Brevet FR2626466A1 — publié le 19890804

1- La présente invention se rapporte lea médecine, plus particulièrement à l'ophtalmologie, et plus précisé- ment à un appareil pour le traitement de l'astigmatisme (myopique, hypermétropique et mixte), Avec la myopie et l'hypermétropie, l'astigmatisme représente le défaut optique de l'oeil le plus répandu à travers le monde. La correction de l'astigmatisme à l'aide de lunettes n'assure pas toujours une qualité réqui- se de correction, alors que l'utilisation de verres de con- tact provoque certaines incommodités pour les patients. Le procédé le plus prometteur pour la correction de l'astig- matisme est la modification chirurgicale de la refraction. de l'oeil. En comparaison avec les procédés de traitement de l'astigmatisme par la chirurgie conventionnelle, qui existent à l'heure actuelle, la chirurgie au laser présente de nets avantages, tels qu'une eomplète stérilité, un cal- cul mathématique des résultats de l'intervention et une haute précision. L'élaboratibn d'appareils fiables, d'exploitation commode et de fabrication suffisamment simple pour le traitement chirurgical de l'astigmatisme au moyen du laser représente aujourd'hui une tâche de première importance. On connait un appareil pour le traitement chirur- gical de l'astigmatisme qui comporte un laser pulsé et un formeur de distribution de la densité de l'énergie de rayonnement dans la section transversale du faisceau qui se trouve sur le trajet du faisceau de rayonnement de ce laser (Rapport du "Centre Scientifique IBM", Paris, FRANCE, Doc. NF 104. 1986, K. Hanna et al. "Excime Laser Refrac- tive Keratoplasty"). Dans cet appareil, le formeur de distribution de la densité energétique du rayonnement a la forme d'un dis- que pivotant avec une fente d'une forme ealculée. Par suite de l'action de nombreuses impulsions de rayonnement du laser, pour un rapport donné entre le moment d'apparition de l'impulsion de rayonnement et la position angulaire de la 262à466 fente par rapport aux axes principaux de l'oeil du patient, il se produit'un changement de la forme de la surface cor, nêenne nécessaire à la correcetion de l'astigmatisme. Cependant, à la suite de l'utilisation de l'appa- reil connu ci-dessus mentionné, il ne se produit simulta- nément l'irradiation que d'une partie de la cornée, qui est déterminée par la forme de la fente et par sa position angulaire au moment donné, ce qui rend difficile l'obten- tion de surfaces lisses d'un profil voulu étant donné que chaque impulsion de rayonnement enlve,de la cornée, une couche avec des parois verticales, dont la forme corres- pond à la forme de la fente. Par consequent, on s'apppoche de la forme requise de la surface cornéenne par une sur- face étagée et pour obtenir une surface lisse, on faut enlever de nombreuses couches de petite profondeurs Cela prolonge la durée de l'intervention et complique sa réali- sation en exigeant une fixation précise de l'oeil du pa- tient par rapport au rayon du laser pendant une laongue période de temps. L'énergie du rayonnement laser est uti- lisée de façon peu efficace, ce qui condionne également une augmentation de la durée de l'intervention. Cet appa- reil connu est de fabrication compliquée car il exige une haute précision de préparation. de la fente et du mécanisme de rotation, 'une mesure de précision de la position angu- laire de la fente et une adaptation, avec celle, du moment de l'apparition de l'impulsion du rayonnement laser. Les inconvénients ci-dessus mentionnés réduisent la précision des résultats de l'intervention et augmen- tent l'éventualité de complications. - Le problème posé dans la présente invention con- siste à mettre -au-point un appareil pour le traitement chirurgical de l'astigmatisme avec une construction du formeur de distribution de la. densité énergétique du rayon- nement dans la section transversale du faisceau du laser pouvant assurer, à la suite de l'irradiation en un temps de toute la surface cornéenne, l'obtention d'une surface lisse d'un profil voulu, permettant de réduire la durée de l'intervention chirurgicale