МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ХИРУРГИЧЕСКИЙ ЗОНД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФАСЕТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
MULTIPLE-POINT LASER SURGICAL PROBE WITH USING FACETED OPTICAL ELEMENTS

Родственные заявки
По этой заявке испрашивается приоритет предварительной заявки №61/285400, поданной 10 декабря 2009 года, содержание которой включено в эту заявку путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится к оптическим хирургическим зондам и, более конкретно, к многоточечному лазерному хирургическому зонду с использованием фасетных оптических элементов.
Уровень техники
В ряде областей применения оптические хирургические зонды подводят свет к хирургическому полю. В некоторых применениях может быть целесообразно подводить свет к многочисленным точкам в хирургическом поле. Например, при панретинальной фотокоагуляции ретинальной ткани может быть желательно подводить лазерный свет к многочисленным точкам с тем, чтобы уменьшать продолжительность процедуры панретинальной фотокоагуляции. Различные способы используют, чтобы создавать многочисленные пучки для многоточечной картины. Например, в одном способе используют дифракционные элементы для разделения падающего пучка на многочисленные точки. Но также может быть желательно иметь многоточечный генератор, который можно помещать на дистальный конец оптического хирургического зонда, чтобы можно было легче создавать многочисленные точки из единственного входного пучка, чтобы многоточечный генератор можно было легко использовать совместно с существующими лазерными источниками без необходимости в дополнительных компонентах для совмещения лазерного хирургического зонда с источниками.
При использовании дифракционных элементов на дистальном конце оптического хирургического зонда могут возникать трудности. В качестве одного примера дифракционные элементы создают множество высших дифракционных порядков, и хотя эти порядки имеют относительно низкую интенсивность света по сравнению с основной точечной картиной, ими не всегда можно пренебрегать в части их действий. В качестве другого примера дифракционный элемент может не действовать одинаковым образом в различных преломляющих средах. Например, если дифракционный элемент размещен в отличной от воздуха среде, такой как физиологический раствор или масло, пространства между дифракционными элементами могут заполняться материалом, имеющим иной показатель преломления, а не показатель преломления воздуха, что может испортить точечную картину. В качестве еще одного примера расстояние между точками может изменяться при различных длинах волн, что может быть проблематичным, когда нацеливаемый пучок имеет некоторый цвет, тогда как обрабатывающий пучок имеет другой цвет. Наконец, дифракционные элементы часто являются дорогими и трудными в изготовлении, и особенно в случае, когда дифракционный элемент необходимо конструировать с учетом установки в небольшом участке, таком как дистальный наконечник хирургического зонда для хирургических инструментов, который имеет 23 размер или меньший. Поэтому остается потребность в оптическом хирургическом зонде, который может образовывать многочисленные точки на целевой области при использовании оптических элементов на дистальном конце хирургического зонда.
Краткое изложение изобретения
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения оптический хирургический зонд включает в себя наконечник, источник света внутри наконечника и многоточечный генератор на дистальном конце наконечника. Наконечник выполнен с возможностью оптической связи с источником света. Световод выполнен с возможностью переноса светового пучка от источника света к дистальному концу наконечника. Многоточечный генератор включает в себя фасетный оптический элемент с фасетной торцевой поверхностью, находящейся на расстоянии от дистального конца световода. Фасетная торцевая поверхность включает в себя по меньшей мере один фасет, наклонный к части светового пучка. В различных вариантах осуществления фасетная торцевая поверхность может быть выпуклой или вогнутой. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения многоточечный генератор дополнительно включает в себя фокусирующий элемент, такой как градиентная линза или сапфировая шаровая линза. В некоторых вариантах осуществлениях фасетная торцевая поверхность сформирована в оптическом клее, а многоточечный генератор может включать в себя многочисленные оптические клеевые материалы.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения способ изготовления многоточечного оптического хирургического зонда включает в себя осаждение оптического клея в канюлю для наконечника. Наконечник, для которого канюля сформирована, включает в себя по меньшей мере один световод, выполненный с возможностью переноса светового пучка от источника света через наконечник. Способ также включает в себя формирование оптического клея для создания фасетной поверхности. Способ также включает в себя отверждение оптического клея. Способ дополнительно включает в себя объединение канюли с наконечником для формирования многоточечного генератора, который включает в себя оптический клей на дистальном конце наконечника. В различных вариантах осуществления оптический клей может быть сформирован на фокусирующем элементе, таком как градиентная линза или сапфировая шаровая линза, или вокруг него. В некоторых вариантах осуществления также могут использоваться многочисленные клеевые материалы.
Другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при обращении к чертежам,  нижеследующему описанию и формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
фиг. 1 иллюстрирует дистальный конец наконечника для оптического хирургического зонда, включающего в себя многоточечный генератор, согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 иллюстрирует другой многоточечный генератор согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 иллюстрирует еще один многоточечный генератор согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая пример способа изготовления многоточечного оптического хирургического зонда согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 5 - блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая другой пример способа изготовления многоточечного оптического хирургического зонда согласно конкретному варианту осуществлению настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных примеров вариантов осуществления изобретения
Фиг. 1 иллюстрирует дистальный конец наконечника 100 для оптического хирургического зонда, который включает в себя многоточечный генератор 102 в канюле 101, согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, при этом термин «дистальный» относится к направлению вдоль зонда 100 к целевой области и его антоним «проксимальный» относится к противоположному направлению. В показанном варианте осуществления многоточечный генератор 102 включает в себя проксимальный фасетный оптический элемент 104 и дистальный фасетный оптический элемент 106. Для целей этого описания «фасетным» называется любой оптический элемент, имеющий торцевую поверхность, сформированную многочисленными субповерхностями (фасетами) таким образом, что пересечения между фасетами не являются гладкими. Фасеты могут быть, но необязательно должны быть, плоскими. Например, фасет может быть криволинейной субповерхностью, пересекающей другую субповерхность так, что кривизна не является гладкой на пересечении субповерхностей; такие варианты осуществления могут обеспечивать оптическую фокусирующую силу.
Световод 108 подводит световой пучок к проксимальной плоской поверхности проксимального фасетного оптического элемента 104. Хотя световод 108 может, в принципе, быть любой подходящей структурой для передачи света к дистальному концу наконечника 100, для хирургических применений чаще всего используют оптические волокна. Центральная ось пучка, исходящего из световода 108, называется «траекторией пучка». Световой пучок расходится, когда он проходит на расстояние от световода 108, в степени, которая зависит от числовой апертуры для светового пучка, вводимого в световод 108. По этой причине фасетная оптическая поверхность фасетных оптических элементов находится на расстоянии от дистального конца световода 108, так что участки расходящегося пучка преломляются к различным положениям. В различных вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один фасет ориентирован так, что направление, нормальное к фасету в центре фасета, не является параллельным траектории излучаемого светового пучка. Такие фасеты рассматриваются в этой заявке как «наклонные к траектории пучка».
Фасетные оптические элементы 104 и 106 имеют различные показатели преломления с тем, чтобы в случае, когда пучок, выходящий из световода 108, расходится, фасетная граница раздела между вогнутой фасетной поверхностью проксимального оптического элемента 104 и выпуклой фасетной поверхностью дистального оптического элемента 106 создавала многочисленные точки, выходящие из дистальной плоской поверхности дистального фасетного оптического элемента 106. «Вогнутая» и «выпуклая» в этом контексте означают, что фасетная поверхность сформирована внутрь или наружу от оптического элемента вдоль траектории пучка. В зависимости от относительных показателей преломления дистального фасетного оптического элемента 106 и среды, в которую вводят хирургический зонд, точки могут дополнительно расходиться, когда они проходят от дистальной поверхности оптического элемента 106 в среду. В конкретном примере, в котором хирургический зонд предназначен для использования, например, в физиологическом растворе, проксимальный фасетный оптический элемент 104 может иметь показатель преломления 1,36 и дистальный фасетный оптический элемент может иметь показатель преломления 1,58, при этом может создаваться точка с шагом порядка одного миллиметра в случае мишени, находящейся на расстоянии около 4 мм, в предположении нахождения угла между фасетами и траекторией пучка в пределах от 35 до 55°.
В показанном варианте осуществления каждый из оптических элементов 104 и 106 имеет четыре треугольных фасета, наклонных к траектории пучка, которые пересекаются в точке, совмещенной с центром светового пучка из световода, так что многоточечный генератор 102 создает четыре выходные точки. Однако, в принципе, количество и форму фасетов можно изменять, чтобы создавать желаемую картину выходных точек. Например, количество фасетов можно увеличивать. В другом примере центральный плоский фасет, перпендикулярный к траектории пучка, может находиться в окружении косо наклоненных фасетов для образования центральной точки, окруженной многочисленными точками.
