用于眼睛的组合声波和激光应用方法和系统与流程

本发明涉及用于治疗眼睛（包括动物、哺乳动物和人的眼睛）的结构的系统和方法。特别地，本发明的实施例涉及用于组合使用声能（包括超声波）和光能（包括激光）来解决眼睛病状的系统和方法。

背景技术：

1、自然人眼的解剖结构在图11中大体示出，该图是眼睛的截面图。巩膜131是围绕晶状体103（除了在角膜101处）的白色组织。角膜101是包括眼睛的外表面的透明组织，其中光首先通过该外表面进入眼睛。虹膜102是有色的、可收缩的膜，其通过改变其中心的圆孔（瞳孔）的大小来控制进入眼睛的光的量。眼晶状体或天然晶状体103（其更详细的图片在图11a中示出，对相似结构使用相似的附图标记）正好位于虹膜102的后面。术语眼晶状体、天然晶状体（crystalline lens/lens）、天然人晶状体和晶状体（当提及先前的术语时）在本文中可互换使用并且是指人眼的相同解剖结构。

2、通常，眼晶状体通过睫状肌108的作用改变形状以允许聚焦视觉图像。来自大脑的神经反馈机制允许睫状肌108通过悬韧带111的附接来改变眼晶状体的形状。通常，当光通过角膜101和瞳孔进入眼睛，然后沿着视轴104通过玻璃体110穿过眼晶状体103，到达眼睛后部的视网膜105，在黄斑106处形成由视神经107传送到大脑的图像时，就会出现视觉。角膜101与视网膜105之间的空间充满了前房109中称为房水117的液体和晶状体后房中的玻璃体110（凝胶状透明物质）。

3、图11a大体上示出了典型的50岁个体的晶状体103的部件和与晶状体相关的部件。晶状体103是多结构系统。晶状体103的结构包括皮质113、核129和晶状体囊114。囊114是包围晶状体的其他内部结构的外膜。晶状体上皮123在晶状体赤道121处形成，从而产生围绕眼晶状体前后生长的带状细胞或原光纤。核129由皮质113连续添加到核区域形成。晶状体中的连续层（包括核129）可以被表征为几个层、一个或多个核区域。这些层包括胚胎核122、胎儿核130（两者都在子宫内发育），婴儿核124（从出生到四岁发育，平均大约三年），青少年核126（从约4岁直至青春期，平均约12岁，成人核128（约18岁及以后发育）。

4、胚胎核122的赤道直径（宽度）为约0.5 mm并且前后轴104（ap轴）的直径（厚度）为约0.425mm。胎儿核130的赤道直径为约6.0mm并且ap轴104的直径为约3.0mm。婴儿核124的赤道直径为约7.2mm并且ap轴104的直径为约3.6mm。青少年核126的赤道直径为约9.0mm并且ap轴104的直径为约4.5mm。大约36岁的成人核128的赤道直径为约9.6mm并且ap轴104的直径为约4.8mm。这些都是大约50岁的典型成人人晶状体在离体适应状态下的平均值。因此，该晶状体（核和皮层）的赤道直径为约9.8mm并且ap轴104的直径为约4.9mm。因此，晶状体的结构是分层或嵌套的，其中最老的层和最老的细胞朝向中心。

5、晶状体是如图11和图11a所示的双凸形状。晶状体的前侧和后侧具有不同的曲率并且皮质和不同的核通常遵循这些曲率。因此，可以将晶状体视为基本上沿赤道轴不对称的分层结构，并且由端对端排列成基本上同心或嵌套的壳的长新月形光纤细胞组成。这些细胞的末端对齐以在前部和后部两者的中心和近中心区域形成缝线（suture line）。皮质和细胞核两者中较老的组织细胞功能降低，在细胞形成几个月后失去其细胞核和他细胞器。

6、随着年龄的增长会发生晶状体的紧缩（compaction）。整个生命周期中每年生长的晶状体光纤的数量是相对恒定的。然而，晶状体的大小并不像预期的那样从新光纤生长变得那么大。晶状体从出生到3岁，从6mm生长到7.2mm或仅3年生长20%。然后下一个大约十年，从7.2mm生长到9mm或生长25%；然而，这是在9年的超过3倍的时间里。在接下来的大约20年中，从12岁到36岁，晶状体从9mm生长到9.6mm或在24年生长6.7%，表明观察到的生长速度显着放缓，而我们认为光纤生长速度在这段时期期间是相对稳定的。最后，在所描述的最后大约20年中，从36岁到54岁，晶状体的生长速度仅为其年轻生长的一小部分，在18年内从9.6到9.8mm或2.1%。尽管存在着需要更多晶状体光纤来填充更大外壳的几何效应，但老的晶状体的尺寸比考虑几何效应的光纤生长速率模型预测的要小得多。包括核光纤紧缩在内的光纤紧缩被认为可以解释这些观察结果。

