專利名稱：預(yù)測性眼科矯正的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及關(guān)于眼睛缺陷的矯正的技術(shù)和商業(yè)方案。尤其是，本發(fā)明描述了為視力疾病的治療性眼科矯正提供預(yù)測結(jié)果的系統(tǒng)、指令和方法。本發(fā)明意在通過視力矯正程序使患者具有更高程度的視覺質(zhì)量。
背景技術(shù)：
有相當(dāng)多比例的人患有視力缺陷，通常稱之為近視和遠(yuǎn)視，有時(shí)伴有稱為散光的缺陷。近視和遠(yuǎn)視是由被稱為散焦的低階光學(xué)像差所導(dǎo)致的。單純散光同樣也是低階光學(xué)像差。簡言之，完全的近視眼將所有的入射平行光聚焦于視網(wǎng)膜之前的一點(diǎn)上；完全的遠(yuǎn)視眼將所有的入射平行管聚焦于視網(wǎng)膜之后的一點(diǎn)上；而單純散光將某些光聚焦于一水平線上，某些光聚焦于一垂直線上，所述水平線和垂直線距離視網(wǎng)膜一定距離。
很長時(shí)間以來，醫(yī)師們嘗試著精確測量這些缺陷，并且用眼鏡、隱形眼鏡、其它裝置和/或方法進(jìn)行矯正。人們已經(jīng)研究出并且還在繼續(xù)研究通用的治療方法，這些方法采用適當(dāng)?shù)募す馐?通常為波長193nm的受激準(zhǔn)分子激光器)對(duì)暴露的角膜表面的測定體積部分進(jìn)行光切削(photoablate)，從而改變角膜的形狀，對(duì)入射光重新聚焦。光切削屈光外科手術(shù)例如準(zhǔn)分子激光角膜切削術(shù)(PRK)、激光原位角膜磨鑲術(shù)(LASIK)以及激光角膜上皮磨鑲術(shù)(LASEK)，對(duì)上述光缺陷進(jìn)行矯正。
現(xiàn)在，人們可以利用先進(jìn)的診斷技術(shù)，例如波前傳感器，對(duì)公知的高階光學(xué)像差進(jìn)行精確測量。這些高階像差來自于眼睛的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的缺陷(而不僅僅是畸形的角膜表面)，而且通過減少銳度和/或?qū)Ρ让舾卸龋瑢?dǎo)致差的視覺質(zhì)量，引起眩目、差的低照度視力以及以其它方式導(dǎo)致差的視覺質(zhì)量。并不令人吃驚的是，設(shè)備制造商和醫(yī)師們利用技術(shù)、儀器和裝置，以及治療方法對(duì)此做出響應(yīng)，這些技術(shù)、儀器和裝置以及治療方法嘗試著將視力矯正至理論限值20/8(公知的優(yōu)良視力——supervision)或者，在實(shí)踐中通過消除、最小化或平衡上述像差，或者以另外的方式將他們的注意力放在更高階的缺陷上，從而優(yōu)化視覺質(zhì)量。
出于大量已知和未發(fā)現(xiàn)的原因，定制的光切削屈光外科手術(shù)和定制的透鏡應(yīng)用包括隱形眼鏡、內(nèi)嵌(inlay)、外嵌(onlay)以及眼內(nèi)透鏡置入(IOL)等的預(yù)期結(jié)果均是令人難以捉摸的。研究人員集中研究眼睛的結(jié)構(gòu)和生理學(xué)，以及復(fù)雜精密的模型，以更好地了解視力缺陷矯正的動(dòng)力學(xué)。感興趣的讀者可以參見Cynthia Roberts博士撰寫的一篇文章，The cornea is not a piece of plastic(角膜并非一塊塑料)，Jour.Ref.Surg.，16，第407-413頁(2000年7月/8月)。Roberts博士假設(shè)如果角膜類似于一片均質(zhì)塑料，則被稱為放射狀角膜切開術(shù)(RK)的程序?qū)⒉豢赡芷鹱饔茫驗(yàn)閷?duì)結(jié)構(gòu)變化切開的生物力學(xué)響應(yīng)將不會(huì)發(fā)生。(RK是一種設(shè)計(jì)用于通過采用一系列類似于輪輻的切口使角膜變平，來矯正近視的外科手術(shù)方法)。屈光性視力矯正領(lǐng)域的技術(shù)人員越來越相信眼睛特別是角膜的生物力學(xué)(眼睛對(duì)侵入性刺激的生物動(dòng)力學(xué)響應(yīng))對(duì)激光視力矯正的結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。Roberts同樣還報(bào)道了僅僅由于在激光切削之前的角膜切削術(shù)(瓣?duì)钋邢?引起的前角膜幾何形態(tài)的改變。根據(jù)Roberts，角膜對(duì)侵入性刺激的生物力學(xué)響應(yīng)，例如在LASIK之前的角膜切削術(shù)或在PRK方法中激光對(duì)角膜薄層的切口，可以通過將角膜想象為并非是一塊塑料，而是一系列疊加的橡膠帶(薄層)，而且每層之間具有海綿(填充以細(xì)胞外基質(zhì)的層板間隙)來解釋。這些橡膠帶假設(shè)處于拉伸狀態(tài)，這是由于眼內(nèi)壓力從下方推擠它們，而且端部被角膜緣緊緊固定。每個(gè)海綿中的水含量取決于每個(gè)橡膠帶的拉伸程度。拉伸越大，海綿中擠出的水越多，從而層板間隔就越小；也就是說，角膜變平。這樣，改變了角膜形狀的激光外科手術(shù)行為本身，可以改變角膜的生物結(jié)構(gòu)，其效果是你所看到的并不是你所得到的。Sarver的美國專利申請(qǐng)公開2002/0103479A1中討論了利用在迭代分析中采用外科手術(shù)結(jié)果對(duì)視力矯正方法的可預(yù)測性進(jìn)行優(yōu)化，從而得到優(yōu)化的治療結(jié)果。公開的PCT申請(qǐng)WO 00/45759中討論了在所采用的光切削激光系統(tǒng)和眼睛的傷口愈合響應(yīng)之間的相互作用，并得出結(jié)論，即必須在策尼克(Zernike)系數(shù)和策尼克多項(xiàng)式之和中插入范圍為±1000x的矯正因子(“捏造因子”——fudge factor)，從而解釋眼睛的愈合響應(yīng)。公開的美國專利申請(qǐng)US 2002/0007176A1中討論了基于來自患者眼睛的平面波和測量的波前之間的光路差，經(jīng)修正的多項(xiàng)式形式的放射狀相關(guān)切削效率。在很多例子中，外科醫(yī)生根據(jù)他們個(gè)人的列線圖(nomogram)對(duì)生產(chǎn)商的治療曲線進(jìn)行修改，其通常只提供功率偏移矯正。但是，這種個(gè)人修改通常是基于相對(duì)較少的患者和方法的樣品量，因此可能達(dá)不到通用的實(shí)用性和最優(yōu)化。題目為“Method andApparatus for Automated Simulation and Design of Corneal RefractiveProcedures”(角膜屈光療法的自動(dòng)模擬和設(shè)計(jì)的方法和裝置)的美國專利5,891,131中描述了一種計(jì)算機(jī)化有限元方法，其模擬響應(yīng)于角膜切口和/或角膜切削療法的患者特定的角膜變形。該專利提供了這種類型方法的一個(gè)總的框架，但是沒有解決優(yōu)化預(yù)測分析的問題。Datye在1994年的論文中闡述了對(duì)用于模擬對(duì)人角膜施加的屈光外科療法的有限元方法的綜述，其中得出結(jié)論，需要作進(jìn)一步的工作對(duì)分析進(jìn)行改進(jìn)，并將在角膜模型中非常重要的其它影響和現(xiàn)象包括在內(nèi)。所有這些努力突出了生產(chǎn)商和醫(yī)師們對(duì)切削算法或列線圖進(jìn)行改進(jìn)和定制，從而更加精確地預(yù)測和達(dá)到所需要的屈光結(jié)果的嘗試。但是，很明顯表示理想視力、優(yōu)良視力、屈光正常、或最佳視覺質(zhì)量，不論由何種名稱表示的難題仍然沒有解決。例如，誘發(fā)的球面像差和其它高階像差是公知的常規(guī)LASIK手術(shù)后效應(yīng)，其導(dǎo)致殘存的視力缺陷，以及未達(dá)最佳的視力。但是，這些治療誘發(fā)的像差的原因以及消除對(duì)生產(chǎn)商和醫(yī)師們來說同樣是一個(gè)挑戰(zhàn)。
鑒于上述發(fā)展，本申請(qǐng)的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到需要有利于得到眼睛治療方法的最佳結(jié)果的硬件、軟件以及方法，尤其是光切削屈光視力矯正，以及，可替換地，定制的眼光學(xué)系統(tǒng)，從而使視覺質(zhì)量達(dá)到最佳，令患者更滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于為所建議的治療性眼科矯正提供預(yù)測結(jié)果的裝置和方法，所述治療性眼科矯正包括光切削屈光外科手術(shù)以及定制的眼科光學(xué)系統(tǒng)，所述裝置和方法支持交易模型(transactional model)以提供預(yù)測結(jié)果。目前為止的大量臨床研究的回顧提示，沒有一個(gè)單獨(dú)的因素或簡單的因素組合可以解釋計(jì)算的或所需的光切削屈光結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間的差異，而且它們也不是結(jié)果可預(yù)測的。換言之，不能確保用于治療今天的近視患者的外科方法/技術(shù)或切削算法在用于明天的類似近視患者時(shí)能夠產(chǎn)生同樣的結(jié)果。但是，己進(jìn)行的一項(xiàng)有意思的觀察是，光切削屈光外科手術(shù)在所有方面的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)生更好的治療(矯正)結(jié)果。因此，本發(fā)明的實(shí)施例涉及采用優(yōu)化的理論和歷史、確定結(jié)果的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生最佳的預(yù)測性指令(例如，視區(qū)大小、角膜切削深度、驅(qū)動(dòng)治療激光的切削算法，等等)，供醫(yī)師采用，以優(yōu)化所建議的視力缺陷矯正的結(jié)果。為了進(jìn)行闡述，假設(shè)在1000個(gè)近視矯正療法的過程中，外科醫(yī)生將所有被認(rèn)為影響療法結(jié)果的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)的統(tǒng)計(jì)分析程序中。這些參數(shù)可能包括例如，患者特征信息(例如，屈光度、個(gè)人傳記(biographical)、文化(cultural)等等)，醫(yī)師技術(shù)(列線圖、歷史結(jié)果數(shù)據(jù)等等)，設(shè)備規(guī)格(例如，激光構(gòu)造、模型以及操作參數(shù)、軟件版本、診斷檢查的原理等等)，診斷方法(例如，像差測量、基于仰角的局部解剖、超聲、OTC等等)，周圍環(huán)境條件(例如，溫度、濕度和時(shí)間等等)，以及其它沒有列出而且不受局限的因素。所述計(jì)算機(jī)程序可以分析這一歷史輸入數(shù)據(jù)從而確定，例如，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上重要的參數(shù)以及它們與以往成功治療結(jié)果的關(guān)系。對(duì)于今天的具有已知近視缺陷的病人#1001，外科醫(yī)生可以通過手動(dòng)或自動(dòng)裝置輸入新的預(yù)期相關(guān)參數(shù)。而計(jì)算機(jī)反過來可以根據(jù)其可以使用的優(yōu)化的理論和歷史信息，分析所述信息，并產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果的指令，例如，定制的激光切削發(fā)射輪廓(laser ablation shotprofile)算法，例如，驅(qū)動(dòng)治療激光系統(tǒng)，預(yù)測對(duì)經(jīng)測量的缺陷進(jìn)行矯正的最佳結(jié)果。
