术后评估以外，也能够在扫描式激光角膜热成形术的手术过程中不断提供信息，实时指导手术进程。
所述的治疗成效测试系统中的波面相差仪为普通波面相差仪，目的是测试治疗之后人眼屈光系统波面相差的改善度。波面相差仪是将一束光线射入眼内，然后从视网膜反射回来，通过比较光线从眼睛中反射出来的实际方向与理想方向之间的差异就可以测量出眼视光系统的总体相差，并以三维图像的形式显示。人眼相差分为低阶和高阶两种，在没有低阶像差(指近视、远视、散光)干扰的情况下，人眼视力也只有1.0-2.0。如果高阶像差(指慧差、影晕等)一并排除，人类才可以达到3.0-4.0的超常视力。完善的波前相差仪可以同时测量低阶相差和高阶相差。关于波面相差仪，目前已有很多成熟的商业设备。
使用安全参数测试系统时，合适波长(2.0μm左右)的激光束由扫描激光源发出，经由第一级聚焦透镜汇聚为平行光束，再经由第二级聚焦透镜聚焦到眼球表面，通过扫描激光源内部机械元件的偏转，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描。同时，热相机与浊度计实现安全参数的实时检测。
使用治疗成效测试系统时，合适波长(2.0μm左右)的激光束由扫描激光源发出，经由第一级聚焦元件汇聚为平行光束，再经由第二级聚焦元件聚焦到眼球表面，通过扫描激光源内部机械元件的偏转，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描。同时，角膜地形图系统与波面相差仪实现治疗成效的实时检测。
安全参数测试系统和治疗成效测试系统中的热相机、浊度计、角膜地形图系统、波面相差仪四者也可以同时工作或者按需选择，实现相应的监测功能。
通过本实施例所进行的激光角膜热成形手术，散光现象能减少，效果更稳定，更有可预测性，精确性也更高。
权利要求
1.一种扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征在于，包括扫描激光源、自适应定位系统、安全参数测试系统、治疗成效测试系统、控制器，沿激光束方向，扫描激光源直接对准人眼，自适应定位系统、安全参数测试系统和治疗成效测试系统的输入端均对准人眼，三者的输出端均与控制器的输入端相连，控制器的输出端连接至扫描激光源，其中，扫描激光源负责激光的发射和扫描，自适应定位系统负责对眼睛瞳孔中心的自适应定位，安全参数测试系统负责对扫描式激光角膜热成形术安全参数的实时检测以保证安全性，治疗成效测试系统负责对扫描式激光角膜热成形术在保证安全性前提下的治疗成效的实时检测，控制器负责反馈控制；激光经由扫描激光源发出到眼表，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描，投射位置实时参照自适应定位系统确定的瞳孔中心，由安全参数测试系统进行安全参数的实时检测，并由治疗成效测试系统进行治疗成效的实时检测，两者的检测结果同自适应定位系统探测到的位置偏移信息一起，由控制器收集反馈，传送至扫描激光源以实时控制激光参数。
2.根据权利要求1所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述扫描激光源，包括激光源及其附带的聚焦系统、冷却系统和扫描系统，直接实现激光的旋转式扫描，并在激光从激光器出射口出射之前直接实现光束的聚焦优化和器件的冷却保护，激光参数受控制器的反馈控制，激光源负责激光束的发射，聚焦系统负责激光束的聚焦，冷却系统负责激光束的冷却，扫描系统负责激光束的扫描，扫描激光源发射的激光束直接射到眼球表面。
3.根据权利要求2所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述扫描激光源的聚焦系统，在激光出射前就完成光束的聚焦，包含第一级聚焦元件和第二级聚焦元件，所述扫描激光源的聚焦系统中的第一级聚焦元件将发散光束聚焦为平行光，第二级聚焦元件将平行光进一步聚焦到眼角膜上；然后通过第二级聚焦元件的焦距和激光角膜热成形术所需的眼角膜内聚焦深度，来确定第二级聚焦元件与人眼之间的距离。
4.根据权利要求3所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述第一级聚焦元件和第二级聚焦元件，均为透镜。
5.根据权利要求2所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述扫描激光源的扫描系统，通过扫描激光源内部机械元件的偏转，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描。
6.根据权利要求2所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述扫描激光源的激光源为激光器，发射2.0μm波长的激光。
7.根据权利要求1所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述安全参数测试系统包括热相机、浊度计，热相机负责对角膜组织温度的实时检测，浊度计负责对角膜组织浊度的实时检测，热相机接受角膜组织温度信息并传送至控制器，浊度计接受角膜组织浊度信息并传送至控制器。
8.根据权利要求7所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述的安全参数测试系统中的热相机为普通热相机，或者是加装红外滤镜的数码相机，或者是热电偶温度传感器。
9.根据权利要求1所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述治疗成效测试系统包括角膜地形图系统、波面相差仪，角膜地形图系统负责以角膜地形图形式对角膜屈光度进行实时检测，波面相差仪负责以波面相差形式对角膜屈光度进行实时检测，角膜地形图系统将信息以角膜地形图形式显示并传送至控制器，波面相差仪将信息以波面相差形式显示并传送至控制器。
10.根据权利要求1所述的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统，其特征是，所述控制器，收集安全参数的测试系统和治疗成效的测试系统的检测结果，经与事先设置的安全阈值和治疗期望值相比较后将调整信号送至扫描激光源，对激光参数进行反馈控制，如果热相机探测到角膜温度过高或浊度计探测到角膜混浊度开始上升，则控制器反馈负信号至扫描激光源，使其降低扫描转速或降低激光强度，反之则提高扫描转速或增加激光强度；同时，所述控制器收集自适应定位系统的检测结果，经激光扫描中心与角膜实际中心相比较后将激光方向调整信号送至扫描激光源，对激光方向参数进行反馈控制，如果发现激光扫描中心偏离角膜实际中心，则调整激光束方向以使两者重新相符。
全文摘要
一种生物医学工程技术领域的扫描式激光角膜热成形术的活体手术系统。本发明包括扫描激光源、自适应定位系统、安全参数测试系统、治疗成效测试系统、控制器。激光经由扫描激光源发出到眼表，实现激光在眼球表面的环状飞点扫描，投射位置实时参照自适应定位系统确定的瞳孔中心，安全参数测试系统负责对扫描式激光角膜热成形术安全参数的实时检测以保证安全性，治疗成效测试系统负责对扫描式激光角膜热成形术在保证安全性前提下的治疗成效的实时检测，两者的检测结果同自适应定位系统探测到的位置偏移信息一起，由控制器收集反馈，传送至扫描激光源以实时控制激光参数。本发明更灵活高效，并增加激光角膜热成形术手术效果的稳定性与可预测性。
文档编号A61F9/01GK1957867SQ20061011889
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月30日 优先权日2006年11月30日
发明者刘易非, 牛金海 申请人:上海交通大学