眼科手术测量系统制作方法

托马斯·D·帕德里克, 杰克·T·霍拉戴, 理查德·J·迈克尔斯

2012年6月13日

2010年7月7日

2009年7月14日

波技术视觉系统公司

A61B18/18GK102497833SQ201080040737

眼科 手术 测量 系统

1.一种眼科器械，包括第一激光器，配置成将第一光束以相对于所述器械的光轴的第一非零角度引导至患者的眼睛内，以使得所述第一光束传播到所述眼睛内的目标区域，并且使得所述第一光束的一部分由所述目标区域散射；成像光学器件，定位成接收由所述目标区域散射的光，所述成像光学器件限定所述器械的光轴；光敏元件，其中所述成像光学器件将自所述目标区域散射的光引导至所述光敏元件；以及处理器，配置成至少部分地基于由所述光敏元件接收的光来确定所述眼睛的角膜与所述眼睛内的目标区域之间的距离2.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述处理器配置成计算所述眼睛的角膜表面与所述眼睛内的目标区域之间的距离3.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述处理器配置成计算所述角膜上的所述器械的光轴与所述角膜相交的位置与所述眼睛内的目标区域之间的距离4.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述目标区域包括所述眼睛的囊袋的后壁5.根据权利要求4所述的眼科器械，其中，所述目标区域包括无晶状体眼的囊袋的后壁6.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述目标区域包括无晶状体眼的囊袋的前表面7.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述器械的光轴在与所述眼睛的视轴基本相同的位置处与所述眼睛的角膜表面相交8.根据权利要求7所述的眼科器械，其中，所述器械的光轴与所述眼睛的视轴基本上共线9.根据权利要求1所述的眼科器械，进一步包括第二激光器，定向成将第二光束以相对于所述器械的光轴的第二非零角度引导至所述眼睛内，以使得所述第二光束传播到所述眼睛内的目标区域，并且使得所述第二光束的一部分由所述目标区域散射；其中，所述第一光束的由所述目标区域散射的部分在所述光敏元件上形成第一目标点，所述第二光束的由所述目标区域散射的部分在所述光敏元件上形成第二目标点；以及其中，所述处理器配置成至少部分地基于所述第一和第二目标点的位置来计算所述眼睛的角膜与所述眼睛内的目标区域之间的距离10.根据权利要求9所述的眼科器械，其中，所述处理器配置成至少基于所述第一点与第二点之间的距离来计算所述眼睛的角膜与所述眼睛内的目标区域之间的距离11.根据权利要求9所述的眼科器械，其中，所述第一和第二激光器定向为使得所述第一光束和第二光束都基本在所述眼睛的角膜表面上的位置处进入所述眼睛，以使得所述第一和第二光束的一部分在所述角膜表面处散射并通过所述光敏元件接收，其中，所述第一光束的由所述角膜表面散射的部分在所述光敏元件上形成第一中心点，所述第二光束的由所述角膜表面散射的部分在所述光敏元件上形成第二中心点，并且其中，在所述器械位于预定位置处时所述第一和第二中心点基本重叠12.根据权利要求9所述的眼科器械，其中，所述第一和第二激光器位于所述器械的光轴的相对侧上13.根据权利要求12所述的眼科器械，其中，所述第一和第二激光器与所述器械的光轴基本等距地隔开14.根据权利要求13所述的眼科器械，其中，所述第一和第二非零角度具有基本相等的值，并且自所述器械的光轴沿基本相反的方向延伸15.