CN109963535A - 集成式眼科手术系统 - Google Patents

Abstract

一种眼科手术系统，包括底盘，所述底盘包括激光源。所述系统包括联接到所述底盘的台架。所述台架的位置是可调的。所述系统包括联接到所述台架的参考接口。所述参考接口包括在所述参考接口的远侧部分处的附接接口，所述附接接口被配置为联接到用于与眼睛对接的患者接口。所述参考接口被配置为移动到靠近所述底盘的第一板位置和远离所述底盘的第二板位置。所述系统进一步包括联接到所述参考接口的光学头单元。所述光头单元包括激光扫描仪和分束器。所述光学头单元被配置为移动到所述参考接口的近端附近的第一光学头单元位置和所述参考接口的远端附近的、作为可锁定手术位置的第二光学头单元位置。

Description

集成式眼科手术系统

技术领域

本公开总体上涉及激光辅助眼科手术系统。

背景技术

眼睛的前段包括玻璃体液前面的结构，包括角膜、虹膜、睫状体和晶状体。常见的前段疾病包括白内障和角膜的屈光不正。

眼外科医生可能会在白内障和角膜手术过程中使用光之破裂激光技术，以提高准确度、安全性和患者效果。例如，飞秒激光系统可以用于白内障手术以便于通过激光引起的光之破裂进行撕囊和晶状体破碎。飞秒激光也可以用于角膜应用，诸如LASIK的角膜瓣产生。爱尔康公司提供的激光系统是可以用于白内障和角膜手术过程两者中的飞秒激光系统的一个示例。用于白内障手术过程中的激光系统通常包括激光引擎、光学头单元、用于瞄准组织和切割图案的专用OCT系统和成像装置、监视器、和各种用户输入机构。

在白内障手术过程的激光部分完成之后，外科医生可以执行手动手术过程以移除破碎的晶状体并插入人工晶状体(IOL)。一般而言，手术激光系统是独立系统，其在功能和结构上与外科医生在手动手术过程中使用的设备分离，所述设备通常包括非无菌和无菌准备区域、高分辨率立体手术显微镜、OCT系统、成像装置、显示监视器和麻醉仪器。

由于它们的尺寸巨大，很难将激光与手动手术设备都安排在单个手术室中病人周围。用于激光辅助白内障手术的手术室通常需要容纳至少五个人：患者、手术外科医生、两名助手和麻醉师。而且，手术室必须容纳上述仪器，以及手术刀、镊子和剪刀、具有连接到控制台的管的手握式超声乳化手机、以及人工晶状体(IOL)注射装置。因此，眼外科医生通常需要两个房间或专用空间来执行白内障手术过程——一个用于激光系统和手术过程，而另一个用于手动手术过程和相关联的器械。患者可能最初位于激光手术系统下方的一个区域以便进行手术过程的激光部分，然后移动到手术显微镜下方的另一个区域以便进行手术过程的手动部分。这增加了手术的时间和成本。

因此，需要集成激光与手动眼科手术过程中使用的设备以精简手术、减少所需的占地面积量并消除昂贵的重复性设备，诸如OCT系统。然而，适当地集成这样的设备存在许多挑战。

例如，外科医生的工具不仅需要病人周围足够的占地面积，还需要手术显微镜和任何附接的成像装置下方的工作距离。工作距离必须足以允许外科医生进行手动白内障手术过程，但必须符合显微镜的能力并且容纳外科医生的舒适的姿势。外科医生的典型工作距离(例如，150-300mm)可以与手术激光光学头的深度相当或比其小。因此，即使将手术激光光学头临时定位在显微镜与患者头部之间也是有问题的，因为除了光学头本身所需的空间之外，还需要额外的空间来安全地对接和操纵非常接近于患者的脸和眼睛的激光手术单元。但是，简单地增加手术显微镜的工作距离以容纳激光光学头可能需要更高的孔径光学器件、增加的复杂性和附加成本，并且可能使得外科医生在手术过程中更难舒适地定位自己。

集成在手术过程的激光和手动部分中使用的OCT系统存在附加挑战。例如，典型地，每个OCT系统将在近红外光学波长区域最佳地运行，以避免患者可看见光并且组织是透明的。当OCT用于眼睛屈光特性的术前和术后诊断时，需要宽带宽OCT光源以实现几微米的空间分辨率。实现该分辨率需要的带宽约为100nm或更大。适用于眼科手术的大多数飞秒激光采用镱增益材料，因为它们特性优越和技术先进并且可在1025至1055nm的波长带内运行。当两个波长带重叠并且光穿过相同光学部件的部分时，分离两个子系统的光束并避免干扰可能是个难题。

集成子系统的另一困难在于集成式系统中连接到患者眼睛的部件的质量增加。随着集成部件变得更重且体积更大，将它们安全地附接到患者眼睛并且避免机械损伤更加困难。试图通过在非对接状态下操作(即，不附接到眼睛)来避免这个问题的系统通常需要主动眼睛跟踪装置，这增加了复杂性和成本，并且由于不自主的眼睛运动，可能将激光治疗的时间限制在几分之一秒。当激光治疗时间有限时，可用的治疗选项也局限于以其他方式用飞秒激光器可得到的治疗子集。实际上，用于白内障手术的激光治疗可能需要在晶状体内的切口和白内障晶状体组织的激光破裂，这可能需要远远超过患者自主保持其眼睛稳定(通常为1秒或更短)的能力的治疗时间。此外，光学角膜切口、进入切割口和弧形切口可能进一步增加激光手术切割口的时间和精度要求两者。

本公开的目的是利用如本文所述的集成式眼科手术系统来解决这些和其他挑战。

发明内容

在本公开的某些实施例中，一种眼科激光手术系统包括底盘和台架，所述底盘包括被配置为生成激光脉冲激光束的脉冲激光源，所述台架连接到所述底盘，其中，所述台架相对于所述底盘的位置是可调的。所述系统进一步包括联接到所述台架的参考接口。所述参考接口可以包括附接接口，所述附接接口被配置为联接到用于与眼睛对接的患者接口，并且所述附接接口位于所述参考接口的远侧部分。进一步，所述参考接口可以被配置为移动到第一参考接口位置和第二参考接口位置，在所述第一参考接口位置，所述附接接口靠近所述底盘，在所述第二参考接口位置，所述附接接口远离所述底盘。所述系统进一步包括联接到所述参考接口的光学头单元。所述光学头单元包括：激光扫描仪，所述激光扫描仪被配置为将脉冲激光脉冲激光束扫描到与所述患者接口对接的眼睛的靶区域；以及分束器，所述分束器被配置为将所扫描的脉冲激光脉冲激光束与外部成像系统的成像光束路径多路复用。所述光学头单元被配置为移动到所述参考接口的近端附近的第一光学头单元位置和所述参考接口的远端附近的作为可锁定手术位置的第二光学头单元位置。

在某些实施例中，所述参考接口被配置成通过伸出、缩回、旋转或转动而移动到所述第一参考接口位置和所述第二参考接口。在某些实施例中，所述光学头单元被配置为通过伸出、缩回、旋转或转动而移动到所述第一光学头单元位置和所述第二光学头单元位置。

在某些实施例中，所述外部成像系统是光学相干断层扫描(OCT)成像系统或手术显微镜，并且所述激光手术系统和所述外部成像系统不是刚性地联接的，使得所述激光手术系统和所述外部成像系统独立地振动。在某些实施例中，所述外部成像系统是光学相干断层扫描(OCT)成像系统或手术显微镜，并且其中，所述激光手术系统和所述外部成像系统不是刚性地联接的，使得所述激光手术系统相对于所述外部成像系统的运动大于所述激光手术系统的准确度要求。

在某些实施例中，当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述参考接口和所述光学头单元一起沿着所述外部成像系统的光轴竖直地测得不超过300mm。