7、总体而言，老花眼是调节幅度的损失。总体而言，屈光不正通常是由于眼睛轴向长度的变化。近视是指眼睛过长导致焦点落在视网膜前面。远视是指眼睛太短导致焦点落在视网膜后面。通常，白内障是足以干扰视力的晶状体混浊区域。

8、老花眼最常表现为近视缺陷，即无法阅读小字，尤其是在40-45岁后昏暗的灯光下。老花眼或随着年龄的增长调节幅度的丧失与眼睛无法改变天然晶状体的形状有关，这使得人在远近之间改变焦点，并且基本上100%的人都会发生这种情况。调节幅度已显示在生命的第五个十年随着年龄的增长而稳步下降。

9、如本文所用，除非另有说明，否则本文中数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法。除非在本文中另有说明，否则在一个范围内的每个单独的值都结合在本说明书中，如同它在本文中被单独引用一样。

10、总体而言，除非另有说明，否则本文所用的术语“约”意在涵盖±10％的方差或范围（与获得所述值相关的实验或仪器误差），并且优选地是这些中的较大者。

11、如本文所用，除非另有特别说明，否则术语“超声乳化（phacoemulsification/phaco）”、“超声乳化系统”将被赋予其最广泛可能的解释，指的是相同的通用设备和手术并且通常涉及使用超声能量驱动针头或尖端，从而例如切割、破碎、分离并乳化组织，包括眼睛组织，例如晶状体和白内障。这样的手术和系统还可以包括用于抽吸、冲洗和两者的组件和方法。

12、如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“飞秒激光”、“飞秒激光束”、“飞秒脉冲”和类似的此类术语用于指脉冲持续时间，并且因此也指激光束的脉冲长度（也可以称为脉冲宽度），并且意指脉冲持续时间小于1皮秒（小于1 x 10-12秒）到并包括1飞秒（fs）（1 x10-15秒）的所有激光和激光束。

13、如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“皮秒激光”、“皮秒激光束”、“皮秒脉冲”和类似的此类术语用于指脉冲持续时间，并且因此也指激光束的脉冲长度（也可称为脉冲宽度），并且意指脉冲持续时间为1 皮秒（ps）（1 x 10-12秒）至1纳秒（ns）（1 x 10-9秒）的所有激光和激光束。

14、如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“远端”和“近端”具有以下含义。对于激光、激光束和激光部件，远端是指距离激光束源较近的一侧、部位或位置。对于超声乳化系统，远端是指更靠近超声能量源的一侧、部位或位置。对于激光、激光束和激光部件，术语近端是指沿激光束路径远离激光束源的一侧、部位或位置；并且因此，在操作中更靠近患者。对于超声乳化系统，术语近端意指沿着能量传递路径远离超声能量源的一侧、部位或位置；并且因此，在操作中更靠近患者。相反，激光部件或超声乳化部件的远端在那些系统的操作期间离患者更远。

15、超声能量除了作为一种诊断工具外，还具有治疗用途。可以将超声能量聚焦、引导、用于移动（例如，振荡或振动）切割设备、工具或尖端以切割、软化或乳化组织，从而产生雾和蒸汽，以及这些的组合和变体。总体而言，超声乳化是一种医学公认的使用超声能量去除晶状体技术。通常，超声乳化术包括制作角膜切口、巩膜切口以及这些中的一个或多个以及两者。通过这些切口之一插入超声乳化机头，该机头通常由超声驱动的针构成，以便例如乳化（即液化）天然晶状体，将白内障破碎成小块，以及这些的组合和变体。随后可以使用相同的机头或另一机头去除乳化碎片。然后外科医生可以通过切口将植入物插入眼睛。