et d'augmen.ter l'efficacité d'utilisation du rayonnement. Ce problème est résolu par-le fait que, dans un appareil pour le traitement chirurgical de l'astigmatisme, comprenant un laser pulsé-et un formeur de distribution de la densité énergétique du rayonnement dans la coupe transversale du faisceau, ce formeur se trouvant sur le trajet du faisceau de rayonnement, selon l'invention, le formeur de distribution de la densité de l'énergie a la Forme d'une cuvette optique dont les première et seconde fenêtres, situées sur le trajet du faisceau de rayonnement, sont disposées avec une possibilité de rotation autour de l'axe du faisceau et sont réalisées en un matériau trans- parent au rayonnement du laser, leurs surfaces internes étant des surfaces cylindriques de second ordre et la direction principale de chacune d'entre elles étant per- pendiculaire b l'axe de symétrie du faisceau de rayonne- ment, cette cuvette étant remplie d'un milieu qui absorbe en partie le rayonnement du laser. Il est avantageux que la cuvette soit à dégorgement et qu'elle communique avec un système de circulation du milieu d'absorption muni d'un moyen pour le changement de la densité optique de ce milieu. Pour le traitement de l'astigmatisme myopique, il est avantageux de réaliser les surfaces internes des deux fenêtres de la cuvette en forme de surfaces paraboliques cylindriques dont la convexité est tournée vers l'intérieur de la cuvette. Pour le traitement de l'astigmatisme hypermétro- pique, il est avantageux de réaliser les surfaces internes des deux fenêtres de la cuvette en forme de surfaces cylin- driques circulaires dont la convexité est tournée vers l'extérieur de la cuvette. Pour le traitement de l'astigmatisme mixte, il est avantageux de réaliser les surfaces internes des deux fenêtres de la cuvette en forme de surfaces hyperboliques cylindriques dont l'une doit être tournée par sa convexité vers l'intérieur et l'autre vers l'extérieur de la cuvette. L'appareil pour le traitement chirurgical de l'es- tigmatisme selon l'invention permet de réduire nettement la durée de l'intervention, assure une haute efficacité d'utilisation de l'énergie du laser et donne la possibilité d'obtenir, au terme de l'intervention, une surface lisse et d'un profil voulu de la cornée. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnes uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexésdans lesquels: - la figure 1 montre l'appareil pour le traite- ment chirurgical de l'astigmatisme selon l'invention, - la figure Z montre une variante de réalisation des fenêtres de la cuvette optique pour le traitement de l'astigmatisme myopique, en isométrie; - la figure 3 montre une variante de réalisation des fenêtres de la cuvette optique pour le traitement de l'astismagtisme hypermétropique, en isom6trie - la figure 4 montre une variante de réalisation des fenêtres de la cuvette optique pour le traitement de l'astigmatisme mixte, en isometrie; 7 - les figures 5a et b montrent schématiquement un oeil en phase de traitement d'astigmatisme myopique, en vues en coupe faites suivant des méridiens astigmatiques réciproquement perpendiculaires; - les figures6a et b montrent schématiquement un oeil en phase de traitement d'astigmatisme hypermgtropique, en vues en coupe suivant des méridiens astigmatiques réci- proquement perpendiculaires; et 3 5 - les figures 7a et b montrent schématiquement un oeil en phase de traitement de l'astigmatisme mixte, en vues en coupe suivant des méridiens astigmatiques récipro- quement perpendiculaires. L'appareil pour le traitement chirurgical de l'as- tigmatisme (myopie, hypermétropie -at mixte) selon l'tinven- tion, représenté à la figure 1, comporte un laser pulsé 1 et, disposés en succession sur le trajet 2-de son rayonne- ment, un formeur 3 de distribution de la densité de l'éner- gie du rayonnement sur la section transversale du faisceau 2, un diaphragme 4 et une lentille 5 qui établissent le diamètre de la zone opératoire sur la cornée 6 de l'oeil du patient. Le formeur 3 de distribution de la-densité de l'énergie est formé