在某些实施例中，当所述参考接口处于所述第二参考接口位置时，所述附接接口与所述外部成像系统的成像光束路径光学地对准，并且当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述分束器与所述外部成像系统的成像光束路径光学地对准。在某些实施例中，所述参考接口结构包括臂、搁板或板。

某些实施例进一步包括通信地联接到所述光学头单元和所述外部成像系统的控制单元，所述控制单元包括处理器，所述处理器被配置为：从所述手术显微镜和所述外部成像系统接收成像数据；基于所接收的成像数据，确定眼睛相对于所述附接接口的位置，并且基于所确定的位置，控制所述光学头单元将所述脉冲激光脉冲激光束扫描到所述眼睛的靶区域。

本公开的某些实施例包括眼科手术系统，所述眼科手术系统包括：手术显微镜，所述手术显微镜被配置为生成眼睛的图像；以及光学相干断层扫描(OCT)成像系统，所述光学相干断层扫描成像系统被配置为生成所述眼睛的OCT图像。所述OCT成像系统与所述手术显微镜集成并光学地对准。所述系统进一步包括图像捕获单元，所述图像捕获单元被配置为接收和处理所述手术显微镜和所述OCT成像系统生成的图像；激光手术系统，所述激光手术系统包括：底盘，所述底盘包括被配置为生成激光脉冲激光束的脉冲激光源；以及联接到所述底盘的台架。所述台架相对于所述底盘的位置是可调的。

所述激光手术系统包括联接到所述台架的参考接口结构。所述参考接口包括附接接口，所述附接接口被配置为联接到用于与眼睛对接的患者接口，所述附接接口位于所述参考接口的远侧部分。进一步，所述参考接口被配置为移动到第一参考接口位置和第二参考接口位置，在所述第一参考接口位置，所述附接接口靠近所述底盘，在所述第二参考接口位置，所述附接接口远离所述底盘并且与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径光学地对准。所述激光手术系统进一步包括联接到所述参考接口的光学头单元。所述光学头单元包括：激光扫描仪，所述激光扫描仪被配置为将所述脉冲激光脉冲激光束扫描到与所述患者接口对接的眼睛的靶区域；以及分束器，所述分束器被配置为将所扫描的脉冲激光脉冲激光束与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径多路复用。所述光学头单元被配置为移动到所述参考接口的近端附近的第一光学头单元位置和所述参考接口的远端附近的作为可锁定手术位置的第二光学头单元位置。

所述眼科手术系统进一步包括通信地联接到所述光学头单元和所述图像捕获单元的控制单元。所述控制单元包括处理器，所述处理器被配置为从所述手术显微镜和所述图像捕获单元接收成像数据；基于所接收的成像数据，确定眼睛相对于所述附接接口的位置，并且基于所确定的位置，控制所述光学头单元将所述脉冲激光脉冲激光束扫描到所述眼睛的靶区域。

在某些实施例中，所述参考接口被配置成通过伸出、缩回、旋转或转动而移动到所述第一参考接口位置和所述第二参考接口。在某些实施例中，所述光学头单元被配置为通过伸出、缩回、旋转或转动而移动到所述第一光学头单元位置和所述第二光学头单元位置。

在某些实施例中，当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述分束器与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径光学地对准。在某些实施例中，所述分束器被配置为将所述激光束与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径多路复用，而不改变所述手术显微镜或所述OCT成像系统的焦点或位置。

在某些实施例中，所述激光手术系统和所述OCT成像系统不是刚性地联接的，使得所述激光手术系统和所述OCT成像系统独立地振动。在某些实施例中，所述激光手术系统和所述OCT成像系统未刚性地联接，使得所述激光手术系统相对于所述OCT成像系统的运动大于所述激光手术系统的准确度要求。

在某些实施例中，当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述参考接口和所述光学头单元一起沿着所述OCT成像系统的光轴竖直地测得不超过300mm。

在某些实施例中，所述光学头单元被配置为移动到所述第二光学头单元位置并且使所述激光扫描仪将所述脉冲激光脉冲激光束扫描到与所述患者接口对接的眼睛的靶区域而无需移动或改变所述手术显微镜或OCT成像系统的工作距离。在某些实施例中，所述参考接口结构包括臂、搁板或板。在某些实施例中，所述控制单元的处理器进一步被配置为基于所述眼睛相对于所述附接接口的确定位置来计算所述眼睛的对中、倾斜和环形旋转。

某些实施例提供了较现有系统的一个或多个技术优点。例如，某些实施例集成了传统上分离的手术子系统(通常位于不同的手术室)并且以新颖的布置组合了部件(例如，OCT系统)，以降低手术系统的成本、尺寸和减轻质量。在某些实施例中，集成式眼科手术系统可以驻留在紧凑的手术室中，并且有助于执行激光手术过程和手动手术过程，而无需在手术过程之间移动或重新定位显微镜或患者。因此，某些实施例减少了眼科手术的时间长度和成本。鉴于本公开，这些和其他优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。

附图说明

为了更彻底地理解本公开及其优点，现在参考结合附图进行的以下说明，在这些附图中相同的参考数字指示相同的特征，并且在附图中：

图1A-1E和2A-2E示出了根据某些实施例的处于五个位置/阶段的集成式眼科手术系统的各方面。

图3更详细地展示了根据某些实施例的手术激光单元的各方面。

图4更详细地展示了根据某些实施例的成像子系统和激光子系统的各方面。

图5展示了根据某些实施例的集成式眼科手术系统的各方面。

本领域的技术人员将理解，下述附图仅用于说明目的，而无意限制申请人的公开的范围。

具体实施方式

出于促进对本公开的原理的理解的目的，现在将参考附图中展示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应理解，并非旨在限制本公开的范围。本公开所涉及领域内的技术人员通常将能够想到对于所描述的系统、装置和方法的改变和进一步修改、以及本公开的原理的任何进一步应用。特别地，应想到关于一个实施例描述的系统、装置和/或方法可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。然而，为简洁起见，将不单独地描述这些组合的众多重复。为简单起见，在一些情况下，贯穿这些附图使用相同的附图标记来指代相同或相似的零件。

如本文所使用的，应当理解的是，处理器可以包括一个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、或任何其他合适的计算装置或资源。进一步，存储器可以采用易失性存储器或非易失性存储器的形式，包括但不限于磁性介质、光学介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可移动介质或任何其他合适的存储器部件。存储器可以存储用于程序和算法的指令，当由处理器执行时，这些指令实施本文中关于任何这样的处理器、存储器或包括处理功能的部件所描述的功能。此外，如本文所使用的，通信联接的部件可以被配置为使用任何合适的有线(例如，电线、电缆、光纤等)或无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、NFC、IR、蜂窝等)通信进行通信。

总的来说，本发明涉及一种集成式眼科手术系统，尤其是一种用于前段手术(诸如白内障和角膜手术过程)的手术系统。某些实施例包括用于前段手术的、与手术显微镜、诸如光学相干断层扫描(OCT)成像单元等增强成像装置以及诸如摄像机等图像捕获装置集成的手术激光器。

本公开的实施例提供了许多优点。例如，某些实施例可以改善临床效果，并且将激光手术过程和手动手术过程中使用的设备集成在单个紧凑的系统中。集成的设备和子系统可以包括，例如：(1)术前和/或术中眼科诊断仪器，诸如像差计、生物测定计、OCT和用于眼睛建模的其他装置，以对眼睛成像并测量其特性，并帮助眼睛建模和设计治疗计划；(2)手术显微镜，用于在激光手术过程之前帮助医生将手术激光器与患者的眼睛对接，并且还用于帮助手术过程的激光后部分、白内障摘除和人工晶状体放置；(3)OCT仪器，用于捕获眼睛内部的组织的详细解剖学特征，并为手术激光器提供瞄准位置，以及在手术的激光部分完成后提供眼睛的进一步诊断信息，从而帮助医生选择用于白内障手术的人工晶状体；(4)图像捕获装置，诸如正常或Scheimpflug布置的高分辨率CCD或CMOS相机，用于捕获眼睛的外部的解剖学特征，跟踪眼睛特征和运动，并参考术前诊断信息为手术激光器提供瞄准位置；(5)眼科手术激光器，诸如飞秒激光器和相关联的光学器件，用于根据治疗计划在眼组织中制作激光切口；以及(6)一个或多个显示单元，用于将视觉图像投影到显微镜的视野中或投影到平视显示器上。在某些实施例中，手术设备和子系统可以通过数据连接被物理集成和/或虚拟通信地集成。

