[发明专利]用于改变材料的光学特性的系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及用于改变透明有回弹力材料的光学特性的设备。更具体地，本发明涉及改变材料内的应力分布以重构该材料的设备和系统。本发明尤其但非排他性地，可用作一种用于改变材料内的应力分布以重构该材料，并且因此响应于在材料上施加的外力改变其光学特性的设备和系统。

背景技术

眼睛的角膜具有五（5）层不同的可识别的组织层。从角膜的前表面沿向后方向顺次地，这些层为：上皮；鲍曼囊（Bowman’s capsule）（膜）；基质；迪氏膜（Descemet’s membrane）；和内皮。角膜后为称为前房的含房水的空间。重要的是，来自前房中的房水的压力以生物机械结果作用在角膜上。具体地，眼睛的前房中的房水对角膜施加眼内压力。这产生使角膜处于张力下的应力和应变。

结构上，眼睛的角膜具有厚度（T），其在上皮和内皮之间延伸。通常，“T”约为五百微米（T=500μm）。从生物机械的观点来说，鲍曼囊和基质是角膜最重要的层。在角膜内，鲍曼囊为位于上皮下的相对薄的层（例如，20至30μm），其在角膜的前一百微米内。而基质包括角膜中几乎所有的剩余四百微米。此外，鲍曼囊的组织产生相对强的弹性膜，其有效地抵抗张力中的力。另一方面，基质包括相对弱的连接组织。

生物机械上，鲍曼囊和基质都显著受前房内的房水对角膜施加的眼内压力的影响。具体地，该压力被从前房并且通过基质传递至鲍曼囊。已知这些力如何通过基质传送将影响角膜的形状。因而，通过干扰基质中互相连接的组织之间的力，就能够改变角膜中的整体力分布。因此，然后该经改变的力分布将对鲍曼囊产生作用。作为响应，鲍曼囊形状被改变，并且由于鲍曼囊的弹性和强度，该变化将直接影响角膜的形状。出于这种考虑，以及按照本发明的意图，通过在基质中的预定表面上做切口完成屈光手术，以引起将使角膜再成形的生物机械力的重新分布。

众所周知，角膜的所有不同组织都易受激光诱导光学击穿（LIOB）的影响。此外，已知不同的材料将对激光束不同地响应，并且经受LIOB的组织的取向也影响该组织如何对LIOB做出反应。出于这种考虑，需要特别考虑基质。

基质本质上包括许多大致平行于眼睛的前表面延伸的板层（lamellae）。在基质中，板层由固有地比板层自身更弱的胶状组织粘结在一起。因此，能够以比在被垂直于板层定向的切口上的LIOB所需的能量（例如，1.2μJ）更少的能量（例如，0.8μJ）执行在平行于板层的层上的LIOB。然而，本领域技术人员应明白，这些能量水平仅为例示性的。如果能够使用更密集聚焦的光学装置，所需的能量水平将适当地更低。在任何情况下，取决于期望结果，都可能期望仅在基质上做切口。另一方面，对于一些过程，可能更期望对切口和层进行组合。

如本发明设想地，除基质组织之外的材料也可以经受本文公开的方法。更具体地，只要需要改变有回弹力材料层的光学特性，并且无任何可辨别的材料损失或移除而改变，已知需要以某种方式改变材料的形状（即其构造）。如本发明设想地，该材料例如能够为人眼的晶状体、塑料透镜、或其他类型的有回弹力光学装置。通常，在任何情况下，改变材料的形状都需要改变作用在材料上的力。然而，在材料上的外力保持恒定的情况下，就必需以某种方式改变材料内部的力。因而，可能期望改变材料内部的力分布，同时向材料施加恒定外力，以实现形状变化，或者以便实现当外力变化时不同或放大的形状变化。完成此的一种方式为通过破坏其内部应力分布而选择性地弱化材料。

根据上文，本发明的目标是提供一种引起清澈透明有回弹力材料表面中的构造变化，以由此改变材料的光学特性的系统。本发明的另一目标是提供一种用于通过利用材料的激光诱导光学击穿（LIOB）内部地弱化材料来改变材料的形状（构造）的系统。本发明的又一目标是通过选择性地改变材料内部的应力分布而以预定方式改变材料的形状。本发明的再一目标是提供一种用于改变材料的光学特性的系统，其易于使用、制造相对简单并且成本效率比较好。

发明内容

根据本发明，提供了用于执行基质内眼科激光手术的方法，该方法使角膜在生物机械力的影响下重新成形。重要的是，对于这些方法，将用于操作的组织体积限定为仅处于角膜的基质内。具体地，该操作体积从稍微在鲍曼囊下方向后延伸进入基质内的足够深度，该深度等于角膜厚度的约十分之九，或更小。因而，对于具有厚度“T”（例如，约500μm）的角膜，操作体积从鲍曼囊下方（例如，100μm）延伸到角膜内等于约0.9T（例如，约450μm）或更小的深度处。此外，该操作体积从眼睛的视轴线径向延伸通过约5.0mm的距离（即，操作体积具有约10.0mm的直径）。