掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統的製作方法
2023-04-25 05:33:41
專利名稱：掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物醫學工程技術領域的系統，具體涉及一種掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統。
背景技術：
隨著人們對遠視的認識不斷深入以及遠視人群的不斷增長，對遠視的治療正越來越成為眼科界關注的熱點。治療遠視目前有好幾種方法，包括準分子雷射屈光性角膜切開術、準分子雷射原位角膜磨鑲術、雷射角膜熱成形術、透明晶體摘除聯合人工晶體植入術、自動板層角膜成形術、角膜切開術、Lasso等等。其中，雷射角膜熱成形術是利用雷射照射角膜，使角膜膠原纖維受熱收縮，改變角膜屈光度以治療屈光不正。由於雷射角膜熱成形術是使用雷射對位於眼球屈光系統中最外層的角膜組織進行非侵入性治療，所以雖然它在折射結果的可預測性和穩定性方面療效相對有限，但仍然被證明是治療輕度遠視最安全也最有前途的方法之一，且有望直接獲益於雷射技術的飛速進展。
經對現有技術的文獻檢索發現，2004年綜述文章《雷射角膜熱成形術的研究進展》(陶丹，杜之渝，《中國實用眼科雜誌》，2004年11月第22卷第11期848-850頁)提到，目前主要採用非接觸式光束傳輸系統進行雷射角膜熱成形術，該系統可同時發射均勻分布於角膜周邊部、距中心直徑相等的8束雷射。雖然該系統相比早期的接觸式光束纖維探頭來說，使雷射角膜熱成形術耗時減少，降低了角膜上皮損傷和角膜感染，且提高了作用部位的精確度，但由於該系統依然僅能產生有限光凝點，故形成的收縮環還是有一定的不可預知性。因此，依然存在治療效果的穩定性與可預測性相對較差的缺陷。在進一步的檢索中，尚未發現與本發明相同或者類似的主題。
發明內容
本發明針對現行雷射角膜熱成形術所使用的系統的不足與缺陷，提出了一種掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統。本發明能更靈活高效地適應遠視治療手術的需求，並增加雷射角膜熱成形術手術效果的穩定性與可預測性。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括五個模塊，分別為掃描雷射源、自適應定位系統、安全參數測試系統、治療成效測試系統、控制器。沿雷射束方向，掃描雷射源直接對準人眼；自適應定位系統、安全參數測試系統和治療成效測試系統的輸入端均對準人眼，而三者的輸出端均與控制器的輸入端相連。控制器的輸出端連接至掃描雷射源。其中，掃描雷射源負責雷射的發射和掃描，自適應定位系統負責對眼睛瞳孔中心的自適應定位，安全參數測試系統負責測試掃描式雷射角膜熱成形術的安全掃描參數(包括雷射的掃描頻率、脈衝的持續時間、探頭的旋轉速度、聚焦點的深度等等)，治療成效測試系統負責測試掃描式雷射角膜熱成形術在安全掃描參數(包括雷射的掃描頻率、脈衝的持續時間、探頭的旋轉速度、聚焦點的深度等等)下的治療成效，控制器負責反饋控制。雷射經由掃描雷射源發出投射到眼表，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描，投射位置實時參照自適應定位系統確定的瞳孔中心，安全參數測試系統負責對掃描式雷射角膜熱成形術安全參數的實時檢測以保證安全性，治療成效測試系統負責對掃描式雷射角膜熱成形術在保證安全性前提下的治療成效的實時檢測，兩者的檢測結果同自適應定位系統探測到的位置偏移信息一起，由控制器收集反饋，傳送至掃描雷射源以實時控制雷射參數。
所述掃描雷射源包括雷射源及其附帶的聚焦系統、冷卻系統和掃描系統，直接實現雷射的旋轉式掃描，並可以直接在雷射從雷射器出射口出射之前，就直接實現光束的聚焦優化和器件的冷卻保護，雷射參數受控制器的反饋控制。雷射源負責雷射束的發射，聚焦系統負責雷射束的聚焦，冷卻系統負責雷射束的冷卻，掃描系統負責雷射束的掃描。掃描雷射源發射的雷射束直接射到眼球表面。
所述自適應定位系統負責對眼睛瞳孔中心的自適應定位，其結果送至控制器。
所述安全參數測試系統包括熱相機、濁度計。熱相機負責對角膜組織溫度的實時檢測，濁度計負責對角膜組織濁度的實時檢測。安全參數測試系統工作時，接受從眼表檢測到的信息，熱相機接受角膜組織溫度信息，並傳送至控制器，濁度計接受角膜組織濁度信息，並傳送至控制器。