根據(jù)對(duì)本發(fā)明的這一舉例描述，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是關(guān)于為所建議的治療性眼科矯正提供預(yù)測結(jié)果的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括收集和傳送站(或平臺(tái))以接收多個(gè)預(yù)期影響治療結(jié)果的信息(在光切削外科手術(shù)的非限制性情況下，為手術(shù)前數(shù)據(jù))，所述信息至少與患者和/或醫(yī)師和/或診斷測量和/或治療條件，和/或環(huán)境條件有關(guān)，并將所述多個(gè)信息傳送至計(jì)算站。所述計(jì)算站可以接收多個(gè)信息，存儲(chǔ)大量的來自對(duì)預(yù)期影響治療結(jié)果的理論和歷史信息的優(yōu)化分析的歷史治療結(jié)果信息，所述預(yù)期影響治療結(jié)果的理論和歷史信息至少與患者和/或醫(yī)師和/或診斷測量，和/或治療條件，理論治療方案，實(shí)際結(jié)果數(shù)據(jù)，和/或環(huán)境條件有關(guān)，然后提供經(jīng)分析的輸出結(jié)果，所述輸出結(jié)果為用于獲取改進(jìn)的治療性眼科矯正的最佳的預(yù)測指令。在該實(shí)施例的一個(gè)方面，所述收集和傳送站可以是一計(jì)算機(jī)站，所述計(jì)算機(jī)站通過硬件和/或軟件手段與各種診斷裝置(例如，波前傳感器、形貌測量儀(topographer)、測厚計(jì)、眼壓計(jì)等等)中的任意一種、治療系統(tǒng)(例如，準(zhǔn)分子激光器、定制眼科透鏡平臺(tái)，等等)、手術(shù)室“氣象站”相連接，和/或?yàn)獒t(yī)師提供輸入其它預(yù)期的新的相關(guān)數(shù)據(jù)的裝置。在根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例以及其它實(shí)施例中，可以通過各種儀器和手段自動(dòng)收集全部或某些新的影響結(jié)果的信息，并傳送至所述計(jì)算裝置，或由醫(yī)師、助手或患者經(jīng)鍵盤或其它公知裝置進(jìn)行手動(dòng)輸入。
在本發(fā)明的不同方面，所述計(jì)算站可以是當(dāng)?shù)氐霓k公室間的系統(tǒng)的一部分，或者可替換地，其可以是網(wǎng)絡(luò)上的，和/或基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程服務(wù)器?？梢酝ㄟ^基于波導(dǎo)的或無線裝置，或通過便攜式介質(zhì)例如CD或磁盤，來促進(jìn)向所述計(jì)算站傳送以及從其進(jìn)行傳送。一個(gè)較為有利的傳送介質(zhì)為安全的因特網(wǎng)傳送。
用于執(zhí)行理論和實(shí)際歷史治療結(jié)果的優(yōu)化分析以及新信息的分析，以便產(chǎn)生并提供最佳的預(yù)測指令的軟件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以采用不同的方法。優(yōu)選的但不是限制性的例子包括統(tǒng)計(jì)分析(例如，多元線性回歸)、多維矢量(矩陣)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及有限元分析(FEA)。數(shù)據(jù)庫可以由例如單個(gè)醫(yī)師數(shù)據(jù)、FDA臨床數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)更新的第三方結(jié)果集、制造商的臨床數(shù)據(jù)等等組成。計(jì)算機(jī)站，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，診斷裝置，治療裝置，以及接口硬件和軟件本身并不構(gòu)成本發(fā)明的組成部分，這是因?yàn)樗鼈兙仟?dú)立的可以得到的組件。
可替換地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是關(guān)于在對(duì)于終端用戶控制的裝置來說可交付使用的手段中實(shí)現(xiàn)的可執(zhí)行的指令，其可用于為治療性眼科矯正提供預(yù)測結(jié)果。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是關(guān)于一種眼科診斷和/或治療系統(tǒng)，包括診斷和/或治療組件，以及具有顯示器和選擇裝置的圖形用戶界面(GUI)，所述選擇裝置有利于選擇所收集的信息，用于利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所提供的或者由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的優(yōu)化歷史信息進(jìn)行分析，從而得到所建議的視力矯正過程。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例描述了提供用于建議的眼科治療矯正的預(yù)測結(jié)果的方法。所述方法包括以下步驟收集大量的影響治療結(jié)果的新的信息，“新”信息至少包括關(guān)于患者的眼科缺陷信息；將該新信息提供至計(jì)算平臺(tái)，所述平臺(tái)含有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括針對(duì)所確定的眼科缺陷的優(yōu)化的理論和實(shí)際歷史治療結(jié)果信息；以及，通過所述計(jì)算平臺(tái)，基于對(duì)所述新的影響治療結(jié)果的信息結(jié)合歷史結(jié)果信息的分析，產(chǎn)生針對(duì)所確定的眼科缺陷的所建議的矯正治療的預(yù)測性最佳指令。本實(shí)施例的優(yōu)選方面描述了一種方法，該方法提供了作為商業(yè)模型的基于費(fèi)用或交易的預(yù)測結(jié)果。
在描述的所有實(shí)施例中，優(yōu)選的優(yōu)化方案包括或者是統(tǒng)計(jì)分析、矩陣分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者是與角膜超結(jié)構(gòu)模型(CUSM)結(jié)合的FEA。優(yōu)選的診斷站包括像差測量儀，例如，ZywaveTM波前分析儀，以及Orbscan角膜分析儀(博士倫公司，羅徹斯特，紐約)；優(yōu)選的治療站包括193nm飛點(diǎn)準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)，例如Technolas 217ZTM準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Planoscan或ZylinkTM軟件平臺(tái)(博士倫公司，羅徹斯特，紐約)；優(yōu)選的治療方法為LASIK；以及優(yōu)選的最佳預(yù)測指令為用于驅(qū)動(dòng)激光器的經(jīng)修正的定制切削算法；然而，本發(fā)明并不局限于上述本文所描述的內(nèi)容。
通過以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它方面將更加清楚。但是，應(yīng)該理解，以下詳細(xì)描述和特定例子用于指示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其僅僅是舉例說明，因?yàn)榛谶@里的說明、附圖以及所附的權(quán)利要求，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)各種改變和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。


圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的示例性LASIK系統(tǒng)的框圖；圖4為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的框圖/流程圖；圖5為顯示用于92只眼睛的臨床研究組的手術(shù)前的高階(第3、第4和第5策尼克階)像差的分布的圖表；圖6為顯示隨時(shí)間變化的LASIK誘發(fā)的高階像差的RMS值的圖；圖7為顯示隨時(shí)間變化的LASIK誘發(fā)的高階像差的RMS值的圖，但是沒有球面像差；圖8為基于線性回歸分析的圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LASIK之后的球面像差的預(yù)測值對(duì)觀察值；圖9為基于線性回歸分析的圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LASIK之后的球面像差的預(yù)測值對(duì)觀察值；圖10為說明本發(fā)明的與硬件相關(guān)的實(shí)施例的圖；圖11為涉及基于數(shù)據(jù)的訓(xùn)練的簡單神經(jīng)計(jì)算模型的示意圖；圖12為顯示基于網(wǎng)絡(luò)的模型的實(shí)現(xiàn)，用于結(jié)果分析和切削圖形確定的圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的商業(yè)模型體系的框圖；圖14為說明角膜的覆蓋性原纖維層的示意圖；圖15為說明本發(fā)明的說明書中所采用的固定項(xiàng)的示意圖；圖16為影響眼睛的壓力的圖表；圖17為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的眼睛的有限元模型的計(jì)算機(jī)模擬；圖18為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的有限元網(wǎng)格的計(jì)算機(jī)模擬；圖19為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的有限元模型的分層實(shí)體單元的計(jì)算機(jī)模擬；
圖20為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的有限元模型的分層單元的二維示意圖；圖21為與顯示分離部分的圖19類似的分層實(shí)體單元的計(jì)算機(jī)模擬；圖22為根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施例的流程圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變平的角膜的計(jì)算機(jī)模擬剖面圖；圖24為圖23中變平區(qū)域的特寫圖。
具體實(shí)施例方式
附圖1描述了系統(tǒng)100，該系統(tǒng)100用于為建議的眼科治療矯正提供預(yù)測結(jié)果指令。結(jié)果優(yōu)選地通過定制的LASIK治療實(shí)施，從而對(duì)引起患者眼睛120的視力缺陷的低階和高階像差進(jìn)行矯正，或例如用于偏心切除的常規(guī)再治療。但是，應(yīng)該理解的是，數(shù)據(jù)的捕獲、反饋和分析并不將本發(fā)明僅僅限制在LASIK；相反，本發(fā)明的策略和實(shí)施適用于例如PRK和LASEK，以及常規(guī)眼科光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能，包括隱性眼鏡、IOL、內(nèi)嵌、外嵌。圖中所示的收集和傳送站102為波前傳感器的形式。該波前傳感器102測量患者眼睛120的手術(shù)前光學(xué)偏差，優(yōu)選至策尼克階的第五階，在某些情況下為策尼克階的第7階，或其等效物。本身并不是本發(fā)明一部分的波前傳感器的例子參見Williams等人的美國專利申請(qǐng)No.5,777,719，在適用的專利法和實(shí)施細(xì)則的允許范圍內(nèi)，本文引用并結(jié)合所述申請(qǐng)的全文。從例如在2001年4月28日提交的共同擁有的未決美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/284644中描述的波前傳感器數(shù)據(jù)也可獲得患者眼睛的顯性折射(manifest refraction)。顯性折射數(shù)據(jù)和高階像差數(shù)據(jù)代表了與病人有關(guān)的影響治療結(jié)果的預(yù)期信息105的子集。箭頭104代表了其它例如與醫(yī)師、其它診斷測量、治療條件、和/或環(huán)境條件有關(guān)的影響治療結(jié)果的預(yù)期數(shù)據(jù)。舉例來說，醫(yī)生可能希望輸入個(gè)人列線圖信息、與類似于現(xiàn)在測量的視力缺陷的以往結(jié)果數(shù)據(jù)、以及關(guān)于將被用于矯正患者視力缺陷的波前傳感器和激光器(治療裝置)的構(gòu)造和模型及其操作原理信息、手術(shù)室環(huán)境條件，或任何其它預(yù)計(jì)可影響定制的光切削外科手術(shù)結(jié)果的信息。作為進(jìn)一步的例子，醫(yī)師可能希望對(duì)外科手術(shù)后的球面(以及其它)像差進(jìn)行優(yōu)化從而提高低照度視覺質(zhì)量，并因此，將包括手術(shù)前的球面像差作為特定的輸入?yún)?shù)。