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述第一激光器定向为使得所述第一光束通过所述眼睛的角膜表面进入所述眼睛，以使得所述第一光束的一部分在所述角膜表面处散射并由所述成像光学器件接收，所述第一光束的在所述角膜表面处散射的部分在所述光敏元件上形成基准点，所述第一光束的由所述目标区域散射的部分在所述光敏元件上形成目标点，并且其中，所述处理器配置成至少部分地基于所述目标点相对于所述基准点的位置来计算所述眼睛的角膜与所述眼睛内的目标区域之间的距离16.根据权利要求1所述的眼科器械，进一步包括用于将所述器械定位在相对于所述眼睛的预定位置处的对准系统17.根据权利要求16所述的眼科器械，其中，所述第一光束在所述眼睛的角膜表面的中心处进入所述眼睛18.根据权利要求1所述的眼科器械，其中，所述非零角度在约10度至约20度之间19.根据权利要求1所述的眼科器械，进一步包括外科显微镜20.根据权利要求1所述的眼科器械，进一步包括波前像差仪21.根据权利要求20所述的眼科器械，其中，所述波前像差仪包括Talbot-Moire干涉仪22.一种确定要植入眼睛的人工晶状体的光焦度的方法，所述方法包括测量所述眼睛的术中特征，所述术中特征包括所述眼睛的选择的第一与第二部分之间的距离；以及至少部分地基于测量的术中特征来确定所述人工晶状体的光焦度23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述眼睛为无晶状体眼24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述术中特征包括从所述眼睛的角膜到所述无晶状体眼内的囊袋的后壁的距离25.根据权利要求M所述的方法，其中，确定所述人工晶状体的光焦度包括 至少部分地基于从所述角膜到所述囊袋的后壁的测量距离来确定所述人工晶状体的预测术后晶状体位置；以及至少部分地基于所述预测术后晶状体位置来计算所述人工晶状体的光焦度26.根据权利要求22所述的方法，进一步包括 测量所述无晶状体眼的折射焦度；以及至少部分地基于所述无晶状体眼的折射焦度来确定所述人工晶状体的光焦度27.一种眼科器械的使用方法，所述方法包括将所述眼科器械定位在患者的眼睛上方的预定位置处，其中，所述器械的光轴与所述眼睛的角膜相交；将光从绕所述器械的光轴定位的一个或多个激光器引导至所述眼睛内，以使得来自所述一个或多个激光器的光的一部分由所述眼睛内的目标区域散射；利用限定所述光轴的成像光学器件将由所述目标区域散射的光的一部分引导至光敏元件；在所述光敏元件上形成一个或多个目标点，所述一个或多个目标点与来自相应的一个或多个激光器的由所述目标区域散射的光对应；至少部分地基于所述一个或多个目标点的位置来计算所述眼睛的角膜与所述目标区域之间的距离28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述器械的光轴与所述眼睛的视轴基本共线29.根据权利要求27所述的方法，其中，来自所述一个或多个激光器的光在所述角膜表面上的相同位置处进入所述眼睛30.根据权利要求27所述的方法，其中，来自所述一个或多个激光器的光以相对于所述器械的光轴的非零角度进入所述眼睛31.根据权利要求27所述的方法，其中，来自所述一个或多个激光器的光以相对于所述眼睛的视轴的非零角度进入所述眼睛32.根据权利要求27所述的方法，其中，所述眼睛为无晶状体眼33.根据权利要求27所述的方法，其中，所述目标区域为所述眼睛的囊袋的后壁