Фасетные оптические элементы 104 и 106 можно успешно формировать из оптических клеев. Использование оптических клеев для формирования фасетных оптических элементов дает несколько преимуществ. Одно преимущество заключается в том, что показатель преломления фасетных оптических элементов 104 и 106 можно выбирать из ряда доступных материалов. Другое преимущество заключается в относительной легкости формирования фасетной поверхности по сравнению с более твердыми преломляющими материалами, которые может быть трудно формовать, травить, вырезать или обрабатывать механически для получения подходящей формы. Третье преимущество заключается в том, что оптический клеевой материал может быть относительно износостойким при использовании по сравнению с другими оптическими элементами, подобными дифракционным решеткам, которые могут быть относительно хрупкими. Четвертое преимущество заключается в том, что оптический клей можно формировать вокруг других оптических компонентов, и это позволяет оптическому клею и другим оптическим компонентам действовать совместно при генерировании многоточечной картины.
В качестве одного примера возможности формирования фасетного оптического элемента вокруг другого оптического компонента на фиг. 2 показан многоточечный генератор 202 согласно конкретным вариантам осуществления конкретного изобретения, который включает в себя фасетный оптический элемент 204, сформированный вокруг шаровой линзы 206. Основная функция шаровой линзы 206 заключается в фокусировке падающего пучка, чтобы он коллимировался или сходился на дистальной стороне шаровой линзы 206. Шаровая линза 206 может быть любой сферической или почти сферической линзой, сформированной из любого преломляющего материала, обеспечивающего пропускание света от источника света через линзу. Чтобы обеспечивалась фокусировка в коллимированный или сходящий пучок, показатель преломления шаровой линзы должен быть больше, чем показатель преломления окружающей клеевой среды. Одним примером является сапфировая шаровая линза с показателем преломления в видимой области спектра примерно 1,76 при более низком показателе преломления клея, составляющем 1,57-1,58. В показанном варианте осуществления выпуклая фасетная торцевая поверхность 208 фасетного оптического элемента 204 направлена к световоду 108, при этом фасетная торцевая поверхность 208 расположена на расстоянии от дистального конца световода 108. В таком случае участки излучаемого светового пучка преломляются в многочисленные точки фасетным оптическим элементом 204, и точки пропускаются сквозь шаровую линзу 206 и выходят с плоской дистальной поверхности фасетного оптического элемента 204. В альтернативном варианте осуществления фасетная торцевая поверхность 208 может быть вогнутой. Шаровая линза 206 может в некоторой степени сводить пучки, направляемые в различные точки, чтобы создавать многоточечную картину, которые быстро не расходятся, когда расстояние от конца наконечника 100 возрастает, что, в свою очередь, позволяет иметь на многоточечной картине более стойкое дистанционирование точек несмотря на небольшие изменения расстояния между дистальным концом наконечника 100 и целевой областью.
Альтернативный вариант осуществления включает в себя проксимальную фокусирующую линзу и фасетную поверхность фасетного оптического элемента. Фиг. 3 иллюстрирует пример с многоточечным генератором 302, включающим в себя проксимальный фасетный оптический элемент 304, дистальный фасетный оптический элемент 306 и цилиндрическую градиентную линзу 308. Световой пучок, излучаемый из световода 108, расширяется и затем коллимируется или сводится градиентной линзой 308. Далее коллимированный или сведенный световой пучок входит в плоскую проксимальную поверхность проксимального фасетного оптического элемента 304, и участки коллимированного или сведенного светового пучка преломляются в многочисленные точки, когда они проходят сквозь границу раздела между фасетными поверхностями фасетных оптических элементов 304 и 306. Как и в ранее описанных вариантах осуществления, при этом образуется многоточечный выходной пучок, излучаемый с плоской дистальной поверхности дистального оптического элемента 306. Поскольку пучок коллимируется или сводится градиентной линзой, наклонные фасеты фасетных оптических элементов 304 и 306 могут быть наклонены меньше относительно траектории пучка, чем в осуществлении из фиг. 1, например, в пределах от 15 до 35°, и при этом все же будет создаваться такая же степень расхождения между многочисленными точками в целевой области.
