Brevet FR2626465A1 — publié le 19890804

La présente invention a trait à la médecine, plus précisément à l'ophtalmologie et plus particulièrement à un appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie (de la.myopie et-de l'hypermétropie). La myopie et l'hypermetropie sont les défauts optiques de l'oeil qui sont les plus répandus dans le monde. Leur correction au moyen de lunettes et de verres - de contact provoque certaines incommodités chez les patients. Le procéed le plus prometteur de correction est la modification chirurgicale de la réfraction de l'oeil. En comparaison avec les procédés de traitement de l'amétropie par la chirurgie classique qui existent actuellement, la chirurgie au laser présente de nets 1s avantages, tels qu'une complète stérilité, un calcul mathématique des résultats de l'intervention et une grande précision. L'élaboration d'appareils commodes d'exploitation et de fabrication qui soient suffisamment simples pour le traitement chirurgical de l'amétropie à l'aide d'un laser représente aujourd'hui une tche- de grande importance. On connait un appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie qui comporte un laser pulsé et un formeur de distribution de la densité énergétique du rayonnement dans une coupe transversale du faiseeau qui se trouve sur le traJet du rayonnement de ce laser (Rapport du "Centre scientifique IBM", Paris, France, Document NF 104, 1986, K. Haena et al. "Excimer Laser Refractive Keratoplasty). Dans cet appareil, le formeur de distribution de la densité énergétique du rayonnement a la forme d'un disque pivotant avec une fente d'une forme calculée. Au terme de l'action de nombreuses impulsions du rayonnement du laser pour un rapport donné entre la fréquence de succession des impulsions du rayonnement et la fréquence de rotation du disque pourvu de la fente, -il se produit une modification -de la forme:de la surface cornéenne. Cependant, par suite de l'utilisation de l'appareil connu, il ne se produit sur le moment que -l'irradiation d'une partie de la cornée, déterminée par la forme de la fente et sa position angulaire au moment donné, ce qui rend difficile l'obtention de surfaces lisses d'un profil voulu étant donné que chaque impulsion de rayonnement enlève, de la cornée, une couche ayant des parois verticales dont la forme correspond. celle de la tente. Par oonséquent, la forme requise de la surface cornéenne-s'approche d'une surface étagée et pour obtenir une surface lisse, il faut enlever de nombreuses couches de petite profondeur. Cela prolonge la durée de- l'intervention, compliquant sa réalisation en exigeant une fixation précise de l'oeil par rapport au rayon du laser pendant longtemps. L'énergie du rayonnement laser est utilisée de façon peu efficace, ce qui entratne également un accroissement de la durée de l'intervention. Cet appareil connu est de fabrication compliquée car il nécessite une haute precision de préparation de la fente du mécanisme de rotation, une mesure de précision de la position angulaire de la fente et une adaptation, avec elle, du moment d'apparition de ll'impulsion de rayonnement. On connai.t par ailleurs un appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie, en particulier de la myopie, qui est décrit dans ".Am. Journ. of Ophtalmology, v. 103, No3., part Il. M.-B.cDonald et al. "Defractive Surgery with the Excimer Laser", p. 469, 1987. Dans cet appareil, le formeur de distributeur de la densité énergétique du rayonnement a la forme d'un diaphragme qui est placé sur le trajet du faiseeau de rayonnement et dont le diamètre change d'une impulsion à l'autre d'une façon discrete en accord aveo un programme de calculatrice, grâce à quoi on obtient un changement requis pour la correction de la myopie, de la forme de la surface cornéenne. Comme dans le cas précédent, à la suite de l'utilisation de cet appareil, à chaque moment, l'irradiation n'intéresse qu'une partie de la