角膜雷射外科手術期間的高階光學校正的製作方法

2023-08-13 05:30:36 3

專利名稱：角膜雷射外科手術期間的高階光學校正的製作方法
角膜雷射外科手術期間的高階光學校正相關申請的交叉引用
本發明要求提交於2008年4月22日的美國臨時申請S/N. 61/125，209 (代理人案 號018158-031000US)的基於35U. S. C. § 119(e)的優先權權益，該臨時申請的全部內容通 過引用納入本文。北目冃樂
本發明一般涉及校正光學系統的光學誤差。本發明尤其涉及在雷射外科手術過程 中計劃並執行用於校正眼睛的光學誤差的角膜改造順序的改良方法和系統，其中與高階光 學象差的校正相關聯的改造是在該過程的後期執行的。本發明的方法和系統尤其適用於計 劃原位角膜磨鑲術(LASIK)、光性屈光性角膜切除術(PRK)、角膜的基質內整形等期間的眼 睛治療。
許多已知的雷射眼睛外科手術過程採用紫外線或紅外雷射來從眼睛的角膜去除 基質組織的微觀層。雷射通常去除選定形狀的角膜組織，常用來校正眼睛的屈光誤差。紫外 線雷射切除使角膜組織發生光解，但一般不對眼睛的相鄰和底層組織造成明顯熱損傷。被 輻照的分子以光化學的方式破碎成更小的易揮發的碎片，從而直接使分子間的鍵斷裂。
出於各種目的，雷射外科手術過程可被用於改造角膜，諸如為了校正近視、遠視、 散光等。對雷射能量分布的控制可通過各種系統和方法來提供，包括使用切除遮罩、固定和 可移動的孔徑、受控的掃描系統、眼睛移動跟蹤機構等。在已知系統中，雷射束常常包括一 系列離散的雷射能量脈衝，其中受影響的組織的總體形狀和量由照射在角膜上的雷射能量 脈衝的形狀、大小、位置和數量決定。可使用各種算法來計算用於改造角膜以校正眼睛屈光 誤差的雷射脈衝的圖案。已知系統利用各種形式的雷射和/或雷射能量來實施校正，包括 紅外雷射、紫外線雷射、飛秒雷射、波長倍增固態雷射等等。替換性視力校正技術利用角膜 中的徑向切口、眼內晶體、可移除的角膜支撐結構等等。
已知的角膜校正治療方法在校正諸如近視、遠視、散光等標準視差上一般已是成 功了的。然而，儘管全部成功，仍希望有進一步的改善。為此，現在有波陣面測量系統可用 於準確地測量特定病人眼睛的屈光特性。一種示例性波陣面技術系統是VISXWaveScan 系統，該系統使用Hartmarm-Shack波陣面小透鏡(Ienslet)陣列，它能量化病人眼睛的整 個光學系統的象差，包括一階和二階球-圓柱誤差、慧差、以及與慧差、散光和球面象差有 關的三階和四階象差。
眼睛的波陣面測量可被用於創建象差圖或波陣面立面圖(elevation map)，其準 許評價穿過眼睛的光學路徑的象差，例如角膜象差和非角膜象差兩者。創建波陣面立面圖 涉及確定具有與波陣面傳感器陣列測得的梯度相匹配的梯度的表面。波陣面立面圖隨後可 被用於計算外科手術雷射系統所要施加的定製的缺陷校正處方，從而治療(例如，校正、緩 解)眼睛的複雜象差。用於從測得波陣面數據創建波陣面立面圖的已知方法一般涉及使用 展開級數技術的數學建模。更具體地，已採用了 Zernike多項式對波陣面立面圖表面進行 建模。Zernike多項式的係數是通過已知的擬合技術來推導出的。或者，波陣面立面圖可通過美國專利號7，168，807和7，175，278描述的直接積分技術來從測得的波陣面數據創建， 這兩件專利的全部公開通過引用納入本文。