該信息105(104)的全部被人工或自動(dòng)地輸入至收集和傳送平臺(tái)102，或由收集和傳送平臺(tái)102收集，并作為如103所示的“新”信息傳送至計(jì)算站110。可以通過公知裝置進(jìn)行傳送103，所述裝置包括但不限于直接、通過因特網(wǎng)、電話數(shù)據(jù)傳送、無線通信、通過CD、磁盤等等。同樣，計(jì)算站110可以本地設(shè)置，例如位于醫(yī)生的器具內(nèi)，或遠(yuǎn)程設(shè)置。無論如何，所述計(jì)算站可以從其它來源接收新的或歷史性的輸入數(shù)據(jù)，如箭頭106所示，以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
計(jì)算站110優(yōu)選在三個(gè)功能能力范圍內(nèi)工作。其中一個(gè)能力是接收如上所述的“新”的預(yù)期影響治療結(jié)果的信息105。第二個(gè)能力是，所述計(jì)算站包括存儲(chǔ)介質(zhì)，例如磁盤空間，和適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(下面將要描述)，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括和/或可以產(chǎn)生優(yōu)化的理論和實(shí)際的治療結(jié)果歷史信息112。該歷史信息源自對(duì)實(shí)際歷史數(shù)據(jù)、預(yù)期影響治療結(jié)果的信息，以及與患者、醫(yī)師、診斷、治療、環(huán)境條件等有關(guān)的理論外科方案的優(yōu)化分析。例如，醫(yī)師可能已經(jīng)進(jìn)行了1000個(gè)先前的LASIK治療程序。對(duì)患者的經(jīng)測量的視力缺陷進(jìn)行矯正的每個(gè)療法涉及在特定診斷裝置的輔助下得到的特定診斷量度、具有可能經(jīng)外科醫(yī)生個(gè)人列線圖修正的切削模式驅(qū)動(dòng)算法的特定激光系統(tǒng)，以及產(chǎn)生角膜瓣的特定角膜切削術(shù)(LASIK)。每個(gè)患者具有指示年齡、種族、性別等的簡介。周圍手術(shù)室條件提供了每個(gè)手術(shù)進(jìn)行的環(huán)境。每個(gè)治療手術(shù)均通過結(jié)果(在測量的隨后期間內(nèi)的手術(shù)后結(jié)果)而特征化，其中該結(jié)果已知或預(yù)計(jì)地受到某些或全部上述變量以及其它變量的影響。通過對(duì)新輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合優(yōu)化的歷史數(shù)據(jù)和之前的經(jīng)優(yōu)化的對(duì)所建議的治療方法(理論外科手術(shù)方案)的指令，可以確定預(yù)測結(jié)果的治療關(guān)系。當(dāng)提供與第1001個(gè)治療程序有關(guān)的“新”信息用于結(jié)合存儲(chǔ)的歷史結(jié)果信息112，114’進(jìn)行分析時(shí)，計(jì)算站110可以在其第三功能能力內(nèi)向醫(yī)師118(或向激光器系統(tǒng))輸出(114所示)最佳的預(yù)測指令116，用于促進(jìn)對(duì)患者眼科缺陷的優(yōu)化矯正。這一預(yù)測性最佳指令優(yōu)選為定制的算法，用于驅(qū)動(dòng)光切削裝備和程序，但是還可以包括其它與所述治療程序有關(guān)的優(yōu)化信息，例如LASIK角膜瓣厚度和/或視區(qū)大小。
根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生預(yù)測性最佳指令116的方法包括不同的優(yōu)選實(shí)施例。第一實(shí)施例利用例如多元線性回歸，來提供實(shí)際和理論歷史結(jié)果數(shù)據(jù)112，114’的統(tǒng)計(jì)分析，其可以隨后被用于與新輸入數(shù)據(jù)104，105結(jié)合使用。這一實(shí)施例的基礎(chǔ)在下文中參照?qǐng)D5-9進(jìn)行了闡述。圖5顯示了在來自臨床研究樣品組的92個(gè)手術(shù)前眼睛中的在本文中被稱為高階像差(第三、四、五階策尼克)的分布。如圖所示，第3階像差(Z3xy)代表了正常人群中大多數(shù)手術(shù)前的波前像差，其中(負(fù)的)球面像差(Z400)也非常明顯。常規(guī)LASIK治療的一個(gè)常見效應(yīng)是誘發(fā)產(chǎn)生高階像差，特別是球面像差，其可以解釋在低光度條件下的視覺質(zhì)量減弱。圖6顯示了46個(gè)進(jìn)行Planoscan(博士倫公司，羅徹斯特，紐約，美國)LASIK治療的眼睛和46個(gè)進(jìn)行Zyoptix(博士倫公司，羅徹斯特，紐約，美國)LASIK治療的眼睛在手術(shù)前以及在手術(shù)后三個(gè)一個(gè)月的間隔內(nèi)測量的(RMS)高階像差。Planoscan是指常規(guī)的(散焦、散光)LASIK治療算法；Zyoptix是指與Zylink(博士倫公司，羅徹斯特，紐約，美國)軟件平臺(tái)結(jié)合的定制LASIK治療算法，所述軟件設(shè)計(jì)用于矯正經(jīng)測量的手術(shù)前波前像差。圖7的圖形類似于圖6，除了其中除去了球面像差項(xiàng)(Z400)，其目的是僅僅顯示其它第3、4和5階策尼克項(xiàng)的貢獻(xiàn)。
采用所有手術(shù)前第3階和第4階策尼克系數(shù)進(jìn)行逐步多元線性回歸，以研究手術(shù)后球面像差和手術(shù)前量度之間關(guān)系的預(yù)測性質(zhì)；尤其是，為了預(yù)測三個(gè)不同瞳孔大小的經(jīng)Zyoptix和Planoscan治療的三個(gè)月球面像差(Z400)，所述瞳孔大小分別為5.0mm，6.0mm，7.0mm。對(duì)于經(jīng)Zyoptix治療的眼睛和5.0mm瞳孔(n＝51)，所述關(guān)系為3個(gè)月的Z400＝手術(shù)前Z400*0.387686+手術(shù)前Z200*0.034882+0.023291其相關(guān)系數(shù)為r＝0.75。對(duì)于經(jīng)Zyoptix治療的眼睛和6.0mm瞳孔(n＝46)，所述關(guān)系為3個(gè)月的Z400＝手術(shù)前Z400*0.501336+手術(shù)前Z200*0.052621+0.042704其相關(guān)系數(shù)為r＝0.80。對(duì)于經(jīng)Zyoptix治療的眼睛和7.0mm瞳孔(n＝23)，所述關(guān)系為3個(gè)月的Z400＝手術(shù)前Z400*0.356462+手術(shù)前Z200*0.070921+0.068812其相關(guān)系數(shù)為r＝0.72。圖8顯示了對(duì)于6.0mm的瞳孔，觀察值和采用這一方程的預(yù)測值之間具有很強(qiáng)的一致性。對(duì)于經(jīng)Planoscan治療的眼睛以及5.0mm瞳孔，n＝52，所述關(guān)系為3個(gè)月的Z400＝手術(shù)前Z400*0.933579+手術(shù)前Z200*0.023760+0.004549其相關(guān)系數(shù)為r＝0.84。對(duì)于經(jīng)Planoscan治療的眼睛和6.0mm瞳孔，n＝46，所述關(guān)系為3個(gè)月的Z400＝手術(shù)前Z400*0.745150+手術(shù)前Z200*0.037653-0.020633其相關(guān)系數(shù)為r＝0.84。對(duì)于經(jīng)Planoscan治療的眼睛和7.0mm瞳孔，n＝23，所述關(guān)系為3個(gè)月的Z400＝手術(shù)前Z400*0.638732+手術(shù)前Z200*0.055682-0.069077其相關(guān)系數(shù)為r＝0.81。圖9顯示了采用該方程的6.0mm瞳孔數(shù)據(jù)，在觀察值和預(yù)測值之間具有很強(qiáng)的一致性。因此，結(jié)合經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析的“歷史”信息(瞳孔大小、手術(shù)后球面像差和散焦)對(duì)新信息(手術(shù)前的球面像差)進(jìn)行分析，從而產(chǎn)生預(yù)測指令，用于優(yōu)化患者手術(shù)后三個(gè)月的球面像差。
根據(jù)另一實(shí)施例，可以采用多變量矩陣方法提供最佳的預(yù)測指示。現(xiàn)有的基于薄透鏡公式確定切削模式的方法受到多個(gè)缺陷的限制。例如，沒有考慮到生物動(dòng)力學(xué)和愈合響應(yīng)，而且簡單地采用Munnerlyn公式導(dǎo)致了僅僅基于折光力改變的組織去除模式。而且，現(xiàn)有的線性方法沒有對(duì)外科醫(yī)生的個(gè)體質(zhì)量程序之間的差異進(jìn)行調(diào)整。所有這些缺陷的結(jié)果是，通過個(gè)人化列線圖的折光力調(diào)整，而沒有可行的手段進(jìn)行像差矯正調(diào)整。
舉例來說，令矢量Z為代表從與要被去除的角膜表面相關(guān)的像差計(jì)輸出的策尼克矢量，Z=(n-1)Z1Z2Z3··Zn]]>其中從像差計(jì)輸出的波前數(shù)據(jù)已經(jīng)由角膜的屈光指數(shù)n修正。定義M’為臨床矩陣，其具有描述不同策尼克項(xiàng)之間相互依賴性的項(xiàng)，所述矩陣受波前和非波前信息的影響，例如局部解剖學(xué)或其它手術(shù)前的患者數(shù)據(jù)。例如，M’可以是對(duì)角矩陣
M′=C11C22C33··Cnm]]>其中矩陣元Cij是從如上所述對(duì)手術(shù)前和手術(shù)后的像差量度進(jìn)行多元線性回歸得到的。隨著不同策尼克項(xiàng)之間的相互依賴性通常通過臨床研究而被進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，M’將被添寫為完整的n×m矩陣?？梢詮膶?shí)際和理論歷史結(jié)果信息生成另一矩陣M”。形式上，M′′=H11H12··H1nH21H22··H2n···Hnm]]>優(yōu)選地，用與M’相同的分析軟件得到M”，從而得到對(duì)M”定期進(jìn)行更新的反饋環(huán)，以反映外科手術(shù)治療程序。結(jié)式矩陣(resultant matrix)Z’＝M”×M’×Z+(常數(shù))，代表了產(chǎn)生優(yōu)化的預(yù)測性指令的信息，用于矯正患者的視力缺陷。在本實(shí)施例的更廣泛方面，M”可以包括來自多個(gè)來源的信息，從而M”作為中央數(shù)據(jù)庫，為希望利用提供上述信息的服務(wù)的外科醫(yī)生提供預(yù)測指令。在這種情況下，由于可以得到新的結(jié)果信息，因此，可以對(duì)M”進(jìn)行更新?？梢酝ㄟ^多個(gè)獲取方案從多個(gè)來源得到更新信息，所述獲取方案包括購買或租用相關(guān)信息。