图1A-E和图2A-E展示了根据本公开的特定实施例的集成式眼科手术系统的示例。图1A-E和图2A-E未按比例绘制，本领域技术人员将理解，为了简单起见，系统100包括本文未展示的附加部件。

集成式眼科手术系统100包括手术显微镜102、成像单元104和激光手术单元120，它们的部件通过有线或无线通信彼此通信联接。包括处理器和存储器(未示出)的控制单元可以通信地联接到系统100的每个部件，以有助于这些部件之间的电子通信和操作，并接收和响应用户输入。某些实施例可以包括附加部件和子系统，包括诊断仪器(例如，像差计、生物测定计、扫描源OCT等)以帮助外科医生在术前设计治疗计划，在术中评估患者，或者以其他方式提供手术指导。

手术显微镜102可以有助于在手术过程中放大患者的眼睛101的视图，并且通常可以包括目镜、中继透镜、放大/聚焦光学器件、物镜和手术观察光学器件。手术显微镜102可以包括任何合适的光学或电子部件，以用于向外科医生提供患者眼睛的视图。在某些实施例中，手术显微镜102包括高分辨率、高对比度立体观察手术显微镜。手术显微镜102的一个示例是带Q-VUE^TM的LuxOR^TMLX3眼科显微镜，可从爱尔康公司获得。手术显微镜102可以帮助外科医生在激光手术之前将手术激光器与患者的眼睛对接。手术显微镜100还可以由外科医生在手动手术过程中使用，例如手动产生切口、移除白内障或插入和定位人工晶状体。在某些实施例中，手术显微镜102可以通信地联接到系统100的其他部件，诸如激光光学头132、成像单元104的部件、和控制单元。

成像单元104安装在手术显微镜102上，所述成像单元包括OCT系统106、图像捕获系统108和显示系统110。OCT系统106、图像捕获系统108和显示系统110可以彼此通信联接，并且联接到激光光学头132和控制单元。在某些实施例中，成像单元104的部件可以与手术显微镜102完全集成，并驻留统一的壳体中。

OCT系统106可以包括光源、光束扫描仪、成像臂和参考臂。通常，光源可以生成OCT成像光束，并且光束扫描仪可以经由成像臂将OCT成像光束的一部分引导到患者眼睛101内的特定区域，并且将OCT成像光束的一部分引导到参考臂。来自患者眼睛101内特定区域的OCT成像光束的反射可以沿着与成像光束相同的光路返回到OCT系统106，并且系统106可以通过确定由成像臂接收的反射和参考臂接收的反射之间的干涉来生成特定区域的OCT图像。OCT系统106可以包括处理器、存储器和用于操纵OCT成像光束并生成2D或3D OCT图像的附加部件(未示出)。在某些实施例中，OCT系统106可以是扫频源OCT系统或谱域OCT系统。

OCT成像系统106可操作以生成患者眼睛101的现场(实时)OCT图像，并将这些图像传送给系统100的其他部件。OCT成像系统106可以捕获眼睛101内部组织的详细解剖学特征，并为激光手术单元120提供瞄准位置，以及提供诊断信息以在前段手术过程的手动阶段帮助外科医生。例如，OCT成像系统106可以在手术的激光部分完成后帮助外科医生选择、插入和定位IOL。

尽管图1-4中描绘的实施例描绘了OCT系统106，但是本公开的其他实施例可以使用替代性深度分辨成像系统，诸如超声或光声成像系统。

图像捕获系统108可以捕获眼睛101外部的解剖学特征，并参考术前诊断信息为激光手术单元120提供瞄准位置。图像捕获系统108可以包括放大和聚焦光学器件，并且可以包括一个或多个数码摄像机、行扫描检眼镜或共焦扫描检眼镜。在某些实施例中，图像捕获系统108包括正常或Scheimpflug布置的高分辨率CCD或CMOS相机。图像捕获系统108可以包括被配置为处理图像数据的处理器和存储器。例如，图像捕获系统108可以包括处理器，所述处理器被配置为执行特征检测和/或眼睛跟踪算法，以识别图像内的眼睛101的特征，并且基于对图像数据的分析，生成视觉指示符覆盖体以通过显示系统100显示给外科医生。例如，图像捕获系统108可以生成覆盖体，以帮助外科医生定位切口、IOL定位和复曲面对准。在某些实施例中，图像捕获系统108可以从手术显微镜102或OCT系统106接收图像数据，以生成患者眼睛101的图像。图像捕获系统108

显示系统110从系统100的其他部件(诸如手术显微镜102、OCT系统106、图像捕获系统108和激光手术单元120)接收图像和手术数据，并向用户显示这样的数据。在某些实施例中，显示系统110可以将显示数据输出到手术系统100中的一个或多个平视监视器，或者输出到被配置为经由显微镜102的显示屏或目镜向外科医生显示图像和数据的实时数据投影系统。如本领域技术人员所理解的，显示系统110可以包括处理器、存储器和用于生成视觉显示的任何合适的部件。

手术显微镜102实际联接到手术显微镜支架112。显微镜支架112支撑并有助于手术显微镜102和成像单元104的三维定位，以在眼科手术过程之前和期间与患者的眼睛101对准。显微镜支架112的位置可以是可锁定的，并且显微镜支架112的运动可以手动地执行或通过步进马达、伺服马达或类似的机电致动器在系统100的控制单元的指导下执行。

系统100的控制单元(未示出)可以通信地联接到手术显微镜102、OCT系统106、图像捕获系统108、显示系统100、激光手术单元120、以及系统100的其他部件，以有助于这些子系统之间的电子通信。控制单元可以包括被配置为提供本文描述的功能的处理器和存储器。例如，控制单元可以被编程为(或者可以将软件存储在存储器中，当由处理器执行时，所述软件可操作以)获得并存储预加载的手术数据和诊断数据、接收并存储由手术显微镜102、OCT系统106、图像捕获系统108、或系统100的其他部件实时获得的图像和数据，并且处理接收的图像和数据以输出信息用于显示给外科医生或手术显微镜102的控制部件、成像单元104或激光手术单元120。在某些实施例中，控制单元可以在系统100的部件之间执行校准计算和过程。在某些实施例中，控制单元可以是基于成像的激光控制器，其被配置为基于接收到的图像数据和由控制单元执行的计算，控制手术激光光学头单元132的部件(例如，扫描仪206和208)将激光束引导至眼睛101的具体组织。控制单元可以是系统100的独立部件，或者可以以任何合适的方式与系统100的其他部件集成和/或被收容。在某些实施例中，控制单元可以位于手术激光光学头132、激光器底盘122或成像单元104中，或者可以安装到手术显微镜102或显微镜支架112上。在某些实施例中，位于系统100的不同子系统中的多个通信联接的处理器模块可以一起工作，以提供本文描述的控制单元的功能。

系统100进一步包括激光手术单元120，所述激光手术单元包括如图1A-E和2A-E中所示联接的激光器底盘122、台架124、校准参考接口126、PI附接接口128、定位台130和激光光学头132。在图2A-E中，激光手术单元120联接到手术显微镜支架112。激光手术单元120、激光器底盘122、台架124、校准参考接口126、PI附接接口128、定位台130和激光光学头132可以包括多个特征和部件(为了简单起见，在此未明确讨论)，以有助于脉冲激光束的生成和递送到眼科靶。美国专利号8,414,564、8,419,721、8,500,725、8,506,559、8,764,737、8,908,739、8,920,407、9,044,303和9,054,479号中描述了用于前段手术的手术激光系统的各方面，所述专利全部内容通过援引并入本文。