d'une cuvette optique 7 dont les fené- tres 8 et 9 qui se situent sur le trajet du faisceau 2 du rayonnement du laser 1 sont en un matériau transparent au rayonnement du laser, par exemple en quartz, et leurs sur- faces internes sont des surfaces cylindriques de second ordre. Nous comprenons ici sous le terme de surface inter- ne des fenêtres 8 et 9, la surface de séparation entre la cavité de la cuvette 7 et le matériau de ces fenêtre 8 et 9. La cuvette 7 est remplie d'un milieu 10 qui absorbe partiellement le rayonnement laser et elle est è dégorge- ment, avec communication à un système de circulation du milieu d'absorption 10,et c'est pour cette raisbn que la paroi de son corps cylindrique Il porte un raccord d'en- trée 12 et un raccord de sortie 13. Par une conduite 14, le raccord d'entrée 12 communique par un détendeur de gaz , servant de moyen de changement de ia densité optique du milieu 10 (par pression du gaz),avec une boutesile à gaz comprimé d'absorption 16, par exemple de l'amoniac. Au raccord de sortie 13 se raccordent successive- ment un robinet 17 et un dispositif 18 d'absorption du gaz. Dans le cas o l'on a recours à un milieu d'ab- sorption liquide, pour lequel on peut utiliser par exemple une solution aqueuse de NaCI, le système de circulation (qui n'est pas représenté aux dessins) comprend un réser- voir du liquide et une pompe pour le pompage du liquide en circuit fermé à travers la cuvette 7. En tant que laser 1, on peut utiliser un laser excimbre avec distribution homogène de la densité de ' l'énergie de rayonnement 'dans la section transversale du faisceau. Les fenêtres B et 9 sont respectivement fixées dans des douilles 19 et. 20 qui sont installées dans un corps cylindrique 11, chacune d'entre elles étant coaxia- le avec une possibilité de rotation autour de l'axe du corps 11, cet axe co3ncidant avec l'axe 21 du faisceau laser 2. Les surfaces externes d'about des douilles 19 et 20 portent une échelle pour le compte de l'angle de rotation. La cavité de la cuvette 7 est étanehéifie par rapport au milieu extérieur à l'aide de moyens connus d'hermétisation, tels que des joints en plastique fluorés (qui ne sont pas représentés par convention à la figure 1). On utilise, à titre de fenêtres 8 et 9, des len- tilles télescopiques dont les surfaces délimitant la cavi- t.6 de la cuvette 7 sont des surfaces cylindriques de se- cond ordre paraboliques, hyperboliques, elliptiques ou des surfaces de cylindres circulaires. La figure 2 montre une variante de réalisation des fenêtres 8 et 9 de la cuvette optique pour le traite- ment de l'astigmatisme myopique, oe les surfaces internes 22 et 23 ont la forme de surfaces cylindriques paraboliques tournées, par leur convexité, vers l'intérieur de la cuvet- te. Les directions principales 24 et 25 des surfaces 22 et 23 respectivement sent perpendiculaires à l'axe de symé- trie 21 du faisceau. Par la direetion principale d'une srface curvi- ligne, on indique la direction, sur la surface, le long de laquelle.la courbure de section normale a la plus gran- -35 de valeur. La figure 3 montre une variante de réalisation des fenêtres 8 et 9, dont les surfaces internes 26 et 27 ont la forme de surfaces de cylindre circulaire dont lesconvexités sont tournées vers l'extérieur de la cuvette. Les directions principales 28 et 29 des surfaces 26 et 27 sont respectivement également perpendiculaires à l'axe 21 du faisceau. La figure 4 montre une variante de réalisation des fenêtres 8 et 9 de la cuvette optique, ob les surfaces internes 30 et 31 ont la forme de surfaces cylindriques hyperboliquesavec respectivement des directions principa- les 32 et 33 perpendiculaires à la l'axe 21 du faiseeau. La surface.30 est tournée, par sa convexité, vers l'inté- rieur de la cuvette alors que la surface 31 est tournée, par sa convexité,vers l'extérieur de cette cuvette. Dans les variantes de réalisation des fenêtres 8 et 9 représentées sur les figures 2, 3 et 4, on peut éga- lement utiliser d'autres surfaces cylindriques du second ordre. Par exemple, dans la variante représentée à la figure 2, les