精密激光外科手术用的方法及仪器技术

一种精密激光手术用系统，包括一有变焦能力的倍增手术用电视显微镜，用于在医生面前的电视屏幕上显示出显微图象；Ｒｏｎｃｈｉ投影仪及具有样板库的计算机，用于精确定位和测绘待进行手术的组织，并指示任意时刻激光束的聚焦位置；追踪系统，用于实时追踪组织的移动，其速度最好为激光重覆速率与足够的安全容限之和，并大于屏幕回描的帧速。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及外科手术的方法及仪器，特别涉及精密激光外科手术所用的改进方法和仪器。在一个较佳实施例中，本专利技术的系统用于实现精密激光眼外科手术。在其他的实施例里，本专利技术能适用于包含着精密激光操作的非外科手术的诊断步骤或非医学的过程，例如工业过程。大约在1960年，开始引入了第一具外科手术用的显微镜，这绝大部分归功于Littman博士在卡尔·蔡司厂的工作。在此之前，外科医生要求在他们寻求进行手术的区域具有放得更大的象时，用的是一组额外附着在双孔眼镜下部的、包含着几个放大透镜的放大镜，这尤其用于眼科学，也用于耳鼻喉科及其他领域。在其他诸如泌尿科及体内外科学的学科中，也用过圆筒型的内窥镜。部分地是由于JoaquinBarraquer博士的开创性工作，外科手术显微镜广泛地在眼科学中使用起来;在众多的其他过程之中首先是用于角膜移植手术，其后是用在白内障外科手术上。它的放大倍数的量级、变焦能力以及工作区域的确定，给于外科医生一种能更好地对准进行手术区域的手段。最终结果乃是减小了对病人的损伤，降低了手术的复杂程度，使外科手术过程日益精密。建立在直接地观测目标象的光学系统上的、目前已视为常规的外科显微镜在早期所获得的成就，导致了若干眼科研究小组的建立，其中最著名的是国际眼科显微外科手术研究小组(“IOMSG”)，它们促进了显微外科新的概念和新的技术。自1966年他们开创以来，在IOMSG会议上提出的邀请论文已经由Karger，Basel作为眼科学进展丛书出版。外科手术显微镜的使用所导致的显微外科的延生，由于其日益精密的外科手术过程的先进性，重新激起了眼科界的兴趣。鉴于眼科医生们要求精度及控制，他们最终转向出现于1960左右的另一个发现，即激光。在60年代，70年代及80年代，激光广泛地用于眼科学，目前已成为众多外科专用仪器中平常的工具3。激光有若干显著的优点，它代替了解剖刀，这已是显然的事实。由于激光能量是由光子组成，选择激光发射波长使其与包埋组织的优先吸收带相对应，则可以认为激光完成了“非侵害式”外科手术，用这种方法，外科医生不必为了要在规定深度上进行手术而撕开所覆盖的组织层。但是，生物组织是一种广谱能量吸收体(尽管并不是均匀地吸收)。故在实际中，“非侵害式”激光外科手术适应于这样一种努力，即，与预定目标上的能量吸收相比，能把沿着激光束光路上进入生物组织以及到达作为目标的组织后面的激光能量吸收减到最小。在80年代初，Aron-Rosa博士在美国专利№.4，309，988上介绍了一种用于眼科的锁模掺钕的钇铝石榴石(NdYAG)激光器，声称证实了等离子体衰减会感生出向外扩展的冲击波。Frankhauser博士(美国专利№.4，391，275)宣称使用Q开关的NdYAG激光器得到了某些相似的结果。现在，已确立超短脉冲激光器最合适被选择用于要求抑制热效应传播的众多外科手术过程。在1986年，这种方法由于激发物泵激染料激光器的开发更向前推进一步(不要和激发物激光器相混淆，后者由于具有紫外激光的高能量光子特性，其特征是一种贯穿性光烧蚀激光器，参见Trockel待公布的美国专利;Schneider和keates的美国专利№.4，648，400;Srinivasian的美国专利4，784，135以及L′Esperance的美国专利№.4，665，913)，它们能预期地建立一种等离子体效应，与以前所表述过的结果相比显著地降低了脉冲能量(参见Ferrer和Shlar编的“眼科学进展”第14卷，Karger出版社，1987以及Troutman等在同一卷中以及在TransofAmophthSoc(美国眼科学协会志)1986年的材料)。本申请人在这里进行的实验室实验(未发表)表明，如果能用小于0.5微焦耳的脉冲产生出被紧紧包围着的等离子体的话，则可使包埋腔体的直径小于0.5微米。由此产生的小规模损伤的轻重程度，与使用这种激光器的外科手术仪器的引导系统和发射系统所能达到的精确度及允许误差有关。目前，激光器日新月异。但人们普遍认为目前激光外科手术仪器所能达到精度及控制已不再是由激光技术的发展来规定，而是由有效地使用这些激光器所需的成象及追踪技术所决定。了解一下用于目标探测、目标识别以及目标追踪的仪器的当前实践情况及范围有助于评价当前技术的受限因素。