由於高階象差的複雜性，可能難以通過使用諸如玻璃或隱形眼鏡等常規手段或通 過傳統屈光外科手術方法來校正。然而，在至少一些實例中，有可能使用針對眼睛中存在的 象差的特定組合所特製的自定義雷射眼睛外科手術來治療高階象差。
實際上，高階象差的校正可能導致不完全的校正。相應地，希望提供在治療高階象 差上具有增強的效率的光學治療手段。簡要概述
在許多實施例中，提供了按順序來安排角膜改造以增強一個或更多個高階光學象 差的校正的方法和系統。在許多實施例中，在雷射眼外科手術過程的末尾或接近末尾執行 與至少一個高階光學象差的治療相關聯的改造。通過在過程的末尾或接近末尾執行與一個 或更多個高階象差相關聯的改造，可增強施加一個或更多個高階光學校正的能力。
在一方面，提供了一種按順序來安排眼角膜切除以向眼睛施加缺陷校正處方的方 法。該方法包括提供缺陷校正處方，確定用以對角膜施加處方的切除輪廓，以及確定用以 對角膜施加切除輪廓的雷射能量切除的順序。該切除輪廓包括第一片段輪廓和第二片段輪 廓。第二片段輪廓對應於至少一個高階光學校正。所確定的順序包括在應用對應於第二片 段輪廓的切除之前應用對應於第一片段輪廓的切除。
在許多實施例中，以上所討論的按順序來安排眼角膜切除以向眼睛施加缺陷校正 處方的方法包括一個或更多個附加步驟和/或變形。例如，該方法還可包括顯示第一片段 輪廓、顯示第二片段輪廓、和/或顯示預計最終角膜輪廓。確定雷射能量切除的順序可包括 將對應於第二片段輪廓的切除放在順序的末尾。第二片段輪廓可使用Zernike多項式來 表徵。該方法還可包括提供眼睛的光學象差的波陣面立面圖並響應於該波陣面立面圖確 定缺陷校正處方。確定缺陷校正處方可包括確定對應於該波陣面立面圖的第一多個波陣面 Zernike係數並選擇對應於該缺陷校正處方的第二多個波陣面krnike係數。
在另一方面，提供了一種用於對具有角膜的眼睛施加缺陷校正處方的系統。該系 統包括配置成測量眼睛的光學象差的波陣面系統，與該波陣面系統耦合的處理器，以及與 該處理器耦合的眼修正組合件。該處理器包括含指令的有形介質，該指令在執行時致使處 理器處理測得的象差以生成眼睛的缺陷校正處方，確定對應於缺陷校正處方的切除輪廓， 將切除輪廓分段成至少第一片段輪廓和第二片段輪廓，以及確定用以對角膜施加切除輪廓 的雷射能量切除的順序。第二片段輪廓對應於用於對角膜施加至少一個高階光學校正的切 除。所確定的順序包括在應用對應於第二片段輪廓的切除之前應用對應於第一片段輪廓的 切除。眼修正組合件包括用於將所確定順序的雷射能量引導向角膜以對角膜施加切除輪廓 的切除雷射器。
在許多實施例中，以上討論的用於對具有角膜的眼睛施加缺陷校正處方的系統包 括一個或更多個附加組件和/或附加功能性。附加組件可包括與處理器耦合的顯示器。附 加功能性可包括a)顯示第一片段輪廓和/或第二片段輪廓；b)在切除順序的末尾應用對 應於第二片段輪廓的切除；c)顯示預計最終角膜輪廓；和d)使用krnike多項式來表徵第 二片段輪廓。
在一方面，提供了用於治療具有角膜的眼睛的光學象差的方法。該方法包括提供 定義眼睛的缺陷校正處方的第一多個波陣面^rnike係數，將第一多個係數分段成至少第 一子集和第二子集，確定對應於第一子集的第一切除輪廓，確定對應於第二子集的第二切 除輪廓，確定角膜的雷射能量切除的順序，以及通過將所確定順序的雷射能量引導向角膜 以施加缺陷校正處方來整形角膜。第二子集包括高階係數。所確定的順序包括在應用對應 於第二切除輪廓的切除之前應用對應於第一切除輪廓的切除。
