УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ АВТОТИТРАЦИИ ЛАЗЕРА
DEVICE AND METHOD FOR LASER AUTOTITRATION

Ссылки на родственные заявки
Приоритет настоящей заявки заявляется согласно Своду законов США 35 пар.119 на основании предварительной заявки на патент США №60/818002, поданной 30 июня 2006г., содержание которой включено в данный документ в полном объеме.
Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем, к лазерным системам. В частности, настоящее изобретение относится к лазерным хирургическим системам. Еще более конкретно, настоящее изобретение относится к системе и способу для автоматической титрации лазера, применяемого в офтальмологической хирургии.
Область техники
Некоторые процедуры офтальмологической хирургии, выполняемые на глазах человека, например, на сетчатке, требуют облучения выбранной части глаза световым пятном, которое обычно создается лазером и имеет предварительно заданный размер. Примерами хирургических процедур с использованием лазера являются фотодинамическая терапия, LASIK, лазерная склеростомия, трабекулектомия, а также общие применения в эндоскопической микрохирургии, включая невральную, артоскопическую и спинномозговую хирургию.
В одной конкретной офтальмологической хирургической процедуре, известной как "коагуляция сетчатой оболочки", лазерное пятно направляют на выбранную часть сетчатки пациента для передачи энергии, вызывающей коагуляцию этой локальной ткани. Такую процедуру фотокоагуляции можно применять, например, для закупорки кровоточащих сосудов, разрушения аномальных кровеносных сосудов или устранения слезоточивости. При подготовке к этой и другим лазерным процедурам хирург обычно должен направить несколько зондирующих лазерных импульсов на сетчатку для титрации мощности лазера в целях получения запланированного хирургического эффекта. Обычно хирург начинает с установки лазера на низкую мощность и приращивает мощность лазера до тех пор, пока не будет замечен требуемый эффект на ткани (например, обесцвечивание), который свидетельствует, что мощность лазера находится на уровне, необходимом для запланированной процедуры. После этого хирург завершает настройку мощности лазера и обрабатывает запланированную область.
Процедура титрации лазера выполняется хирургом вручную, так как существующие хирургические лазеры и хирургические лазерные системы не обеспечивают возможности автотитрации хирургического лазера. Если бы процедура титрации лазера была автоматизирована, то хирург мог бы освободиться от дополнительных этапов настройки, необходимых для установки мощности хирургического лазера для хирургической процедуры, а этом могло бы повысить эффективность и улучшить порядок проведения хирургической процедуры.
Таким образом, существует потребность в устройстве и способе для автоматической титрации хирургического лазера, которые могли бы уменьшить или полностью решить проблемы известных хирургических лазеров, связанные с ручной титрацией хирургического лазера при подготовке к хирургической процедуре.
Краткое изложение сущности изобретения
Эти и другие потребности могут быть по существу решены с помощью вариантов устройства для автотитрации лазера и способа применения хирургического лазера согласно настоящему изобретению. Один вариант способа автотитрации лазера заключается в том, что обеспечивают алгоритм, способный сконфигурировать лазер на основании одного или более пользовательских вводов; осуществляют первый пользовательский ввод, способный побудить исполнение алгоритма и возбуждение лазера по определенной схеме; осуществляют второй пользовательский ввод в ответ на замеченное состояние, способный прекратить возбуждение лазера и побудить алгоритм определить одно или более значений параметров лазера и сконфигурировать лазер на основании одного или более значений параметров лазера, причем конечное значение мощности лазера в момент прекращения возбуждения лазера является вводом в алгоритм, и алгоритм определяет один или более параметров лазера на основании конечного значения мощности лазера. Способ может дополнительно включать в себя перевод лазера в режим готовности (хирургический режим) либо автоматически, т.е. посредством алгоритма автотитрации, либо посредством другого пользовательского ввода. В состоянии готовности пользователь, такой как хирург, может выполнять хирургическую процедуру автоматически сконфигурированным лазером. При этом хирург может быстро и эффективно перейти к выполнению запланированной операции лазером, который был автоматически сконфигурирован по предварительно заданным установкам хирурга.