fenêtres 8 et 9 peuvent avoir des surfaces cylindriques hyperboliques, elliptiques ou des surfaces de cylindre circulaire à la condition que ces surfaces soient tournées, par-leur convexité, vers l'intérieur de la cuvette et que les directions principales soient ortho- gonales à l'axe 21 du faisceau. Cela concerne de même les variantes montrées aux figures 3 et 4 à eela prts que la convexité des surfaces internes des fenêtres 8 et 9 doit être tournée dans les sens indiqués pour les varian- tes des figures 3 et 4. Dans chaque cas concret le choix.de la variante de la cuvette 7 dépend de la grandeur et du type. de l'astig- matisme de l'oeil du patient, des paramètres du milieu d'absorption 10 qui est utilisée ainsi que de la technolo- gie de fabrication et des exigences de minimisation des aberrations du système optique de l'appareil selon l'inven- tion. L'appareil pour le traitement chirurgical de l'as- tigmatisme selon l'invention fonctionne comme suit. Nous examinerons d'abord le fonctionnement de l'appareil selon l'invention sur un exemple de traitement de l'astigmatisme myopique. On sait que la surface de la cornée de l'oeil normal peut être décrite par l'équation d'un paraboloede de révolution. Dans l'astigmatisme myopique, la surface de la cornée de l'oeil est décrite par l'équation d'un parabo- loide elliptique avec des rayons de courbure au sommet dans toutes les sections plus petits que dans le cas d'un oeil.normal. Pour le traitement de l'astigmatisme myopique, il faut-enlever, dela cornée de l'oeil, le segment 34 (figures 5a et b) qui est délimité par deux surfaces para- bolique, la surface deparaboloïde 35 et la surface de para- boloide de révolution 36 (surface cornéenne de l'oeil normal). Le changement de l'épaisseur du segment 34 à enlever sur la surface de la corn6e peut être décrit par une équation de paraboloide elliptique avec un maximum sur l'axe 21 du faisceau. Les sections du segment 34 dans oes méridiens astigmatiques réciproquement perpendiculaires (directions de r6fraction maximale et de r6fraction mini- male de l'oeil)sont montrées aux figures 5a et b. Pour enlever le segment 34 au cours du traitement de l'astigma- tisme myopique en utilisant l'appareil selon l'invention,. il faut tout d'abord calculer, en tenant compte du coeffi-, cient d'absorption du milieu 10 de la figure 1, la valeur de l'angle entre les directions principales 24 et 25 (figure 2) des fenêtres B et 9 (figure 1) puis faire pivo- ter les fenêtres 8 et 9 par- rotation de douilles 19 et 20 jusqu'à ce que l'angle entre les directions principales 24 et 25 de la figure 2 devienne égal à la valeur calcu- lie et que la bissectrice de cet angle coïncide avec l'un des méridiens astigmatismes, directions principales et plus précisément-avec la direction de réfraction maximale de l'oeil. On met ensuite le laser I en marche, le faisceau 2, sortant du laser 1 avec distribution uniforme de la den- sité de l'énergie dans la section transversale du faisceau, traverse la fenêtre 8 de la cuvette 7, l'espace entre les fenêtres 8 et 9 qui est rempli du milieu d' absorption , la fenêtre 9, le diaphragme 4, la lentille 5 pour par- venir à la cornée 6 de l'oeil. Etant donné que les surfa- ces internes des fenêtres 8 et 9 sont curvilignes, l'épais- seur de la couche du milieu 10 sur le trajet du faisceau 2 de rayonnement n'est pas uniforme et augmente du centre vers la périphérie de la cuvette 7, et il-y a une direc- tion d'accroissement maximal, et perpendiculairement à celle-ci une direction d'accroissement minimal de l'épais- seur. L'absorption du rayonnement dans le milieu 10 augmente du centre vers la périphérie du faisceau 2 avec une vitesse différente dans différentes directions. Après avoir traversé la cuvette 7, le faisceau 37 a une distri- bution d'énergie non uniforme, symétrique par rapport à des plans réciproquement perpendiculaires dont la forme et les paramètres sont déterminés: - par la forme des surfaces internes des fenêtree 8 et 9; et par le coefficient d'absorption du milieu 10 qui peut varier, par exemple,par suite du changement de la pression du gaz d'absorption ou de la concentration de la solution s'il s'agit d'un milieu liquide. La distribution de la densité d'énergie dans la section transversale du faisceau 37 est décrite par une équation proche de l'équa- tion du paraboloide elliptique avec un maximum sur l'axe 21 du faisceau 2, le degré d'approximation augmentant de la périphérie vers le centre du faisceau 2. Ensuite, le faisceau 37 traverse le diaphragme 4 et la lentille 5.