使用低功率激光的眼内部照明.pdf

1、(10)授权公告号 CN 102458321 B (45)授权公告日 2014.04.30 CN 102458321 B (21)申请号 201080025492.X (22)申请日 2010.04.08 61/185,756 2009.06.10 US 12/755,479 2010.04.07 US A61F 9/008(2006.01) A61B 18/22(2006.01) A61F 9/007(2006.01) (73)专利权人 爱尔康研究有限公司 地址 美国得克萨斯 (72)发明人 B达凯 MJ亚德洛斯基 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代

2、理人 张阳 WO 2006135701 A2,2006.12.21, EP 1285679 A1,2003.02.26, US 6263879 B1,2001.07.24, US 2001016736 A1,2001.08.23, (54) 发明名称 使用低功率激光的眼内部照明 (57) 摘要 一种眼外科系统包括具有激光治疗模式和照 明模式的激光源。所述激光治疗模式具有第一功 率， 并且所述照明模式具有小于所述第一功率的 第二功率。所述眼外科平台还包括在所述照明模 式下可操作地将所述激光源光学耦合到光导的聚 焦光学器件。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2011.12

3、.09 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2010/030324 2010.04.08 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2010/144174 EN 2010.12.16 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 王炜 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)授权公告号 CN 102458321 B CN 102458321 B 1/1 页 2 1. 一种眼外科系统， 包括 ： 具有激光治疗模式和照明模式的激光源， 所述激光治疗模式具有第一功率， 并且所述

4、照明模式具有小于所述第一功率的第二功率 ； 激光治疗机头， 被配置为在所述激光治疗模式下引导由所述激光源产生的激光以光凝 固组织 ； 光导 ； 聚焦光学器件， 在所述照明模式下可操作地将所述激光源光学耦合到所述光导 ； 以及 内照明器机头， 在所述照明模式下耦合到所述光导并且被配置为利用所述激光照明组 织。 2. 如权利要求 1 所述的系统， 其中所述第一功率是至少 100mW， 并且所述第二功率在 10nW 到 50mW 的范围内。 3.如权利要求1所述的系统， 其中所述激光源产生波长在430到700nm范围内的激光。 4. 如权利要求 1 所述的系统， 其中所述激光源产生波长为 532nm

5、 的激光。 5. 如权利要求 1 所述的系统， 其中所述激光源产生具有第一光斑大小的激光， 并且所 述聚焦光学器件在照明模式下将所述激光扩展至大于所述第一光斑大小的第二光斑大小。 6. 如权利要求 1 所述的系统， 其中所述聚焦光学器件包括圆柱形石英棒。 7. 如权利要求 1 所述的系统， 其中所述激光治疗机头被配置为使用由所述激光源在激 光治疗模式中产生的激光来产生视网膜组织的光凝固。 8. 如权利要求 1 所述的系统， 其中所述激光治疗机头被配置在 5mm 的距离处在眼部组 织内的直径小于 1mm 的圆形区域中产生光化学变化。 9.如权利要求1所述的系统， 其中所述内照明器机头被配置为照明

6、眼内直径至少12mm 的区域。 权 利 要 求 书 CN 102458321 B 2 1/5 页 3 使用低功率激光的眼内部照明 0001 相关申请 0002 本申请要求于 2009 年 6 月 10 日提交的、 序列号为 61/185,756 的美国临时申请和 于 2010 年 4 月 7 日提交的、 序列号为 12/755,479 的美国非临时申请的优先权， 上述申请的 内容通过引用被合并于本文中。 技术领域 0003 本发明涉及用于眼外科的照明器， 尤其涉及产生适合于照明眼内部的眼内照明 器。 背景技术 0004 在解剖学上， 眼被分为两个不同的部分， 即， 前段和后段。前段包括晶状体并

7、且从 角膜的最外层(角膜内皮)延伸到晶状体囊的后部。 后段包括在晶状体囊后面的眼的部分。 后段从前玻璃体面延伸到视网膜， 玻璃体的后玻璃体面与视网膜直接接触。后段远远大于 前段。 0005 后段包括玻璃体， 其是一种透明、 无色、 凝胶状的物质。它组成眼体积的大约三分 之二， 在出生前赋予它形式和形状。它由 1的胶原和透明质酸钠以及 99的水组成。玻 璃体的前边界是接触晶状体后囊的前玻璃体面， 而后玻璃体面形成它的后边界， 并且与视 网膜接触。玻璃体不类似于房水的自由流动， 而是具有正常的解剖附着部位。这些部位之 一是玻璃体基底部， 其是 3-4mm 宽的带并且覆盖锯齿缘。视神经乳头、 黄斑和