在參照?qǐng)D11描述的本發(fā)明的另一個(gè)不同實(shí)施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境2000是能夠向外科醫(yī)生提供預(yù)測性最佳指令的途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)也稱為神經(jīng)計(jì)算技術(shù)，從根本上說，是對(duì)信息進(jìn)行處理的新方法，是對(duì)序列程序計(jì)算的第一個(gè)可行替換方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為那些有很少或沒有關(guān)于如何產(chǎn)生算法的現(xiàn)有知識(shí)的應(yīng)用提供了明顯的優(yōu)勢。當(dāng)數(shù)據(jù)不精確或模棱兩可時(shí)，可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且其經(jīng)過訓(xùn)練可以從歷史信息得到可靠的預(yù)測。通過根據(jù)特定的學(xué)習(xí)法則對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適用于外部輸入。這些反過來可以在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)描繪出問題，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形狀(連接的數(shù)量)調(diào)整大小。對(duì)于任一問題通常存在著大量的解決方案，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，從而產(chǎn)生最佳的解決方案或結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將提高屈光外科手術(shù)結(jié)果的任務(wù)視為對(duì)大量而且不同的患者、診斷和歷史數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，以及對(duì)產(chǎn)生所需結(jié)果的切削算法的預(yù)測。由于經(jīng)證實(shí)，通過傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法很難對(duì)所提供的用于確定切削算法的許多數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并確定相關(guān)系數(shù)，因此神經(jīng)計(jì)算方法可能是對(duì)廣泛的診斷數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，并提供優(yōu)化的可預(yù)測的結(jié)果的一個(gè)非常理想的工具。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以以如圖11所示的反向傳播模式進(jìn)行工作，圖11闡述了涉及基于數(shù)據(jù)的培訓(xùn)的簡單神經(jīng)計(jì)算模型2000。將適用于治療程序的結(jié)果的所有相關(guān)的手術(shù)前數(shù)據(jù)(預(yù)期影響結(jié)果的信息)輸入緩沖層2001。隱蔽層2003可以由歷史信息組成(規(guī)則和關(guān)系)，所述歷史信息可以是第三方專有的，其允許系統(tǒng)從現(xiàn)存的數(shù)據(jù)和結(jié)果中進(jìn)行測試和學(xué)習(xí)。由以往的治療程序知道了歷史結(jié)果，隱蔽(分析)層2003就被訓(xùn)練以執(zhí)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算，以便通過預(yù)先分配已知的權(quán)重因子產(chǎn)生中間結(jié)果，得到所需要的結(jié)果。由于可以得到新的患者數(shù)據(jù)、理論結(jié)果數(shù)據(jù)以及實(shí)際結(jié)果數(shù)據(jù)，隱蔽層2003被繼續(xù)訓(xùn)練，從而在輸出緩沖器2005中輸出最佳的預(yù)測指令。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特性能是，可以從現(xiàn)存的數(shù)據(jù)集和已知的解決方案對(duì)它們進(jìn)行培訓(xùn)，從而更新隱蔽層的權(quán)重函數(shù)和規(guī)則，以對(duì)來自于未來信息的結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。已知結(jié)果的數(shù)據(jù)庫越大，網(wǎng)絡(luò)在產(chǎn)生最佳解決方案方面就越有效。優(yōu)選地，在如圖12和13分別所示的基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模型3000、4000中實(shí)施所述神經(jīng)計(jì)算模型。應(yīng)該在計(jì)算場所3006處收集所有信息3002、3004，在所述計(jì)算場所3006處可以完成數(shù)據(jù)分析，并將預(yù)測性的最佳指令輸出3008返回至客戶3010。優(yōu)選地，通過基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進(jìn)行輸入和輸出，所述應(yīng)用與圖13所示的計(jì)算體系4000相連接。規(guī)則框4001是指完成過程必需的計(jì)算機(jī)軟件和分析技術(shù)。還可以定義存儲(chǔ)要求4003。一旦系統(tǒng)被限定，所述系統(tǒng)可以非常容易地進(jìn)行擴(kuò)展，從而支持任何大小的用戶庫。這代表了基于網(wǎng)絡(luò)的商務(wù)活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)可升級(jí)體系。
由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的第四個(gè)方案依賴于概率有限元分析(FEA)，所述分析采用精確的角膜超結(jié)構(gòu)模型(CUSM)輸入和正確的有限元，并結(jié)合如上所述的新的輸入數(shù)據(jù)，獲得有關(guān)眼睛的楊氏模量(Young’sModulus)數(shù)據(jù)以及泊松比(Poisson’s Ratio)信息。已經(jīng)提出，眼睛的適當(dāng)生物動(dòng)力學(xué)模型必須既包括由超結(jié)構(gòu)纖維模型提供的角膜結(jié)構(gòu)模型，又包括基于含水基質(zhì)模型組分的流體動(dòng)力學(xué)分析。以下概括角膜系統(tǒng)的上述兩個(gè)方面，它們?cè)诒疚闹蟹Q為角膜超結(jié)構(gòu)模型(CUSM)。
在宏觀范圍內(nèi)檢查時(shí)，生物組織呈現(xiàn)出各向異性以及高度的非線性。但是，測量這一行為的拉伸測試并不能重現(xiàn)有效的生理環(huán)境。例如，起先拉伸角膜材料帶并不產(chǎn)生可測量的張力，相反釋放出水。最后，通常在超生理?xiàng)l件下，張力在有限范圍內(nèi)呈指數(shù)增加。但是，這些復(fù)雜的非線性特性可能是被忽略的機(jī)制的結(jié)果，這些被忽略的機(jī)制在極大程度上是線性的，但是復(fù)雜地糾纏在一起。盡管如此，由于線性機(jī)制的線性組成保持了其線性特性，因此，必定有某些必需的非線性特性。理想的是，這一非線性特性從根本上就是非常簡單的，并且被總的主要為線性的機(jī)制的復(fù)雜性放大。如果這樣的話，只有在完全結(jié)合所有超結(jié)構(gòu)機(jī)制的要素之后，才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的和使用范圍廣泛的預(yù)測模型。
在超結(jié)構(gòu)方面，角膜是復(fù)雜的復(fù)合材料，其由定向纖維(薄層)10002組成，如圖14示意性所示，所述纖維主要排列成層狀，間隔以葡糖胺聚糖(GAG)親水基質(zhì)，并且充滿了水，某些為結(jié)合的，某些為游離的。因此，準(zhǔn)確的模型工具必須包括或解釋以下事實(shí)1.處于應(yīng)力下的元件不是殼層，而是原纖維層。眼內(nèi)壓(IOP)使原纖維處于拉伸狀態(tài)。該張力在整個(gè)角膜厚度上均勻分布(也就是說，在極大程度上，前原纖維和后原纖維受到等同的應(yīng)力)。
2.覆蓋原纖維層是交叉的(接近垂直)。人類角膜具有特定的原纖維主導(dǎo)方向(水平和垂直)。這一方向性，以及例如厚度測量的周邊增加率等其它幾何因素隨物種而變化。厚度變異性(例如，鼻子的較薄點(diǎn))源于原纖維層的不均勻性，其本質(zhì)上是發(fā)育性的。
3.緣結(jié)合處(8mm的半徑表面與12mm的半徑表面結(jié)合處)相對(duì)較大的周向應(yīng)力由外周纖維環(huán)10004支持。
4.鞏膜纖維是交叉的，而不是排列成大量的平行原纖維層。鞏膜纖維的最小厚度位于其赤道處(相對(duì)于眼睛的光學(xué)軸或?qū)ΨQ軸)。
5.表面形狀由原纖維長度決定，并且通過層互連而穩(wěn)定。眼內(nèi)壓的顯著變化不影響正常(即，健康的，非外科手術(shù)后的)形狀。在這些適度的壓力下，原纖維的拉伸不明顯。
6.當(dāng)原纖維被切斷，表面形狀發(fā)生改變，應(yīng)力被不均勻地重新分布，使得無負(fù)荷的纖維層擴(kuò)展。該擴(kuò)展由原纖維和具有原纖維間基質(zhì)壓力的交聯(lián)應(yīng)力的復(fù)雜相互作用決定。同樣參見Roberts的文獻(xiàn)。
7.精確保持透明所必需的原纖維間隔。其需要所觀察的基質(zhì)結(jié)構(gòu)為大量的瓦狀纖維層(由一組緊密的平行原纖維構(gòu)成的纖維)。
8.角膜外周不透明性的增加，特別是邊緣附近，指示緣附近的原纖維排列不整齊(例如，原纖維交叉增加)。
9.彈性間隔材料(原纖維間GAG)和流體壓力(其在動(dòng)態(tài)平衡時(shí)為負(fù)的，大約-60mmHg)之間的復(fù)雜平衡保持了原纖維間隔。通過內(nèi)皮維持所述負(fù)壓或吸力(滲透吸脹)。
10.在生理范圍內(nèi)，角膜厚度與水合作用(hydration)成正比。在數(shù)小時(shí)的時(shí)間尺度上，鹽水中的離體基質(zhì)膨脹至其生理值的150％。當(dāng)放置于鹽水中，可以測量到基本上為正的膨脹壓。當(dāng)施加吸力以抵消所述膨脹壓時(shí)，可以測量負(fù)的滲透壓。
11.膨脹和滲透基質(zhì)壓力在強(qiáng)度上大于產(chǎn)生纖維拉伸的眼內(nèi)壓。因此，原纖維間基質(zhì)壓力不能被忽略。
12.原纖維間交聯(lián)、基質(zhì)組成、原纖維層結(jié)構(gòu)以及原纖維定向在角膜中，在空間上都是相互依賴的。局部纖維層的定向至少部分地導(dǎo)致了所觀察到的由過度眼內(nèi)壓誘發(fā)的非均勻經(jīng)線應(yīng)變。
13.角膜在年輕是松弛的，隨著年齡的增長變得更硬。據(jù)推測，其原因是隨著年齡的增長，原纖維間基質(zhì)的交聯(lián)和/或硬化的增加(通過不同分子物質(zhì)的累積)。
角膜纖維模型為了解釋本發(fā)明，理論上將纖維定義為緊密的原纖維組。這樣，纖維是一種模型構(gòu)造，而不是生理實(shí)體。其是對(duì)生理層進(jìn)行細(xì)分的一種方式。角膜纖維模型遵循以下三個(gè)假定1.纖維沿最短程線排列。角膜纖維不能承受撓矩，因此，它們極大程度上承受純張力。純張力下的纖維呈直線，而直線在被限定在某表面時(shí)，為所述表面的最短程線(例如，球體的大圓)。
2.纖維鋪設(shè)于表面上。每一層均是纖維的單獨(dú)平鋪層。交叉產(chǎn)生的間隙將導(dǎo)致明顯的光散射，因此應(yīng)當(dāng)避免。
3.纖維面積是恒定的。分散的原纖維和原纖維間隔的數(shù)量是恒定的。因此，由于纖維是由其包含的不同原纖維限定的，則纖維面積必須是恒定的。