所述治療成效測試系統包括角膜地形圖系統、波面相差儀。角膜地形圖系統負責以角膜地形圖形式對角膜屈光度進行實時檢測，波面相差儀負責以波面相差形式對角膜屈光度進行實時檢測。治療成效測試系統工作時，接受從眼表檢測到的角膜屈光度信息，角膜地形圖系統將信息以角膜地形圖形式顯示，並傳送至控制器，波面相差儀將信息以波面相差形式顯示，並傳送至控制器。
所述控制器收集安全參數的測試系統和治療成效的測試系統的檢測結果，經與事先設置的安全閾值和治療期望值相比較後將調整信號送至掃描雷射源，對雷射參數進行反饋控制。如果熱相機探測到角膜溫度過高或濁度計探測到角膜混濁度開始上升，則控制器反饋負信號至掃描雷射源，使其降低掃描轉速或降低雷射強度，反之則提高掃描轉速或增加雷射強度。同時，所述控制器收集自適應定位系統的檢測結果，經雷射掃描中心與角膜實際中心相比較後將雷射方向調整信號送至掃描雷射源，對雷射方向參數進行反饋控制。如果發現雷射掃描中心偏離角膜實際中心，則調整雷射束方向以使兩者重新相符。
現行雷射角膜熱成形術系統所產生的光凝點排列一般有兩圈和三圈兩種。而應用本發明後，雷射光凝點將通過環狀飛點式掃描，形成緻密的凝結點陣列。
此種掃描雷射角膜熱成形術的活體手術系統的優勢在於(1)角膜的受熱是幾乎同時的，可以大幅度減少不對稱的散光現象的發生；(2)調整掃描的頻率和間隔，可以實現熱效應的最佳累積；(3)能形成應力更加穩定的收縮環帶，提高角膜熱成形手術效果的穩定性；(4)能實時檢測屈光度改變效果來相應地實時決定掃描圈數，提高角膜熱成形手術效果的可預測性；(5)自適應定位能增加手術的精確性。
圖1是本發明結構示意框圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括五個模塊，分別為掃描雷射源、自適應定位系統、安全參數的測試系統、治療成效的測試系統、控制器。沿雷射束方向，掃描雷射源直接對準人眼；自適應定位系統、安全參數測試系統和治療成效測試系統的輸入端均對準人眼，而三者的輸出端均與控制器的輸入端相連。控制器的輸出端連接至掃描雷射源。
雷射經由掃描雷射源發出到眼表，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描。同時，由自適應定位系統實時確定瞳孔中心，由安全參數的測試系統進行安全參數的實時檢測，並由治療成效的測試系統進行治療成效的實時檢測，檢測結果由控制器收集反饋至掃描雷射源，以實時控制雷射參數。
所述掃描雷射源包括雷射源及其附帶的聚焦系統、冷卻系統和掃描系統，直接實現雷射的旋轉式掃描，並可以直接在雷射從雷射器出射口出射之前，就直接實現光束的聚焦優化和器件的冷卻保護。
所述掃描雷射源的雷射源為合適波長的雷射器，發射合適波長的雷射，對角膜熱成形術來說波長一般為2.0μm左右。
所述掃描雷射源的聚焦系統在雷射出射前就完成光束的聚焦，包含第一級聚焦元件和第二級聚焦元件。所述掃描雷射源的聚焦系統中的第一級聚焦元件，目的是將發散光束聚焦為平行光。所述掃描雷射源的聚焦系統中的第二級聚焦元件，目的是將平行光進一步聚焦到眼角膜上。第二級聚焦元件的焦距測量比較簡單，在儀器缺乏的情況下甚至可以通過目測光斑大小來估算。然後通過第二級聚焦元件的焦距和雷射角膜熱成形術所需的眼角膜內聚焦深度，來確定第二級聚焦元件與人眼之間的距離。
所述的第一級聚焦元件和第二級聚焦元件，均為透鏡。
所述掃描雷射源的冷卻系統對雷射源實施實時冷卻。
所述掃描雷射源的掃描系統通過掃描雷射源內部機械元件的偏轉，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描。
所述的自適應定位系統負責對眼睛瞳孔中心進行智能化個性化的手術實時定位，其結果送至控制器。此自適應定位系統可以是帶有眼球跟蹤技術的商用系統，也可以自行軟體開發。由於同樣是飛點式切割，故可以直接借用現行準分子雷射原位角膜磨鑲術的自適應定位技術。
所述的控制器收集安全參數測試系統、治療成效測試系統和自適應定位系統的反饋信息，以實時控制眼球旋轉速率。
所述的安全參數測試系統和治療成效測試系統分別進行安全參數測試和治療成效測試，其結果送至控制器。
所述的安全參數測試系統包括熱相機、濁度計。
所述的安全參數測試系統中的熱相機為普通熱相機，目的是測試掃描參數在何範圍內能夠引起所需的角膜溫度(55℃-65℃，即既能保證凝結又不會導致變性與損傷的溫度範圍。如果沒有現成的熱相機，可以用兩種方法替代一種方法是加裝紅外濾鏡的一般數位相機，但這樣就只能獲得紅外照片進行事後分析，而無法實時直觀地對應到具體溫度，且解析度較低；另一種方法是使用熱電偶溫度傳感器代替，缺點是為侵入性的。