16、通常，用于眼睛的激光治疗手术包括将患者定位在床上或患者支架上，将眼睛与激光系统的激光束路径对齐，以及在激光系统与眼睛之间附接患者接口。然后以激光束模式（模式）传输治疗激光束，以在眼睛上执行治疗激光操作，并且特别是对眼睛的结构或与眼睛相关的结构执行治疗激光操作，从而解决眼睛的病状。因此，例如，用于解决白内障、老花眼、屈光不正（自然的和诱发的）和其他眼睛病状的激光手术是本领域已知的。

17、迄今为止，在手术室和医疗室中，典型的医用超声设备和系统，并且特别是超声乳化系统，是独立的系统，具有它们自己的电源、控制系统、监控器、控制和指令输入、外壳、机柜和底座。同样，迄今为止，在手术室和医疗室中，典型的医疗激光治疗设备和系统是独立系统，具有它们自己的电源、控制系统、监控器、控制和指令输入、外壳、机柜和底座。

18、尽管本领域已经表达了将超声设备与其他治疗设备（例如激光器）组合的需要，并提供了一些基本的组合，但相信这种需要在很大程度上没有得到满足。迄今为止，据信没有人成功地将治疗超声系统与另一系统（例如治疗激光传输系统）集成以提供满足法规和医疗从业者的要求和需要的紧凑、有效的医疗系统。特别地，在本发明之前，据信没有人成功地将眼科超声乳化系统与眼科治疗激光系统集成以提供满足法规和医疗从业者的要求和需要的紧凑、有效、符合人体工程学的医疗系统。满足这两个要求和需要不仅仅涉及已由本领域所建议的两个系统的简单组合。这些需要通过本发明得到满足，本发明的实施例提供了集成的超声-激光，并且特别是超声乳化-激光(phacoemulsification-laser/phaco-laser)系统，其是同时满足法规和医疗从业者的要求和需要的紧凑、有效、符合人体工程学的医疗系统。

19、本发明背景部分旨在介绍本领域的各个方面，这些方面可能与本发明的实施例相关联。因此，本节中的前述讨论为更好地理解本发明提供了框架，并且不应被视为对现有技术的承认。

技术实现思路

1、长期以来一直存在并未得到满足的解决并改善手术室和医疗室系统的大小、手术室的人体工程学、手术系统和设备、有效执行程序所要求的时间以及患者的舒适度等的需求。这些长期存在的需求已经存在并继续存在于除其他之外眼科领域，包括解决白内障、解决基于屈光的问题、解决老花眼、解决眼睛的疾病、病状和损伤，以及存在于其他手术中，以及眼睛和附近结构的病状的其他手术。本发明尤其通过提供在本说明书、附图和权利要求书中提出的制造品、设备和方法来解决这些和其他需求。

2、因此，提供了一种激光超声系统，包括：组件，该组件包括：用于沿激光束路径提供治疗激光束的治疗激光器；用于提供治疗超声能量的超声乳化系统；连接到组件的臂；臂具有远端和近端，其中远端附接到组件；其中近端具有激光传输头；其中臂包含激光束传输路径的一部分；其中组件被配置成相对于患者位置以一定角度定位，其中该角度由臂的经度轴线和患者轴线界定；其中角度包括30°至320°范围内的所有角度。

3、还提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中该角度由约45°、约90°、约135°、约180°、约225°、约270°和约315°的角度组成；并且其中臂包含图像路径的一部分；其中，臂被配置成围绕组件上的枢轴点弧形运动；其中，臂被配置成水平运动，由此臂从组件可伸出且可缩回至组件；并且其中臂包含图像路径的一部分；其中，臂、激光头或两者被配置成竖直运动；并且其中臂包含图像路径的一部分；其中臂内激光束路径中的激光束是非准直的；并且其中臂包含图像路径的一部分；其中臂内的激光束路径中的激光束位于光纤内; 包括界定四个光瞳（pupil）的光学器件，并且其中激光束路径延伸通过四个光瞳; 其中在光瞳处是轭合远心光瞳（conjugate telocentric pupil）; 包括用于确定相对于组件的患者位置的装置; 包括用于确定相对于组件的患者位置的装置; 其中用于确定患者位置的装置包括第一部件和第二部件；其中第一部件与激光超声系统机械地关联；其中第二部件未附接到治疗激光系统，由此第二部件独立于治疗激光系统并且由此相对于治疗激光系统是独立运动的；并且，其中第一部件、第二部件或这两者被配置成确定第二部件相对于第一部件的相对位置; 包括pid，并且其中pid包括弯月面转换部件（meniscus inverter）；包括pid，并且其中pid包括臂并且其中臂界定真空通道和盐水通道；其中激光系统与超声乳化系统是集成的；其中激光系统和超声乳化系统包含在外壳内；其中组件包含在外壳内；包括激光安全联锁，由此在使用超声乳化系统时不能发射激光;包括激光安全联锁系统，其中安全联锁系统具有三级; 其中治疗激光器是飞秒激光器; 其中系统包括手术显微镜；并且手术显微镜与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中手术显微镜被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；并且其中系统被配置成提供具有不同脉冲持续时间的两个治疗激光束。