8、血管弓也是附 着部位。 玻璃体的主要功能是将视网膜保持就位， 保持眼球的完整性和形状， 吸收由于运动 产生的冲击， 和在后面支撑晶状体。与房水相比， 玻璃体不连续地被替换。玻璃体随着年龄 在被称为凝缩的过程中变得更有流动性。凝缩导致玻璃体的收缩， 这会对它的正常附着部 位施加压力或牵引力。如果足够的牵引力被施加， 玻璃体可能从它的视网膜附着部拉扯自 身并且产生视网膜裂口或裂孔。 0006 通常在眼后段中执行被称为玻璃体 - 视网膜程序的各种外科程序。玻璃体 - 视 网膜程序适合于治疗后段的许多严重状况。玻璃体 - 视网膜程序治疗诸如年龄相关性黄 斑变性 (AMD)、 糖尿病性视网膜病和糖尿病性

9、玻璃体出血、 黄斑裂孔、 视网膜脱落、 视网膜前 膜、 CMV 视网膜炎的状况和许多其他眼科状况。一种典型的玻璃体 - 视网膜程序是光凝固 疗法。在光凝固疗法中， 高强度激光用于加热眼睛中的蛋白以便修复视网膜的裂口并且防 止能够导致脱落的异常视网膜血管系统的生长。在光凝固疗法中， 外科医生使用耦合至激 光源 ( 例如氩离子激光器 ) 的激光机头将激光施加于靶区。 0007 外科医生用显微镜和被设计成提供后段的清晰图像的专用透镜执行玻璃体 - 视 网膜程序。在巩膜上在睫状环制造长度仅为一毫米左右的若干微小切口。外科医生通过切 口插入微型手术器械， 例如插入光纤光源以照明眼内部， 插入输注管线以在

10、外科手术期间 保持眼睛的形状， 和插入器械以切割和去除玻璃体。 0008 在这类外科手术程序期间， 眼内部的适当照明是重要的。 典型地， 细光纤被插入眼 说 明 书 CN 102458321 B 3 2/5 页 4 中以提供照明。 诸如金属卤化物灯、 卤素灯、 氙灯或汞蒸汽灯的光源常常用于产生由光纤运 载到眼中的光。光穿过若干光学元件 ( 典型地， 透镜、 反射镜和衰减器 ) 并且被发射到将光 运载到眼中的光纤。这样的光的品质取决于包括所选择的光学元件的类型的若干因素。 发明内容 0009 在本发明的特定实施例中， 一种眼外科系统包括具有激光治疗模式和照明模式的 激光源。所述激光治疗模式具有第

11、一功率， 并且所述照明模式具有小于所述第一功率的第 二功率。 所述眼外科平台还包括在所述照明模式下可操作地将所述激光源光学耦合到光导 的聚焦光学器件。 0010 在本发明的其他实施例中， 一种照明眼内部的方法包括提供具有激光治疗模式和 照明模式的激光源。所述激光治疗模式具有第一功率， 并且所述照明模式具有小于所述第 一功率的第二功率。 所述方法还包括将内照明器机头光学耦合到所述激光源并且将所述内 照明器机头通过手术切口插入眼中。 所述方法然后包括在所述照明模式下使用来自所述激 光源的激光照明眼内部。 0011 本发明的实施例的各种其他方面将从以下详细描述变得明显。 附图说明 0012 为了更全

12、面地理解本发明及其优点， 现在参考结合附图进行的以下描述， 在附图 中相似的附图标记指示相似的特征， 并且其中 ： 0013 图 1 示出根据本发明的实施例的眼内照明器可以置于其中的眼部解剖结构 ； 0014 图 2 示出根据本发明的实施例的照明眼内部的眼内照明器 ； 以及 0015 图 3 是示出根据本发明的特定实施例的使用眼内照明器照明眼的示例性方法的 流程图。 具体实施方式 0016 在图中示出了本发明的优选实施例， 相似的附图标记用于表示各个图的相似和相 应部分。 0017 图 1 例示了由本发明提供的用于眼植入物的改进设计可以置于其中的眼解剖结 构。眼 100 包括角膜 102， 虹