所述的安全參數測試系統中的濁度計為普通濁度計，目的是測試掃描參數在何範圍內不會導致角膜表面過大的濁度上升。如果沒有普通濁度計，此部分功能也可經由檢測光散射方向的改變來實現。基本原理是利用一個參考雷射源經電子(射)束分裂器括束後，再聚焦，最後照射到角膜表面，其在角膜前後表面的散射光通過兩處的光敏二極體來檢測。需要進行此測量的原因在於人眼的散光來源於角膜散光和眼內散光兩部分，而前者是眼總散光的最大部分，包括角膜前後散光；而且角膜散光比較複雜，是判斷角膜屈光手術效果的重要問題。
所述的治療成效測試系統包括角膜地形圖系統、波面相差儀。
所述的治療成效測試系統中的角膜地形圖系統為普通角膜地形圖系統，目的是測試治療之後的角膜曲率改變量。角膜地形圖的全稱是計算機輔助的角膜地形分析系統，它其實是計算機處理後形成的偽彩色圖，反映全形膜前表面曲率形態。它的優點是可以對角膜形態進行實時的觀察，因此除了能夠對定參數的掃描式雷射角膜熱成形術結果進行術後評估以外，也能夠在掃描式雷射角膜熱成形術的手術過程中不斷提供信息，實時指導手術進程。
所述的治療成效測試系統中的波面相差儀為普通波面相差儀，目的是測試治療之後人眼屈光系統波面相差的改善度。波面相差儀是將一束光線射入眼內，然後從視網膜反射回來，通過比較光線從眼睛中反射出來的實際方向與理想方向之間的差異就可以測量出眼視光系統的總體相差，並以三維圖像的形式顯示。人眼相差分為低階和高階兩種，在沒有低階像差(指近視、遠視、散光)幹擾的情況下，人眼視力也只有1.0-2.0。如果高階像差(指慧差、影暈等)一併排除，人類才可以達到3.0-4.0的超常視力。完善的波前相差儀可以同時測量低階相差和高階相差。關于波面相差儀，目前已有很多成熟的商業設備。
使用安全參數測試系統時，合適波長(2.0μm左右)的雷射束由掃描雷射源發出，經由第一級聚焦透鏡匯聚為平行光束，再經由第二級聚焦透鏡聚焦到眼球表面，通過掃描雷射源內部機械元件的偏轉，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描。同時，熱相機與濁度計實現安全參數的實時檢測。
使用治療成效測試系統時，合適波長(2.0μm左右)的雷射束由掃描雷射源發出，經由第一級聚焦元件匯聚為平行光束，再經由第二級聚焦元件聚焦到眼球表面，通過掃描雷射源內部機械元件的偏轉，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描。同時，角膜地形圖系統與波面相差儀實現治療成效的實時檢測。
安全參數測試系統和治療成效測試系統中的熱相機、濁度計、角膜地形圖系統、波面相差儀四者也可以同時工作或者按需選擇，實現相應的監測功能。
通過本實施例所進行的雷射角膜熱成形手術，散光現象能減少，效果更穩定，更有可預測性，精確性也更高。
權利要求
1.一種掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵在於，包括掃描雷射源、自適應定位系統、安全參數測試系統、治療成效測試系統、控制器，沿雷射束方向，掃描雷射源直接對準人眼，自適應定位系統、安全參數測試系統和治療成效測試系統的輸入端均對準人眼，三者的輸出端均與控制器的輸入端相連，控制器的輸出端連接至掃描雷射源，其中，掃描雷射源負責雷射的發射和掃描，自適應定位系統負責對眼睛瞳孔中心的自適應定位，安全參數測試系統負責對掃描式雷射角膜熱成形術安全參數的實時檢測以保證安全性，治療成效測試系統負責對掃描式雷射角膜熱成形術在保證安全性前提下的治療成效的實時檢測，控制器負責反饋控制；雷射經由掃描雷射源發出到眼表，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描，投射位置實時參照自適應定位系統確定的瞳孔中心，由安全參數測試系統進行安全參數的實時檢測，並由治療成效測試系統進行治療成效的實時檢測，兩者的檢測結果同自適應定位系統探測到的位置偏移信息一起，由控制器收集反饋，傳送至掃描雷射源以實時控制雷射參數。