4、进一步地，提供了一种激光超声系统，包括：用于沿激光束路径提供治疗激光束的治疗激光器；用于提供治疗超声能量的超声乳化系统；以及界定在系统中的四个光瞳的光学器件，并且其中激光束路径延伸通过至少两个所述光瞳。

5、还提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中激光器是飞秒激光器；其中系统被配置成提供具有不同脉冲持续时间的两个治疗激光束; 其中激光器是飞秒激光器；并且其中系统被配置成提供具有不同脉冲持续时间的两个治疗激光束;其中两个治疗激光束被配置成烧蚀组织、切割组织或这两者；其中光瞳包括轭合远心光瞳；其中治疗激光器和超声乳化系统是集成的；其中治疗激光器和超声乳化系统包含在外壳内；包括用于确定相对于系统的患者位置的装置; 包括pid，并且其中pid包括弯月面转换部件；包括激光安全联锁，由此在使用超声乳化系统时不能发射激光; 包括激光安全联锁系统，其中安全联锁系统具有三级; 其中系统包括手术显微镜；并且手术显微镜与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中手术显微镜被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；其中系统被配置成提供具有不同脉冲持续时间的两个治疗激光束。

6、此外，提供了一种激光超声系统，包括：治疗激光系统；用于提供治疗超声能量的超声乳化系统；以及安全联锁，由此在超声乳化系统操作时防止激光系统发射激光。

7、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中治疗激光系统具有支撑可移动臂的组件，可移动臂包含激光束路径、图像路径和激光头；由此组件被配置成相对于患者位置以一定角度定位，其中该角度由臂的经度轴线和患者轴线界定；并且其中角度包括30°至320°范围内的所有角度；其中治疗激光系统包括支撑可移动臂的组件，可移动臂包含激光束路径和激光头；由此组件被配置成相对于患者位置以一定角度定位，其中该角度由臂的经度轴线和患者轴线界定；并且其中角度包括30°至320°范围内的所有角度；包括pid，并且其中pid包括弯月面转换部件；包括pid，并且其中pid包括弯月面转换部件；其中激光系统与超声乳化系统是集成的；其中激光系统和超声乳化系统包含在外壳内；其中组件包含在外壳内；其中系统包括手术显微镜；并且手术显微镜与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中手术显微镜被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；其中系统包括手术显微镜；并且手术显微镜与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中手术显微镜被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；其中系统包括3d观察系统；并且3d观察系统与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中3d观察系统被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；其中系统包括3d观察系统；并且3d观察系统与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中3d观察系统被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；并且其中系统被配置成提供具有不同脉冲持续时间的两个治疗激光束。

8、此外，提供了一种激光超声系统，包括：用于提供第一治疗激光束和第二治疗激光束的装置；系统具有界定激光束路径的光学器件；第一激光束路径和第二激光束路径沿激光束路径行进；其中第一治疗激光束具有约1,000fs至约2000fs的脉冲宽度；系统包括用于用第一治疗激光束执行晶状体切割的激光束传输模式；其中第二治疗激光束具有约100fs至约500fs的脉冲宽度；系统包括用于用第二治疗激光束执行角膜切割的激光束传输模式；以及用于提供治疗超声能量的超声乳化系统。

9、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中第一激光束的波长为1030 nm；其中第二激光束的波长为1030 nm；其中第一激光束的波长与第二激光束的波长相同；其中第一激光束、第二激光束或两者的重复频率为320 khz或更低；其中系统包括手术显微镜；并且手术显微镜与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；其中手术显微镜被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息；其中系统包括3d观察系统；并且3d观察系统与系统集成并被配置成接收来自激光系统的图像、数据、信息中的一个或多个；并且其中3d观察系统被配置成显示在激光手术、超声乳化手术或两者期间接收到的图像、数据或信息。