在許多實施例中，以上討論的用於治療具有角膜的眼睛的光學象差的方法包括一 個或更多個附加步驟和/或變形。例如，該方法還可包括生成眼睛的光學象差的波陣面立 面圖；生成用於模擬該波陣面立面圖的第二多個波陣面仏！!^!^係數；以及響應於第二多 個係數確定第一多個係數。該方法還可包括顯示第一切除輪廓或第二切除輪廓中的至少之 一。對應於第二切除輪廓的切除可在該順序的末尾應用。該方法還可包括顯示預計最終角 膜輪廓。
在另一方面，提供了一種用於對具有角膜的眼睛施加缺陷校正處方的系統。該系 統包括配置成測量眼睛的光學象差的象差計系統，與該象差計系統耦合的處理器，以及與 該處理器耦合的眼修正組合件。該處理器包括含指令的有形介質，該指令在執行時致使處 理器處理測得的象差以生成眼睛的缺陷校正處方，確定對應於缺陷校正處方的輪廓，將該 輪廓分段成至少第一片段輪廓和第二片段輪廓，以及確定用以對角膜施加輪廓的雷射能量 的順序。第二片段輪廓對應於用於對角膜施加至少一個高階光學校正的雷射切除。所確定 的順序包括在應用對應於第二片段輪廓的切除之前應用對應於第一片段輪廓的切除。眼修 正組合件包括用於將所確定順序的雷射能量引導向角膜以對角膜施加該輪廓的雷射器。
為更完全理解本發明的本質和優點，應當參考以下結合附圖進行的詳細描述。本 發明的其它方面、目的以及優點根據以下附圖以及詳細描述將會顯而易見。附圖簡述


圖1是根據許多實施例的雷射眼睛外科手術系統的立體圖。
圖2圖釋根據許多實施例的計算機系統。
圖3A圖釋根據許多實施例的波陣面測量系統。
圖;3B圖釋根據許多實施例的另一波陣面測量系統。
圖4解說krnike多項式形狀和功能關係。
圖5是圖釋根據許多實施例的用於確定角膜改造的順序的方法的流程圖。
圖6圖釋初始角膜輪廓和具有複雜形狀的局部區域的最終角膜輪廓。
圖7是圖釋根據許多實施例的用於確定角膜改造的順序的另一方法的流程圖。發明詳細描述
在許多實施例中，提供了用於以選定的順序來改造角膜的系統、軟體、和方法，在 雷射眼睛外科手術過程的末尾或接近末尾實施與高階象差相關聯的改造，這可以增加校正 一個或更多個高階光學象差的效率。通過在過程的末尾或接近末尾執行與一個或更多個高 階象差相關聯的象差，可增強誘發一個或更多個高階光學校正的能力，這在至少一些實例 中可幫助將少不完全的校正。
在許多實施例中，所公開的系統和方法可增強諸如光性屈光性角膜切除術(PRK)、 光性治療性角膜切除術(PTK)、雷射原位角膜磨鑲術(LASIK)、角膜的基質內整形(例如，經 由基質內聚焦的雷射，比如飛秒雷射)等雷射眼睛外科手術過程的準確性和效率。所公開 的系統和方法可通過提供施加一個或更多個高階光學校正的改良能力來產生增強的光學 準確性。在許多實施例中，所公開的系統和方法採用眼睛修正組裝件，其包括用於對角膜運 用改造以對病眼施加缺陷校正處方的雷射器。在許多實施例中，缺陷校正處方包括至少一 次高階光學校正。在許多實施例中，缺陷校正處方可響應於眼睛的測得光學象差來標識。在 許多實施例中，例如波陣面測量系統之類的象差計系統可被用於測量眼睛的光學象差。
在許多實施例中，所公開的系統和方法可容易地適配用於現行的雷射器系統、象 差計系統(例如，波陣面測量系統)、及其他光學測量設備。在許多實施例中，可通過改造角 膜使得所治療的眼睛規律地超過20/20視力閾值來對眼角膜施加缺陷校正處方。
