Brevet FR2643258A1 — publié le 19900824

L'invention se rapporte à la médecine, notamment, à l'ophtalmologie et a notamment pour objet un dispositif pour le traitement chirurgical de l'amétropie. A l'heure actuelle, dans la pratique mondiale de l'ophtalmochirurgie, on utilise de plus en plus largement des méthodes de traitement curatif au laser, en particulier, les méthodes de correction au laser des anomalies de la réfraction dg l'oeil utilisant le rayonnement des lasers à excimères ultraviolets. Le problème le plus difficile à résoudre lors de la créatio:. de telles installations laser à utiliser en ophtalmochirurgie visant les buts indiqués consiste à obtenir le profil nécessaire d'action sur la cornée de l'oeil, et pour atteindre ce but, le faisceau de sortie du laser doit avoir une répartition de la densité de l'énergie lisse symétrique en section transversale du faisceau, de préférence, rectangulaire (régulière). La répartition de la densité de l'énergie des lasers excimères ne possède pas de telles caractéristiques, ce qui pose le problème de transformer la répartition irrégulière et asymétrique du rayonnement laser en une répartition régulière. On connaît un dispositif pour le traitement chirurgical d'une amétropie comportant, en série sur un axe optique, un laser UV impulsionnel, un ensemble d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie du rayonnement laser en section transversale de son faisceau, un formeur de la répartition requise de la densité de rayonnement du laser en section transversale de son faisceau et une lentille de projection (SPIE, volume 908, Laser interaction with-Tissue, 1988, P.R. Joder et al. "Beam delivery system for UV laser ablation of the cornea", pages 77 à 82). Dans ce dispositif, l'ensemble d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie de rayonnement du laser est réalisé sous la forme d'un système de miroirs tournants dont l'effet est analogue à celui d'un prisme de Dove connu en optique. L'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie en section du faisceau laser est obtenue ici par rotation du faisceau entier autour de son axe optique. Dans ce cas, l'irrégularité est présentée à chaque impulsion du rayonnement laser et l'égalisation se produit dans le temps comme le résultat de la formation de la moyenne en une série d'impulsions de rayonnement consécutives. L'égalisation à l'aide du système connu n'est efficace que pour des lasers dont la répartition de la densité de l'énergie en section du faisceau est lisse et monotone. En présence de pics nets de répartition, ce qui a pratiquement toujours lieu dans les lasers réels, on ne peut assurer l'égalisation de la répartition de la densité de rayonnement qu'en découpant, dans le faisceau, la partie o la répartition de l'énergie est fluide et monotone. Or, cela mène à de grandes pertes d'énergie, à la baisse de la précision et à l'augmentation de la durée de l'opération chirurgicale. L'invention vise à créer un dispositif pour le traitement chirurgical de l'amétropie dont la conception de l'ensemble d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie de rayonnement du laser en section transversale de son faisceau serait telle qu'elle puisse assurer l'égalisation de la densité de l'énergie en section transversale à chaque impulsion du rayonnement laser, la répartition de l'énergie du faisceau de sortie du laser étant quelconque. L'idée de l'invention consiste en ce que, dans un dispositif pour le traitement chirurgical d'une amétropie comportant en série, sur un axe optique, un laser UV à impulsions, un ensemble d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie du laser en section transversale de son faisceau, un formeur de la répartition requise de la densité de l'énergie de rayonnement du laser en section transversale de son faisceau et un lentille de projection, selon l'invention, l'ensemble d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie a la forme d'un guide de lumière à section transversale rectangulaire. On peut réaliser le guide de lumière sous la forme d'un parallélépipède à section transversale carrée et placer une lentille auxiliaire en amont de celui-ci, sur le trajet du faisceau laser. Dans ces conditions, il est avantageux que la lentille auxiliaire soit montée avec possibilité d'oscillations dans un plan perpendiculaire à l'axe optique. On peut aussi réaliser le guide de lumière en forme de pyramide tronquée orientée, par sa grande base, vers le laser. Dans ce cas, il est avantageux de monter la pyramide avec possibilité d'oscillations autour du centre géométrique de la petite base dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre et à l'axe optique. Le dispositif pour le traitement chirurgical de l'amétropie exécuté en conformité avec la présente invention, tout