cornée, qui est déterminée par le diamètre du diaphragme au moment donné et cela rend difficile l'obtention d'une surface lisse. A cette fin, il faut enlever de nombreuses couches de petite profondeur ce qui prolonge la durée de l'intervention et complique sa réalisation en exigeant une fixation précise de l'oeil par rapport au rayonnement du laser pendant longtemps. Par ailleurs, l'énergie du rayonnement laser est utilisée d'une fagon peu efficace ce qui entratne également un accroissement de la durée de i'intervention. Le problème posé dans la présente invention consiste à mettre un appareil au point pour le traitement chirurgical de l'amétropie ayant une construction du formeur de la distribution de la densité énergétique du rayonnement sur une coupe transversale du faisceau laser assurant, à la suite de l!irradiation en un temps de toute la cornée, l'obtention d'une surface lisse d'un profil voulu, permettant de réduire la durée de l'intervention chirurgicale et d'augmenter L'efficacité d'utilisation du rayonnement laser. Ce problème est résolu par le fait que, dans un appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie, comportant un laser pulsé et un formeur de distribution de la densité énergétique du rayonnement dans la coupe transversale du faisceau, qui est placé sur le trajet du rayonnement, selon l'invention, le formeur de distribution de la densité energétique a la forme d'une cuvette optique dont les premiere et seconde fengtres qui se trouvent sur le trajet du rayonnement sont réalisées en un matériau transparent au rayonnement du laser, la surface interne d'au moins l'une d'entre elles ayant la forme d'une surface de révolution de second ordre dont l'axe de rotation coineide avec celui de symétrie du tfaisceau laser, la cuvette étant remplie d'un milieu absorbant en partie le rayonnement laser, I1 est avantageux que la cuvette soit réalisée avec dégorgement et qu'elle communique avec un système de circulation du milieu absorbant, muni d'un moyen de changement de la densité optique de ce milieu. Pour le traitement de la myopie, on peut réaliser la surface interne de l'une des fenêtres en forme de paraboldide dont le sommet se trouve à l'intérieur de la cuvette alors que la surface interne de. l'autre fenêtre sera en forme de plan perpendiculaire à l'axe de symétrie du faisceau. On peut également réaliser les surfaces internes des deux fengtres de la cuvette en forme de paraboloede avec des sommets regardant à l'intérieur de la cuvette. Il est également possible de réaliser la surface interne des deux fenStres de la cuvette en formant une surface sphérique.de différents rayons de courbure, la surface dont le rayon de courbure est le plus petit devant Stre tournée par sa convexité vers Z5 l'intérieur de la cuvette. Pour le traitement de l'hypermétropie,-on peut réaliser la surface interne de l'une des fen8tres de la cuvette en forme de surface'sphérique, tournée, par sa convexité, vers l'extérieur de la cuvette, la surface interne de l'autre étant en forme de plan perpendiculaire à l'axe du faisceau de rayonnement. On peut également réaliser les surfaces internes des deux fenêtres de la cuvette en foime de surfaces sphériques dont la convexité serait tournée vers l'extérieur de la cuvette. On peut enfin réaliser les surfaces internes. des deux fen8tres de la cuvette en forme de parabololdes de différentes courbures, le paraboloZde dont le rayon de courbure au sommet est le plus petit devant Stre tourné,' par son sommet, vers l'extérieur de la cuvette. L'appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie, exécuté selon la présente invention, permet, grâce à l'utilisation efficace de l'énergie du rayonnement laser, de réduire nettement le temps de l'intervention et, grace à la constitution de la loi parabolique de distribution de la densité énergétique, d'obtenir une surface lisse et d'un profil voulu pour la cornée. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de oelle-oi apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre un appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie selon l'invention; - les figures 2, 3 et 4 montrent des variantes de réalisation de la cuvette optique pour le traitement de la myopie avec un milieu d'absorption gazeux, en coupe transversale; - les-figures 5 et 6 sont identiques aux figures 2, 3 et 4 mais pour un milieu liquide d'absorption;- - les figures 7, 8 et 9 montrent des yariantes de réalisation de la cuvette optique pour le traitement de l'hypermétropie avec un milieu d'absorption gazeux, en coupe transversale; - les figures 10 et 11 sont identiques aux figures 7, 8 et 9 mais pour un milieu liquide d'absorption; - la figure 12 montre schématiquement l'oeil au moment du traitement de la myopie; et - la figure 13 montre schématiquement li'oeil au moment du traitement de l'hypermétropie. L'appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie-myopie et de l'hypermétropie selon l'invention, tel qu'on peut le voir à la figure 1, comprend un laser pulsé 1, et disposés en sucession les uns apres les autres sur le trajet du faisceau 2 de rayonnement, un formeur 3 de distribution de la densité énergétique sur la section transversale du faisceau 2, une diaphragme 4 et une lentille 5 qui déterminent le diamètre de la zone de l'intervention sur la cornée 6 de l'oeil du patient. Le formeur'3 de. distribution de la densité énergétique est formé d'une cuvette 7 dont les fenêtres 8 et 9, qui se trouvent sur le trajet du faisceau 2 de rayonnement du laser 1, sont en un matériau transparent au rayonnement laser, par exemple en quartz et la surface interne d'au moins l'une d'entre elles a une forme de surfa6e de révolution du second ordre dont l'axe de rotation coEnoide aveo celui de symétrie du faisceau du laser 2.-On comprendra ici, sous'le terme de surface interne des fenêtres 8 et 9, la fenêtre de séparation entre la cavité de la cuvette -7 et le matériau des fenêtres 8 et 9. La cuvette 7 est remplie d'un matériau qui absorbe en partie le rayonnement laser et elle est réalisée à dégorgemeit, avec communication à un système de circulation du milieu d'absorption 10, et à cette fin, la paroi de son corps cylindrique 11 porte un raccord d'entrée 12 et un raccord de sortie 13. Au moyen de la oonduite 14, le raccord d'entrée 12 oommunique par le biais d'un détendeur de gaz 15, servant de moyen de changement de la densité optique du milieu 10, avec une bouteille à gaz absorbant comprimé 16, par exemple de l'ammoniao. Au raccord de sortie 13 se raccordent successivement un robinet 17 et un dispositif 18 d'absorption du gaz. Dans le cas o l'on a recours à un milieu liquide d'absorption au titre duquel on peut utiliser par exemple une solution aqueuse de NaCl, le système de circulation (qui n'est pas montré sur le dessin) comprend un réservoir de liquide et une pompe pour le pompage du liquide dans le circuit fermé contenant la cuvette 7. A titre de laser 1, on peut utiliser un laser excimère avec distribution homogène de la densité énergétlque sur la section transversale du faisceau. Les figures 2, 3 et 4 montrent des variantes préférentiel-les de réalisation de la cuvette 7 pour milieu d'absorption gazeux, utilisée dans le traitement de la myopie. En particulier, la figure 2 montre une variante de réalisation de la cuvette 7 dans laquelle la surface interne 19 de la fenêtre 8 a la forme d'un parabololde de révolution dont le sommet "a" regarde vers l'intérieur de la cuvette 7. La surface interne 20 de la fenêtre 9 représente un plan perpendisulaire à l'axe 21 de symétrie du faisceau de rayonnement du laser. La figure 3 présente une variante de réalisation de la cuvette 7 dans laquelle, contrairement à la variante de la figure 2, la surface interne 22 de la fenêtre 9 a la forme d'un parabololde de révolution tourné par son sommet l"b" vers l'intérieur de la cuvette 7. La