參照?qǐng)D15，以下術(shù)語有助于讀者理解本發(fā)明的角膜纖維模型。邊緣平面10020是最適合緣的平面。角膜頂點(diǎn)10022是離所述邊緣平面最遠(yuǎn)的中央前表面點(diǎn)。角膜軸線10004是與角膜頂點(diǎn)相交的邊緣平面的法線。經(jīng)線平面10006n包含所述角膜軸。任一層的中央纖維是與所述角膜軸相交的纖維。離中央纖維最遠(yuǎn)的層纖維為橫向纖維。對(duì)于任意一層，中間平面為與所述中央纖維垂直相交的經(jīng)線平面。
從所述模型的假定中可以直接推導(dǎo)出以下結(jié)果。
1.纖維的縱橫比從中間向外周位置逐漸改變。如果纖維的面積是恒定的，如果纖維總是沿著最短程線排列，則位于凸面上的纖維在中央是最細(xì)的，在外周變粗。這部分地解釋了基質(zhì)厚度在外周增加的原因。但是，本發(fā)明人假定，單個(gè)纖維的縱橫變化不能完全解釋所觀察到的厚度增加。為了再現(xiàn)正常人類的厚度分布，在同一層上的不同纖維必須具有不同的面積，從中央纖維至橫向纖維，其面積增加。
2.橫向纖維天然地混合在緣外周纖維環(huán)中。最短程線定向使得橫向纖維朝向外周彎曲。因此，大多數(shù)橫向纖維非常容易地流入緣纖維環(huán)。
3.角膜的有組織排列(平鋪)導(dǎo)致鞏膜的無組織排列(交叉)。單層中的平鋪纖維沿著球面上的最短程線排列，導(dǎo)致所有的原纖維在兩個(gè)相對(duì)的直徑點(diǎn)交叉。進(jìn)一步理解該球體的例子，在所有角度上交叉的多重覆蓋層在一起包含所有在赤道上交叉的原纖維，所述赤道為交叉直徑點(diǎn)的軌跡。在拓?fù)鋵W(xué)上，這意味著角膜上的均勻平鋪必然導(dǎo)致環(huán)型緣區(qū)域內(nèi)的廣泛原纖維交叉。
那么如何確定角膜形狀呢？如果纖維在拉伸狀態(tài)下形成，則可以預(yù)期出現(xiàn)平的表面。但是，長久以來人們觀察到，必須對(duì)發(fā)育中的角膜施加壓力才能正確成形。其最終形狀可以由負(fù)責(zé)產(chǎn)生基質(zhì)原纖維的外胚層細(xì)胞的初始排列決定。壓力使得該細(xì)胞層凸出形成一圓頂。當(dāng)鋪列纖維時(shí)，它們沿細(xì)胞層排列。最后，纖維層足夠地厚，而且密封(通過連接GAG)，從而該層可以獨(dú)立承受壓力。這樣使得纖維處于拉伸狀態(tài)，并且形成表面，其形狀由已經(jīng)固定的原纖維長度維持。重復(fù)的層被添加至所述表面上，同時(shí)原纖維沿著所述表面的最短程線排列。
在角膜之外，纖維不沿著最短程線排列。例如，角膜緣環(huán)纖維不沿著最短程線排列。同樣，在后極，鞏膜不增厚，如果沿著最短程線排列，這應(yīng)該是最小赤道厚度的結(jié)果。那么角膜和鞏膜層的區(qū)別是什么呢？角膜纖維的平行層不允許橫向的纖維彎曲力。因此，角膜纖維必須沿著最短程線排列。而相互交織的鞏膜纖維相互之間可以施加橫向力，并沿著非最短程線排列。
角膜原纖維是恒定的。這可以從原纖維看起來是不間斷的，相反將角膜從緣擴(kuò)展至緣(以及緣以外)的反復(fù)觀察中推論出。如果原纖維端是較少的，或終止于與另一纖維的會(huì)合處，則很難檢測出這些原纖維端。嚴(yán)格來說，原纖維恒定不一定正確，這是因?yàn)楹茈y想見任一不間斷原纖維是如何構(gòu)建的。
含水基質(zhì)模型通過由眼內(nèi)壓建立的內(nèi)部壓力梯度使角膜纖維彎曲。例如，如果層表面是球面，則垂直于該表面的壓力梯度為dpdz=2σR]]>其中p是眼內(nèi)壓，σ是膜應(yīng)力，R是膜半徑。眾所周知，纖維幾乎被加以均勻的應(yīng)力，層半徑在角膜深度上也是接近均勻的。因此，經(jīng)過角膜的壓力梯度也是接近恒定。但是，這一機(jī)械誘發(fā)的壓力梯度僅僅是一部分。角膜內(nèi)的液壓(實(shí)際上是吸力)負(fù)責(zé)控制原纖維間的間隙。對(duì)角膜形狀的任何準(zhǔn)確預(yù)測必須包括以下兩個(gè)機(jī)制，即由于壓力梯度導(dǎo)致的原纖維彎曲，以及由于水合平衡導(dǎo)致原纖維間的間隔。
維持原纖維間間隔的葡糖胺聚糖基質(zhì)是極度親水的。被吸收入的水份使得基質(zhì)膨脹，從而通過控制角膜水份對(duì)原纖維間隔進(jìn)行控制。正常生理狀態(tài)相對(duì)來說是脫水的，其需要負(fù)的內(nèi)壓以保持動(dòng)態(tài)平衡。因此，基質(zhì)的機(jī)械描述是一個(gè)通過相對(duì)的負(fù)液壓而使其壓縮的彈性材料。可以通過對(duì)滲透壓或膨脹壓的測量推導(dǎo)得出基質(zhì)的“彈簧常數(shù)”?！皾B透”是指基質(zhì)內(nèi)的負(fù)液壓，“膨脹”是指壓縮基質(zhì)的正的反作用壓力。正的膨脹壓力的測量形式，∑，可以表示為∑＝∑(H)＝∑0exp(-c1H+c2H2)盡管這是以機(jī)械方式表示，但是應(yīng)牢記，所述基質(zhì)的彈力是由滲透，也就是說，水分子與親水GAG的鍵合驅(qū)動(dòng)的。因此，其也是取決于溫度性的，隨著溫度的升高，∑減少。含水量，H，被定義為水的質(zhì)量除以角膜的干質(zhì)量(原纖維和基質(zhì))。上述的膨脹壓力關(guān)系式在H為1-10范圍內(nèi)有效。已經(jīng)觀察到，角膜厚度，T，與含水量線性相關(guān)，對(duì)于人類角膜，dT/dH等于0.14mm/H。
T=T(H)=TD(1+ρWρDH)]]>角膜的干質(zhì)量密度，ρD，在所有哺乳動(dòng)物中基本相同。

上述兩個(gè)含水基質(zhì)方程，∑(H)和T(H)，與復(fù)雜的纖維力學(xué)一起，足夠用于構(gòu)建角膜的靜態(tài)模型。
圖16的示意圖顯示了人眼從外部到內(nèi)部的正常靜態(tài)液壓圖形。從空氣10030的大氣壓開始，有一個(gè)大約60托的負(fù)的跳躍至滲透壓10032。該快速壓降施加于上皮細(xì)胞上。越過角膜基質(zhì)10034，壓力逐漸增加，其總體上等于IOP。在內(nèi)皮10036上，有一個(gè)正的跳躍至IOP，IOP在前房10038是均勻的。但是可以通過外科手術(shù)和其它干預(yù)改變所述動(dòng)態(tài)平衡。例如，一項(xiàng)研究(Odenthal，1999年)調(diào)查了兩小時(shí)的缺氧負(fù)荷的影響，改研究記錄了角膜厚度的過調(diào)，之后為指數(shù)式松弛，其指示了阻尼振蕩。因此，所需要的消耗元素和容量元素沒有出現(xiàn)在目前給出的靜態(tài)方程中。這樣，所失去的片斷必須考慮角膜內(nèi)的水的擴(kuò)散移動(dòng)。一系列擴(kuò)散模型可以與現(xiàn)有的含水方程結(jié)合，得到角膜中的H2O傳遞方程，H(x，y，z，t)。擴(kuò)散模型的例子包括簡單擴(kuò)散和趨化擴(kuò)散(化學(xué)擴(kuò)散)。
為了進(jìn)行準(zhǔn)確的生物力學(xué)預(yù)測，必須對(duì)角膜進(jìn)行整體上和單個(gè)的測量和構(gòu)建模型。因此，適當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ?FEM)必須結(jié)合發(fā)明人目前認(rèn)為是取自CUSM的必需組分，包括(a)原纖維定向；(b)薄層大小和結(jié)構(gòu)；(c)薄層力學(xué)特性；(d)水份傳輸機(jī)制；(e)基質(zhì)結(jié)構(gòu)；(f)上皮細(xì)胞；(g)親水GAG結(jié)構(gòu)；(h)薄層之間的交聯(lián)；以及(i)邊緣處的原纖維結(jié)構(gòu)(外周環(huán))。被認(rèn)為是構(gòu)建正確的有限元所必需的單個(gè)數(shù)據(jù)包括(a)局部解剖學(xué)仰角數(shù)據(jù)；(b)波前數(shù)據(jù)；以及(c)IOP數(shù)據(jù)。一旦確定了楊氏模量和泊松比的正確值，就可以構(gòu)建正確的有限元。優(yōu)選地，所述有限元是各向異性的分層三維實(shí)體單元，具有20個(gè)節(jié)點(diǎn)。一旦構(gòu)建出有限元，就可以模擬侵入性治療程序，并且將模擬結(jié)果與實(shí)際外科手術(shù)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較。然后，對(duì)有限元反復(fù)修正，直至模擬治療程序與所觀察的響應(yīng)相匹配。然后，優(yōu)化模型的輸出提供了對(duì)所建議的眼睛外科矯正的預(yù)測性最佳指令。
角膜有限元模型根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，圖17顯示的角膜模擬模型500包括鞏膜502、緣504以及角膜506，其中視區(qū)中的角膜前表面/后表面通過用Orbscan角膜分析系統(tǒng)(博士倫公司，羅徹斯特，紐約)進(jìn)行的診斷檢查確定。假設(shè)鞏膜、緣以及角膜的外周區(qū)域形成橢圓形，其在視區(qū)邊緣過渡為測量的角膜表面。圖18顯示了角膜模型的有限元網(wǎng)格508的剖面圖。
如圖19所示，正交轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱的分層磚形單元510用于代表眼睛的所有區(qū)域，其中各層512n的材料特性和材料定向用于限定每個(gè)區(qū)域的總體特性。在鞏膜中，層特性是一致的，并產(chǎn)生橫向的各向同性響應(yīng)，而緣中的薄層具有占主導(dǎo)地位的圓周定向，以及具有高的環(huán)硬度。角膜薄層在后表面附近具有隨機(jī)的定向，并在前表面附近過渡到占主導(dǎo)地位的正交定向。這些定向通過由圖20中的單元代表550所顯示的5個(gè)分層單元5121-5125舉例說明。
每個(gè)有限元層(每個(gè)單元最多100層，在整個(gè)角膜厚度具有5-10個(gè)單元)的材料特性必須指定為或者是a)上皮，b)鮑曼氏層，c)薄層，d)基底物質(zhì)，e)后彈力層(Decemet’s Membrane)，或者是f)具有規(guī)定方向和結(jié)構(gòu)的內(nèi)皮。采用截尾正態(tài)分布對(duì)薄層厚度以及薄層寬度和方向進(jìn)行采樣；采用雙線性權(quán)重函數(shù)將薄層方向修改為前表面以下的深度的函數(shù)。在模擬薄層與之前定義的薄層重合的區(qū)域中，假設(shè)分層單元的該部分包括基底物質(zhì)。進(jìn)一步地，假設(shè)所述薄層沿著經(jīng)線從緣延伸至緣，截面積上的厚度變化恒定?？梢赃x擇樣本分布的參數(shù)，代表關(guān)于薄層幾何形態(tài)和分層薄層之間相互作用的廣泛假設(shè)。