en permettant d'utiliser pratiquement l'énergie totale du laser, pour une répartition de la densité énergétique quelconque à la sortie du laser, permet d'améliorer sensiblement la précision de l'opération chirurgicale et de réduire au moins de deux fois sa durée. De plus, le dispositif selon l'invention est de beaucoup plus simple, constructivement parlant, que le dispositif connu de destination analogue. Dans ce qui suit, l'invention est élucidée à l'aide de la description d'exemples non limitatifs concrets de sa réalisation faite avec références aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un dispositif pour le traitement chirurgical d'une amétropie, version avec guide de lumière en forme de parallélépipède, selon l'invention, en vue latérale; - la figure 2 montre la même version qu'à la figure 1, en vue d'en haut; - la figure 3 montre le même dispositif qu'à la figure 1, en version avec un guide de lumière en forme de pyramide tronquée, en vue latérale; - la figure 4 montre la même version qu'à la figure 3, en vue d'en haut; - la figure 5 montre l'image de division dans le guide de lumière au faisceau laser en plusieurs parties; - la figure 6 montre la courbe de répartition de la densité énergétique E (axe des ordonnées), du rayonnement laser dans la direction X (axe des abscisses), perpendiculaire à l'axe du faisceau à la sortie du laser; et - la figure 7 montre le faisceau de la figure 6 à la sortie au guide de lumière. Le dispositif pour le traitement chirurgical d'une amétropie montré sur les figures 1 et 2 comporte, en série sur un même axe optique, un laser UV à impulsions 1, un diaphragme 2 à section rectangulaire, un ensemble 3 d'égalisation de la répartition de la densité énergétique du faisceau du laser 1 en section transversale de ce faisceau, cet ensemble comprenant une lentille auxiliaire 4 montée en aval du diaphragme 2 sur le trajet du faisceau du laser 1 et un guide de lumière 5 à section transversale rectangulaire disposé en série après ladite lentille, un formeur 6 de la répartition requise de la densité énergétique en section transversale du faisceau et une lentille de projection 7, projetant le rayonnement sur la cornée 8 de l'oeil du patient. La lentille auxilaire 4 est montée avec possibilité d'osciller dans un plan perpendiculaire à l'axe optique, dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre et indépendantes, et à cette fin, sa monture est couplée à un élément de sortie d'une commande de 26-43258 vibrations 9. La lentille 4 a différentes distances focales f et f2 dans les plans méridional et sagittal, respectivement (les foyers F1 et F2 sur les dessins), et ses surfaces courbes sont des cylindres croisés. Le guide de lumière 5, dans cette version d'exécution, est un parallélépipède creux à section transversale carrée, dont les surfaces intérieures 10 des parois ont un revêtement à miroir réflecteur. En tant que formeur 6, on peut utiliser un diaphragme circulaire à section variable ou un disque tournant possédant une fente de forme précalculée, ou une cellule à absorption de rayonnement variable en section. La lentille de projection 7 forme l'image du plan P de la face en bout de sortie du guide de lumière 5 sur la cornée 8 de l'oeil. Dans la version du dispoisitif représentée sur les figures 3 et 4, a la différence de la version qui vient d'être décrite, l'ensemble 3' d'égalisation de la répartition de la densité énergétique du faisceau laser est représenté par un guide de lumière 11 exécuté sous la forme d'une pyramide tronquée orientée par sa grande base vers le laser 1. La pyramide est montée avec la possibilité d'effectuer des oscillations autour du centre géométrique "O" de sa petite base dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre et à l'axe optique; à cette fin, la grande base de la pyramide est couplée à l'élément de sortie d'une commande de vibrations 9. La pyramide (le guide de lumière 11) est réalisée pleine, en un matériau transparent au rayonnement laser, par exemple, en fluorure de magnésium. Les surfaces extérieures de la pyramide sont polies et présentent une haute qualité optique. La version du dispositif pour le traitement chirurgical d'une amétropie représentée sur les figures 1 et 2, selon l'invention, fonctionne comme suit. Le faisceau de rayonnement 12, sortant du laser 1, passe par le diaphragme 2 ayant des dimensions réglables: sa hauteur (a) et sa largeur (b), de section rectangulaire. le diaphragme 2 découpe, dans le faisceau 12, la part voulue de rayonnement. Ensuite, le faisceau de rayonnement 13 passe par la lentille 4 pour modifier sa section transversale et son ouverture angulaire. Après avoir passé la lentille 4, le faisceau 13 est focalisé en deux plans focaux à des distances f1 et f2 ' Le faisceau 13, ayant passé