激光器底盘122包括脉冲激光源，用于生成由激光光学头132引导向眼睛101的激光脉冲。在某些实施例中，激光器底盘包括飞秒激光引擎，飞秒激光引擎能够生成大约1030nm波长、800飞秒或更短的激光脉冲，脉冲能量小于20μJ并且可变重复率在50-500kHz之间。激光引擎可以包括利用飞秒振荡器、脉冲展宽器、光放大器和脉冲压缩器的啁啾脉冲放大(CPA)激光架构。在某些实施例中，振荡器可以产生飞秒脉冲或可压缩至飞秒脉冲长度的轻微展宽(啁啾)的脉冲(1-5ps)。将这种短脉冲直接光放大到所需的脉冲能量是不切实际的，因为高光峰值功率会导致放大器损坏。因此，在放大之前，脉冲可以通过脉冲展宽器在时间上展宽。脉冲持续时间可以增加100-1000倍，并且峰值功率按比例减小。这允许将脉冲放大到所需的脉冲能量而不会造成损坏。放大后，脉冲可以被脉冲压缩器压缩回飞秒持续时间。CPA激光的净色散应该接近零，因此需要仔细管理各个模块和部件的色散，包括超过群速度色散(GVD)的高阶色散项。激光器底盘122中的激光引擎可以利用体设计(自由空间)、光纤设计或混合设计。在体设计中，光主要通过作为光束的激光在自由空间(空气)中传播。在光纤激光器中，光主要被限制在光纤中，因此光纤激光器通常被称为集成激光器。混合激光器使用体模块和光纤模块的组合。如本领域技术人员所理解的，激光器底盘122可以包括用于生成手术激光束的任何合适的部件。

台架124可调节地联接到激光器底盘122。台架124支撑并有助于校准参考接口126和PI附接接口128的三维定位。台架124可以包括平移和/或旋转台的组件，以伸出、缩回、旋转、转动或以其他方式将校准参考接口126和PI附接接口128移动到与患者眼睛对接的位置，或撤回以提供用于手动手术过程的空间。台架124可以提供可锁定的位置，以固定校准基准接口126和PI附接接口128的位置。台架124的运动可以手动地执行或在系统100的控制单元的控制下通过步进马达、伺服马达或类似的机电致动器来执行。此外，台架124的平移和/或旋转台可以是重量平衡的和竖直浮动的，以提供安全缓冲并限制在对接期间施加在眼睛上的力。

校准参考接口126联接到台架124，并被配置为有助于PI附接接口128的定位，并为激光光学头132提供参考。台架124和校准参考接口126以这样的方式构造，即它们一起提供3个自由度的运动，以有助于将PI附接接口128定位到眼睛上。在某些实施例中，台架124可以被配置为用于水平方向x和竖直方向z上的线性运动，同时校准参考接口被配置为用于在正交于x和z的水平方向y上的线性运动。在其他实施例中(例如，参见图2A-E)，校准参考接口126被配置为用于围绕竖直轴线的旋转运动以及沿着x、z和的协调运动有助于将PI附接接口128定位到眼睛上。沿着x、y、z和坐标的运动可以是手动的或机动的。在某些实施例中，校准参考接口126可以包括板、搁板、梁、机械臂或其他结构。校准参考接口126可以根据设计并使用在系统100的所有位置(例如，图1A-E和2A-E中所示的位置)允许其相对薄(例如，5-20mm厚)但刚性的材料来构造。例如，校准参考接口126可以构造得具有刚性，使得光学头定位台130和激光光学头132从图1C和2C中所示的校准位置到图1D和图2D中所示的手术位置的运动不会在光学头定位台130的远端引起运动，以保持校准的有效性。校准参考接口126可以由铝、钛、碳纤维、塑料或任何合适的材料构成。

校准参考接口126可以包括在远端附近的开口或孔，以允许系统100的部件生成的成像光束和激光束穿过到达眼睛101，并且进一步可以包括在开口或孔附近或中的一个或多个参考特征或标记(例如，靶标记、十字准线、刻度等)来帮助成像单元108和/或手术显微镜102获得的图像中的特征识别。校准参考接口126可以提供对患者眼睛的机械参考，并且可以用作中间参考点。例如，系统100的某些实施例可以将眼睛与校准参考接口126校准，然后使手术激光器参考校准参考接口126，而不是(就机械位置而言)直接将患者的眼睛与手术激光器校准。

校准参考接口126可以通过台架124相对于激光器底盘122可调节地定位。例如，在第一位置，校准参考接口126可以缩回、旋转或以其他方式移动，使得其远端撤回到接近底盘122的位置以便进行预诊断过程或手动手术过程(例如，图1A、图2A、图1E、图2E)。校准参考接口126也可以伸出、旋转或以其他方式移动到第二位置，在所述第二位置，校准参考接口的远端远离底盘122，并且被定位在手术显微镜102和成像单元104的光束路径114内(例如，图1B-1D、图2B-2D)。当校准参考接口126移动到第二位置以进行校准或激光手术过程时，开口或孔可以与手术显微镜102、OCT系统106和图像捕获系统108的成像光束路径光学对准，使得成像光束可以穿过开口或孔到达眼睛101，如图3和图4中所示。在各个实施例中，校准参考接口126可以布置在第一和第二位置之间的中间位置，并且这些位置可以是可锁定的。校准参考接口126的运动可以手动执行或在系统100的控制单元的控制下通过步进电机、伺服电机或类似的机电致动器来执行。

PI附接接口128可以位于校准参考接口126的远端，并且可以被配置为接纳患者接口134以便机械对接到眼睛101。在某些实施例中，PI附接接口128被配置为接收可抛弃式患者接口134，所述可抛弃式患者接口包括接触透镜和吸附环，所述吸附环可以降低到眼睛101上，以在激光手术过程中固定眼睛。在各个实施例中，PI附接接口128可以接纳或以其他方式附接到一件式或多件式患者接口134，所述患者接口可以最初附接到眼睛101或附接接口128。PI附接接口128可以被设计成容纳任何合适(多种)类型的患者接口134。美国公开号2009/0069794和2014/0216468及美国专利号8,845,624、8,939,967、9,089,401和9,044,304中描述了用于与眼科手术激光器一起使用的示例性患者接口和PI附接接口的各方面，所述专利全部内容通过援引并入本文。PI附接接口128可以由铝、钛、碳纤维、塑料或任何合适的材料构成，并且可以附接到校准参考接口126或与所述校准参考接口集成。

定位台130联接到校准参考接口126和激光光学头132。定位台130有助于将激光光学头132定位在不同的位置，并且可以包括一个或多个平移和/或旋转台。在某些实施例中，定位台130包括重量平衡的竖直浮动台，所述浮动台被配置为限制在对接期间和在对接台处施加在眼睛101上的力。定位台130还可以用作安全缓冲器，以当对接到激光手术单元120时，在患者或手术床的偶然运动期间，给定范围并最小化眼睛101上的力。

在某些实施例中，激光光学头132安装在光学头定位台126上，所述光学头定位台被配置为相对于校准参考接口126伸出、缩回、旋转、铰接和/或转动到预定的停止位置。这种停止位置可以由机械硬止挡件、位置编码器或其他合适的机构来确定。在某些实施例中，定位台130可以被配置为将光学头单元132移动到参考接口126近端附近的第一位置，并朝向底盘122撤回(例如，图1B-C、图2B-C)。定位台130还可以被配置为将光学头单元132移动到PI附接接口128附近的参考接口远端附近的可锁定手术位置(例如，图1D、图2D)。在手术位置，光学头单元132的二向色/偏振分束器212可以光学对准，以将扫描的激光束200与手术显微镜102、OCT系统106和图像捕获系统108生成的成像光束多路复用，如图3和4中所示。用于定位激光光学头132的定位台130的运动和定位台130可以由操作者手动执行，或者在控制单元的指导下由一个或多个步进马达、伺服马达或其他机电致动器执行。