(qui peut être absente dans le cas d'une divergence suffisamment petite du faisceau laser) pour at- teindre la cornée 6 de l'oeil. Au cours de le réalisation de 'iintervention,.le milieu d'absorption 10 est constamment pompé à travers la cavité de la cuvette 7 au moyen du système de cireula- tien, afin d'éviter la décomposition de ce milieu 10 sous l'action prolongéedu rayonnement du laser 1. On sait que l'action de l'ultraviolet eloigné aur les tissus biologiques apporte une photo-ablation (photo- évaporation) de cea derniers, l'épaisseur de la couche lo enlevée étant proportionnelle à la densité de l'énergie pour une gamme définie de densité énergétique du rayonne- ment. L'interaction du faiaceau 37, dont la distribu- tion de l'énergie peut approximativement être décrite 13 comme on l'a indiqué ci-dessus par l'équation du parabo- lolde elleptique avec un maximum de densité d'énergie sur l'axe du faisceau, avec la cornée 6, entraîne l'ablation de la zone 34 de la cornée, qui est délimitée par une surface de paraboloide elliptique et par une surface de paraboloide de révolution, la première étant la surface initiale de la cornée du patient avant traitement et la seconde étant la surface la cornée après l'action du rayon- nement du laser 1 ( figure 1).. L'irradiation est réalis.e jusqu'à l'l1imination de l'astigmatisme myopique. Dans l'astigmatisme hypermétropique, la surface de la cornée de.l'oeil est décrite par l'équation du para- boloide elliptique avec des rayons de courbure au sommet plus grands dans toutes les sections que dans le cas de l'oeil normal. Pour le traitement de l'astigmatisme hyper- 30. mêtropique, il faut.enlevere de la cornée, la zone 38 (figures 6a et b) qui est délimitée par deux surfaces para- boliques, la surface 39 de paraboloide elliptique et la surface 40 de paraboide de r.volution (surface cornéenne de l'oeil normal).Le traitement de l'astigmatisme hypermétro- pique est réalisé de la même façon que dans le cas de l'astigmatisme myopique et cela eprès qu''à titre de formeur t l 3 de distribution de la densité de l'énergie de rayonne- ment sur le plan transversal du faisceau 2, on choisit la variante des fenêtres 8 et 9 de la cuvette 7 qui est repré- sentée à la figure 3. Il en résulte qu'à la sortie de la cuvette 7, le faisceau 37 a une distribution d'énergie- qui peut être décrite par une équation de paraboloide elliptique avec son minimum sur l'axe 21 du faisceau 2. l'interaction d'un tel faisceau avec la cornée 6, comme on peut le voir aux figures 6a et b, entraîne l'ablation l de la zone 38 de sa surface. Dans l'astigmatisme mixte, la surface de la cornée de l'oeil peut être décrite par l'équation du para- boloide elliptique ayant un rayon de courbure plus petit dans le méridien de réfraction maximale et plus-grand dans le méridien de réfraction minimale que le rayon de courbure de l'oeil normal. Pour le traitement de l'astigmatisme mix- te, il faut enlever, de la cornée, la zone 41 des figures 7a et b, dont le changement d'épaisseur sur la surface de la cornée peut être décrit par une équation de para- boloide hyperbolique. Le traitement de l'astigmatisme mix- te est réalisé de la même façon que' pour l'astigmatisme myopique ou hypermétropique à cela pros qu'à titre de formeur 3 de distribution de la densité d'énergie du rayon- nement dans la section transversale du faisceau, on choisit la variante des fenêtres 8 et 9 de la cuvette 7 qui est représentée à la figure 4. Il en résulte que le faisceau 37 à la sortie de la cuvette 7 a une distribution de den- sité d'énergie qui peut approximativement être décrite par l'équation du paraboloide hyperbolique. L'interaction d'un tel faisceau avec la cornée 6 entraîne l'ablation de la zone 41 des figures 7a et b, de sa surface. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple explicatif qui suit de sa réalisation-. L'une des variantes de l'appareil selon ltinven- tion a été préparée et soumise à un essai. Dans-le but de modifier la réfraction de l'oeil du lapin, un rayonne- ment laser i ( -) 193 nm) a été utilisé, avec une dis- tribution uniforme d'énergie, constitué d'un faisceau. parallèle 2 de 6 mm de diamè-tre transmis à travers le formeur 3 de distribution de densité énergétique ayant des fenêtres 8 et 9 identiques exécutées en forme de len- tilles télescopiques avec des surfaces représentant des cylindres circulaires et préparées à partir de quartz, lesquelles fenêtres sont solidement installées sous du vide dans le corps cylindrique de la cuvette 7 de façon à ce que la convexité de l'une d'entre elles sait tournée vers l'intérieurs celle de l'autre étant tournée vers l'exté- rieur de la cuvette 7 (comme cela est montré à la figure 4). Les fenêtres 8 et 9 sont fixées dans les douilles 19 et 20 qui peuvent pivoter dans le corps cylindrique 11 en acier inoxydable. Pour les raccorda 12 et 13, le formeur 3 est relié au système assurent un flux de N2O soub une pression de i x 10 à 3 x 106 Pa. La fréquence de répétition des impulsions-du laser 1 est égale à 10 Hz, l'énergie de l'impulsion étant de 100 à 300 mJ. zo Pour une expérience sur 8 globes oculaires de lapins, nous avons obtenu un astLgmatisme mixte artificiel, par thermocoagulation et application d'entailles au moyen d'un bistouri à lame de diamant. Au terme de l'action du laser'au moyen de l'appareil selon l'invention, la correc- g5 tien de l'astigmatisme mixte provoqué artificiellement * dans les intervalles de myopie de 0 à 3 D et d'hypermétro- pie de 0 à'2,5 D a été réalisée, permettant d'obtenir une surface lisse des zones de la cornée soumises à l'irradia- tion. L'utilisation'de l'appareil selon l'invention * permet d'augmenter la précision d'obtention de la forme voulue de la surface cornéenne ainsi que de réduire nette- ment la durée de l'intervention. 262646' RE V E N D i C A T I 0 M S 1. Appareil pour le traitement chirurgical de l'astigmatisme, du type comprenant un -laser pulsé et un formeur de distribution de la densité d'énergie du rayon- nement sur la section transversale du faisceau place sur le trajet dudit faisceau, caractérisé en ce que le formeur (3de distribution de la densité d'énergie a-la forme d'une cuvette optique (7) dont les fenêtres (8 et 9) qui se trouvent sur le trajet du faisceau de rayonnemaent sont installtes avec possibilité de rotation autour de l'axe la (21) du faisceau (2) et sont en un matériau transparent au rayonnement laser, leurs surfaces internes étant des surfaces cylindriques de révolution de second ordre et-la direction principale dé chacune d'entre elles étant perpen- diculaire à l'axe '21) du faisceau (2) de rayonnement, la cuvette (7) étant remplie d'un milieu (iO)'partiellement transparent au rayonnement laser. 2. Appareil selon'la revendication l, caractérisé en.ce que la cuvette (7) est à dégorgement et communique avec un système de circulation du milieu d'absorption (10) muni d'un moyen'de changement de la deneité optique dudit milieu (10). 3. Appareil selon la revendication l, caractérisé en ce que les surfaces internes des-fenêtres (8 et 9)1 de la cuvette (7) ont la forme de surfaces cylindriques para- boliques dont la convexité est tournée vers l'intérieur de ladite cuvette. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces internes des fenêtres (8 et 9) de la cuvette (7) ont la forme de surfaces de cylindres cir- culaires dont la convexité est tournée vers l'extérieur de ladite cuvette. 5. Appareil selon la revendicatiôn 1, caracterisé en ce que les surfaces internes des fenêtres (8 et 9) de la cuvette (7) pnt la forme de surfaces cylindriques hyper- boliques, l'une d'entre elles ayant sa convexité tournée vers ltintérieur et l'autre, vers l'extérieur de ladite cû- vette.