10、还另外地，提供了一种集成的激光超声系统，包括：第一外壳、第二外壳、gui和用于光学连接第一外壳和第二外壳的装置；其中第二外壳与第一外壳可移动地关联；组件，该组件包括：用于沿激光束传输路径提供治疗激光束的治疗激光器，其包括治疗激光器控制系统；用于提供治疗超声能量的超声乳化系统，其包括超声乳化系统控制系统；其中治疗激光器和超声乳化系统的至少一部分位于第一外壳内；与治疗激光器控制系统、超声乳化系统和gui控制通信的集成控制系统；安全联锁，由此在超声乳化系统操作时防止激光系统发射治疗激光; 光束整形并定向组件，其包括z聚焦件（z-focus）、扫描仪和透镜；其中光束整形并定向组件包含在第二外壳内；其中用于光学连接第一外壳和第二外壳的装置与治疗激光器和光束整形并定向组件光学通信；连接到第二外壳并与光束整形并定向组件光学通信的臂：臂具有远端和近端，其中远端邻近第二外壳；近端具有激光传输头；激光传输头包括位于激光束传输路径上的光学元件，用于沿着激光束传输路径穿过激光传输头中的开口接收并定向激光束；其中臂包含激光束传输路径的一部分；由此臂将激光传输头置于与光束整形并定向组件光学通信中；激光头包括用于确定眼睛结构的形状和位置的装置；其中用于确定形状和位置的装置与集成控制系统、治疗激光器控制系统或两者控制通信；其中系统被配置成相对于患者位置以一定角度定位，其中角度由臂的经度轴线和患者轴线界定；其中角度包括约45°、约90°、约135°和约180°的角度。

11、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中系统包括与集成控制系统、治疗激光器控制系统和超声乳化控制系统中的一个或多个控制通信的脚踏开关；其中所述系统被配置成提供具有不同脉冲持续时间的两个治疗激光束; 其中集成控制系统、治疗激光器控制系统或这两者具有多个预定激光传输模式；集成控制系统、超声乳化控制系统或这两者具有多个预定的超声乳化手术；并且系统被配置成确定关于眼睛晶状体中的白内障的信息，并且基于所确定的关于白内障的信息至少部分地推荐激光-超声组合疗法；其中激光-超声组合疗法包括：多个预定激光传输模式中的至少一个；并且多个预定的超声乳化手术中的至少一个；包括虹膜登记系统（iris registration system）；其中治疗激光器选自由飞秒激光器和皮秒激光器组成的激光器组；其中确定的信息是白内障的等级。

12、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：包括脚踏开关，其与以下至少一项控制通信：超声乳化系统控制系统；治疗激光器控制系统；以及集成控制系统。

13、另外，还提供了一种使用集成激光-超声乳化系统的方法，包括：gui；用于沿激光束传输路径提供治疗激光束的治疗激光器，其包括治疗激光器控制系统；用于提供治疗超声能量的超声乳化系统，其包括超声乳化系统控制系统；与治疗激光器控制系统、超声乳化系统和gui控制通信的集成控制系统，其用于确定、提供或确定并提供，用于患者白内障眼睛的激光-超声组合疗法，该方法包括：系统评估关于患者白内障眼睛内晶状体中白内障的信息；系统基于所确定的关于白内障的信息至少部分地确定推荐的激光-超声组合疗法；其中推荐的激光-超声组合疗法包括预定激光传输模式和预定超声乳化手术；系统在gui上显示与推荐的激光-超声组合疗法相关的菜单项；系统接收推荐激光-超声组合疗法的选择，用于传输至患者眼睛的晶状体。

14、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中系统确定关于患者的白内障眼睛内晶状体中白内障的信息。

15、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：系统具有虹膜登记系统。

16、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：其中治疗激光器选自由飞秒激光器和皮秒激光器组成的组；其中系统是非手性的（non-handed）；其中系统包括超声乳化托盘、超声乳化盒并且是非手性的。

17、此外，提供了具有以下一个或多个特征的这些激光系统、方法和设备：包括无线脚踏开关，其被配置成控制激光、超声乳化或这两者；并且其中系统包括界定开口的激光头，其中治疗激光束路径穿过开口，并且与开口相关联的是用于在超声乳化系统的操作期间当激光头处于缩回位置时关闭开口的装置，或两者。

18、此外，还提供了使用这些系统中的任何一个来维修、升级软件、操作或执行手术的方法。