本发明的实施方式总体涉及用于进行眼科测量的系统和方法特别地，某些实施方式可用于测量患者眼睛内的空间距离，例如，角膜表面与无晶状体(aphakic)眼内的囊袋后壁之间的距离

在典型人工晶状体(IOL)植入外科手术中，外科医生将天然晶状体从患者眼睛取出，并将IOL植入天然晶状体的位置可(例如)对患白内障的患者进行IOL植入外科手术通过选择具有适当焦度的I0L，进行外科手术之前(例如)近视(近视眼)、远视(远视眼)和/或散光的眼睛可恢复为正视状态计算IOL的适当焦度时可考虑各种因素，例如 1)眼睛的轴长，从角膜表面到视网膜进行测量；幻角膜的总光焦度；幻期望的术后光焦度 (例如，正常视焦度的眼睛为0.0屈光度(D))；以及IOL的有效晶状体位置(ELP)，所述有效晶状体位置可理解为(例如)从角膜表面到IOL的术后位置的距离眼睛的轴长可在手术前(例如，在患者处于手术台上的仰卧位置之前)(例如)通过超声装置或光学相干断层扫描仪(OCT)进行测量角膜的光焦度可根据在手术前用角膜曲率计测量的眼睛的角膜曲率值(Ks)进行估算可替代地，或附加地，无晶状体眼的总折射焦度(refraction power, 折射力)(所述总折射焦度取决于角膜曲率和眼睛的轴长)可在手术中进行测量，并用于计算IOL焦度传统上，IOL的有效晶状体位置难以确定IOL的有效晶状体位置可根据术前数据进行估算，但这种估值的精度有限根据术前数据得出的有限精度的有效晶状体位置估值可能至少部分地归因于植入的IOL在囊袋中的定位与天然晶状体不同晶状体位置的术前测量并非始终与IOL的实际术后位置良好相关白内障晶状体在形状和大小上均各不相同对于某些患者，术前测量(例如，ACD，其可理解为(例如)从角膜表面到晶状体前表面的距离加上晶状体厚度的一半)可以提供ELP的合理估值，但对于其他患者，情况并非如此，这是由于患者的白内障晶状体形状不同有人已做出一些努力来开发根据术前信息(例如，患者眼睛的轴长和角膜曲率的直接测量值)来估算IOL的有效晶状体位置的公式这种公式包括Holladay 1、SRK/T、 Hoffer Q, Holladay 2和Hagis公式一般来说，这些公式基于眼睛的术前特征与外科手术结果之间的关系的统计回归分析这些公式有时得出的IOL的有效晶状体位置的精度不足，特别是对于轴长处于正常范围之外的患者而言，这使外科手术的结果没有达到最佳，例如，其中患者眼睛没有恢复到正视状态这些公式均尝试确定个体患者与总体人口的平均值的差别，从而估算有效晶状体位置这些公式采用的用于估算特定患者的有效晶状体位置的因素并非与晶状体位置直接相关的因素假如IOL的有效晶状体位置的估值与可在术前测量的眼睛特征(例如，角膜曲率、 轴长等)之间的相关程度有时不够充分，则会期望基于与有效晶状体位置更为紧密相关的眼睛特征(例如，眼睛的特定术中特征)来估算IOL的有效晶状体位置眼睛的这种术中特征的其中之一为无晶状体囊袋在眼睛内的位置(例如，从角膜前顶点到无晶状体囊袋的后壁之间的纵向距离)无晶状体囊袋的位置是眼睛的术中特征的一个示例，与Holladay 1、 SRK/T,Hoffer Q.Holladay 2和Hagis公式用来估算IOL的有效晶状体位置的术前特征相比，术中特征被认为与IOL的有效晶状体位置更加紧密地相关性这至少部分是由于，从角膜到囊袋后壁的距离的无晶状体测量值并不受白内障晶状体的不规则大小和形状的影响 可采用回归分析来建立无晶状体囊袋的位置与IOL的术后位置之间的相关性由于无晶状体囊袋的位置被认为与有效晶状体位置紧密相关，因此测量无晶状体囊袋的位置可降低计算有效晶状体位置的复杂性例如，在某些实施方式中，有效晶状体位置可通过从角膜到无晶状体囊袋后壁的测量距离中减去一个常数来计算，其中，所述常数通过对术后IOL晶状体位置的回归分析或其他结果分析来确定可采用各种其他公式来计算有效晶状体位置在某些实施方式中，提供了一种用于进行患者眼睛的空间距离或患者眼睛内的空间距离的术中测量的眼科器械例如，这些术中测量可以为对患者的无晶状体眼的测量这些术中测量可用于计算IOL的有效晶状体位置的改进估值，与术前测量值与IOL的有效晶状体位置之间的相关性相比，所述改进估值是术中测量值与IOL的有效晶状体位置之间的更紧密相关性的结果例如，在某些实施方式中，所述眼科器械测量角膜与无晶状体囊袋之间的距离该距离可为角膜的选择位置或部分与无晶状体囊袋的选择位置或部分之间的距离角膜的选择部分可以为(例如)角膜表面上的眼睛的视轴与角膜表面相交的位置和/ 