2.根據權利要求1所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述掃描雷射源，包括雷射源及其附帶的聚焦系統、冷卻系統和掃描系統，直接實現雷射的旋轉式掃描，並在雷射從雷射器出射口出射之前直接實現光束的聚焦優化和器件的冷卻保護，雷射參數受控制器的反饋控制，雷射源負責雷射束的發射，聚焦系統負責雷射束的聚焦，冷卻系統負責雷射束的冷卻，掃描系統負責雷射束的掃描，掃描雷射源發射的雷射束直接射到眼球表面。
3.根據權利要求2所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述掃描雷射源的聚焦系統，在雷射出射前就完成光束的聚焦，包含第一級聚焦元件和第二級聚焦元件，所述掃描雷射源的聚焦系統中的第一級聚焦元件將發散光束聚焦為平行光，第二級聚焦元件將平行光進一步聚焦到眼角膜上；然後通過第二級聚焦元件的焦距和雷射角膜熱成形術所需的眼角膜內聚焦深度，來確定第二級聚焦元件與人眼之間的距離。
4.根據權利要求3所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述第一級聚焦元件和第二級聚焦元件，均為透鏡。
5.根據權利要求2所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述掃描雷射源的掃描系統，通過掃描雷射源內部機械元件的偏轉，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描。
6.根據權利要求2所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述掃描雷射源的雷射源為雷射器，發射2.0μm波長的雷射。
7.根據權利要求1所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述安全參數測試系統包括熱相機、濁度計，熱相機負責對角膜組織溫度的實時檢測，濁度計負責對角膜組織濁度的實時檢測，熱相機接受角膜組織溫度信息並傳送至控制器，濁度計接受角膜組織濁度信息並傳送至控制器。
8.根據權利要求7所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述的安全參數測試系統中的熱相機為普通熱相機，或者是加裝紅外濾鏡的數位相機，或者是熱電偶溫度傳感器。
9.根據權利要求1所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述治療成效測試系統包括角膜地形圖系統、波面相差儀，角膜地形圖系統負責以角膜地形圖形式對角膜屈光度進行實時檢測，波面相差儀負責以波面相差形式對角膜屈光度進行實時檢測，角膜地形圖系統將信息以角膜地形圖形式顯示並傳送至控制器，波面相差儀將信息以波面相差形式顯示並傳送至控制器。
10.根據權利要求1所述的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統，其特徵是，所述控制器，收集安全參數的測試系統和治療成效的測試系統的檢測結果，經與事先設置的安全閾值和治療期望值相比較後將調整信號送至掃描雷射源，對雷射參數進行反饋控制，如果熱相機探測到角膜溫度過高或濁度計探測到角膜混濁度開始上升，則控制器反饋負信號至掃描雷射源，使其降低掃描轉速或降低雷射強度，反之則提高掃描轉速或增加雷射強度；同時，所述控制器收集自適應定位系統的檢測結果，經雷射掃描中心與角膜實際中心相比較後將雷射方向調整信號送至掃描雷射源，對雷射方向參數進行反饋控制，如果發現雷射掃描中心偏離角膜實際中心，則調整雷射束方向以使兩者重新相符。
全文摘要
一種生物醫學工程技術領域的掃描式雷射角膜熱成形術的活體手術系統。本發明包括掃描雷射源、自適應定位系統、安全參數測試系統、治療成效測試系統、控制器。雷射經由掃描雷射源發出到眼表，實現雷射在眼球表面的環狀飛點掃描，投射位置實時參照自適應定位系統確定的瞳孔中心，安全參數測試系統負責對掃描式雷射角膜熱成形術安全參數的實時檢測以保證安全性，治療成效測試系統負責對掃描式雷射角膜熱成形術在保證安全性前提下的治療成效的實時檢測，兩者的檢測結果同自適應定位系統探測到的位置偏移信息一起，由控制器收集反饋，傳送至掃描雷射源以實時控制雷射參數。本發明更靈活高效，並增加雷射角膜熱成形術手術效果的穩定性與可預測性。
文檔編號A61F9/01GK1957867SQ20061011889
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者劉易非, 牛金海 申請人:上海交通大學