儘管諸實施例主要是在雷射眼外科手術系統的上下文中描述的，但應理解所公開 的系統和方法可適配用於替換性眼治療過程和系統中，諸如柔性焦距晶體、眼內晶體、隱形 眼鏡、角膜環植入、膠原角膜組織熱重塑等等。
現在參照圖1，示出了根據許多實施例的雷射眼外科手術系統10。雷射眼外科手 術系統10包括產生雷射束14的雷射器12。雷射器12光學地耦合至雷射輸送光學器件16， 後者將雷射束14引至病人P的眼睛E。輸送光學器件支撐結構(這裡為了清楚起見而未示 出)延伸自支撐雷射器12的框架18。顯微鏡20安設在輸送光學器件支撐結構上。顯微鏡 可用於成像眼角膜。
雷射器12和雷射輸送光學器件16 —般將在計算機系統22的指令下將雷射束14 引導至病人P的眼睛E。在許多實施例中，計算機系統22通常會選擇性地調整雷射束14以 使角膜的多個部分暴露於雷射能量脈衝從而實施預訂的角膜改造以改造眼睛的屈光特性。
在許多實施例中，將角膜的預定改造順序化成使得與施加一個或更多個高階校正 相關聯的改造在與施加例如低階校正之類的其他校正相關聯的改造之後完成。通過在過程 的末尾或接近末尾執行與施加一個或更多個高階校正(例如，被施加以治療眼睛的一個或 更多個高階光學象差的一個或更多個高階校正)相關聯的改造，可增強在經修正的角膜中 實現局部複雜構造的能力。這樣的局部複雜構造在許多實施例中可用來施加一個或更多個 高階光學校正——例如在這一個或更多個高階光學校正被施加用以治療與角膜不相關的 高階光學象差時。
在許多實施例中，雷射器12和雷射輸送光學系統16將在計算機系統22的控制下 實施所希望的改造工序，其中計算機系統影響(並且任選地修改)雷射脈衝的圖案。脈衝 圖案可以治療表的形式歸納在有形介質四的機器可讀數據中，並且該治療表可根據響應 於提供自監視反饋系統的實時反饋數據從自動化圖像分析系統輸入到計算機系統22(或 由系統操作員手動地輸入到處理器中)的反饋來調整。包括計算機系統22的雷射治療系 統10可響應於該反饋繼續和/或終止治療，並且還可任選地至少部分地基於反饋來修改所 計劃的治療。
在許多實施例中，雷射器12包括受激準分子雷射器，例如，產生具有近似為193nm 的波長的雷射脈衝的氬-氟雷射器。在許多實施例中，雷射器12配置成在患者眼睛上提供 經由雷射輸送光學器件16輸送的反饋穩定的能流。在許多實施例中，可使用雷射能量的備用源，例如舉例而言適配成可控地切除角膜組織或改造角膜而不對眼睛的相鄰和/或底層 組織造成明顯損傷的紫外線或紅外輻射備用源。儘管在本文公開的許多實施例中受激準分 子雷射器是雷射束的解說性來源，但在許多實施例中，可使用包括本領域已知的那些雷射 器在內的其他雷射器來切除或以其他方式改造角膜。
如本領域技術人員應理解的，關於雷射器系統10還可包括其他組件和子系統。例 如，如其公開內容通過引用納入本文的美國專利號5，646，791中所描述的，可包括空間和/ 或時間積分器來控制雷射束內的能量分布。還可使用雷射外科手術系統的切除流出物排出 器和/或過濾器、及其他輔助組件。
圖2是根據許多實施例的雷射外科手術系統10可使用的示例計算機系統22的簡 化框圖。計算機系統22通常包括至少一個處理器52，該處理器可經由總線子系統M與多 個外圍設備通信。在許多實施例中，這些外圍設備包括含存儲器子系統58和文件存儲子 系統60的存儲子系統56 ；用戶界面輸入設備62 ；用戶界面輸出設備64 ；以及網絡接口子系 統66。網絡接口子系統66提供去往外部網絡68和/或諸如波陣面測量系統30(圖3A中 示出)之類的其他設備的接口。