Преимущество вариантов изобретения перед известными аналогами состоит в том, что они позволяют автоматизировать части процедуры титрации и установки и тем самым улучшить порядок выполнения и эффективность хирургической процедуры. Например, хирург может выбрать заранее линейное изменение при титрации и инициировать заданную последовательность импульсов лазера путем активизации контрольного переключателя, например, педали, которую обычно используют хирурги-офтальмологи для управления работой офтальмологического хирургического лазера. Хирург может освободить педаль (или другой орган управления), заметив требуемый эффект на ткани, облучаемой лазерным лучом. Показание времени (интервал) освобождения органа управления может использоваться системой лазера для конфигурирования определенных рабочих параметров лазера, например мощности лазера и длительности импульсов, для запланированной хирургической процедуры на основании критериев, предварительно заданных хирургом. Рабочие параметры, устанавливаемые в вариантах осуществления изобретения, могут быть выше, ниже или равны установкам в момент освобождения органа управления в зависимости от критериев, предварительно заданных хирургом.
Изобретение может быть реализовано как устройство для автотитрации хирургического лазера, содержащее процессорный модуль и память, функционально подключенную к процессорному модулю, причем память содержит исполняемые компьютером программные команды, способные побудить процессорный модуль исполнять по меньшей мере некоторые из описанных функций. Варианты устройства для автотитрации хирургического лазера могут также содержать аппаратные средства, способные выполнять по меньшей мере некоторые описанные здесь функции в ответ на сигналы процессорного устройства.
Варианты настоящего изобретения могут быть реализованы в любой офтальмологической хирургической лазерной системе, известной специалистам, в частности в системе EyeLite Laser Surgical System компании Alcon Manufacturing, Ltd. of Inrvine, California. Варианты изобретения могут быть внедрены в любую хирургическую установку или систему для применения в офтальмологической или другой хирургии. Другие применения устройства и способа для автотитрации лазера согласно настоящему изобретению будут понятны специалистам и подпадают под объем притязаний изобретения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение и его преимущества станут более понятными при изучении следующего описания в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых подобные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
Фиг.1 изображает схематически примерный пульт управления хирургического лазера, в котором могут быть использованы устройство и способ для автотитрации лазера согласно настоящему изобретению.
фиг.2 изображает крупным планом вариант пользовательского интерфейса 12 согласно настоящему изобретению.
фиг.3 изображает график зависимости мощности от времени для одной заданной процедуры титрации согласно настоящему изобретению.
фиг.4 изображает алгоритм, иллюстрирующий этапы одного варианта способа, и
фиг.5 изображает функциональную схему варианта устройства для автотитрации лазера согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Предпочтительные варианты настоящего изобретения иллюстрируются на прилагаемых чертежах, на которых подобные и соответствующие части различных чертежей обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
Варианты осуществления настоящего изобретения представляют собой хирургический лазер с возможностью автотитрации, устройство и способ для автотитрации лазера, такого как хирургический лазер, которые дают возможность пользователю, такому как хирург, автоматически конфигурировать некоторые параметры лазера, в частности мощность лазера для использования в хирургической процедуре, на основании замеченного эффекта и предварительно заданной программы конфигурирования (титрации). Варианты настоящего изобретения могут включать в себя хирургический лазер с возможностью автотитрации, устройство для автотитрации лазера и способ конфигурирования лазера.
Варианты настоящего изобретения представляют хирургу возможность автоматизировать известный процесс ручной титрации, при котором хирург возбуждает тестовые импульсы для образования на периферии сетчатки тестовых "ожогов", не оказывающих существенного влияния на зрение пациента, при различных приращиваемых установках мощности лазера, пока не будет замечен требуемый эффект, например побеление той части сетчатки, которая подвергается воздействию. При возникновении побеления хирург знает, что мощность лазера выше, чем это необходимо для хирургической операции на сетчатке, и может установить мощность лазера на более низкое значение, подходящее для запланированного хирургического результата, которое не вызовет ненужных эффектов на сетчатке пациента (например, разрушения). Например, хирург может выбрать мощность, которая будет меньше на какой-то коэффициент (например, на 20%). Побеление сетчатки на месте тестирования обычно свидетельствует о том, что установка мощности лазера превышает мощность, необходимую для хирургической процедуры.