定位台130和校准参考接口126可以构造得具有刚性，从而在包括手术位置在内的不同位置支撑手术激光光学头132的重量，不在任何方向上弯曲或移动，以保持所计算的校准的有效性，而不用考虑激光光学头132的位置。

激光光学头132以所需的位置准确度、焦斑质量和速度将激光脉冲从收容在激光器底盘122中的激光引擎递送到眼睛101内的靶位置。激光光学头132通过诸如铰接臂或光纤等光束传输光学器件(未示出)光学连接到激光引擎，并且可以包括激光的接收器或光束调节器光学器件、三维激光扫描仪和聚焦光学器件。此外，激光光学头132可以包括二向色或偏振分束器，以将扫描的激光束与手术显微镜102和成像单元104的部件的一个或多个成像光束多路复用。这可以允许外科医生和控制器观察靶组织并选择治疗位置和治疗模式。可选的眼睛跟踪器可以用于辅助靶选择。在这一阶段，就在激光治疗之前，还可以执行附加校准和组织参考术前图像和诊断数据。在图3中被更详细地描述了激光光学头132的部件。

图1A-E和图2A-E展示了处于五个阶段或位置的系统100的实施例。图1A-E展示了集成式眼科手术系统100的实施例，其中激光手术单元120与手术显微镜支架112、手术显微镜102或成像单元104通信地联接而不是实际联接。在图2A-2E中，激光手术单元120与手术显微镜架112、手术显微镜102和成像单元104通信地且实际地联接。

图1A和图2A展示了布置在术前诊断位置的系统100。在图1A和图2A中，手术显微镜102和成像单元104相对于眼睛101定位和对准。为了有助于眼睛101的成像，与手术显微镜102和成像单元104的光轴重合的光束路径114被引导向眼睛101，并定位成与眼睛101相距工作距离116。眼睛101、手术显微镜102、成像单元104的相对位置通常被布置为适合外科医生用于执行手术过程的手动部分的空间需求。典型的工作距离可以在大约150mm与300mm之间。在这个阶段，操作者可以将手术显微镜102的焦点和放大率设置为他/她的优选设置，并且可以执行诊断过程。

在图1A和图2A中，显示了激光手术单元120的部件布置在待机位置。特别地，校准参考接口126和定位台130处于完全撤回的位置，如箭头所指示，以避免干扰患者和显微镜的定位。台架124和定位台130的平移和/或旋转台可以有助于定位到撤回位置。

图1B和图2B展示了布置在预对接位置准备对接到眼睛101的系统100。在这个位置，定位台130(以及因此手术光学头132)保持撤回，以避免干扰手术显微镜102和成像单元104的光路114。然而，校准参考接口126定位(手动或在控制单元的指导下)在光路114内、介于眼睛101与手术显微镜102/成像单元104之间。图1B展示了校准参考接口128可以侧向移动以背离台架124和激光器底盘122伸出的示例，如箭头所示。图2B展示了校准参考接口128可以旋转移动使得近端枢转远离台架124和激光器底盘122的示例，如箭头所示。

最初，校准参考接口126(其可以是薄的刚性板或臂)可以沿光路114定位于大致中间，以便为患者和患者接口134提供足够的空间。患者接口134可以被定位成与眼睛101和PI附接接口128联接。患者接口134可以最初附接到眼睛101或PI附接接口128；在多件式患者接口134的情况下，一部分可以最初附接到眼睛101，另一部分可以最初附接到PI附接接口128。

图1C和图2C展示了布置在对接校准位置的系统100，使得患者接口134附接到PI附接接口128并对接到眼睛101。如这些图所示，校准参考接口126可以被小心地降低并定位(手动地或在控制单元的指导下)，使得PI附接接口128、患者接口134和眼睛101接触，并且使用例如接口134上的吸附环或其它装置来使眼睛101固定不动。为了控制和限制在对接期间和对接的同时施加在眼睛101上的力，定位台130可以包括支撑激光光学头132的重量平衡的竖直浮动台。定位台130还可以设计为具有柔性安全缓冲器，以在对接时患者或手术床偶尔运动期间提供有限的运动范围，并最小化施加在眼睛上的力。

在某些实施例中，诸如图1A-1E所描绘的实施例中，成像单元104附接到手术显微镜102，成像单元和手术显微镜都由手术显微镜支架122支撑。成像单元104和手术显微镜102都没有实际联接到眼睛101或激光手术单元120。在图2A-E中描绘的实施例中，激光器底盘122联接到支撑手术显微镜102和成像单元104的手术显微镜支架122。然而，在这两种布置中，尽管成像单元104和手术显微镜102可能看起来基本上是固定的，但是它们可以不被认为是刚性地附接到激光手术单元120或眼睛101。这是因为经由臂安装在显微镜支架上的独立手术显微镜，即使未被触碰到，也容易低频(例如，大约1Hz)振动或振荡，其中振幅大于激光光学头132所要求的位置准确度(例如，大约10-50μm)。因此，在图1和图2中描绘的实施例中，从机械角度来看，激光手术单元120因此可以被认为“松散联接”到OCT系统106、图像捕获系统108、和系统100的其他部件。在这样的实施例中，可能需要校准系统100中的子系统。例如，鉴于子系统的相对运动，可能需要将激光手术单元120与OCT系统106和图像捕获系统108校准，以精确定位眼睛101上的手术激光切口。

系统100的部件之间的某些校准可以在工厂提前执行，或者在对接患者之前执行(不存在眼睛101的情况下)。例如，在OCT系统106和图像捕获单元108被收容在一起并刚性地联接的实施例中，可以在工厂确定放大比例因子和使OCT与视觉图像参考系重叠。同样，激光光学头132与OCT系统106以及图像捕获单元108之间的放大比例因子可以在工厂中执行，因为这些因子仅受到子系统到眼睛的距离的影响，所述距离可以是预先确定的或者在手术时设置。OCT系统106和图像捕获单元108单元到眼睛101的距离可以优选地在第一阶段(图1A、图1B)期间设置，在第三阶段(图1C、图2C)重新测量并验证。

然而，其他校准(诸如眼睛的对中、倾斜和环形旋转)必须在眼睛存在的情况下进行。图1C和图2C中所示的位置可以有利地有助于这种校准，而无需将激光光学头132定位在光束路径114内。在其他实施例中，校准可以在图1D和图2D中所示的手术位置上执行。

需要的校准可以使用校准参考接口126作为参考对象来确定。特别地，校准参考接口126可以伸出、旋转或以其他方式移动到光束路径114内的手术位置，使得系统的其他部件(诸如OCT系统106和图像捕获单元108)可以通过校准参考接口126对眼睛101成像，以建立参考点，所述参考点可以用于计算坐标，以在手术过程中将激光束精确扫描到靶组织。在某些实施例中，系统100的控制单元可以从OCT系统106或图像捕获系统108接收图像数据，并且可以执行识别校准参考接口126相对于眼睛101的参考点的指令。基于识别的参考点(例如，与眼睛101相关联的一个或多个地标的位置，诸如虹膜的位置、瞳孔的位置、前囊的顶点、后囊的顶点、角膜的顶点等)，控制单元可以执行测量、生成眼睛101的眼睛模型并计算和存储与眼睛101相对于校准参考接口126的偏心、倾斜和环形旋转相对应的校准变量的值。这些值可以被发送到激光手术单元120，并用于精确定位手术切口，或者可以被控制单元用来指导激光手术单元。在某些实施例中，由控制单元接收的计算的校准值，控制单元使用它们作为输入来生成激光扫描图案以指导激光手术单元。