或角膜表面与视轴垂直处的位置角膜的选择部分还可为其他位置，例如，角膜顶点囊袋的选择部分可以为(例如)所述囊袋的后壁的全部或一部分，所述囊袋的前壁的全部或一部分等在某些实施方式中，所述眼科器械测量无晶状体囊袋深度，所述无晶状体囊袋深度例如可理解为从眼睛的角膜到无晶状体眼内的囊袋的后表面或前表面的距离无晶状体眼指其中缺失晶状体的眼睛，而有晶状体眼具有包含在其中的天然晶状体所述眼科器械可以在已经将天然晶状体从眼睛移除之后进行的IOL植入手术期间使用测量的无晶状体囊袋深度可以用来比传统方法更高的精度来预测IOL的术后位置，从而使外科医生更精确地计算要在外科步骤期间植入的IOL的适当焦度在某些实施方式中，实际的IOL术后位置可在已经植入IOL之后测量(例如，采用光学相干断层扫描仪或超声装置)，且该数据可用于提高无晶状体囊袋深度与IOL术后位置之间的相关性图1示意性地显示了用于测量患者眼睛102的尺寸或眼睛内的尺寸的眼科测量系统100的一个实施方式在图1中，眼科测量系统100显示为配置成测量眼睛102的角膜表面104与囊袋106的后壁之间的距离yl在某些实施方式中，所述眼睛为无晶状体的眼睛，天然晶状体已经提前(例如，在IOL植入手术步骤期间)从眼睛去除该测量例如可在眼球和囊袋已膨胀(例如，利用基础盐溶液或粘弹性材料)之前或之后在手术中进行为了方便，可定义一个三维坐标系，该三维坐标系具有与患者眼睛102的视轴平行的y轴，以及与y轴互相正交的χ和ζ轴，以使得χ轴和ζ轴限定与眼睛的视轴垂直的平面在该三维坐标系的背景下，眼科测量系统100的横向定位与眼科测量系统100的χ坐标和ζ坐标对应，而纵向定位与眼科测量系统100的y坐标对应应理解的是，所述坐标系仅是说明性的，也可采用其他坐标系和其他配置例如，在某些实施方式中，y轴可与患者眼睛102的光轴平行，χ轴和ζ轴可定义与患者眼睛102的光轴垂直的平面眼科测量系统100可包括用于在测量过程中采集、引导和/或聚焦由眼睛102散射的光的光学系统112光学系统112可限定眼科测量系统100的光轴114在某些实施方式中，眼科测量系统100可定位在相对于患者眼睛102的预定位置处例如，眼科测量系统100可横向定位成使得所述眼科测量系统的中心在眼睛瞳孔的上方，并且/或者使得光轴114基本上与眼睛102的视轴或光轴共线眼科测量系统100可纵向定位成使得所述眼科测量系统位于与眼睛102相距一预定距离处如下文更详细描述的，眼科测量系统100 可与用于将眼科测量系统100精确定位在所述期望位置处的定位系统(图1中未显示)结合使用眼科测量系统100可包括定向成将光引导至患者眼睛内的一对激光器108、110 在某些实施方式中，激光器108、110产生的光处于可见光谱之外(例如，红外光)例如，可使用780nm自由空间的激光器，例如，从美国加利福尼亚州米尔皮塔斯的Blue Sky Research公司购买的激光器在某些实施方式中，激光器108、110产生的光束的宽度为至少约200微米和/或小于约1000微米，但也可采用该范围之外的宽度激光器108、110可位于光轴114的相对侧上，并可分开一距离&在某些配置中，激光器108、110定位为使得光轴114基本位于激光器108、110之间的中点处，但并不要求如此在某些实施方式中，激光器108、110分开至少约60mm和/或小于约80mm的距离，但也可采用该范围之外的距离在某些实施方式中，在激光器108、110定位在相对于眼睛102的期望位置时，所述激光器与眼睛的角膜表面相距一距离12在某些实施方式中，激光器108、110可定位在与角膜表面104相距至少约IOOmm和/或小于约150mm的距离处，但也可采用该范围之外的距离在一个例示性实施方式中，激光器108、110定位在与眼睛102的角膜表面104相距约USmm的位置处在某些实施方式中，激光器108、110定位在与眼睛102基本等距的位置处在其他实施方式中，一个激光器(例如，108)比另一个激光器(例如，110)定位成更靠近眼睛102在某些实施方式中，激光器108、110定向为使得其相应的发出光束116、118共面 激光器108、110可定向为(例如，基于预定距离y2)使得激光器108发出的光束116沿着在眼睛的视轴与角膜表面104相交的位置与眼睛102的角膜表面104相交的路径被引导， 并且使得激光器110发出的光束118沿着在眼睛的视轴与角膜表面104相交的角膜位置处与眼睛角膜相交的路径被引导因此，激光器108、110发出的光束116、118可在眼睛102 