В известных хирургических лазерных системах хирург должен осуществлять титрацию хирургического лазера вручную, регулируя мощность приращениями, а затем вручную устанавливая мощность на требуемое рабочее значение, когда будет замечен эффект на ткани. В вариантах настоящего изобретения аспекты процедуры титрации автоматизированы, так что хирург может предварительно определить алгоритм титрации, который автоматически сконфигурирует параметры хирургического лазера по инициативе хирурга. Например, в одном варианте осуществления изобретения предусмотрена функция автотитрации, которая позволяет хирургу задать один или более параметров из скорости импульсов, длительности импульсов, приращений мощности лазера, начальной и максимальной мощности лазера. Хирург также может заранее определять установку хирургической (рабочей) мощности лазера (т.е. мощности лазера, используемой по время хирургической процедуры), например, в зависимости от конечной установки мощности титрации (установки мощности в точке, где был замечен требуемый эффект на ткани и хирург прекратил тестовые импульсы). Например, установка хирургической мощности может быть на 20% ниже конечной установки мощности титрации. Можно также задавать другие установки параметров, известные специалистам, для автоматического конфигурирования согласно вариантам предложенного алгоритма автотитрации.
После того, как хирург задаст функцию автотитрации, варианты осуществления изобретения исполняют эту функцию и автоматически конфигурируют параметры хирургического лазера для операции на основании ввода, сделанного хирургом. Ввод может быть сделан хирургом при подготовке к операции путем активизации управляющего интерфейса, например кнопки, пиктограммы на экране, педали или другого механизма управления, способного активизировать лазер или его функцию. Например, в одном варианте изобретения хирург может активизировать педаль для возбуждения лазера. Согласно вариантам изобретения хирург может активизировать педаль и возбудить лазер, когда он находится в режиме титрации (который можно инициировать через управляющий интерфейс на хирургическом лазере/пульте управления), тем самым осуществляя прогон заданной программы титрации (например, приращений мощности, длительности импульсов и т.п.), и направить один или более тестовых импульсов на сетчатку пациента. Когда хирург заметит требуемый эффект на ткани, свидетельствующий о достижении необходимой установки мощности лазера, он может выключить лазер (например, освободив педаль), что побудит программу автотитрации автоматически сконфигурировать выбранные параметры лазера, в частности мощность лазера, на выбранных хирургических установках согласно заданным критериям программы автотитрации. Показание времени (длительность возбуждения хирургом тестовых ударов) является основным вводом для определения установок хирургического лазера на основании рабочих параметров лазера в тот момент, когда хирург прекращает тестовое возбуждение лазера (титрацию). После того, как программа автотитрации установит параметры лазера на их хирургические значения, лазер может автоматически перейти в операционный режим, и хирург сможет не прерываясь выполнять хирургическую процедуру.
На фиг.1 схематически показан пульт управления хирургического лазера, в котором можно реализовать варианты предложенных устройства и способа автотитрации лазера. Лазер 10 содержит пользовательский интерфейс 12, различные кнопки и/или ручки 14 управления, порт 16 для зонда, порт 20 для освещения, двухпозиционный переключатель 22 и орган 24 аварийного отключения. Эти элементы управления показаны только для примера, и пульт управления лазера может содержать любые их комбинации, возможно другие управляющие интерфейсы и порты, которые могут быть полезны в офтальмологической лазерной системе. Пользовательский интерфейс 12 может быть графическим пользовательским интерфейсом, включая известный специалистам сенсорный экран, для отображения и предоставления пользователю возможности выбирать функции и контролировать/регулировать параметры лазерной системы 10. Различные другие органы управления и порты, показанные на фиг.1, могут также выполнять функции, очевидные для специалистов в области офтальмологических хирургических систем.