例如，为了用图像捕获系统108校准激光光学头132，控制单元可以从图像捕获系统108接收眼睛101的一个或多个参考图像帧，其中在参考图像内能观察到校准参考接口126。系统100的控制单元可以分析接收到的参考图像并执行特征识别算法(例如，边缘检测、角检测、斑点检测、斑点提取、脊检测、尺度不变特征变换、运动检测、背景减法、帧差、光流、阈值化、模板匹配、Hough变换等)来识别眼睛101中地标的位置和/或参考接口126的特征，并且基于所计算的位置，计算眼睛101相对于校准参考接口126(或其特征)的位置和旋转角度(例如，偏心、倾斜、环形旋转)。如上所指出的，校准参考接口126可以包括被布置为出现在参考图像内以帮助特征识别过程的一个或多个参考特征，诸如靶标志、十字准线、刻度等。控制单元可以生成要提供给激光光学头132的参考坐标系，使得激光光学头132能够精确定位眼睛101上的手术切口。此外或可替代地，控制单元可以指导激光光学头132，并基于计算值精确定位手术切口。这种校准过程可以确保图像捕获系统108和激光光学头132在成像单元104的光轴外侧对准(即，在x-y方向上校准)。获取和分析参考图像可能只花费几毫秒(或更少)。

可能进一步需要在三个参考维度(例如，在x-y-z方向)上将激光光学头132与OCT系统108校准，以便例如沿着光轴将手术切口定位在眼睛101内精确的z深度，以执行撕囊或晶状体破碎手术过程(例如，在3-8mm之间)或角膜瓣切口(例如，小于1mm)。在OCT系统106和图像捕获系统108的相对位置不改变(例如，它们被收容在附接到显微镜102的相同机械壳体中)的实施例中，OCT系统106与图像捕获系统108的侧向或x-y校准可以在没有眼睛的情况下在工厂或临床地点进行。美国专利8,764,737中描述了使用预制靶图案的同时成像的这种校准技术的示例，所述专利的全部内容通过援引并入本文。

一旦OCT系统106与图像捕获系统108侧向地(x-y)校准，并且图像捕获系统108与激光光学头132侧向地校准(如上所述)，OCT系统106与激光光学头132的侧向校准是直接的数值计算，其可以由控制单元执行并存储。

进一步，通过将OCT系统106的参考臂的回位镜定位在相对于校准参考接口126和眼睛101是固定的夹具上，可以减少或消除OCT系统106在(沿着光轴的)深度校准期间的运动误差。因此，在某些实施例中，校准参考接口126(或在某些实施例中，激光光学头单元132)包括在开口或孔(在远端处)附近的镜子、透镜或其他反射靶，当校准参考接口126处于对接校准位置或手术位置时，该开口或孔与OCT系统106(收容在成像单元104中)的参考臂的成像光束路径光学地对准，如图1C-D和图2C-D所示。通过这种布置，在OCT系统106与眼睛101的校准靶之间的运动期间，OCT系统106的成像臂和参考臂的光路长度的变化同时发生相互偏移或抵消。通常，OCT系统106的轻微运动不会影响校准或测量，这可以如美国专利8,764,737中所描述的那样执行，或根据任何合适的技术执行。

因此，激光光学头132可以利用OCT系统106和图像捕获单元108生成的图像数据，所述系统和图像捕获单元安装在显微镜上以供在手术的手动部分期间使用并且未刚性地联接到激光光学头132。本公开的这一方面允许激光手术单元120利用显微镜上安装的OCT系统106和图像捕获系统108，而不是单独的专用OCT和图像捕获系统。因此，某些实施例可以减少或消除由两个并行运行的OCT系统引起的电磁(包括光学)干扰，可以通过消除对专用于激光单元的OCT系统的需求来降低手术设备的成本，并且可以减轻激光手术单元120的质量，以有助于更安全地与患者的眼睛对接。

图1D和图2D展示了布置在手术位置的系统100，其中PI附接接口128保持与眼睛101对接，并且激光光学头132定位于光束路径114内(如箭头所指示)、在手术显微镜102和成像单元104下方。如上所指出的，定位台130有助于激光光学头132的运动，所述定位台可以包括被设计为具有柔性安全缓冲器的重量平衡的竖直浮动台。定位台130可以被配置为手动地或基于控制单元的命令通过一个或多个机电马达伸出、缩回、旋转或以其他方式移动激光光学头132。在某些实施例中，定位台130被设计为将激光器光头132伸出或缩回至相对于校准参考接口126的预定位置，以保持上述校准的有效性。这种预定位置可以包括校准参考接口的远端附近的机械硬止挡件或由位置编码器测量的受控位置。

在图1D和图2D的手术位置，激光光学头132可以以所需的位置准确度、焦斑质量和速度将激光脉冲从收容在激光器底盘122中的激光引擎递送到眼睛101内的靶位置。激光光学头132可以被配置为在控制单元的指导下递送激光脉冲，所述控制单元从OCT系统106、图像捕获系统108、和/或显微镜102接收成像数据，分析所述成像数据以确定眼睛相对于附接接口128的位置，并且基于预先存储的校准数据(包括眼睛的对中、倾斜和环形旋转)计算眼睛101内的治疗位置的坐标和治疗模式。

在图1E中，参考接口126、定位台130和激光光学头132被重新定位(这里，是缩回)，以便安全地使患者接口134脱离对接，为外科医生在眼睛101上执行手动手术过程提供空间。图2E描绘了参考接口126被重新定位(在此，是旋转)到撤回位置、同时定位台130和激光光学头132被缩回以便为外科医生执行手动手术过程提供空间的实施例。

图3更详细地示出了手术激光光学头132的各个方面。特别地，激光光学头132可以通过光束传输光学器件202(诸如铰接臂或光纤(未示出))光学联接到激光引擎。激光束200通过传输光学器件202朝向激光光学头132内的接收光学器件204传输。接收光学器件204接收激光束200，并且可以包括一个或多个透镜、镜子、相机或其他合适的光学部件。接收光学器件204可以调整激光束200以获得期望的光束直径并说明任何角度或位置偏差。在某些实施例中，接收光学器件204可以包括被配置为获得并分析激光束200的直径和位置并基于实时数据控制可操纵光学器件(例如，镜子)主动使光束对准或调整其直径的相机、处理器和存储器。在某些实施例中，接收光学器件204可以包括光束调节器。

在离开接收光学器件204时，激光束200进入横向扫描仪206，所述横向扫描仪被配置为相对于光轴114侧向地(例如，在x-y方向)扫描激光束200。激光束200接着进入z向扫描仪208，所述扫描仪被配置为沿着光轴114将激光束200扫描到特定的z深度。横向扫描仪206和z向扫描仪208一起提供三维扫描，并且可以包括透镜和/或镜子的任何适当配置。示例可以包括扫描仪的任何合适的布置，包括多个x-y向扫描仪或多个z向扫描仪。在某些实施例中，z向扫描仪位于x-y向扫描仪的光学上游。在某些实施例中，具有相对有限范围的小的快速z向扫描仪位于x-y向扫描仪的光学上游，并且具有相对较大范围的较大的较慢的z向扫描仪位于x-y向扫描仪的光学下游。聚焦光学器件210可以接收来自扫描仪的激光束200，并将扫描的光束200聚焦到期望的光斑尺寸。聚焦光学器件210可以包括一个或多个透镜或其他合适的光学部件，并且在一些实施例中可以包括物镜。