角膜上的基本結(jié)構(gòu)負(fù)荷是IOP，IOP傾向于使眼球膨脹。因此，單元構(gòu)成結(jié)合應(yīng)力硬化效應(yīng)以解釋內(nèi)部壓力。在評(píng)價(jià)有限元響應(yīng)中還包括非線性幾何效應(yīng)。進(jìn)一步地，有限元之間的切口可以通過緩解鄰近切口表面的單元之間的連接性來模擬。這一點(diǎn)通過沿著潛在的切口表面限定雙重節(jié)點(diǎn)，并在數(shù)學(xué)上將它們連接在一起來實(shí)現(xiàn)。然后通過順序緩解所述連接，模擬實(shí)際切口。圖21顯示了分離單元的例子。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，有限元分析方法涉及包括人類角膜的所有結(jié)構(gòu)特性和觀察到的行為，以及關(guān)于人眼結(jié)構(gòu)的其它數(shù)據(jù)。將上述信息與來自患者的特定信息結(jié)合起來，然后將結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果結(jié)合成患者眼睛的3D模型。然后問題被簡化為解方程F＝Ma+Cv+kx，其中M為物體的質(zhì)量，a為物體的加速度，C是內(nèi)部振蕩的阻尼常數(shù)，v是速度，k是材料彈性變形的勁度矩陣，x是位移大小。所述方程包含了預(yù)測人類角膜的力學(xué)行為所必需的所有信息。該方程可以是非線性的，在這種情況下計(jì)算變得更加復(fù)雜。這些方程的實(shí)際解將需要非線性偏微分方程(PDE)系統(tǒng)的解。通過尋求PDE的弱讀式的解，可以對(duì)所述微分方程求解。但是，應(yīng)該理解的是，解決角膜問題所需要的計(jì)算與解決任何材料變形問題的計(jì)算一致。于是，本發(fā)明的該實(shí)施例是依賴于構(gòu)成特性的構(gòu)成關(guān)系，所述構(gòu)成特性在單元內(nèi)部和單元之間產(chǎn)生。如果知道了單元的構(gòu)成特性，則可以尋找出角膜響應(yīng)系統(tǒng)的解決方案。該實(shí)施例設(shè)計(jì)用于對(duì)患者類型反向計(jì)算角膜構(gòu)成特性，并提供角膜結(jié)構(gòu)響應(yīng)的預(yù)測分析，所述角膜結(jié)構(gòu)響應(yīng)的原因是施加在角膜上的任意行為。在圖22的流程圖600中說明了獲得這些構(gòu)成特性的方法示例。在步驟602中，指定了鞏膜的橢圓形狀參數(shù)。這些參數(shù)可以通過對(duì)眼睛的軸長度測量得到，或可以使用來自正常人群的概括值。在步驟604中，確定患者角膜的幾何形狀。優(yōu)選地，其為前房的幾何形狀，最優(yōu)選地，其形式是通過Orbscan預(yù)處理檢查獲得的非均勻有理B樣條(NURBS)?？商鎿Q地，可以通過OCT或C-掃描(超聲)測量得到適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。在步驟606中，構(gòu)建包括角膜、邊緣和鞏膜的完整球形的3D立體幾何圖形(如圖17和18所示)。在步驟608中，基于對(duì)預(yù)期外科手術(shù)方案的最佳估計(jì)識(shí)別切口/切削表面。用圖17的削平板514模擬對(duì)角膜的削平，圖23和24中分別顯示了1mm變形角膜的剖面圖和放大圖。在步驟610中，選擇缺省的有限元大小，產(chǎn)生如圖18所示的有限元網(wǎng)格。采用球形單元坐標(biāo)系統(tǒng)，并且單元的邊緣與切口/切削表面重合。本質(zhì)上，這些單元建于計(jì)劃中的切口附近，所述切口具有與位于這些位置處的單元結(jié)合和分離的能力。在步驟612中，限定單元層。每層的處理如下(a)指定材料為上皮細(xì)胞、鮑曼層，薄層、基底物質(zhì)、后彈力層或內(nèi)皮，(b)指定層厚度，(c)通過以下指定該層的薄層位置和方向，i)選擇圓周上的起始點(diǎn)(0至360度)，ii)選擇薄層方向(-90至90度；深度的函數(shù))，iii)選擇薄層寬度(1至4mm)，iv)從緣至緣對(duì)每薄層進(jìn)行投影；v)如果是清楚的或者被該層中的另一薄層部分地阻擋住，則減少寬度并完成投影；否則，確定為基底物質(zhì)，vi)是否已經(jīng)對(duì)最大數(shù)量的薄層進(jìn)行了處理？如果否的話，轉(zhuǎn)至(c)如果是的話，將所有未指定的層確定為基底物質(zhì)，繼續(xù)至下一層。
vii)在對(duì)所有層確定了基底物質(zhì)和薄層性質(zhì)之后，基于單元的中心位置，應(yīng)用至單個(gè)單元。
在步驟612中，確定界限條件。優(yōu)選地，其包括鞏膜處的位移約束，和個(gè)性化IOP值。在步驟616中，指定系統(tǒng)的基本材料參數(shù)。其包括楊氏模量(Ex，Ey，Ez)；泊松比(Vxy，Vyz，Vxz)；以及剪切模量(Gxy，Gyz，Gxz)。在步驟618中，松弛切口/切削表面，進(jìn)行增量的非線性求解。最后，在步驟620中，比較模型化的角膜形狀和測量的處理后數(shù)據(jù)。如果形狀吻合，則所述有限元被正確模型化。如果形狀吻合不令人滿意，則方法返回步驟616，對(duì)材料參數(shù)進(jìn)行修正，并重復(fù)步驟618、620。
模型化的最終結(jié)果是針對(duì)每“類”患者的準(zhǔn)確有限元模型，其隨后可以在根據(jù)本發(fā)明對(duì)某一特定患者分類中的新患者進(jìn)行外科手術(shù)評(píng)估時(shí)，被用作預(yù)測信息。
圖2說明了LASIK治療程序的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)200，其中結(jié)合了如上實(shí)施例所述的本發(fā)明。診斷站210優(yōu)選結(jié)合進(jìn)行波前測量的像差計(jì)，而且可以包括所示的任一適當(dāng)?shù)脑\斷儀器212，例如用于測量角膜幾何形狀的形貌測量裝置，提供他覺或自覺式驗(yàn)光(objective orsubjective refraction)數(shù)據(jù)的自動(dòng)折光器或其它裝置，測量IOP的眼壓計(jì)，以及本領(lǐng)域公知的其它儀器。診斷輸出215，代表了關(guān)于患者的“新”信息，被傳送至計(jì)算機(jī)220，所述計(jì)算機(jī)包括結(jié)構(gòu)和功能體系222，例如優(yōu)化的實(shí)際和理論歷史結(jié)果數(shù)據(jù)庫，捕獲/分析軟件，供外科和定制透鏡應(yīng)用的圖形用戶界面(GUI)，以及其它(未示出)。結(jié)合歷史信息的診斷信息215的分析以最佳預(yù)測結(jié)果指令217的形式提供，所述指令與程序設(shè)計(jì)軟件230結(jié)合在219處。非窮舉的以及非限制性的矯正治療程序清單232包括近視、近視散光、遠(yuǎn)視、遠(yuǎn)視散光、re-do(例如，前偏心切削)、混合性散光、PRK、LASEK等。所述信息隨后與物理去除圖形軟件240結(jié)合在239處，軟件240可以考慮因素242，例如視區(qū)大小、過渡區(qū)大小、定制隱性眼睛設(shè)計(jì)等等。所述信息進(jìn)一步與其它臨床和生物動(dòng)力學(xué)修正250結(jié)合在249處，這些修正250可以通過例如252所示的在本地或通過互聯(lián)網(wǎng)獲取。所述信息進(jìn)一步地通過個(gè)人化外科醫(yī)生列線圖260在259處進(jìn)行進(jìn)一步的修正。所有的經(jīng)分析的該信息隨后在269處被使用以產(chǎn)生理論外科手術(shù)方案270，方案270在279處被傳送至激光驅(qū)動(dòng)軟件280，用于驅(qū)動(dòng)治療激光器290。這樣的系統(tǒng)例如在博士倫公司的結(jié)合Zylink2.40版本運(yùn)算包的Zyoptix系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。如圖所示，采用優(yōu)化的理論外科手術(shù)方案270和實(shí)際的歷史結(jié)果數(shù)據(jù)292以持續(xù)更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)220，從而提供關(guān)于矯正治療程序的最佳預(yù)測結(jié)果指令。
圖3的框圖中顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其代表系統(tǒng)300，用于為眼科治療矯正提供預(yù)測結(jié)果，例如光切削角膜整形。提供診斷站302以獲得關(guān)于患者眼睛320的眼睛狀況的新的量度。診斷站302優(yōu)選地由一個(gè)或多個(gè)診斷裝置組成，包括例如波前傳感器、形貌測量裝置、光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)(OCT)、超聲裝置、掃描激光檢眼鏡(SLO)、和/或其它本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的單獨(dú)使用或組合使用的裝置。所述診斷站應(yīng)具有輸出通過其特定的診斷能力而獲得的新的信息度量(information metric)305的能力。數(shù)據(jù)收集和傳送站308適當(dāng)?shù)剡B接至診斷站302用于在304處接收新的診斷輸入305。數(shù)據(jù)收集和傳送站308還任選地適于接收與診斷站302所提供的不同的、新的預(yù)期影響治療結(jié)果的信息306，如箭頭307所示。該信息可以包括患者特征數(shù)據(jù)、醫(yī)師數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等等，所述信息可以例如通過鍵盤或CD人工輸入至站308，或通過適當(dāng)?shù)挠涗浰栊畔⒌膫鞲衅髯詣?dòng)輸入至站308。數(shù)據(jù)收集和傳送站308進(jìn)一步連接至計(jì)算站310，計(jì)算站310在形式和功能上類似于上述結(jié)合圖1所描述的計(jì)算站110。治療站318，優(yōu)選包括飛點(diǎn)準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)和眼球跟蹤器，該治療站318也與數(shù)據(jù)收集和傳送站308通信連接，以接收輸出314，或者可替換地，與計(jì)算站310連接以接收輸出322。不論站308還是站310為最終輸出316的來源，該輸出都是最佳的預(yù)測指令，優(yōu)選是用于驅(qū)動(dòng)治療激光器系統(tǒng)的定制光切削算法的形式，以便有利于矯正患者的視力缺陷。如前所述，不同的站可以適當(dāng)?shù)乇镜鼗蜻h(yuǎn)程設(shè)置，以收集信息并執(zhí)行本發(fā)明所設(shè)想的治療程序。應(yīng)該理解的是，作為這里公開的本發(fā)明的最終結(jié)果，預(yù)測性最佳指令可以用于驅(qū)動(dòng)定制隱性眼睛、IOL、內(nèi)嵌、外嵌的制作。
在可替換實(shí)施例中，本發(fā)明是關(guān)于可執(zhí)行指令，其以對(duì)于終端用戶來說可交付的方式實(shí)現(xiàn)以提供如上所述治療性眼科矯正或眼科光學(xué)系統(tǒng)的預(yù)測結(jié)果。所述指令可以作為外科手術(shù)參數(shù)進(jìn)行傳遞，例如LASIK角膜切削深度，或用于光切削外科手術(shù)的視區(qū)大小推薦值，并通過醫(yī)師的實(shí)踐而執(zhí)行，或作為定制隱性眼睛或IOL的指示。在相關(guān)方面，所述指令可以通過計(jì)算機(jī)或裝置可讀介質(zhì)或例如但不限于磁盤、CD或基于地面或衛(wèi)星的數(shù)據(jù)流等等手段進(jìn)行傳送，并通過指令作為例如用于治療激光器系統(tǒng)的切削發(fā)射圖形或切削算法而被執(zhí)行。
在參照?qǐng)D10說明的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是關(guān)于包括診斷組件1003和/或治療1005組件的眼科診斷和/或治療系統(tǒng)1000，包括圖形用戶界面1001，該圖形用戶界面1001具有顯示器1002和選擇裝置1004，選擇裝置1004有利于選擇收集的信息，用于與優(yōu)化歷史信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行分析，從而得到實(shí)現(xiàn)視力矯正程序的結(jié)果預(yù)測指令。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1000中，提供和從顯示器1002的菜單1007中選擇的方法包括以下步驟a)從菜單1007中檢索一組菜單輸入，每個(gè)菜單輸入代表預(yù)期影響眼科治療結(jié)果的特征；b)接收菜單輸入選擇信號(hào)，所述信號(hào)由所述選擇裝置從該組菜單輸入中指向被選擇的菜單輸入來指示；以及c)響應(yīng)所述信號(hào)，將所選擇的菜單輸入與優(yōu)化的實(shí)際和理論歷史信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)合，進(jìn)行分析，其中分析產(chǎn)生預(yù)測性最佳指令，該最佳指令與眼科治療矯正或透鏡設(shè)計(jì)的結(jié)果有關(guān)。