la lentille 4, a une section rectangulaire variable dont les dimensions dépendent de la distance S entre le plan de la letille 4 et le plan H d'observation. La hauteur a' de la section transversale du faisceau 13 sur une distance S > f et la largeur b' de la section transversale du faisceau 13 sur une distance S > f2 sont égales respectivement à: a a' = (S - f1) ------ - 1 a b' = (S - f2) f2 Dans la version considérée du dispositif, on a a' = b' = c. Dans ce cas, dans le plan d'observation H, à la distance: c c S = f1 (--- + 1) = f2 (--- + 1) a b les rayons extrêmes du faisceau 13 entrant dans le guiae de lumière 5 sont incidents sur les parois à miroir réflecteur du guide de lumière 5 d'une section CxC, dont la face en bout de sortie se situe dans le plan P,se trouvant à une distance J par rapport au plan HI (la longueur de la partie utile du guide de lumière 5). A condition que = n(S-f1) = m(S-f2), o n, m = 2, 4, 6... sont des nombres pairs arbitraires, le faisceau de rayonnement 13 entrant dans le guide de lumière 5 se divise en un système (n + 1). (m + 1) de faisceaux élémentaires subissant des nombres différents de réflexions sur les parois du guide de lumière 5. Chacun de ces faisceaux remplit toute la face en bout de sortie du guide de lumière 5. Un exemple d'une telle division du faisceau d'entrée 13 en 35 parties est montré à la figure 5, o n = 6, m = 4, les courbes 14 montrent les contours d'intensité égale du faisceau 12 à la sortie du laser 1, la ligne 15 montre les limites du faisceau 13 ayant passé par le diaphragme 2, et les 35 parties du faisceau de rayonnement 13, dont chacune est projetée sur la face en bout de sortie du guide de lumière 5 (le plan P) en la remplissant complètement, sont montrées par les lignes en pointillé 16. La répartition de la densité de l'énergie dans le plan P de la face en bout de sortie du guide-'de lumière présente une image interférentielle due à l'interférence des (n + 1). (m + 1) faisceaux de rayonnement. L'intensité t 2 au point de coordonnées (X,Y) de la face en bout de sortie du guide de lumière 5 sera égale à: 2 =-2 + t2 + -2i t 1,3 1 2 +n + l) (m + l) 1 t o 1, E2... est l'intensité au point (X, Y) des ondes respectives, i Aïj _sont les membres d'interférence dont i, E.. 1ii j chacun est proportionnel à cos o ij o ij = 27 aij, À Aij est l'angle de retard des ondes optiques i et j, Aest la longueur d'onde du rayonnement. En faisant la moyenne de la répartition de l'intensité dans la période t de l'image interférentielle, on obtient: 22:.2 + 2 +... + (m+i). (n + 1) car cos = Ainsi, la répartition de la densité de l'énergie à la sortie du guide de lumière 5, pour une moyenne dans la période t de l'image interférentielle, est la somme des répartitions (n + 1). (m + 1) des faisceaux, ce qui mène à l'égalisation de la répartition à la sortie. Ainsi, par exemple, pour une division aléatoire du faisceau d'entrée 13 en (n + 1). (m + 1) parties égales, l'écart. quadratique moyen de la densité de l'énergie diminue de 1(n + 1). (m + 1) lois. On evaluera maintenant la période de l'image interférentielle. Pour plus de simplicité, on examine une interférence, dans un guide de lumière creux, de deux faisceaux: l'un ayant passé par le dispositif sans réflexion sur les parois et l'autre ayant subi une seule réflexion. La distance entre les maxima voisins d'intensité est la période [1 + (S -fl t C Pour 1 4 300 mm, (S - fl)-50 mm, Ce 7 mm, - 0,2, la période t sera vibrations de l'installation, etc... Indépendamment de ces facteurs, la moyenne parfaite de l'image interférentielle à l'extrémité de sortie du guide de lumière 5 se fait grâce aux oscillations de la lentille 4 dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre. Pour les paramètres susdits de l'ensemble 3, les oscillations de la lentille 4 d'une amplitude supérieure à -20 ym auront pour résultat la moyenne parfaite des images interférentielles correspondant aux impulsions consécutives de rayonnement, et, en outre, un flou des pics nets d'intensité ("hot spots" ou points chauds) du rayonnement du laser 1. Les figures 6 et 7 illustrent le fonctionnement de l'ensemble d'égalisation 3, notamment, sur la figure 6 est montrée la répartition de la densité de l'énergie du rayonnement laser en section transversale du faisceau 12 dans le plan méridional, et sur la figure 7, cette même répartition à la sortie du guide de lumière 5 (dans le plan P). Le faisceau de rayonnement sortant de la face en bout du guide de lumière 5 passe-par le formeur 6 de la répartition requise de la densité de l'énergie de rayonnement en section transversale, o la densité de l'énergie du faisceau de rayonnement régulier dans le plan P est transformée d'après la loi nécessaire à l'opération chirurgicale donnée. En tant que formeur 6, on peux utiliser