此外，激光光学头132可以包括分束器212，当激光光学头132位于手术位置时(诸如图1D和图2D中所示的位置)，所述分束器与OCT系统106、图像捕获单元108和手术显微镜102光学对准。分束器212可以将激光束200、OCT系统106、图像捕获单元108和手术显微镜102的光束路径114朝向眼睛101多路复用。在某些实施例中，分束器212包括二向色或偏振分束器。分束器212和激光光学头132可以无阻碍地传输来自手术显微镜102、OCT系统106和图像捕获单元108的成像光束。因此，当激光光学头132位于图1D、图2D、图3和图4所示的手术位置时，手术显微镜102、OCT系统106和图像捕获单元108的焦点设置可能不会受到影响。外科医生可以利用由OCT系统106、图像捕获单元108、显示系统110和手术显微镜102提供的同时现场OCT和视频或视觉观测来监视激光光学头132施加的激光治疗的进展。这可以允许外科医生(和/或系统100的控制单元)在激光治疗期间连续观测眼睛101中的靶组织，并基于这些观测实时选择适当的治疗位置和治疗模式。在某些实施例中，控制单元可以基于从OCT系统106和图像捕获单元108接收的实时图像数据来帮助或选择治疗位置和模式，并且可以进一步执行眼睛跟踪算法(例如，基于眼睛101的可见眼睛特征的特征跟踪)来帮助靶选择。

图4更详细地展示了布置在手术位置(例如，图1D和图2D)的系统100的某些实施例的方面。特别地，图4描绘了显微镜组件头300，所述显微镜组件头包括用于手术显微镜102的显微镜光学器件302。与显微镜组件头300一起被收容的是OCT系统106和图像捕获单元108，所述系统包括OCT扫描仪和相关光学器件，所述图像捕获单元包括由控制单元执行的图像捕获光学器件和眼睛跟踪器304。显微镜组件头300中还包括分束器306，所述分束器多路复用由显微镜光学器件302、OCT系统106和图像捕获单元108生成的成像光束，并将多路复用的光束250引导向眼睛101。显微镜组件头300及其部件可以概念化为单个成像子系统，如在图的右侧所示。

成像子系统下方的激光子系统包括手术激光光学头132以及分束器306，所述手术激光光学头接收来自脉冲激光引擎的激光束200并通过光学器件和扫描仪来扫描并聚焦所述光束，所述分束器将扫描的激光束200与由显微镜光学器件302、OCT系统106和图像捕获单元108生成的成像光束多路复用。多路复用的光束通过校准参考接口126中的开口或孔而传输穿过患者接口134并且到眼睛101上。

如上所述，成像子系统和激光子系统可以包括一个或多个控制单元，所述控制单元被配置为控制和功能上集成显微镜光学器件302、OCT系统106、图像捕获单元108、激光光学头132、激光引擎(未示出)、光学头定位台103和/或校准参考接口126。

如图4所示，从机械角度来看，成像子系统和激光子系统是松散联接的。因此，子系统之间可能存在相对运动。例如，显微镜组件头300可以安装到手术显微镜支架112的臂上，所述手术显微镜架可以各种频率振动，其中振幅超过激光手术所要求的精度。因此，校准过程可以由控制单元执行以确定校准变量，所述校准变量可以传送到手术激光光学头132以说明眼睛101的特定位置和运动。

如图4中进一步所示，系统100的部件，包括激光光学头132、定位台130、校准参考接口126和PI附接接口128，可以装配在显微镜102和成像单元104的工作距离116内，使得可以在不移动或调整在前一次诊断或后续手动手术过程中使用的仪器的情况下执行激光手术过程。在某些实施例中，在图1D和图2D的手术位置的参考接口126和光学头单元132一起(沿着光轴114)竖直测得为大约或小于300mm。这有利地允许外科医生在术前阶段将手术显微镜102和成像单元104定位和聚焦以用于诊断目的(例如，图1A和图1B)、校准和对准激光光学头132以执行激光手术过程(例如，图1B-1D、图2B-2D)，然后将激光手术单元120的部件返回到撤回位置(例如，图1E和图2E)以执行手术过程的手动部分——而无需重新定位、重新聚焦或调整手术显微镜102、OCT系统106、图像捕获系统108或患者。这可以允许患者在手术过程开始时被定位在手术显微镜102下面，并在整个手术过程的激光和手动部分期间保持在那里，从而减少了手术过程所需的时间量。

此外，系统100的部件被设计为在单个手术室内在术前位置(例如，图1A、图2A)、激光手术位置(例如，图1D、图2D)和手动手术位置(例如，图1E、图2E)之间移动。所公开的系统配置提供了一种新颖、紧凑的布置，集成了传统上分离的子系统(通常位于不同的手术室中)并组合了部件(例如，OCT系统)以降低手术系统的成本和尺寸。在某些实施例中，系统100可以布置在单个手术室中，并且消除了在手术过程的激光部分与手动部分之间移动或重新定位显微镜或患者的需要。这可以进一步减少眼科手术过程的时间长度和成本。

图5展示了系统100的特定实施例的外形视图。图5的系统100包括附接有台架124的激光器底盘122(其坐落在轮子上)。激光器底盘122与系统的其他方面共享外壳，所述外壳收容了用户接口、控制单元和相关部件。激光器底盘122联接到台架124，所述台架支撑校准参考接口126并有助于其运动。PI附接接口128附接在校准参考接口126下方。光学头定位台130(在图5中不可见)联接到校准参考接口126的上侧，并且有助于激光光学头132沿着校准参考接口126伸出或缩回的运动。两个可调机械臂502也联接到激光器底盘122，用以支撑显示监视器505和手术显微镜臂504。手术显微镜臂504支撑手术显微镜102和连接到显微镜102的成像单元104。机械臂502和手术显微镜臂504可以包括一个或多个平移和/或旋转台，并且可以有助于显示监视器和手术显微镜102/成像单元104的独立三维运动。

在眼科手术过程中，患者可以躺着定位在激光器底盘122旁边。外科医生然后可以将手术显微镜102和成像单元104定位并与患者的眼睛对准。显微镜102和成像单元104内的OCT系统和图像捕获系统然后可以聚焦和被校准用于术前诊断过程，如上面关于图1A和图2A所讨论的。

台架124包括旋转台，使得校准参考接口126可以在不使用时朝向激光器底盘122的本体旋转，并且向外朝向患者旋转以进行激光手术过程。因此，一旦成像仪器被配置并且诊断过程完成，PI附接接口128可以被旋转，使得远端(其可以包括带有区别特征的开口或孔，如上所指出的)位于手术显微镜102/成像单元104与患者眼睛之间，如上面关于图1B和图2B所讨论的。

患者接口可以附接到PI附接接口128和/或患者的眼睛，然后校准参考接口126可以被降低以将系统与患者的眼睛对接，如上面关于图1C和图2C所讨论的。台架124是竖直可调的且是重量平衡的，使得PI附接接口128可以朝向患者的眼睛安全地降低并与患者的眼睛对接。对接过程中部件的运动可以手动进行、或通过由控制单元执行的自动过程来执行。因为在图5的实施例中，手术显微镜102和成像单元104没有刚性地联接到手术激光光学头132，所以在手术过程之前可能需要校准这样的部件。因此，一旦对接完成，外科医生可以开始校准过程，以将显微镜102和成像单元104(及其部件)与手术激光光学头132校准，如上所讨论的。在校准期间，手术激光光学头132可以朝向校准参考接口126缩回、靠近激光器底盘122的端部，或者朝向校准参考接口126的远端伸出。

一旦子系统被校准，手术激光光学头132可以经由光学头定位台130(如果需要的话)朝向校准参考接口126的远端伸出到手术位置。在手术位置，手术显微镜102和成像单元104内的OCT系统和图像捕获系统光学对准，并且那些系统的光束路径通过激光光学头132中的分束器与激光器底盘122中的激光引擎生成的脉冲激光束多路复用，如上面关于图1D、图2D、图3和图4所解释的。一旦激光手术过程完成，激光光学头132可以缩回，并且校准参考接口126可以旋转到紧凑的撤回位置，以给外科医生提供足够的空间来开始和进行手动手术过程，而无需移动患者或重新调整显微镜102、或者成像单元104中的OCT系统和图像捕获系统。