的角膜表面104的中心处相交激光器108、110可定向为相对于光轴114以非零角度θ 发出光束116、118在某些实施方式中，光束116、118从光轴114偏离至少约13°和/或小于约17°的角度，但也可采用该范围之外的角度在某些实施方式中，激光器108、110发出的光束116、118从光轴114偏离基本相同的量，但沿基本相反的方向，但每个光束与光轴 114之间的角度不需要相等在某些实施方式中，光束116、118从所述光轴偏离的角度在 10°、5°、3°、2°、1°之内，或一个比一个小由于光束116、118在角膜表面104处进入眼睛102，一部分光由角膜表面104散射，一部分光通过角膜传播并进入眼睛102内光束116在第一位置120处撞击囊袋106 的后壁，光束116的一部分由囊袋106的后壁散射类似地，光束118在第二位置122处撞击囊袋106的后壁，且光束118的一部分由囊袋106的后壁散射光学系统112可采集一部分散射光，并将采集的光引导到探测器1 上在某些实施方式中，光学系统112配置成将散射光聚集到探测器IM上光学系统112可在探测器IM上形成图像在某些实施方式中，光学系统112设计为使得探测器IM和囊袋106 的后壁位于共轭面如下文更详细描述的，光学系统112可包括各种光学元件，例如，镜子、 透镜、过滤器、孔径、和光束分裂器应理解的是，光轴114并不一定沿着眼科测量系统100 内的整个光路都为直线，因为所述光轴可能会被光学系统112内的各种光学元件弯曲探测器IM可包括电荷耦合器件(CCD)或其他类型的光敏元件在某些实施方式中，探测器 IM包括光敏像素的二维阵列，配置所述二维阵列以成产生对撞击像素的光进行描述的电信号例如，可使用测度(measuring)为16mm乘16mm且具有500乘500像素的二维阵列的CXD传感器，但也可采用其他配置探测器IM可为处理器1 提供电信号处理器1 可配置成处理自本文所述的探测器IM接收的数据在某些实施方式中，处理器1 可与合适的存储器128电子通信， 以便存储累积数据、将由处理器126执行的指令、与患者眼睛102相关的参数，或其他数据 处理器1 还可与用户界面142电子通信，以使用户输入患者眼睛(例如，无晶状体眼或有晶状体眼)相关的信息、要测量的距离相关的信息、或其他信息图2显示了在测量过程期间可在探测器124上形成的示例图像130图2包括与图1所示的坐标系相似的坐标系尽管图2显示了 x-z平面中的在探测器IM上形成的图像130，但探测器124的定向可以不同图像130可包括与在角膜表面104散射的光对应的中心点132、与通过第一位置120散射的光束116对应的第一目标点134，以及与通过第二位置122散射的光束118对应的第二目标点136在某些实施方式，光学系统112可配置成提供足够大的景深(cbpth of field)，以使中心点132和两个目标点134、136处于焦点上，以便在探测器1 上提供清晰聚焦点在某些实施方式中，所述光学系统可配置为使得点132、134、136中的一个或多个处于焦点上，并且点132、134、136中的一个或多个明显处于焦点之外例如，在某些实施方式中，中心点132可明显处于焦点之外，而目标点134、 136处于焦点上处理器1 可配置成分析接收自探测器IM的数据，并根据所述数据确定 (例如)距离Y1的测量值在某些实施方式中，该分析可以包括定位将在测量过程中使用的点132、134、136中的一个或多个的质心(centroid)，并确定点132、134、136中的两个或多个之间的距离处理器1 可配置成至少部分地基于接收自探测器124的数据来计算从角膜表面104到囊袋106的后壁的距离yi处理器1 可基于图像130中的目标点134、136的位置(例如，点的质心)来计算位置120、122之间的距离&例如，处理器1 可确定目标点 134、136的位置之间的像素数量，并且应用对目标点134、136代表的位置120、122之间的实际距离进行计算的算法例如，所述算法可说明由光学系统112提供的任何放大在某些实施方式中，在光束116、118进入眼睛以及在所述光束经过眼睛内的各个光学过渡层时， 所述光束的任何折射都可忽略，以使得光束116、118中的每一个可视为好像该光束相对于光轴114以相同的非零角度θ从角膜表面104传播至囊袋106的后壁一样在该实施方式中，距离yl可利用以下方程式(1)进行计算