圖4以流程圖方式描述了通常由圖1、2、3、10分別所示的系統(tǒng)100、200、300、1000執(zhí)行的過程400。在框410處，從不同來源401、402、403收集多個(gè)預(yù)計(jì)的和已知的影響治療結(jié)果的新信息。該新信息包括患者的眼科缺陷信息和大量的其它信息，例如與患者、醫(yī)師、診斷和治療儀器以及局部環(huán)境有關(guān)的信息。在框420處，優(yōu)化的(統(tǒng)計(jì)或其它方式)、歷史治療結(jié)果信息與理論外科手術(shù)方案信息405一起存儲(chǔ)。關(guān)于患者視力缺陷矯正的新信息與優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息結(jié)合而被分析。在框430處，產(chǎn)生最佳的預(yù)測指令416，并傳遞至治療裝置/操作人員403。優(yōu)選地，所述預(yù)測性最佳指令為優(yōu)化的定制光切削算法(但不一定局限于此)，該算法被實(shí)施以驅(qū)動(dòng)激光系統(tǒng)，并提供所需的患者視力矯正。該指令可以通過統(tǒng)計(jì)分析、多變量矩陣計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理和/或其它本領(lǐng)域公知的方法進(jìn)行優(yōu)化。
在上述方法實(shí)施例的一個(gè)方面中，預(yù)測性最佳指令如440所示基于費(fèi)用或交易由第三方提供給醫(yī)師。通常，全世界的外科醫(yī)生的個(gè)體被局限于專屬于他們自己的實(shí)踐的歷史結(jié)果庫。盡管可以爭辯說這對(duì)于大量臨床實(shí)踐來說可能是足夠的，但是對(duì)于外科醫(yī)生來說有利的是可以使用更加巨大的優(yōu)化的歷史結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫，作為提供視覺矯正治療的資源。上述數(shù)據(jù)庫可以由例如第三方擁有，其可以通過付費(fèi)或其它方式使數(shù)據(jù)庫信息可為醫(yī)師(以及其他人)所用。數(shù)據(jù)庫擁有者可以通過付費(fèi)或其它方式從其它第三方獲得歷史數(shù)據(jù)庫記錄。這對(duì)于擴(kuò)展和更新歷史結(jié)果數(shù)據(jù)庫是較為有利的。第三方數(shù)據(jù)庫擁有者可以響應(yīng)于醫(yī)師對(duì)預(yù)測結(jié)果指令的請(qǐng)求，根據(jù)由醫(yī)師提供給第三方的患者眼科缺陷和其它相關(guān)的影響結(jié)果的信息，在有報(bào)酬的基礎(chǔ)上，向醫(yī)師提供優(yōu)化的預(yù)測結(jié)果指令(例如，用于驅(qū)動(dòng)光切削激光系統(tǒng)的切削算法)。由醫(yī)師提供的數(shù)據(jù)可以通過人工和/或自動(dòng)方式獲得，并被傳送至第三方，第三方將結(jié)合他們大的結(jié)果數(shù)據(jù)庫(優(yōu)選的是幾千個(gè)病例)對(duì)信息進(jìn)行分析。然后，第三方將優(yōu)化的結(jié)果預(yù)測指令傳送至應(yīng)該為患者提供優(yōu)化的視覺結(jié)果的醫(yī)師。根據(jù)醫(yī)師的設(shè)備，他/她可以采用第三方提供的優(yōu)化指令模擬預(yù)期的治療，使患者可以在外科手術(shù)前知道患者手術(shù)后的視力如何，或以其它方式，包括進(jìn)行眼科手術(shù)。該模擬可以各種文本、圖形或其它由例如GUI 1001或打印機(jī)111提供的視覺形式，或者由具有可變形鏡或其它本領(lǐng)域公知的相位補(bǔ)償裝置的綜合屈光檢查儀裝置1113呈現(xiàn)，如圖10所示。
盡管選擇了不同的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不偏離以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，可以在其中做出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種提供用于所建議的治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的系統(tǒng)，包括收集和傳送站，用于收集預(yù)期的影響治療結(jié)果的新信息度量，并用于傳送所述多個(gè)新信息至計(jì)算站，所述新信息度量與患者、醫(yī)師、診斷測量、治療條件以及環(huán)境條件中的至少一個(gè)有關(guān)，其中所述計(jì)算站包括用于執(zhí)行下列操作的裝置a)接收所述新信息度量，b)存儲(chǔ)多個(gè)優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息，所述優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息從與患者、醫(yī)師、診斷測量、治療條件以及環(huán)境條件中的至少一個(gè)有關(guān)的預(yù)期的影響治療結(jié)果的歷史信息的優(yōu)化分析而得到，以及c)提供包括預(yù)測性最佳指令的輸出以有利于改進(jìn)治療性眼科矯正，所述指令從結(jié)合優(yōu)化的歷史信息的新信息的分析中得到。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測性最佳指令是一種描述患者眼睛上的激光切削發(fā)射位置模式的算法。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測性最佳指令包括適合由醫(yī)師使用以便提供治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的眼科信息度量。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為統(tǒng)計(jì)分析。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為矩陣分析，包括代表新的診斷信息的矢量Z，代表多個(gè)策尼克項(xiàng)或其等同物的相互依賴關(guān)系的臨床矩陣M’，代表歷史結(jié)果信息的另一矩陣M”，以及代表預(yù)測性最佳指令的結(jié)式矩陣Z’。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由提供給矩陣M”的更新信息度量提供的反饋環(huán)。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中M”的分量代表來自多個(gè)源的信息。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中Z的分量是從波前傳感器裝置輸出的策尼克矢量或其等同物。
9.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算站包括用于產(chǎn)生所述預(yù)測性最佳指令的采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測性最佳指令是對(duì)于給定瞳孔大小的手術(shù)后球面像差值Z400Post。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述手術(shù)后球面像差值Z400Post排他地依賴于手術(shù)前的球面像差值Z400Pre，手術(shù)前散焦值Z200Pre以及常數(shù)因子±C。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中Z400Post＝A*Z400Pre+B*Z200Pre+C，其中A，B是對(duì)于給定瞳孔大小的(±)常數(shù)。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算站物理上鄰近所述收集和傳送站。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算站遠(yuǎn)離所述收集和傳送站設(shè)置。
15.一種提供用于治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的系統(tǒng)，包括具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算站，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)含有從對(duì)多個(gè)預(yù)期的影響治療結(jié)果的歷史信息度量的優(yōu)化分析而得到的優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息度量，其中所述計(jì)算站適于接收多個(gè)預(yù)期的影響治療結(jié)果的新信息，所述新信息至少包括關(guān)于病人的眼睛缺陷的信息，其中所述計(jì)算站還適于根據(jù)結(jié)合所述歷史結(jié)果信息的新信息的分析，以適當(dāng)形式提供預(yù)測結(jié)果的最佳指令。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測結(jié)果的最佳指令是一種描述在患者眼睛上的激光切削發(fā)射位置模式的算法。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測結(jié)果的最佳指令是對(duì)于給定瞳孔大小的手術(shù)后球面像差值Z400Post。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述手術(shù)后球面像差值Z400Post排他地依賴于手術(shù)前球面像差值Z400Pre，手術(shù)前散焦值Z200Pre以及常數(shù)因子±C。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中Z400Post＝A*Z400Pre+B*Z200Pre+C，其中A，B是對(duì)于給定瞳孔大小的(±)常數(shù)。
21.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為統(tǒng)計(jì)分析。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為矩陣分析，包括代表新的診斷信息的矢量Z，代表多個(gè)策尼克項(xiàng)或其等同物的相互依賴關(guān)系的臨床矩陣M’，代表歷史結(jié)果信息的另一矩陣M”，以及代表預(yù)測性最佳指令的結(jié)式矩陣Z’。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由提供給矩陣M”的更新信息度量提供的反饋環(huán)。
24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中M”的分量代表來自多個(gè)源的信息。
25.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中Z的分量是從波前傳感器裝置輸出的策尼克矢量或其等同物。
26.一種提供用于治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的系統(tǒng)，包括a)可以從患者獲取新的眼科信息度量的診斷站，所述診斷站具有輸出所述新的信息度量的能力；b)以合作方式與所述診斷站接合的數(shù)據(jù)收集和傳送站，其具有接收和進(jìn)一步將所述新的信息度量輸出的能力；c)以通信方式與所述數(shù)據(jù)收集和傳送站接合的計(jì)算站，所述計(jì)算站包括含有優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并具有接收和傳送信息，及結(jié)合所述優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息分析每一相應(yīng)的新信息度量，以及進(jìn)一步產(chǎn)生預(yù)測性最佳指令的能力；以及d)以合作方式與所述計(jì)算站接合的治療站，其具有執(zhí)行所述預(yù)測性最佳指令的能力。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測結(jié)果最佳指令是一種描述在患者眼睛上的激光切削發(fā)射位置模式的算法。