13、膜 104， 瞳孔 106， 晶状体 108， 晶状体囊 110， 小带， 睫状体 120， 巩膜 112， 玻璃体凝胶 114， 视网膜 116， 黄斑， 和视神经 120。角膜 102 是在眼表面上的用作 窗口以让光进入眼睛的、 透明的、 圆顶状结构。虹膜 104 是被称为虹膜的眼的有色部分， 是 围绕瞳孔的、 松弛和收缩以控制进入眼的光量的肌肉。 瞳孔106是虹膜的圆形中央开口。 晶 状体108是有助于将光聚焦在视网膜上的眼内结构。 晶状体囊110是包封晶状体的弹性袋， 有助于在眼聚焦于处于不同距离处的物体时控制晶状体形状。 小带是将晶状体囊附着到眼 内以将晶状体保持就位的细长韧带。睫状

14、体是附着到晶状体的肌肉区域， 所述肌肉区域收 缩和松弛以控制用于聚焦的晶状体的尺寸。巩膜 112 是保持眼形状的眼的强韧最外层。玻 璃体凝胶 114 是大的、 充满凝胶的部分， 所述部分朝着眼球的后部定位， 并且帮助保持眼的 曲率。视网膜 116 是在眼后部中的光敏感神经层， 其接收光并且将光转换为信号以发送到 大脑。黄斑是包含用于看到微细节的感受器的视网膜中的区域。视神经 118 将来自眼的信 说 明 书 CN 102458321 B 4 3/5 页 5 号连接和传输到大脑。 0018 睫状体 122 位于虹膜 104 正后方。被称为小带 124 的微纤维 “导丝” 附着到睫状体 122。晶

15、状体 108 由小带纤维 124 悬挂在眼内。用于睫状体 122 的营养来自同样还供给虹 膜 104 的血管。睫状体 122 的一个功能是通过改变晶状体 108 的形状来控制顺应调节。当 睫状体 122 收缩时， 小带 124 松弛。这允许晶状体 108 加厚， 增加眼睛近距离聚焦的能力。 当看远处物体时， 睫状体 122 松弛， 导致小带 124 收缩。晶状体 108 则变得更薄， 为远距视 力调节眼焦点。 0019 通常， 视网膜116由眼睛的天然晶状体108保护以免于紫外光， 天然晶状体过滤进 入眼睛的光。但是来自光学眼内照明器的光进入眼睛而不进行该晶状体过滤 ( 即， 无晶状 体地 )

16、， 并且如果该光包括靠近电磁波谱的紫外范围或红外范围的足够强的分量， 则会损害 眼组织。 提供可见光波长的合适范围的光用于照明并且同时滤除有害的短和长波长可以大 大减小通过无晶状体危害对视网膜的损害， 包括蓝光光化学视网膜损害和红外加热损害以 及类似的光毒性危害。典型地， 在大约 430 至 700nm 的范围内的光对于减小这些危害的风 险是优选的。 0020 然而为了获得足够的光强度， 以前的眼内照明器基于宽带光源。 例如， 许多内照明 光源使用卤素钨灯或高压弧光灯(金属卤化物、 Xe)。 弧光灯的优点是发射面积小(1mm)、 色温接近日光并且寿命比卤素灯长(400小时相比于50小时)。 弧

17、光灯的缺点是成本高、 功 率下降、 系统的复杂性并且在系统的寿命期间需要更换灯若干次。基于 LED 的照明器可以 提供显著更低的成本和复杂性以及50,000至100,000小时的特征使用寿命， 这将允许在器 械的整个寿命期间操作眼光纤照明器， 而且输出下降很小并且不需要更换 LED。典型的白 光 LED 可以包括激励白磷光体帽产生足以用于内照明器的白光的紫外光 (UV)/ 紫光 / 蓝光 LED。 0021 不同于常规照明器， 本发明的各种实施例使用低功率激光提供照明。这提供可见 光谱中的足够照明强度， 同时避免可能对眼组织有害的电磁波谱的分量。 有利地， 用于低功 率激光照明器中的光的波长可

18、以被选择成改善可视化区域中的对比度。因此， 例如用于某 些光凝固器 ( 例如， 由 Alcon Laboratories 公司生产的光凝固器 ) 中 的激光源可以产生具有大约 532nm 的波长的绿色激光 ( 术语 “大约” 在本文中用于表示在 额定波长的 +/-5nm 内的激光的一致生成 )。与以前的内照明器相比， 由该波长的光的吸收 产生的亮区和暗区可以改善视网膜血管系统和其他眼组织之间的视觉对比度。 0022 图 2 是位于眼中的眼内照明器 160 的横截面图， 所述眼内照明器可以是根据本发 明的各种实施例中的任一内照明器。图 2 描绘了机头 164， 其中带有在使用中的机头 162。