在許多實施例中，用戶界面輸入設備62可包括各種已知輸入設備中的任何設備 (例如，鍵盤；諸如滑鼠、軌跡球、觸摸墊、或圖形板之類的定點設備；掃描儀，一個或更多個 腳踏板，操縱杆，結合到顯示器中的觸控螢幕，諸如語音識別系統、話筒之類的音頻輸入設備， 以及其他類型的輸入設備)。在許多實施例中，用戶輸入設備62可被用來從有形存儲介質 29下載體現本文公開的任何方法的計算機可執行代碼。一般而言，術語「輸入設備」的使用 旨在包括用以向計算機系統22輸入信息的各種傳統和專屬的設備和方法。
在許多實施例中，用戶界面輸入設備64可包括顯示器子系統、印表機、傳真機、或 者諸如音頻輸出設備之類的非視覺顯示器。顯示器子系統可以是陰極射線管(CRT)、諸如液 晶顯示器(LCD)等平板設備、投影設備等。顯示器子系統還可諸如經由音頻輸出設備提供 非視覺顯示。一般而言，術語「輸出設備」的使用旨在包括用以從計算機系統22向用戶輸 出信息的各種傳統和專屬的設備和方法。
在許多實施例中，存儲子系統56存儲提供諸實施例的功能性的基本編程和數據 結構。例如，在許多實施例中，實現如本文描述的方法的功能性的資料庫和模塊可被存儲在 存儲子系統56中。在許多實施例中，這些軟體模塊是由處理器52來執行的。在分布式環 境中，軟體模塊可存儲在多個計算機系統上並且可由這多個計算機系統的處理器執行。在 許多實施例中，存儲子系統56包括存儲器子系統58和文件存儲系統60。
在許多實施例中，存儲器子系統58包括數個存儲器，例如，用於存儲程序執行 期間的指令和數據的主隨機存取存儲器(RAM)70和在其中存儲固定指令的只讀存儲器 (R0M)72。在許多實施例中，文件存儲子系統60提供對存儲程序和數據文件的永久性(非 易失性)存儲，並且可包括可任選地包含波陣面傳感器數據、波陣面梯度、波陣面立面圖、 治療圖、和/或雷射治療表的有形存儲介質四(圖1中示出)。文件存儲子系統60可包括 硬碟驅動、連同相關聯的可移除介質的軟盤驅動、緊湊型數字只讀存儲器(CD-ROM)、光碟機、 DVD、⑶-R、⑶-RW、固態可移動存儲器、和/或其他可移動的媒體筒或盤。這些驅動中的一個 或更多個可位於與計算機系統22耦合的另一計算機上的遠程位置處。在許多實施例中實 現這些功能性的模塊可由文件存儲子系統60存儲。
總線子系統討提供用於使計算機系統22的各種組件及子系統彼此自如通信的機 制。計算機系統22的各種子系統和組件無需處於相同的物理位置，而是可以分布在分布式 網絡內的各個位置處。儘管總線子系統M被圖示為單根總線，但是總線子系統的替換實施 例可利用多根總線。
計算機系統22自身可以是各種類型的，包括個人計算機、可攜式計算機、工作站、 計算機終端、網絡計算機、波陣面測量系統或雷射外科手術系統中的控制系統、主機、或任 何其他數據處理系統。由於計算機和網絡的永遠變化的本質，對圖2中描繪的計算機系統 22的描述僅旨在作為用於解說本發明實施例的具體示例。比圖2中描繪的計算機系統具有 更多或更少組件的計算機系統22的許多其他配置也是可能的。