un diaphragme circulaire à section vy:iaile, un disque tournant avec une fente de forme prédéterminée ou une cellule optique avec absorption variable en section transversale du rayonnement du laser 1. Ensuite, le faisceau de rayonnement 17 en passant pas la lentille 7 est projeté sur la cornée 8 de l'oeil opéré. La lentille 7 est disposée de façon que, sur la cornée 8 de l'oeil, se forme l'image du plan P. La version du dispositif montrée sur les figures 3 et 4 fonctionne d'une façon analogue à la version représentée sur les figures 1 et 2, à cette différence près que le faisceau 13, après avoir passé par le diaphragme 2, arrive directement à l'entrée du guide de lumière 11. Ensuite, le faisceau de rayonnement 13 passe par le guide de lumière 11 qui a la forme d'une pyramide à base quadrangulaire tronquée, dont la base d'entrée a pour dimensions a' x b' o a' > a et b' l b, et la base de 1i sortie a pour dimensions a"-x b", o a" C a' b"' b', et, notamment, il est possible que a" = b" et a' = b'. Une partie (centrale) du faisceau 13 entrant dans le guide de lumière 11 passe par celui-ci sans réflexion et d'autre parties périphériques du faisceau de rayonnement 13 subissent 1, 2, 3... p réflexions dans un plan et 1, 2, 3... q réflexions dans un plan perpendiculaire au premier. Il en résulte que par la face en bout de sortie du guide de lumière 11 passent (2p + 1). (2q + 1) faisceaux dont chacun remplit toute la face en bout de sortie, ce qui mène à l'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie. L'ouverture angulaire (1, plan méridional et dans le plan sagittal, respectivement. La longueurY du guide de lumière 11 doit satisfaire simultanément aux conditions suivantes: y>;a' -a" 2 tg 2 f > b' - b" 2 tg parties ce qui a pour résultat une égalisation - supplémentaire de la densité de l'énergie de rayonnement dans le temps. La répartition de l'intensité à la face en bout de sortie de la pyramide est le résultat de l'interférence des (2p + 1). (2q + 1) faisceaux de lumière. Pour faire l'estimation de la période de l'image interférentielle, on examinera l'interférence d'un faisceau ayant passé sans réflexion sur les parois et d'un faisceau ayant subi une seule réflexion sur la surface latérale du cône ayant un angle d'ouverture B. La distance entre les maxima (minima) voisins de l'intensité, c'est-à-dire la période t sera de: t= 2 sin 2 Pour les distances types BG 9,02 à 0,04 et = 193 nm, on a 0,2 à 0,4 5 2. 0,04 Tout comme pour la version montrée sur les figures 1 et 2, l'échelle des irrégularités d'un tel ordre n'a aucune influence sur le déroulement des opérations ophtalmologiques. La rotation sur un petit angle de l'ordre de 0,01 radian de la grande base de la pyramide par rapport au point "0" correspond à un déplacement linéaire du bord de la face en bout de sortie sur une valeur tL(a"): A(a") = a- a" a" " 2 cos 2 o a" est la dimension de la face en bout de sortie. Pour a" = 7 mm, on a t (a")^.7. 10-4 = 0,3 rm Cette valeur est sans aucune influence sur le déroulement de l'opération. Il est facile à démontrer que de telles oscillations de la face en bout d'entrée auront pour résultat le flou complet de l'action des images interférentielles dues aux impulsions consécutives de rayonhement et, ce qui est beaucoup plus important, il se produit un flou de l'influence des irrégularités macroscopiques du faisceau laser d'entrée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif pour le traitement chirurgical de l'amétropie, du type comportant, en série sur un axe optique, un laser UV à impulsions, un ensemble d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie en section transversale du faisceau laser, un formeur de la répartition requise de la densité de l'énergie ae rayonnement du laser en section transversale de son faisceau et une lentille de projection, caractérisé en ce que l'ensemble (3) d'égalisation de la répartition de la densité de l'énergie a la forme d'un guide de lumière (5) de section transversale rectangulaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide de lumière (5) a la forme d'un parallélépipède à section transversale carrée et en ce qu'en amont de ce guide de lumière est installée une lentille supplémentaire (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lentille supplémentaire (4) est montée avec la possibilité d'osciller dans un plan perpendiculaire à l'axe optique. 4. Dispositif de la revendication 1, caractérisé en ce que le guide de lumière (11) est en forme de pyramide tronquée orientée, par sa grande base, vers le laser (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pyramide est montée avec la possibilité d'osciller autour du centre géométrique (0) de sa petite base dans deux directions réciproquement perpendiculaires et perpendiculaire à l'axe optique.