Устройство для формирования профиля лазерного излучения

 

Изобретение относится к офтальмологии и предназначается для коррекции аномалий рефракции глаза, а также для лечения заболеваний роговицы. Техническим результатом является повышение стабильности воспроизведения необходимого профиля распределения энергии и уменьшение потерь энергии. Устройство содержит поворотное цилиндрическое зеркало, формирователь Гауссового пучка, ирисовую диафрагму, сферическую линзу, первое поворотное и второе поворотное сканирующие зеркала. Кроме того, устройство содержит операционный микроскоп, снабженный видеокамерой, которая вместе с первым и вторым поворотными зеркалами выполняет функцию активной следящей системы, а также встроенный кератотопограф, который состоит из двух проекторов щелевого освещения с зеркалами проектора щели на оси сканеров, расположенными симметрично в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости глаза пациента, под углом в диапазоне 40-53^o относительно оптической оси операционного микроскопа. 1 ил.

Изобретение относится к офтальмологии и предназначается для коррекции аномалий рефракции глаза, а также для лечения заболеваний роговицы.

Известно устройство для формирования профиля лазерного излучения, в котором путем послойного испарения роговицы импульсным УФ-излучением с длиной волны 193 нм, производится изменение кривизны роговицы (см. а.с. 2129853).

Посылаемое на глаз излучение лазера имеет Гауссов профиль, который формируется при помощи проточной кюветы, заполненной дистиллированной водой. Для проведения операций по поводу астигматизма излучение растягивается в эллипс при помощи цилиндрической линзы. Поворот составляющей цилиндрической линзы определяет ось астигматизма.

Недостатком описанного устройства является малый коэффициент полезного действия (большие потери энергии), невозможность работать с другими профилями распределения энергии лазерного пучка, отслеживать движения глаза пациента и работать по топограмме пациента.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение стабильности воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, уменьшение потерь энергии, обеспечение проведения операций по поводу коррекции аномалий рефракции глаза: миопия, гиперметропия, астигматизм, неправильный астигматизм, гиперметропический астигматизм методами ФРК, Лазик, ФТК и других заболеваний роговицы, возможность перепрофилирования распределения плотности энергии лазерного луча, обеспечение возможности работы по топограмме, обеспечение возможности работы активной системы слежения за глазом и измерение параметров роговицы встроенным кератотопографом.

Эта техническая задача решается тем, что в предлагаемом устройстве для формирования профиля лазерного излучения, содержащем поворотное цилиндрическое зеркало, формирователь Гауссового пучка, ирисовую диафрагму, выполненную с возможностью совместного перемещения с формирователем Гауссового пучка вдоль оптической оси, сферическую линзу, первое поворотное сканирующее зеркало, согласно изобретению первое поворотное сканирующее зеркало расположено в вертикальной плоскости под углом 45^o к оптической оси и сканирует относительно вертикальной оси, проходящей через его центр, второе поворотное сканирующее зеркало лежит в плоскости, расположенной под углом 45^o к горизонтальной плоскости, сканирует относительно горизонтальной оси, параллельной оптической оси, проходящей через центр поворотного цилиндрического зеркала, формирователя Гауссового пучка, ирисовой диафрагмы, сферической линзы, первого поворотного сканирующего зеркала и отклоняет лазерный пучок в вертикальной плоскости, при этом плоскости сканирования первого и второго поворотных сканирующих зеркал взаимно перпендикулярны друг другу, излучение после второго поворотного сканирующего зеркала поступает на поверхность роговицы глаза пациента и в объектив операционного микроскопа, снабженного видеокамерой, которая вместе с первым и вторым поворотными зеркалами выполняет функцию активной следящей системы, причем устройство дополнительно снабжено встроенным кератотопографом, который состоит из двух проекторов щелевого освещения с зеркалами проектора щели на оси сканеров, расположенными симметрично в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости глаза пациента, под углом в диапазоне 40-53^o относительно оптической оси операционного микроскопа.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом.