19、机头 162 通过睫状环区域中的切口插入眼 100 中。机头 162 照明眼 100 的内部或玻璃体区 域114。 在该配置中， 机头162可以用于在玻璃体-视网膜手术期间照明内部或玻璃体区域 114。 机头162通过光导168连接到激光源166， 所述光导典型地是光纤。 聚焦光学器件170 将从激光源166发射的激光束耦合到光导168。 聚焦光学器件170可以位于激光源166或关 联的眼外科控制台的内部或外部。光导 168 可以包括适合于运载由激光源 166 产生的波长 的光的任何导管， 具有任何期望的芯体、 包层、 掺杂物、 折射率、 热性质、 机械性质或本领域 中已知的其他特征。 用于眼

20、科应用的玻璃或塑料光纤对于用于输送治疗辐射的光纤来说直 径典型地具有 50-300m 范围的直径并且对于用于输送照明的光纤来说具有 400-750m 说 明 书 CN 102458321 B 5 4/5 页 6 的范围的直径。 0023 激光源 166 可以是用于产生强度足以允许眼组织可视化的可见光谱波长的相干 激光的任何合适设备。在一个特定实施例中， 激光源 166 产生具有大约 532nm 的波长的绿 激光。 激光源166也可以耦合到激光治疗机头172， 所述激光治疗机头也可以包括相应的光 导 174， 所述光导 1174 类似于为内照明器机头 162 描述的光导， 但是适合于运载用于产生

21、 眼组织中的光化学变化的激光。聚焦光学器件 170 也可以包括用于将激光源 166 耦合到激 光治疗机头 172 的独立和 / 或部件。在特定实施例中， 内照明器机头 162 和激光治疗机头 172 可以被集成在单个组合机头内。 0024 在操作中， 激光源 166 具有两个不同的操作模式。第一模式是激光治疗模式， 所述 激光治疗模式具有的照射眼组织的激光束的功率密度足以例如通过由束斑所靶向的眼组 织的相对小的区域内的激光的吸收产生的热效应产生光化学变化。在特定实施例中， 这样 的光化学变化用于修复视网膜组织中的裂口或脱落或者抑制视网膜中的异常血管系统的 生长。在特定实施例中， 激光治疗模式可

22、以是通过眼组织的蛋白中的热变化产生视网膜组 织的凝固的光凝固模式。 第二模式是照明模式。 在照明模式中， 激光用于照明手术操作靶部 位周围的术野。照明模式使用较低功率使得视网膜组织的性质不变。在多数应用中， 光斑 大小也将显著大于激光治疗模式的光斑大小以便提供围绕手术操作靶部位的区域的视图， 但是在窄角照明应用中， 光斑大小可以是相当的。 0025 在一个例子中， 激光源 166 也用于光凝固。在典型的光凝固应用中， 用于产生眼组 织中的热变化的激光功率对于视网膜处的 1mm 量级的光斑大小为至少 100mW， 其中激光束 在5mm的估计工作距离处发射并且在平衡盐溶液介质中传输。 在这样的应用

23、中， 激光源166 例如可以用于生成 50m 或以下的光斑大小， 耦合具有数值孔径的光纤以在视网膜处产生 1mm 的光斑大小。 0026 不同于光凝固所需的强度， 对于充分照明没有明确的最小强度要求， 原因是不同 的外科医生之间的要求可能不同。 以前用于眼外科的商用照明器在术野处对于普通照明产 生高达 12 流明的光通量并且对于广角照明产生 15 流明或以上的光通量， 但是特别地当内 照明器机头有利地被配置成使得取决于内照明器所产生的光通量的靶手术部位的有效辐 照与点源相比可比较地较高时， 甚至最大值的 10的通量水平也可能足够。 0027 假设如上所述的一般要求， 用于激光源 166 的照明

24、模式的功率水平可以被选 择。激光器对于特征波长常常具有相对高的转换效率， 因此高通量水平通常可以用相对 低的功率生成。因此， 对于大约 600 流明 / 瓦的可容易获得的转换效率， 产生相同最大通 量所需的功率将仅仅为大约 20-25mW。用于光凝固器的典型的眼科激光源在 100-600mW 的范围内操作。但是存在一些现有的激光源， 例如由 AlconLaboratories 公司制造的 激光源， 其具有大约 30mW 至 2W 的操作范围， 下限靠近现有照明器的峰 值功率， 可以在不进行大幅修改的情况下使所述激光源在照明模式下工作。 对于窄角应用， 功率水平原则上甚至可以更低， 并且通常，