因此，本公开的实施例根据新颖的配置将手动手术过程中使用的手术显微镜和成像系统与激光手术过程中使用的激光手术单元相结合，所述新颖的配置使得外科医生能够从诊断阶段过渡到激光手术过程，然后过渡到手动手术过程，而无需移动患者，且无需在激光手术过程之后重新定位、重新聚焦或调整手术显微镜、OCT系统或图像捕获系统108。

将认识到，各种以上公开的和其他的特征和功能、及其替代方案可以按期望组合到许多其他不同的系统或应用中。还将认识到，其中的各种目前未预见或未预料到的替代方案、修改、变化或改进可以后续由本领域的技术人员做出，所述替代方案、变化和改进也旨在被所附权利要求涵盖。

Claims (15)

1.一种眼科激光手术系统，包括：

底盘，所述底盘包括被配置为生成激光脉冲的激光束的脉冲激光源；

台架，所述台架联接到所述底盘，其中，所述台架相对于所述底盘的位置是可调的；

参考接口，所述参考接口联接到所述台架，其中：

所述参考接口包括附接接口，所述附接接口被配置为联接到用于与眼睛对接的患者接口，所述附接接口位于所述参考接口的远侧部分；以及

所述参考接口被配置为移动到第一参考接口位置和第二参考接口位置，在所述第一参考接口位置，所述附接接口靠近所述底盘，在所述第二参考接口位置，所述附接接口远离所述底盘；

光学头单元，所述光学头单元联接到所述参考接口，其中：

所述光学头单元包括：

激光扫描仪，所述激光扫描仪被配置为将所述脉冲激光脉冲的激光束扫描扫描到与所述患者接口对接的眼睛的靶区域；以及

分束器，所述分束器被配置为将所扫描的脉冲激光脉冲的激光束与外部成像系统的成像光束路径多路复用；以及

所述光学头单元被配置为移动到所述参考接口的近端附近的第一光学头单元位置和所述参考接口的远端附近的作为可锁定手术位置的第二光学头单元位置。

2.如权利要求1所述的激光手术系统，其中：

所述参考接口被配置为通过以下中的至少一个移动到所述第一参考接口位置和所述第二参考位置：伸出、缩回、旋转或转动；以及

所述光学头单元被配置为通过以下中至少一个移动到所述第一光学头单元位置和所述第二光学头单元位置：伸出、缩回、旋转或转动。

3.如权利要求1所述的激光手术系统，其中，所述外部成像系统是光学相干断层扫描(OCT)成像系统或手术显微镜，并且其中，所述激光手术系统和所述外部成像系统不是刚性地联接的，使得所述激光手术系统和所述外部成像系统独立地振动或者所述激光手术系统相对于所述外部成像系统的运动大于所述激光手术系统的准确度要求。

4.如权利要求1所述的激光手术系统，其中，当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述参考接口和所述光学头单元一起沿着所述外部成像系统的光轴竖直地测得不超过300mm。

5.如权利要求1所述的激光手术系统，其中：

当所述参考接口处于所述第二参考接口位置时，所述附接接口与所述外部成像系统的成像光束路径光学地对准；以及

当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述分束器与所述外部成像系统的所述成像光束路径光学对准。

6.如权利要求1所述的激光手术系统，其中，所述参考接口结构包括臂、搁板或板。

7.如权利要求1所述的激光手术系统，进一步包括通信地联接到所述光学头单元和所述外部成像系统的控制单元，所述控制单元包括处理器，所述处理器被配置为：

从所述手术显微镜和所述外部成像系统接收成像数据；

基于所述接收到的成像数据，确定所述眼睛相对于所述附接接口的位置；以及

基于所述确定的位置，控制所述光学头单元将所述脉冲激光脉冲的激光束扫描到所述眼睛的靶区域。

8.一种眼科手术系统，包括：

手术显微镜，所述手术显微镜被配置为生成眼睛的图像；

光学相干断层扫描OCT成像系统，所述光学相干断层扫描成像系统被配置为生成所述眼睛的OCT图像，其中，所述OCT成像系统与所述手术显微镜集成并光学地对准；

图像捕获单元，所述图像捕获单元被配置为接收和处理由所述手术显微镜和所述OCT成像系统生成的图像；

激光手术系统，所述激光手术系统包括：

底盘，所述底盘包括被配置为生成激光脉冲的激光束的脉冲激光源；

台架，所述台架联接到所述底盘，其中，所述台架相对于所述底盘的位置是可调的；

参考接口结构，所述参考接口结构联接到所述台架，其中：

所述参考接口包括附接接口，所述附接接口被配置为联接到用于与眼睛对接的患者接口，所述附接接口位于所述参考接口的远侧部分；以及

所述参考接口被配置为移动到第一参考接口位置和第二参考接口位置，在所述第一参考接口位置，所述附接接口靠近所述底盘，在所述第二参考接口位置，所述附接接口远离所述底盘并且与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径光学地对准；

光学头单元，联接到所述参考接口，其中：

所述光学头单元包括：

激光扫描仪，所述激光扫描仪被配置为将所述脉冲激光脉冲的激光束扫描到与所述患者接口对接的眼睛的靶区域；以及

分束器，所述分束器被配置为将所扫描的脉冲激光脉冲的激光束与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径多路复用；以及

所述光学头单元被配置为移动到所述参考接口的近端附近的第一光学头单元位置和所述参考接口的远端附近的作为可锁定手术位置的第二光学头单元位置；以及

控制单元，所述控制单元通信地联接到所述光学头单元和所述图像捕获单元，所述控制单元包括处理器，所述处理器被配置为：

从所述手术显微镜和所述图像捕获单元接收成像数据；以及

基于所述接收到的成像数据，确定所述眼睛相对于所述附接接口的位置；以及

基于所述确定的位置，控制所述光学头单元将所述脉冲激光脉冲的激光束扫描到所述眼睛的靶区域。

9.如权利要求10所述的激光手术系统，其中：

所述参考接口被配置为通过以下中至少一个移动到所述第一参考接口位置和所述第二参考位置：伸出、缩回、旋转或转动；以及

所述光学头单元被配置为通过以下中至少一个移动到所述第一光学头单元位置和所述第二光学头单元位置：伸出、缩回、旋转或转动。

10.如权利要求10所述的眼科手术系统，其中，当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述分束器与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径光学地对准。

11.如权利要求10所述的眼科手术系统，其中，所述分束器被配置为将所述激光束与所述手术显微镜和所述OCT成像系统的成像光束路径多路复用，而不改变所述手术显微镜或所述OCT成像系统的焦点或位置。

12.如权利要求10所述的眼科手术系统，其中，所述激光手术系统和所述OCT成像系统未刚性地联接，使得所述激光手术系统和所述OCT成像系统独立地振动，或者所述激光手术系统相对于所述OCT成像系统的运动大于所述激光手术系统的准确度要求。

13.如权利要求1所述的激光手术系统，其中，当所述光学头单元处于所述第二光学头单元位置时，所述参考接口和所述光学头单元一起沿着所述OCT成像系统的光轴竖直地测得不超过300mm。

14.如权利要求10所述的激光手术系统，其中，所述光学头单元被配置为移动到所述第二光学头单元位置并且使所述激光扫描仪将所述脉冲激光脉冲的激光束扫描到与所述患者接口对接的眼睛的靶区域而无需移动或改变所述手术显微镜或OCT成像系统的工作距离。

15.如权利要求10所述的激光手术系统，其中，所述控制单元的处理器进一步被配置为基于所述眼睛相对于所述附接接口的确定位置来计算所述眼睛的对中、倾斜和环形旋转。