Фиг. 4 - блок-схема 400 последовательности действий, иллюстрирующая пример способа формирования фасетных оптических элементов из оптических клеев, имеющих различные показатели преломления. На этапе 402 первый оптический клей осаждают в канюлю для хирургического наконечника. В конкретном примере во время этого этапа оптическое волокно может быть помещено в канюлю при использовании центрирующего цилиндра, а первый оптический клей может быть осажден непосредственно на дистальный конец оптического волокна. В другом примере градиентная линза может быть помещена в канюлю на дистальный конец световода, а первый оптический клей может быть осажден на дистальный конец градиентной линзы. На этапе 404 фасетную поверхность формируют в оптическом клее. Например, пуансон, имеющий выпуклую фасетную форму, может быть впрессован в оптический клей с дистального конца канюли для образования вогнутой фасетной поверхности в оптическом клее. Любой подходящий способ можно использовать для придания формы оптическому клею, и может быть особенно выгодно использовать высокоточные способы формования для стабильного и точного образования фасетной поверхности клея. Затем на этапе 406 первый оптический клей отверждают, например, воздействуя ультрафиолетовым светом, теплотой или химическим отверждающим средством, в результате чего первый оптический клей затвердевает с сохранением заданной формы и обеспечивается возможность удаления формовочного пуансона.
На этапе 408 второй оптический клей осаждают на дистальную поверхность уже затвердевшего оптического клея. Второй оптический клей согласовывают с вогнутой фасетной поверхностью первого оптического клея, чтобы создавать выпуклую фасетную поверхность во втором оптическом клее. После этого дистальную поверхность второго оптического клея можно сгладить давлением формовочной пластины. Как вариант, осаждение оптического клея можно регулировать иным образом, чтобы создавать заданную форму, например, введением клея в замкнутый объем пресс-формы. В последнем случае при желании можно сформировать две фасетные поверхности. На этапе 410 отверждают второй оптический клей, чтобы он затвердевал с получением заданной формы. Для первого и второго клеев можно использовать разные процессы отверждения. Например, если клей отверждают светом, длина волны света, используемого для отверждения первого клея, может отличаться от длины волны, используемой для отверждения второго клея, так что не будет отрицательных эффектов от чрезмерного воздействия на первый клей отверждающего излучения. В другом варианте, в случае отверждаемых светом клеев формовочную пластину или иную закрытую пресс-форму, используемую для формирования второго оптического клея, можно также выполнять из материала, прозрачного для отверждающего излучения (например кварца, в случае ультрафиолетового отверждающего излучения), так что второй клей может быть отвержден при нахождении формовочной пластины на месте. Затем после отверждения формовочная пластина может быть удалена. После этого для завершения способа на этапе 412 можно установить канюлю вместе с первым и вторым оптическими клеями в хирургический наконечник.
Фиг. 5 - блок-схема 500 последовательности действий примера способа для формирования фасетного оптического элемента вокруг другого оптического элемента согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. На этапе 502 оптический клей осаждают на формовочную пластину вокруг шаровой линзы. На этапе 504 оптический клей, сформированный вокруг шаровой линзы, прессуют в дистальном конце канюли. Формовочная пластина может включать в себя направляющую канюли для облегчения совмещения с канюлей. Когда оптический клей вдавливают в канюлю, излишний оптический клей вытесняется из канюли, так что при достаточно точном регулировании количества осаждаемого клея соответствующее и точное количество оптического клея окажется внутри канюли.
На этапе 506 фасетную поверхность формируют на проксимальном конце оптического клея. Фасетная поверхность может быть выпуклой или вогнутой. Фасетную поверхность можно формировать, например, при использовании пуансона с сопряженной фасетной поверхностью на конце, который вводят в проксимальный конец канюли. На этапе 508 оптический клей отверждают, при этом оптический клей затвердевает с сохранением заданной формы, и это позволяет удалить пуансон и формовочную пластину. На этапе 510 наконечник объединяют с канюлей, завершая способ.
Настоящее изобретение иллюстрируется в этой заявке примером, и специалистом в данной области техники могут быть сделаны различные модификации. Хотя настоящее изобретение описано подробно, должно быть понятно, что различные изменения, замены и модификации могут быть сделаны без отступления от объема заявленного изобретения.