25、10nW 至 50mW 之间的功能水平将是覆盖许多应用 的功率水平的优选范围。 0028 在减小对眼组织的无晶状体危害方面， 可以用使用白光照明的常规内照明器可比 较地评估眼损害的风险。常规白光内照明器被认为是无晶状体安全的， 具有在 12-15 流明 的范围内的通量水平， 如上所述。对于这样的器械即使当在持续一小时以上的手术中使用 说 明 书 CN 102458321 B 6 5/5 页 7 时也不会注意到视网膜组织损害。使用具有围绕单波长的窄发射分布的激光器， 无晶状体 危害范围内的光谱的分量具有显著更小的强度。例如， 如果将 532nm 激光器与 Xe 灯泡照明 器比较， 则视网膜上的无

26、晶状体危害电磁辐射的总辐照将减小到差不多 12 分之一。因此， 对于相同程度的照明， 对眼组织的损害的风险比常规内照明器更小。 0029 激光照明器的唯一难题是对光导 168 的热损害的可能性。内照明器典型地使用塑 料光纤， 所述塑料光纤是挠性的以允许将内照明器容易地置于眼内。光被耦合到典型地大 约0.5的相对高的光束数值孔径(NA)的塑料照明器中以在术野处产生足够大的光斑大小。 但是在诸如光凝固的应用中使用的激光束常常以小的光斑大小发射使得耦合到具有这样 高的数值孔径的光纤将在束腰处产生极强的辐照， 即使在相对低的激光功率下亦是如此。 塑料光纤对该强辐照的吸收可以将塑料加热到它的熔点之上，

27、导致光纤断裂。 0030 因此， 不同于使用将白光源耦合到内照明器光纤的常规光学器件， 激光内照明器 160 的聚焦光学器件 170 应当被配置成防止强辐照的光斑在塑料内照明器光纤上形成。为 了防止光纤上的这样强的光斑， 有利的是扩展入射光束的大小以尽可能密切地填充光纤， 同时保持期望的 NA。因此， 例如圆柱形石英棒可以被放置成近端处于激光束焦点并且远端 抵靠光导 168 的近端， 这使光束漫射为显著更大的光斑大小而不明显减小输送到光导 168 的总光强度。在另一个例子中， 可以使用散射板。 0031 在一些情况下， 也可能期望具有相对窄的照明视野， 这对于照明某些结构会是有 用的。在这样的

28、情况下， 当激光源 166 是照明模式时， 激光源 166 可以耦合到具有较低数值 孔径的用于治疗的光纤， 从而以比治疗光束低得多的强度产生相对小的照明光斑。当激光 治疗机头172在手术期间在眼内时这样的实施例可以允许激光源166在治疗和照明之间切 换， 因此用单机头 172 提供照明和治疗而不需要机头 172 中的分开的照明和治疗光纤。 0032 图 3 是示出了根据本发明的特定实施例的用光学内照明器照明眼部的示例性方 法的流程图300。 在步骤302， 提供具有激光治疗模式和照明模式的激光源166， 如结合以上 各种实施例所述。在步骤 304， 将内照明器机头 162 光学耦合到激光源 1

29、66。在步骤 306， 通 过手术切口将机头 162 插入眼中。在步骤 308， 使用机头照明眼内部。 0033 在步骤 310， 将激光治疗机头 172 光学耦合到激光源 166， 并且在步骤 312 通过切 口将激光治疗机头172插入眼中。 在步骤314， 使用来自激光源166的激光产生眼组织中的 光化学变化。尽管详细地描述了一种特定方法， 但是应当领会可以以与上述的眼外科系统 的各种实施例一致的方式重排和 / 或省略各种步骤， 并且可以加入附加步骤。因此， 可以预 料到在本发明的范围内使用这类眼外科系统的任何合适的方法。 0034 在本文中例示了本发明， 并且本领域普通技术人员可以进行各种修改。 例如， 可以 通过将衰减器附件耦合到激光源以便产生至机头的某个输出功率水平而实现激光源的低 功率模式。 尽管详细地描述了本发明， 但是应当理解可以对其进行各种变化、 替代和更改而 不脱离如权利要求所述的本发明的范围。 说 明 书 CN 102458321 B 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102458321 B 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102458321 B 9 3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102458321 B 10