Устройство содержит поворотное цилиндрическое зеркало 1, формирователь Гауссового пучка 2, ирисовую диафрагму 3, сферическую линзу 4, первое поворотное зеркало 5, второе поворотное зеркало 6. При этом зеркала 5 и 6 вместе с камерой микроскопа 7 обеспечивают работу активной следящей системы 8. Устройство содержит встроенный кератотопограф 9, состоящий из проекторов щелевого освещения 10, 11, оснащенных гальваносканерами, зеркал проектора щели 12, 13, оснащенных сканерами 14, 15, и камеры микроскопа 7, а также профилометр 16 (не показан). Сканирующие поворотные зеркала 5 и 6 вместе с камерой микроскопа 7 обеспечивают работу активной следящей системы за микродвижениями глаза пациента. Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой плосковыпуклую сферическую линзу, на плоской поверхности которой выполнена фазовая пластина, в фокусе которой расположена ирисовая диафрагма 3, при этом формирователь гауссова излучения и диафрагма выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. За диафрагмой 3 расположен выходной объектив (сферическая линза 4), выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси. Первое поворотное сканирующее зеркало 5 расположено в вертикальной плоскости под углом 45^o к оптической оси и сканирует относительно вертикальной оси, проходящей через его центр. Второе поворотное сканирующее зеркало 6 лежит в плоскости, расположенной под углом 45^o к горизонтальной плоскостиб и сканирует относительно горизонтальной оси, параллельной оптической оси, проходящей через центр поворотного цилиндрического зеркала 1, формирователя Гауссового пучка 2, ирисовой диафрагмы 3, сферической линзы 4 и первого поворотного сканирующего зеркала 5, отклоняет лазерный пучок в вертикальной плоскости, при этом плоскости сканирования первого и второго поворотных сканирующих зеркал взаимно перпендикулярны друг другу, излучение после второго поворотного сканирующего зеркала 6 поступает на поверхность роговицы в плоскости глаза пациента 17 и в объектив операционного микроскопа 18, снабженного видеокамерой 7, причем устройство дополнительно снабжено встроенным кератотопографом 9, состоящим из двух проекторов щелевого освещения 10, 11, двух зеркал проектора щели 12, 13 на оси сканеров 14, 15, расположенных симметрично в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости глаза пациента 17, под углом в диапазоне 40-53^o относительно оптической оси операционного микроскопа 18.

Работа предлагаемого устройства производится следующим образом.

Излучение лазера с длиной волны 193 нм и произвольным распределением энергии по сечению пучка отражается цилиндрическим зеркалом 1 под углом 45^o, проходит через формирователь Гауссового пучка 2, который служит для создания Гауссового распределения в плоскости ирисовой диафрагмы 3. Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой плосковыпуклую сферическую линзу, на плоской поверхности которой выполнена фазовая пластина, в фокальной плоскости которой расположена ирисовая диафрагма 3. Диаметр ирисовой диафрагмы 3 изменяется шаговым двигателем (не показано) по команде компьютера. Формирователь Гауссового пучка 2 и ирисовая диафрагма 3 могут перемещаться вдоль оптической оси на оптическом столе (не показано) с шаговым двигателем. Сферическая линза 4 строит изображение ирисовой диафрагмы 3 в плоскости глаза 17 с заданным увеличением. Для изменения масштаба изображения и сохранения положения плоскости глаза 17 сферическая линза 4 перемещается на оптическом столе при помощи шагового двигателя (не показано), а одновременно с этим происходит перемещение формирователя Гауссового пучка 2 и ирисовой диафрагмы 3 вдоль оптической оси на оптическом столе (не показано) с шаговым двигателем.

Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой кварцевую пластину. Пучок лазерного излучения претерпевает дифракцию на неоднородностях фазовой пластины. После формирователя излучение собирается в фокусе линзы. Все дифрагировавшие пучки накладываются друг на друга в фокусе линзы, давая в результате идеально гладкое распределение Гаусса.

Особенностью излучения лазера является неодинаковая расходимость по двум взаимно перпендикулярным направлениям, что приводит к незначительной эллиптичности пятна в плоскости диафрагмы 3. Для коррекции этого недостатка на входе формирующей системы используется цилиндрическое поворотное зеркало 1 с регулируемой кривизной поверхности.

В фокусе линзы устанавливается диафрагма 3, обрезающая края распределения и задающая размер зоны абляции на глазу. Края излучения обрезаются по уровню интенсивности, немного превышающему порог абляции, что приводит к сглаживанию краев зоны абляции. Изображение диафрагмы 3 перестраивается объективом 4 на глаз пациента, находящимся в плоскости глаза 17, с заданным увеличением, обеспечивая на глазу размер пятна 1-10 мм. Плоскость изображения совпадает с плоскостью резкости операционного микроскопа 18. Для изменения масштаба изображения и сохранения положения плоскости глаза 17 линза 4 перемещается на оптическом столе при помощи шагового двигателя, а одновременно с этим происходит перемещение формирователя Гауссового пучка 2 и ирисовой диафрагмы 3 вдоль оптической оси на оптическом столе с шаговым двигателем.

Сканирующими зеркалами 5 и 6 предлагается сканировать поверхность глаза пациента, создавая гладкую поверхность за счет наложения пучков лазерного излучения, обеспечивая тем самым возможность коррекции астигматизма с заданным направлением осей, устранение астигматизма различной степени и уменьшение нагрева роговицы.