figure 4 montre une variante de réalisation de la cuvette 7 dans laquelle les surfaces internes 23, 24 des fenOtres 8 et 9, respectivement, ont la forme de surfaces sphériques ayant des rayons différents de - courbure, la surface 23 dont le rayon.de courbure est le plus petit étant tournée par sa convexité vers l'intérieur de la cuvette 7. La fenetre 8 sur la figure 2 et les fenêtres 8 et 9 sur les figures S et 4 sont réaliséès en forme de lentilles télescopiques alors que la fenêtre 9 de la figure 2 est représentée par une lamelle plan-parallèle. Les figures 5 et 6 montrent des variantes de réalisation de la cuvette 7 préférentielles pour un milieu d'absorption liquide 10, la variante représentée & la figure 5 étant analogue à celle de la cuvette 7 de la figure 2 alors que la variante représentée à la figure 6 est analogue à celle de la figure 3 à cela près que la fenêtre 81 de la figure 5 et les fenêtres 81 et 91 de la figure 6 sont des lentilles plan-convexes. Les figures 7, 8 et 9 montrent des variantes préférentielles de réalisation de la cuvette optique 7 pour un milieu d'absorption gazeux, et les figures 10, I1l pour un milieu d'absorption liquide, lesquelles sont destinées au traitement de l'hypermétropie. Sur la figure 7, on peut voir une variante de réalisation de la cuvette 7 dans laquelle la surface interne 25 de la fenetre 8 a la forme d'une surface sphérique tournée par sa oonvexité vers l'extérieur de la cuvette 7, la surface interne 20 de la fenêtre 9, de même que dans les variantes de la cuvette 7 représentées sur les figures 2 et 5, ayant la forme d'un plan perpendiculaire à l'axe 21 du faisceau de rayonnement laser. La figure 8 montre une variante de la cuvette 7 o les surfaces internes 26 et 27 des fenêtres 8 et 9 respectivement, ont la forme de surfaces sphériques dont la convexité est tournée vers l'extérieur de la cuvette 7. La figure 9 montre une variante de la cuvette 7 dans laquelle les surfaces internes 28 et 29 des fenêtres 8 et 9 respectivement ont la forme d'hyperboloides de révolution ayant une courbure différente, l'hyperboloide (surface 28) dont le rayon de courbure au sommet est le plus petit étant tourné par son sommet "c" vers l'extérieur de la cuvette 7. La fenOtre 8 sur la figure 7 et les fenêtres 8 -et 9 sur les figures 8 et 9 sont réalisées en forme de lentilles télescopiques alors que la fengtre 9 sur la figure 7 est en forme de lamelle plan-parallële. La variante de cuvette 7 représentée à la figure 10 est analogue à celle de la figure 8, et la variante de la figure 11 est analogue à celle figurant à la figure 7 à cela près que les fenStres 8 et 9 sont des -lentilles plan-convexes. La sélection de la cuvette 7 pour chaque oas concret dépend de la grandeur de l'amétropie de l'oeil du patient, des paramètres du milieu d'absorption 10 qui est utilisé, ainsi que de la technologie de fabrication et des exigences de minimisation-des aberrations du système optique de l'appareil selon l'invention. L'appareil selon l'invention fonctionne comme suit. On examine le fonctionnement de l'appareil selon l'invention sur un exemple de traitement de la myopie. On sait que la surface de la cornée d'un oeil normal peut Stre décrite par l'équation d'un paraboloide de révolution. Dans la myopie, la surface de la cornée de l'oeil est généralement décrite par l'équation du paraboloTde de révolution dont le rayon de courbure au sommet est plus petit que pour l'.oeil normal. Pour le traitement de la myopie, il faut enlever, de la cornée de l'oeil, une couche limitée par deux surfaces paraboliques de courbure différente, indiquée par la zone hachurée 30 sur la figure 12. Au cours du traitement de la my.pie, le faisceau 2 de rayonnement sortant du laser 1 de la figure 1-, avec-une distribution homogène de sa densité énergétique-sur la section transversale de ce faisceau, S traverse la fenêtre 8 de la cuvette 7, l'espace entre les fenêtres 8 et 9 qui est