在許多實施例中，例如波陣面測量系統之類的象差計系統被用於測量眼睛中存在 的光學象差。波陣面測量系統通過測量光的波陣面經過眼睛的各種屈光性或聚焦性組件諸 如角膜和晶狀體的路線來工作。在一種辦法中，將一窄光束引導至眼睛的視網膜上，並且從 眼睛形成其反射。在完美眼睛的情形中，形成的反射包括均勻平行的光束。然而，在非完美 眼睛的情形中，形成的反射由於遍及眼睛的各種光學象差而包括非平行光束。一些波陣面 測量系統使用鏡頭及相關聯傳感器的陣列來提供對測量或梯度的收集，每個梯度指示該形 成的反射的特定區域偏離理想平行路徑的大小。測得的梯度隨後可被用於確定具有與測得 的梯度相同的梯度的波陣面立面圖。波陣面立面圖是眼中光學象差的圖形表示，並且就經 由切除角膜的前面來進行角膜改造而言，與必須被去除以校正光學象差的切除輪廓緊密相 關。
現在參照圖3A，以簡化形式圖釋了波陣面測量系統30的一個實施例。在非常一 般性的意義上，該波陣面測量系統30被配置成感測離開患者眼睛的光的局部斜率。基於 Hartmann-Shack原理的設備一般包括用以在孔徑上均勻地採樣光的小透鏡陣列，該孔徑典 型的是眼睛的出射光瞳。此後，分析出射光的局部斜率以重構波陣面表面或波陣面圖。
更具體地，波陣面測量系統30包括諸如雷射器之類的圖像源32，其投射源圖像通 過眼睛E的光學組織34從而在視網膜R的表面上形成圖像44。來自視網膜R的圖像透過 眼睛的光學系統(例如，光學系統34)並由系統光學器件37成像到波陣面傳感器36上。 波陣面傳感器36將信號傳達給計算機系統22'以測量光學組織34中的光學誤差，並且在 許多實施例中是確定缺陷校正處方。計算機22'可包括與圖1和2中解說的計算機系統 22相同或相似的硬體。計算機系統22'可與指揮雷射外科手術系統10的計算機系統22 通信，或者波陣面測量系統30的計算機系統22、22'的一些或所有組件可以是組合或分開 的。若有需要，來自波陣面傳感器36的數據可經由有形介質四、經由I/O埠、經由諸如內 聯網或網際網路等網絡連接66被傳送給雷射器計算機系統22。
波陣面傳感器36—般包括小透鏡陣列38和圖像傳感器40。當來自視網膜R的圖 像透過光學組織34並成像到波陣面傳感器36上時，小透鏡陣列38將透過的圖像分開成小 束陣列42，並(結合系統的其他光學組件)將分開的小束42成像在傳感器40的表面上。 傳感器40典型地包括電荷耦合器件(「CCD」)，並且感測這些個體的小束的特性，此特性可 被用於確定光學組織34的相關聯區域的特性。具體地，在圖像44包括點或小光斑的情況 下，由小束所成像的透射光斑的位置可直接指示透過光學組織的相關聯區域的光的局部梯 度。
眼睛E —般定義前向ANT和後向P0S。如圖3A中所指示的，圖像源32 —般在後方 向上通過光學組織34將圖像投射到視網膜R上。光學組織34在朝向波陣面傳感器36的 前方向上透射來自視網膜的圖像44。透過光學組織34的圖像44可因眼睛的光學系統中的 任何缺點而畸變。任選地，圖像源投射光學器件46可被配置或適配成減小圖像44的任何畸變。
在一些實施例中，圖像源光學器件46可通過補償光學組織34的球面和/或圓柱 誤差來減少低階光學誤差。還可通過諸如變形鏡(下文描述)之類的自適應光學元件的使 用來補償光學組織的高階光學誤差。使用被選擇成定義點或小斑作為視網膜R上的圖像44 的圖像源32可便於對波陣面傳感器36提供的數據進行分析。圖像44的畸變可通過使源 圖像透過光學組織34的一小於瞳孔50的中心區域48來限制，因為光學組織的中心區域比 外圍部分更不容易有光學誤差。不論特定的圖像源結構如何，在視網膜R上具有良好定義 並且準確形成的圖像44 一般都將是有益處的。