Лазер 10 может также содержать процессорный модуль 50 и связанную с ним память 52, функционально подключенные друг к другу и к функциям управления пульта хирургического лазера 10. Процессорный модуль 50 и память 52 выполнены с возможностью хранения и выполнения операционных команд, вызывающих возбуждение лазера 10, изменение установок и осуществление других функций, связанных с лазером 10, которые известны специалистам. Процессорный модуль 50 и память 52, в частности, выполнены с возможностью хранения и исполнения программных/операционных команд, исполняемых компьютером (процессорным модулем), которые побуждают лазер выполнять по меньшей мере некоторые функции способа/алгоритма согласно настоящему изобретению. Такие команды могут быть жестко запрограммированными и/или хранящимися в памяти 52 операционными командами, и соответствовать по меньшей мере некоторым описанным операциям или функциям.
Процессорный модуль 50 может быть реализован в виде одного или нескольких процессорных устройств. Такое процессорное устройство может быть микропроцессором, микроконтроллером, процессором цифровых сигналов, микрокомпьютером, центральным процессорным узлом, вентильной матрицей с эксплуатационным программированием, программируемым логическим устройством, конечным автоматом, логическими электронными схемами, аналоговыми электронными схемами, цифровыми электронными схемами и/или любым устройством, которое обрабатывает сигналы (аналоговые и/или цифровые) на основании жесткого программирования электронных схем и/или операционных команд. Память 52 может представлять собой одно запоминающее устройство, множество запоминающих устройств и/или встроенные электронные схемы процессорного модуля. Память 52 может быть реализована в виде постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, энергозависимой памяти, энергонезависимой памяти, статической памяти, динамической памяти, флэш-памяти, кэш-памяти и/или любого другого устройства, которое хранит цифровую информацию. Следует отметить, что когда процессорный модуль 50 реализует одну или более своих функций через конечный автомат, аналоговые электронные схемы, цифровые электронные схемы и/или логические электронные схемы, память 52 и/или элемент памяти, хранящий соответствующие операционные команды, может быть встроенным или внешним по отношению к электронным схемам, образующим конечный автомат, аналоговым электронным схемам, цифровым электронным схемам и/или логическим электронным схемам. Следует также отметить, что элемент памяти хранит, а процессорный модуль исполняет жестко запрограммированные и/или операционные команды, соответствующие, по меньшей мере, некоторым операциям и/или функциям, проиллюстрированным на фиг.1-4.
Специалистам будет понятно, что пользовательский интерфейс 12 соответствует, по существу, любому пользовательскому интерфейсу офтальмологической хирургической системы, в которой применяется хирургический лазер. В частности, пользовательский интерфейс 12 может использоваться пользователем, таким как хирург, для ввода/программирования варианта заданной процедуры автотитрации согласно настоящему изобретению. Например, пользователь может ввести через графический пользовательский интерфейс 12 и другие устройства управления лазера 10 начальную мощность лазера, длительность импульса, интервал времени между импульсами, ступенчатые приращения мощности, максимальную допустимую мощность лазера, сдвиг установки хирургической мощности относительно конечной установки мощности титрации (например, при освобождении педали), одно- или многоимпульсную схему и т.д.
На фиг.2 показан крупным планом вариант пользовательского интерфейса 12 согласно настоящему изобретению. На пользовательском интерфейсе 12 пользователь может, например, отрегулировать мощность 30 лазера, длительность 32 импульса или интервал времени 34 между импульсами, прикоснувшись к экрану на ярлыке соответствующей функции. После этого на пользовательском интерфейсе 12 может появиться, например, графический движок (не показан), который может использоваться пользователем для корректировки параметра посредством скользящего перемещения пальца по экрану известным способом. Таким образом хирург может задавать процедуру титрации с функциями, показанными на фиг.2, а также с другими функциями (например, максимальной мощностью лазера, процентом сдвига хирургической мощности и т.п.). Хирург может затем выбрать текущую или ранее сохраненную программу титрации через пользовательский интерфейс 12 и активизировать ее, например, с помощью педали или другого устройства активизации лазера. Хирург может выбрать программу титрации и привести ее в готовность к активизации посредством приведения лазера 10 в режим титрации, например, путем выбора такого режима на пользовательском интерфейсе 12, например, выбора кнопки 40 титрации, или активизации специального переключателя 29 режима титрации, показанного на фиг.1, программного переключателя или любого другого элемента управления на хирургическом лазере 10.