29.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)測結(jié)果最佳指令是對(duì)于給定瞳孔大小的手術(shù)后球面像差值Z400Post。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述手術(shù)后球面像差值Z400Post僅排他地依賴于手術(shù)前球面像差值Z400Pre，手術(shù)前散焦值Z200Pre以及常數(shù)因子±C。
31.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中Z400Post＝A*Z400Pre+B*Z200Pre+C，其中A，B是對(duì)于給定瞳孔大小的(±)常數(shù)。
32.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為統(tǒng)計(jì)分析。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為矩陣分析，包括代表新的診斷信息的矢量Z，代表多個(gè)策尼克項(xiàng)或其等同物的相互依賴關(guān)系的臨床矩陣M’，代表歷史結(jié)果信息的另一矩陣M”，以及代表預(yù)測性最佳指令的結(jié)式矩陣Z’。
34.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由提供給矩陣M”的更新信息度量提供的反饋環(huán)。
35.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中M”的分量代表來自多個(gè)源的信息。
36.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中Z的分量是從波前傳感器裝置輸出的策尼克矢量或其等同物。
37.一種提供用于治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的方法，包括a)收集影響治療結(jié)果的新信息度量，其至少包括有關(guān)患者的眼睛缺陷的信息；b)結(jié)合多個(gè)用于所確定的眼睛缺陷的優(yōu)化歷史治療結(jié)果信息，分析所述新信息；以及b)通過計(jì)算裝置，產(chǎn)生預(yù)測性最佳指令，以便有利于所述眼科治療矯正的優(yōu)化結(jié)果。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，進(jìn)一步包括利用所產(chǎn)生的預(yù)測性最佳指令驅(qū)動(dòng)一治療系統(tǒng)，以便提供所述眼科矯正。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述收集步驟包括自動(dòng)收集所述新的信息度量。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述產(chǎn)生步驟包括統(tǒng)計(jì)分析。
41.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述產(chǎn)生步驟包括從代表新的診斷信息的矢量Z、代表多個(gè)策尼克項(xiàng)或其等同物的相互依賴關(guān)系的臨床矩陣M’，以及代表歷史結(jié)果信息的另一矩陣M”，計(jì)算代表預(yù)測性最佳指令的結(jié)式矩陣Z’。
42.一種提供用于治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的方法，包括a)獲得新信息度量，所述新信息度量與患者的眼睛缺陷情況有關(guān)；b)維護(hù)優(yōu)化的歷史眼科結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫，所述眼科結(jié)果信息與所述眼睛缺陷情況有關(guān)；以及c)提供用于所述治療性眼科矯正的預(yù)測性最佳指令，其中所述預(yù)測性最佳指令是基于交易而提供的。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述獲得新信息度量的步驟包括從波前傳感器裝置收集波前像差數(shù)據(jù)。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述維護(hù)優(yōu)化的歷史眼科結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫的步驟包括用可得到的眼科矯正結(jié)果信息對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，以及優(yōu)化所述歷史結(jié)果信息。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，其中優(yōu)化所述歷史結(jié)果信息包括所述歷史結(jié)果信息的統(tǒng)計(jì)分析。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中優(yōu)化所述歷史結(jié)果信息包括采用一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析所述歷史結(jié)果信息和可以得到的歷史結(jié)果信息。
47.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述維護(hù)優(yōu)化的歷史眼科結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫的步驟包括支付費(fèi)用從第三方獲得新的歷史結(jié)果信息。
48.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述基于交易提供預(yù)測性最佳指令的步驟包括接收費(fèi)用或其它酬勞。
49.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或裝置可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有可執(zhí)行的指令，所述指令用于提供用于治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果，其中所述指令是從結(jié)合優(yōu)化的歷史治療結(jié)果信息度量的新信息度量的分析而得到的預(yù)測性最佳指令，所述新信息度量與患者的眼睛情況有關(guān)。
50.如權(quán)利要求49所述的介質(zhì)，其中所述可執(zhí)行指令是一種描述在患者眼睛上的激光切削發(fā)射位置模式的算法。
51.如權(quán)利要求49所述的介質(zhì)，其中所述預(yù)測性最佳指令包括適于由醫(yī)師采用的用于提供所述治療性眼科矯正的預(yù)測結(jié)果的眼科信息度量。
52.一種與計(jì)算裝置相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述計(jì)算裝置產(chǎn)生用于治療性眼科矯正的預(yù)測性最佳指令，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)執(zhí)行一包括以下步驟的方法a)接收新信息度量，所述新信息度量與患者的眼睛缺陷情況有關(guān)；b)維護(hù)優(yōu)化的歷史眼科結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫，所述眼科結(jié)果信息與所述眼睛缺陷情況有關(guān)；以及c)產(chǎn)生用于所述治療性眼科矯正的預(yù)測性最佳指令。
53.如權(quán)利要求52所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中所述預(yù)測性最佳指令是基于交易而提供的。
54.如權(quán)利要求53所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中所述基于交易提供預(yù)測性最佳指令的步驟包括接收費(fèi)用或其它酬勞。
55.如權(quán)利要求52所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中所述獲得新的信息度量的步驟包括從波前傳感器裝置收集波前像差數(shù)據(jù)。
56.如權(quán)利要求52所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中所述維護(hù)優(yōu)化的歷史眼科結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫的步驟包括用可得到的眼科矯正結(jié)果信息對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，以及優(yōu)化所述歷史結(jié)果信息。
57.如權(quán)利要求56所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中優(yōu)化所述歷史結(jié)果信息包括所述歷史結(jié)果信息的統(tǒng)計(jì)分析。
58.如權(quán)利要求56所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中優(yōu)化所述歷史結(jié)果信息包括采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析所述歷史結(jié)果信息和可得到的歷史結(jié)果信息。
59.如權(quán)利要求52所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中所述維護(hù)優(yōu)化的歷史眼科結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫的步驟包括支付費(fèi)用從第三方獲得新的歷史結(jié)果信息。
60.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為利用有限元模型(FEM)的有限元分析(FEA)，而且其中FEM為三維的、各向異性的、非線性、粘彈性分層元。
61.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為利用有限元模型(FEM)的有限元分析(FEA)，而且其中FEM為三維的、各向異性的、非線性、粘彈性分層元。
62.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述優(yōu)化分析為利用有限元模型(FEM)的有限元分析(FEA)，而且其中FEM為三維的、各向異性的、非線性、粘彈性分層元。
63.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述產(chǎn)生步驟包括利用有限元模型(FEM)執(zhí)行有限元分析(FEA)，而且其中FEM為三維的、各向異性的、非線性、粘彈性分層元。
全文摘要
以預(yù)測性最佳指令的方式為患者視力缺陷的治療性眼科矯正提供預(yù)測性結(jié)果的系統(tǒng)和方法。該預(yù)測性最佳指令來自預(yù)期的影響治療結(jié)果，新信息和最佳歷史治療結(jié)果信息。該指令優(yōu)選是最佳定制的光切削算法以驅(qū)動(dòng)光切削、準(zhǔn)分子激光器。該指令可被提供在費(fèi)用的基礎(chǔ)上。
文檔編號(hào)A61F9/01GK1642500SQ03807251
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月28日
發(fā)明者伊恩·G·考克斯, 巴里·T·伊根, 霍花德·馬爾克曼, 卡邁勒·薩爾巴達(dá)黑卡瑞, 克里斯蒂安·霍赫拉, 格哈德·尤塞菲 申請(qǐng)人:博士倫公司