在一些實施例中，測得的波陣面數據可以兩個分開的陣列的形式被存儲在計 算機可讀介質四或波陣面傳感器系統30的存儲器中，這兩個分開的陣列包含從對 Hartmann-Shack傳感器圖像的圖像斑分析獲得的χ和y波陣面梯度值，加上如通過瞳孔相 機51 (圖3A)圖像測得的距離Hartmarm-Shack小鏡頭陣列的標稱中心的χ和y瞳孔中心 偏移量。這樣的信息包含關於眼睛的波陣面誤差的所有可用信息，並且足以重構波陣面或 其任何部分。在這樣的實施例中，無需不止一次地再處理Hartmarm-a^ck，並且需要用來存 儲梯度陣列的數據空間不大。例如，為了容納具有8mm直徑的瞳孔的圖像，20X20大小的陣 列(即，400個元素)常常是足夠的。如能領會的，在其他實施例中，波陣面數據可以單個陣 列或多個陣列的形式存儲在波陣面傳感器系統的存儲器中。
儘管許多實施例的方法將一般參照圖像44的感測來描述，但是應理解可採取一 系列波陣面傳感器數據讀取。例如，波陣面數據讀取的時間序列可幫助提供對眼組織象差 更為準確的整體確定。由於眼組織的形狀可能隨時間變化，所以多個在時間上分開的波陣 面傳感器測量能避免依賴光學特性的單個快照作為屈光校正過程的基礎。還有其他替換例 可用，包括取得在眼睛處於不同的構造、位置、和/或其他取向的情況下眼睛的波陣面傳感 器數據。例如，患者將常常通過聚焦在固定目標上來幫助維持眼睛與波陣面測量系統30的 對準，如其全部公開內容通過引用納入本文的美國專利號6，004，313中描述。通過如該參 考文獻中描述地改變該固定目標的位置，當眼睛調節或適應以在變化的距離和/或角度上 成像視場時可確定眼睛的光學特性。
眼睛的光軸的位置可通過參考從瞳孔相機51提供的數據來核實。在許多實施例 中，瞳孔相機51對瞳孔50成像從而確定瞳孔的位置以用于波陣面傳感器數據相對於光學 組織的對齊。
圖;3B中解說了波陣面測量系統的替換性實施例。圖:3B的系統的主要組件類似於 圖3A的那些主要組件。另外，圖:3B包括變形鏡形式的自適應光學元件53。源圖像在往視 網膜R的傳輸期間從變形鏡53被反射，並且該變形鏡還沿用於在視網膜R與成像傳感器40 之間形成透射圖像的光學路徑。變形鏡53可通過計算機系統22』受控地變形以限制在視 網膜上形成的圖像或者由形成於視網膜上的圖像構成的後續圖像的畸變，並且可增強結果 得到的波陣面數據的準確性。圖3B中系統的結構和使用在其全部公開內容通過引用納入10本文的美國專利號6，095，651中更加全面地描述。
在許多實施例中，波陣面測量系統中用於測量眼睛的組件包括可從加利福尼亞的 聖克拉拉的VISX公司購得的VISX WaveScan 的元件。在許多實施例中，波陣面測量系統 包括具有如上所述的變形鏡的WaveScan 。波陣面測量系統的替換實施例在其全部公開 內容通過引用納入本文的美國專利號6，271，915中描述。
儘管波陣面立面圖可以任何數目的方式從光學梯度數據創建，但藉助將梯度數 據擬合至一個或更多個^rnike多項式的組合來創建波陣面立面圖是一種常用辦法。 Zernike多項式代表用於建模波陣面立面圖的數學級數展開的特別有益形式。圖4解說 Zernike多項式子集的形狀，並提供了 Zernike函數關係，即是給定階數和頻率下歸一化半 徑和角度的函數。在許多實施例中，使用包括0到6階或0到10階的項的krnike多項式 集合。關於每個^rnike多項式的係數％例如可以使用標準最小二乘擬合技術來確定。 實際中，可限制krnike多項式係數的數目(例如，限於約觀個係數)。