На фиг.3 графически показан профиль зависимости мощности от времени одной заданной программы/алгоритма программы титрации согласно настоящему изобретению. В примере на графике 100 хирург выбирает, например, начальную мощность лазера 200 мВт, длительность импульса 200 мс, интервал времени между импульсами 200 мс, ступенчатое приращение мощности 30 мВт, максимальную допустимую мощность 500 мВт и сдвиг установки хирургической мощности лазера относительно конечной мощности титрации 20% (т.е. после того, как хирург остановит тестовые импульсы лазера, заметив требуемый эффект на ткани, например, посредством освобождения педали или другого исполнительного механизма, процедура автотитрации автоматически установит хирургическую мощность лазера на величину на 20% ниже мощности в момент освобождения педали). Хирург может запрограммировать эти установки титрации на лазере 10 через пользовательский интерфейс 12 и при желании сохранить их для вызова в будущем.
Как отмечалось выше, хирург может инициировать режим автотитрации, например, нажав на педаль, или кнопку, или виртуальную кнопку на пульте 10 управления лазера. Как показано на фиг.3, в точке А хирург нажимает на механизм активизации (например, педаль) для возбуждения лазера 10, при этом инициируется последовательность/алгоритм автоматической титрации, который управляет возбуждением лазера 10 согласно алгоритму/программе автотитрации. От точки А до точки В мощность лазера увеличивается с приращениями 30 мВт через каждые 200 мс, и каждый импульс имеет длительность 200 мс. В точке В хирург отпускает исполнительный орган и возбуждение лазера прекращается. Алгоритм титрации согласно настоящему изобретению автоматически устанавливает конечную установку хирургической мощности лазера на величину на 20% меньше мощности в точке В (как показано точкой С). После корректировки мощности на ее хирургическое значение лазер 10 может автоматически перейти в "хирургический режим" (т.е. режим автотитрации закончен и лазер находится в состоянии готовности) без дальнейшего ввода хирурга, и лазер 10 будет готов к операции. Это позволяет хирургу быстро и эффективно приступить к выполнению запланированной операции лазером 10, автоматически сконфигурированным на заданную хирургом мощность и на заранее определенные установки других параметров. Если хирург решит, что автоматически сконфигурированная установка хирургической мощности не подходит для данной операции, он может повторить описанную процедуру или отрегулировать мощность вручную.
На фиг.4 показан алгоритм, иллюстрирующий этапы одного варианта осуществления предложенного способа. На этапе 200 пользователь программирует и/или выбирает программу автотитрации, как было описано выше. На этапе 200 пользователь также может привести хирургический лазер 10 в режим титрации, как было описано выше. На этапе 210 пользователь выполняет выбранную программу автотитрации, например, нажав на исполнительный механизм, такой как педаль, для возбуждения лазера 10 (одного или более тестовых импульсов для титрации лазера 10). При этом инициируется последовательность автоматической титрации и осуществляется управление возбуждением лазера 10 согласно выбранной программе титрации. На этапе 220, заметив требуемую реакцию на ткани в местах тестовых импульсов, пользователь прекращает возбуждение лазера 10, например, освободив исполнительный механизм. На этапе 230 в ответ на ввод хирурга (выключение лазера) программа автотитрации автоматически конфигурирует выбранные параметры лазера, соответствующие выбранной программе автотитрации, согласно заданным критериям программы автотитрации. На этапе 240 лазер 10 переводится в режим "готовности" (хирургический режим) либо автоматически, т.е. программой автотитрации, либо посредством другого пользовательского ввода, и на этапе 250 хирург может выполнять хирургическую процедуру. Таким образом, хирург может быстро и эффективно перейти к выполнению запланированной операции с помощью лазера 10, автоматически сконфигурированного на установку мощности, заданную хирургом, и заданные установки любых других параметров. Варианты осуществления предложенного способа могут включать в себя некоторые или все описанные выше этапы.