当前用于诊断和检查的主要仪器，例如在眼科学中，是(1)外科手术显微镜、(2)狭缝灯显微镜、(3)角膜计(Keratometer)、(4)测厚计、(5)角膜仪(corneoscope)、(6)窥器显微镜、(7)A&B超声扫描仪和(8)基底照相机。还有大量用于确定内部眼压的附加仪器、张力计、压力计、用于视场检验的视野计(目场计)和用于近似测定眼折射率的其他设备。第1、2及8项向外科医生提供他所需要的目标象。第3、4、5、6及7项使外科医生能测量病人眼睛的特定尺寸和条件。上述这些仪器在前述可接受的允许误差范围内证实是有效的。本专利技术的目的是通过适用于高精度激光外科的方法、仪器及系统来适应激光外科对允许误差的更高要求(尤其是对眼外科，但也对其他医学学科)，从而向外科医生提供一本质上是实时的“活”象，包含着关于将要用外科手术激光器工作的部位和深度的完整的维持诊断的信息。在计算机内对给定信号的完整信息内容作出解释以提供出这一维持诊断的信息，最终可达的精度为几个人类细胞尺寸或者更优。本专利技术还进一步提供几种非外科手术用工具，使得不只是单靠角膜前表面的近似曲率值(角膜计测的“K”读数)来测定眼的整个折射率。这要求眼的整个反射面的曲率读数并考虑到象散以及眼的各光学部分之间的调节适应。按照本专利技术，提供了一种精细控制及高精度的激光显微外科手术所用的方法、设备及系统，它包含着一用户接口，该接口对医生给出要进行手术区域的形貌以及外科手术用激光束瞄准的部位及透入深度所需的精确和大量的三维目视信息。本系统也适用于非医学操作，例如工业操作，利用聚焦的激光束以高精度在运动着的目标上完成施工。在用户接口上，为外科医生面前提供了一个电视屏幕，该屏幕可划分成四个象限其中一个象限用来显示所用电视摄象机外科手术显微镜提供的实时状态下细胞壁的象，对外科手术显微镜进行变焦可以把象放大，例如，放大25倍到500倍。外科手术微观象可以表示出，例如，小至100微米量级尺度的区域。这种实时电视象是外科手术激光器当时正指向的精确部位和深度处的组织的象，也可以是紧靠着目标后面的临界细胞的象，这些临界细胞应得到监视以保证对这些敏感的组织不造成损伤(例如，沿着激光脉冲光轴而在激光脉冲之后的角膜内皮细胞)。即使激光器还未被投入运行，也可在医生/用户的控制之下用外科手术显微镜以不同的深度来扫描不同的部位。电视屏幕的其他两个象限用于显示计算机生成的象，这些象示出了待进行手术的组织剖面。这些剖面可取自两个分离的正交面，或者是由医生所选择的其他剖面。每一个计算机生成象上都有一个精确显示外科手术激光器当前所指向的位置的十字叉或者其它指示物。电视屏幕的第四个象限用于计算机生成的平面视图，它被放得很大但还未达到外科手术显微镜显示的尺度。在这最后一个象限里，和/或在任一其他剖面图象上，都可以由医生选择叠加上一个“样板”，用来自动地控制激光发射的路径，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用聚焦的激光光束，便于进行精密控制外科手术的系统，包含着：向外科医生／用户提供信息并能够由外科医生／用户进行外科手术过程控制的用户接口装置：包括向外科医生／用户提供涉及到该系统作为目标进行寻找的病人组织的位置、病变组织特征的三维形 貌以及等高线族这些精确信息的视频显示装置，以及根据外科医生／用户的需要，对该组织进行扫描以改变视频显示上的信息以及由外科医生／用户对外科手术激光束发射控制的控制装置；与视频显示装置相连的成象系统，包括用于产生、读出和解释数据以获得有关待 进行手术的组织所有重要特征的三维位置信息的三维测给装置，以及解释数据并以对外科医生／用户有用的格式把数据提交给视频显示装置的微处理机装置；产生能在病人组织上实现所希望的激光外科手术的激光光束的激光光源；接收激光光束并使其重新定向、适 当聚焦在待进行手术组织的所要求目标上的光路装置；与光路装置相交并共轴、沿该光路装置的光路获取所述目标的外科手术显微图象并且把视频图象信息馈送至视频显示装置的外科手术显微镜装置；以及位于光路装置内并与微处理机装置相连的追踪装置，用于实 时地追踪病变组织的移动并相应地移动光路装置使得三维测绘装置及外科手术显微镜装置所产生的信息和图象以及激光束的瞄准点和位置均能实时地跟随该组织的位置变化。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H阿尔弗雷德斯克拉尔，阿兰M弗兰克，奥尔加M费尔里尔，查尔斯F迈克米兰，斯特沃特A布朗，弗雷德里内克尔，保尔哈里斯，斯蒂芬施弗尔，
申请(专利权)人：凤凰激光系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]