在已確定krnike係數陣列的情況下，可創建波陣面立面圖。將krnike多項式 用其係數進行定標並將經定標的^rnike多項式相加允許計算出波陣面立面圖，並且在一 些情形中可非常準確地重構波陣面立面圖。
藉助krnike多項式進行波陣面立面圖重構的另一益處涉及某些krnike多項式 形狀與公知光學象差之間的對應性，諸如在對應散焦的Zernike多項式(n = 2，f = 0)與 近視或遠視之間，以及對應散光的Zernike多項式形狀(n = 2，f = 士幻。散焦和散光的 低階象差佔了典型眼睛中存在的光學誤差的絕大部分。
然而，對應於高階krnike多項式的高階象差在相當的程度上確實存在，並且與 諸如夜視困難、炫目、暈輪、模糊、星狀放射圖案、復視等視覺誤差相關聯。相應地，藉助改善 的高階象差校正可得到改善的視力校正。
現在轉到圖5，解說了根據許多實施例的用於確定角膜的雷射改造的方法80。如 能領會的，所解說的方法不應被限於所解說的步驟次序或具體步驟，並且可對該方法作出 各種變形，諸如具有更多或更少的步驟。所解說的方法可由包括處理器及耦合至該處理器 的存儲器的系統來實施。該存儲器可被配置成存儲具有用於實施該方法的步驟的指令和算 法的多個模塊。
可使用包括波陣面傳感器(例如，Hartmarm-Shack傳感器)的波陣面測量系統來 獲得眼睛的光學組織的一個或更多個傳感器位移圖(例如，Hartmarm-Shack位移圖)。傳 感器位移圖82可通過使圖像透過眼睛的光學組織並感測出射的波陣面表面來獲得。如上 所述，來自波陣面傳感器的數據可通過將小的光斑或光點照射至視網膜上、視網膜產生反 射光且該反射光離開眼睛並被波陣面傳感器捕捉到來生成。來自波陣面傳感器的數據可被 用於產生光學梯度陣列或梯度圖84。光學梯度數據隨後可被用於通過數學地重構具有與該 光學梯度數據相一致的等高線的表面，諸如通過將該表面建模為如上所述的Zernike多項 式的組合(86、88)，來創建光學表面或波陣面立面圖90。
在步驟92，標識或提供缺陷校正處方。在許多實施例中，可使用一個或更多個波 陣面立面圖90來標識缺陷校正處方，該處方至少部分地校正由這一個或更多個波陣面立 面圖90所反映的眼睛光學象差。在許多實施例中，可通過選擇兩個或更多個離散的校正 來治療對應的兩個或更多個離散的光學象差來標識缺陷校正處方。這兩個或更多個離散的校正可包括一個或更多個高階校正以用於治療對應的一個或更多個高階象差。在許多 實施例中，這兩個或更多個離散的校正可響應於對應一個或更多個波陣面立面圖的波陣面 Zernike係數來選擇。
在許多實施例中，可以替換方式來標識缺陷校正處方。例如，先前標識的缺陷 校正處方可被簡單地提供作為起始點。缺陷校正處方還可以使用在轉讓給高級醫學 光學公司(Advanced Medical Optics, Inc)的諸多專利、專利公開、及專利申請中描 述的方法來標識，例如包括美國專利號6，280，435、6，663，619、7，261，412、7，293，873、 7，320，517、7，387，387、7，413，566、7，434，936、7，475，986、7，478，907 ；以及美國專利
發明者J·D·史蒂文森 申請人:阿默發展有限公司