Следующим вариантом осуществления настоящего изобретения является устройство для автотитрации хирургического лазера. Как показано на фиг.5, устройство 400 может содержать процессорный модуль 402 и память 404. Процессорный модуль 402 может представлять собой одно процессорное устройство или несколько процессорных устройств. Такое процессорное устройство может быть микропроцессором, микроконтроллером, процессором цифровых сигналов, микрокомпьютером, центральным процессорным узлом, вентильной матрицей с эксплуатационным программированием, программируемым логическим устройством, конечным автоматом, логическими электронными схемами, аналоговыми электронными схемами, цифровыми электронными схемами и/или любым устройством, которое обрабатывает сигналы (аналоговые и/или цифровые) на основании жесткого программирования электронных схем и/или операционных команд. Память 404 может представлять собой одно запоминающее устройство, множество запоминающих устройств и/или встроенные электронные схемы процессорного модуля. Память 404 может быть постоянным запоминающим устройством, оперативным запоминающим устройством, энергозависимой памятью, энергонезависимой памятью, статической памятью, динамической памятью, флэш-памятью, кэш-памятью и/или любым другим устройством, которое хранит цифровую информацию. Следует отметить, что когда процессорный модуль 402 реализует одну или более своих функций через конечный автомат, аналоговые электронные схемы, цифровые электронные схемы и/или логические электронные схемы, память и/или элемент памяти, хранящий соответствующие операционные команды, может быть встроенным или внешним по отношению к электронным схемам, образующим конечный автомат, аналоговым электронным схемам, цифровым электронным схемам и/или логическим электронным схемам. Следует также отметить, что память 404 хранит, а процессорный модуль 402 исполняет жестко запрограммированные и/или операционные команды, соответствующие, по меньшей мере, некоторым этапам и/или функциям, проиллюстрированным на фиг.1-4.
Настоящее изобретение было описано со ссылками на конкретные предпочтительные варианты его осуществления, однако следует понимать, что оно может быть реализовано в других конкретных формах или модификациях, не выходя за рамки объема притязаний изобретения. Поэтому описанные выше варианты следует рассматривать как иллюстративные по всем аспектам и не ограничивающие объем изобретения, который охарактеризован в прилагаемой формуле изобретения. В данном контексте термины "по существу" и "приблизительно" означают принятый в данной области допуск для соответствующего термина и/или относительность между элементами. Такой принятый в данной области допуск колеблется от менее одного процента до пятидесяти процентов и соответствует, без ограничения, значениям компонентов, технологическим разновидностям интегральных схем, изменениям температуры, времени роста и спада, и/или тепловому шуму. Такая относительность между элементами колеблется от разности в несколько процентов до разности в порядках величины. В данном контексте термины "подключенный к" и/или "подключение" означает прямую связь между элементами и/или косвенную связь между элементами через промежуточный объект (которым может быть, например, узел, элемент, схема и/или модуль), причем при косвенной связи промежуточный объект не изменяет информацию сигнала, но может корректировать уровень тока, уровень напряжения и/или уровень мощности сигнала. Кроме того, в данном контексте подразумеваемая связь (т.е. когда подразумевается, что один элемент подключен к другому) включает в себя прямую и косвенную связь между двумя объектами в том же смысле, что и "подключен к". В данном контексте фраза "способный" означает, что объект имеет одно или более соединений, ввод(ы), вывод(ы) и т.п. для выполнения своих одной или более соответствующих функций и может также иметь подразумеваемую связь с одним или более другими объектами. Фраза "связанный с" означает прямую и/или косвенную связь отдельных элементов и/или то, что один объект встроен в другой объект. Фраза "положительное сравнение" означает, что сравнение между двумя или более объектами, сигналами и т.п. дает требуемое соотношение. Например, если требуемое соотношение состоит в том, что сигнал 1 имеет величину больше, чем величина сигнала 2, то положительное сравнение может быть достигнуто, когда величина сигнала 1 больше величины сигнала 2 или когда величина сигнала 2 меньше величины сигнала 1.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на общую область лазерной офтальмологической хирургии, содержащееся в нем раскрытие можно в равной степени применить в любой хирургической системе, в которой существует потребность регулирования лазерной подсистемы.