При проведении операции необходимо менять ширину Гауссового распределения для каждого пациента. Эти изменения производятся путем перемещения формирователя Гауссового пучка 2 совместно с диафрагмой 3 и линзы 4 одновременно вдоль оси лазерного излучения. Перемещения отрабатываются под управлением компьютера в заданном диапазоне и с расчетной точностью.

При изменении размера пятна в плоскости глаза меняется плотность энергии по всему сечению пучка. Поэтому при изменении размера пучка компьютер дает команду на изменение энергии лазера.

Параметры излучения измеряются профилометром и при установлении заданного распределения плотности энергии выдается разрешение на проведение операции.

Началом работы встроенного кератотопографа 9 является установка всех подвижных элементов кератотопографа 9 в рассчитанное положение, условно принятое за нулевое. Изображения двух сканирующих щелей соединяются в центре глаза пациента, далее каждая из щелей сканирует поверхность роговицы глаза пациента. Сканирование осуществляется зеркалами проектора щели 11 и 12 на оси сканеров 14 и 15 соответственно по команде компьютера. Каждое полученное в процессе сканирования изображение снимается камерой микроскопа 7 и собранная информация передается программой MCI интерфейса в компьютер, который производит их дальнейшую обработку разработанной программой интерфейса.

Операционный микроскоп 18, а также камера системы 7, совмещенная с операционным микроскопом, обеспечивают вместе с поворотными сканирующими зеркалами 5 и 6 активное слежение за микродвижениями глаза пациента. При отклонении глаза пациента от принятого за нулевое положение на исполнительное устройство - компьютер поступает информация об отклонении. По команде компьютера поворотными сканирующими зеркалами 5 и 6 лазерный пучок вновь совмещается с центром зрачка. Дальнейшая работа устройства продолжается согласно расчету. Таким образом, на алгоритм рефракционного воздействия на роговицу накладывается алгоритм слежения за микродвижениями глаза пациента при тех же исходных условиях.

Перед началом каждой операции производится установка каждого из подвижных элементов устройства 2, 3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13 в расчетные положения для получения требуемых параметров Гауссового распределения, энергии и диаметра пятна воздействия на роговицу глаза. Этот результат контролируется с помощью камеры 7. При необходимости производится дополнительная коррекция положения вышеперечисленных элементов. После этого производится воздействие лазерным излучением, обладающим специально подобранным для каждого глаза каждого пациента пространственным профилем распределения энергии, на глаз пациента.

Предложенное устройство позволяет повысить стабильность воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, уменьшить потери энергии, а также обеспечить однозначное достижение положительного медицинского эффекта при проведении хирургических операций по поводу коррекции аномалий рефракции (миопии, гиперметропии, астигматизма различной степени с заданным направлением осей) и других заболеваний роговицы, отслеживать микродвижения глаза пациента во время проведения операции, работать по кератотопограмме пациента, измерять рефракцию роговицы глаза пациента, сравнивать кератотопограммы до и после операции, а также контролировать рефракцию роговицы глаза пациента в процессе проведения операции по поводу коррекции аномалий рефракции.

Формула изобретения

Устройство для формирования профиля лазерного излучения, содержащее поворотное цилиндрическое зеркало, формирователь Гауссового пучка, ирисовую диафрагму, выполненную с возможностью совместного перемещения с формирователем Гауссового пучка вдоль оптической оси, сферическую линзу, первое поворотное сканирующее зеркало, отличающееся тем, что первое поворотное сканирующее зеркало расположено в вертикальной плоскости под углом 45^o к оптической оси и с возможностью сканирования относительно вертикальной оси, проходящей через его центр, устройство дополнительно содержит второе поворотное сканирующее зеркало, размещенное в плоскости, расположенной под углом 45^o к горизонтальной плоскости, с возможностью сканирования относительно горизонтальной оси, параллельной оптической оси, проходящей через центр поворотного цилиндрического зеркала, формирователя Гауссового пучка, ирисовой диафрагмы, сферической линзы и первого поворотного сканирующего зеркала, и с возможностью отклонения лазерного пучка в вертикальной плоскости, при этом плоскости сканирования первого и второго поворотного сканирующих зеркал взаимно перпендикулярны друг другу, а также с возможностью направления лазерного пучка на поверхность роговицы глаза пациента, причем устройство дополнительно содержит операционный микроскоп с объективом, снабженный видеокамерой, которая вместе с первым и вторым поворотными сканирующими зеркалами выполняет функцию активной следящей системы, и встроенный кератотопограф, который состоит из двух проекторов щелевого освещения с зеркалами проектора щели на оси сканеров, расположенными в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости глаза пациента, под углами 40-53^o относительно оптической оси операционного микроскопа.

РИСУНКИ

Рисунок 1