rempli du milieu d'absorption 10, la fenêtre 9, le diaphragme 4, la lentille 5 pour parvenir à la cornée 6 de l'oeil. Compte tenu du fait que la surface interne d'au moins l'une des fenêtres 8 et 9 est curviligne, l'épaisseur 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. Respectivement, l'absorption du rayonnement dans le milieu 10 augmente du centre vers la périphérie du faisceau 2. Par conséquent, après avoir traversé la cuvette 7, le faisceau $1 de rayonnement présente, à la sortie de oette cuvette 7, une distribution énergétique axosymétrique non uniforme et dont la forme et les paramètres peuvent être définis: - par la forme des surfaces internes des fenêtres 8 et 9 - par le coefficient d'absorption du milieu 10 qui peut être changé, par exemple, par le changement de la pression du gaz ou de la concentration de la solution si le milieu est liquide. Dans oe cas, pour la variante choisie de la cuvette 7, on établit, compte tenu de la forme des surfaces internes des fenêtres, un coefficient d'absorption du milieu 10 pour lequel la distribution de la densité d'énergie sur la section transversale du faisceau 31 peut être décrite par une équation proche de l'équation du paraboloZde de révolution, le degré- d'approximation augmentant de la périphérie vers le centre du faisceau. Par la suite, le faisceau 31 traverse le diaphragme 4 et la lentille 5 (qui peut Stre absente dans le cas o la divergence du faisceau laser est suffisamment petite) pour arriver à la cornée 6 de l'oeil. Au cours de la réalisation de l'intervention, le milieu d'absorption 10 est constamment pompé à travers la cuvette 7 par le biais du système de circulation afin d'éviter la décomposition du milieu 10 sous l'aetion continue du rayonnement du laser 1. On sait que l'action de l'ultraviolet éloigné sur les tissus biologistes apporte une photo-ablation (photo-évaporation) de ces derniers, l'épaisseur de la couche enlevée étant proportionnelle A la densité de l'énergie pour une gamme définie de densités énergétiques du rayonnement. L'interaction du faiseeau 31, qui, comme cela a été précisé ci-dessus, a une distribution approximativement parabolique avec un maximum de densité énergétique sur son axe, avec la cornée 6 de l'oeil, entraîne l'ablation de la zone 30 (figure 12) de la cornée, eette zone étant délimitée par deux surfaces paraboliques de révolution dont l'une est la surface initiale de la cornée et l'autre est la surface de la cornée après action du rayonnement du laser 1 de la figure 1. L'irradiation se produit jusqu'à l'élimination de la myopie. Dans l'hypermétropie, la surface de la cornée de l'oeil est décrite par une équation d'un parabololde de révolution dont le rayon de'courbure au sommet est plus grand que celui de l'oeil normal. Pour le traitement de l'hypermétropie, il convient d'enlever, de.la cornée, une couehe délimitée par deux surfaces paraboliques de différentes courbures, la zone 32 sur la figure 13. Le traitement de l'hypermetropie est réalisé de la même façon que pour la myopie à cela près que l'on choisit à titre du formeur 3 de distribution de la densité énergétique du rayonnement sur la section transversale du faisceau, l'une des variantes de la cuvette 7 que l'on peut voir aux figures 7 à 1. Il en- résulte qu'à la sortie de la cuvette 7, le faisceau 31 de la figure 1 a approximativement une distribution parabolique de la densité de l'énergie avec un minimum sur l'axe 21 du faisceau 2. L'interaction d'un tel faisceau avec la cornée 6 de l'oeil, comme le montre la figure 13, produit l'ablation de la zone 32 de sa surface. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de l'exemple explicatif qui suit de sa réalisation. -L'une des variantes de l'appareil selon l'invention a été préparée et soumise à l'essai. Dans le but de réduire la réfraction de l'oeil du lapin, un rayonnement du laser 1 ( =193 nm) a été utilisé avec-une distribution uniforme de l'énergie sur la section transversale, constitué en faisceau parallèle 2 de 6 mm de diamètre et transmis à travers le formeur 3 de distribution de la densité énergique comportant des fenêtree 8 et 9 identiques, préparées en forme de lentilles télescopiques, avec des surfaces sphériques en quartz optique et solidement installées par. vide dans le corps cylindrique 11 en acier inoxydable. Par les raccords 12, 13, le formeur 3 se trouve relié à un- système assurant un flux de N20 sous une pression de lxO105 à 3x1010 Pa. La fréquence de récurrence des impulsions du laser 1 est égale à 100 Hz, l'6nergie de l'impulsion étant de 100 à 300 mJ. Au terme de l'intervention, sur 8 globes oculaires de 4 lapins, on a obtenu une diminution de la réfraction cornéenne de 0,5 à 6,0 D en fonction des paramètres de l'agtion, avec une surface lisse de la zone de la cornée soumise à l'action. 13. L'utilisation de I'appareil selon l'invrention permet d'augmenter la précision d'obtention de la forme voulue de la surface cornéenne et de réduire nettement le temps de 1' intervention. *2626465 REVENDISATZONS 1. Appareil pour le traitement chirurgical de l'amétropie du type comportant, un laser pulsé et un formeur de distribution de la densité de l'énergie du rayonnement sur la section transversale du faisoeau qui est placé sur le trajet dudit faisceau, caractérisé en ce que le formeur (3) est représenté par une cuvette optique (7) dont les première et seconde fenêtres (8) et (9) qui sont placées sur le trajet du faisceau (2) de rayonnement, sont préparées en un matériau transparent au rayonnement laser,-la surface interne (18) d'au moins. l'une d'entre elles ayant la forme d'une surface de révolution du second ordre dont l'axe de révolution coïncide avec l'axe (Z1) de symétrie du faisoeau laser (2), la cuvette (7) étant remplie d'un milieu (10) qui absorbe en partie le rayonnement du laser. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuvette (7) est à dégorgement et communique avec un systeme de circulation du milieu d'absorption (10) qui est muni d'un dispositif de changement de la densité optique dudit milieu (10). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface interne (19) de la fenêtre (8) de la cuvette (7), qui est placée sur le trajet du faisceau.(2) de rayonnement, a la forme d'un parabololde dont le sommet (a) est tourné vers l'intérieur de la cuvette (7)' alors que la surface interne (2à) de la fenêtre (9) est une surface perpendiculaire à l'axe (21) de symétrie du faisceau (2). 3J l4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que -les surfaces internes (19, 22) des deux fengtres (8, 9) de la cuvette (7) ont la forme de paraboloides tournés par leurs sommets (a, b) vers l'intérieur de la cuvette (7). I5. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces. internes (23, 24) des deux fenêtres (8, 9) de la cuvette (7) ont la forme de surfaces sphériques d'un rayon de courbure different, la. surface (23) dont le rayon de courbure est le plus petit étant tournée par sa convexité vers l'intérieur de la cuvette (7). 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface interne (25) de la fenêtre (8) de la cuvette (7) a la forme d'une surface sphérique dont la convexité est tournée vers l'extérieur de la cuvette (7) alors que la surface interne (20) de la fenêtre (9) a la forme d'un plan perpendiculaire à l'axe (21) du faisceau de rayonnement. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces internes (26, 27) des fenêtres (8, 9) de la cuvette (7) ont la forme de surfaces.sphériques dont la convexité est tournée vers l'extérieur de la cuvette (7). 8. Appareil selon la revendication i, caractérisé en ce que les surfaces internes (28,. 29) des fenêtres (8, 9) de la cuvette (7) ont la forme d'hyperbololdes de différente courbure, l'hyperbololde dont le rayon de courbure au sommet (c) est le plus petit étant tourné, par ledit sommet (c), vers l'extérieur de la cuvette (7).