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 обеспечение проведения операций по поводу коррекции гиперметропии и гиперметропического астигматизма и других заболеваний роговицы. Предлагаемое устройство для формирования профиля лазерного излучения содержит поворотное цилиндрическое зеркало, формирователь Гауссового пучка, ирисовую диафрагму, выполненную с возможностью совместного перемещения с формирователем Гауссового пучка вдоль оптической оси, сферическую линзу, поворотное зеркало. За ирисовой диафрагмой находится вращающаяся плоскопараллельная пластина, выполненная с возможностью одновременных независимых перемещений - вращения относительно оптической оси и изменения угла падения оси пучка на поверхность плоскопараллельной пластины, далее расположена сферическая линза, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, поворотное зеркало, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси. После поворотного зеркала излучение лазера поступает на поверхность роговицы глаза пациента. Объектив операционного микроскопа снабжен видеокамерой, следящей за положением глаза. 2 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 проводить операции по поводу коррекции гиперметропии и гиперметропического астигматизма.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение проведения операций по поводу коррекции гиперметропии и гиперметропического астигматизма и других заболеваний роговицы.

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, поворотное зеркало согласно изобретению, что за ирисовой диафрагмой находится вращающаяся плоскопараллельная пластина, выполненная с возможностью одновременных независимых перемещений - вращения относительно оптической оси и изменения угла падения оси пучка на поверхность плоскопараллельной пластины, далее расположена сферическая линза, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, поворотное зеркало, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси, после поворотного зеркала излучение лазера поступает на поверхность роговицы глаза пациента, объектив операционного микроскопа снабжен видеокамерой, следящей за положением глаза.

Предлагаемое устройство поясняется фиг.1 и 2.

Устройство содержит: поворотное цилиндрическое зеркало 1, формирователь Гауссового пучка 2, ирисовую диафрагму 3, плоскопараллельную пластину 4, сферическую линзу 5, поворотное зеркало 6, профилометр 7. 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 Гауссового пучка и диафрагма выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. За диафрагмой 3 находится вращающаяся плоскопараллельная пластина 4, выполненная с возможностью одновременных независимых перемещений - вращения относительно оптической оси и изменения угла падения оси пучка на поверхность плоскопараллельной пластины в диапазоне 0-40^o. Далее расположена сферическая линза 5, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, поворотное зеркало 6, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси. После поворотного зеркала 6 излучение лазера поступает на поверхность роговицы глаза пациента 8 и в объектив операционного микроскопа 9, снабженного видеокамерой 10, следящей за положением глаза.

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 распределения Гаусса 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 (на чертеже не показан) по команде компьютера. Формирователь Гауссового пучка 2 и ирисовая диафрагма 3 могут перемещаться вдоль оптической оси на оптическом столе (на чертеже не показан) с шаговым двигателем. Сферическая линза 5 строит изображение ирисовой диафрагмы 3 в плоскости глаза 8 с заданным увеличением. Для изменения масштаба изображения и сохранения положения плоскости глаза 8 сферическая линза 5 перемещается на оптическом столе при помощи шагового двигателя (на чертеже не показано), а одновременно с этим происходит перемещение формирователя Гауссового пучка 2 и ирисовой диафрагмы 3 вдоль оптической оси на оптическом столе (на чертеже не показано) с шаговым двигателем.

Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой плосковыпуклую сферическую линзу, на плоской поверхности которой выполнена фазовая пластина. Пучок лазерного излучения претерпевает дифракцию на неоднородностях фазовой пластины. Все дифрагировавшие пучки накладываются друг на друга в фокальной плоскости линзы формирователя Гауссового пучка 2, 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 глазе. Края излучения обрезаются по уровню интенсивности, немного превышающим порог абляции, что приводит к сглаживанию краев зоны абляции. Изображение диафрагмы 3 перестраивается объективом 5 на глаз пациента 8 с заданным увеличением, обеспечивая на глазе размер пятна 1-10 мм.

После диафрагмы 3 лазерный пучок падает на плоскопараллельную пластину 4 и, проходя через нее, ось пучка выходит параллельно оптической оси. Вращение пластины вокруг оптической оси обеспечивает описание лазерным пучком окружности на роговице пациента в плоскости глаза 8, а изменение угла наклона плоскопараллельной пластины 4 меняет расстояние выхода лазерного пучка от оптической оси, обеспечивая тем самым изменение диаметра окружности на роговице в плоскости глаза 8.

Плоскость изображения совпадает с плоскостью резкости операционного микроскопа 9. Для изменения масштаба изображения и сохранения положения плоскости глаза 8 линза 5 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.

Поворотное зеркало 6 имеет 100% коэффициент отражения для лазерного излучения и направляет излучение на глаз пациента 8. Случайные отклонения центра глаза 8 от оптической оси отслеживаются видеокамерой 10 сквозь поворотное зеркало 6, которое прозрачно для видимого излучения. При случайных отклонениях центра глаза 8 от центра поля зрения операционного микроскопа 9 при помощи соответствующих отклонений поворотного зеркала 6 производится непрерывное соответствующее перемещение центра пучка излучения.

При проведении операции необходимо менять ширину гауссова распределения для каждого пациента. Эти изменения производятся путем перемещения формирователя Гауссового пучка 2 совместно с ирисовой диафрагмой 3 и линзы 5 одновременно вдоль оси лазерного излучения. Перемещения отрабатываются под управлением компьютера в заданном диапазоне и с расчетной точностью.

При изменении размера пятна в плоскости глаза 8 меняется плотность энергии по всему сечению пучка. Поэтому, при изменении размера пучка, компьютер дает команду на изменение энергии лазера.

Параметры излучения измеряются профилометром 7 (на чертеже не показан), и при установлении заданного распределения плотности энергии выдается разрешение на проведение операции.

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

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 (гиперметропии, гиперметропического астигматизма различной степени с заданным направлением осей) и других заболеваний роговицы.

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, поворотное зеркало, отличающееся тем, что за ирисовой диафрагмой находится вращающаяся плоскопараллельная пластина, выполненная с возможностью одновременных независимых перемещений - вращения относительно оптической оси и изменения угла падения оси пучка на поверхность плоскопараллельной пластины, далее расположена сферическая линза, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, поворотное зеркало, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси, после поворотного зеркала излучение лазера поступает на поверхность роговицы глаза пациента, объектив операционного микроскопа, снабжен видеокамерой, следящей за положением глаза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2