УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГЛАЗ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
APPARATUS FOR EYE EXPOSURE TO LASER LIGHT

Область техники
Изобретение относится к устройству для воздействия на глаз лазерным излучением.
Уровень техники
В рефракционной офтальмологической хирургии рефракционные (изображающие) свойства глаза пациента изменяют, путем хирургического вмешательства, с целью коррекции или ослабления дефектов зрения. Известен, в частности, метод LASIK (лазер in-situ keratomileusis - лазерный интрастромальный кератомилез), посредством которого изменяют профиль роговицы глаза. В традиционном процессе LASIK на первом этапе выполняют плоский надрез роговицы посредством механического микрокератома, чтобы сформировать так называемый лоскут. Лоскут остается прочно присоединенным к роговице одной своей стороной, так что его можно отогнуть вверх, чтобы открыть нижележащую роговичную ткань (строму). После этого открывшуюся строму аблируют, т.е. осуществляют удаление ее ткани, обычно посредством излучения эксимерного лазера. Затем лоскут возвращают на место, и происходит заживление. В этом процессе эпителий остается, по существу, неповрежденным, а процесс заживления происходит сравнительно быстро и безболезненно. В обычном механическом микрокератоме используется осциллирующее стальное лезвие.
Для целей срезания лоскута механический микрокератом в последние годы все чаще заменяется лазерным излучением. Лазерное излучение фокусируют под поверхностью роговицы и перемещают по заданной траектории, при этом значения плотности энергии настолько высоки, что в результате эффектов фотодеструкции создается непрерывный надрез. Чтобы обеспечить высокие плотности энергии, применяют сверхкороткие (фемтосекундные) лазерные импульсы, так что данный метод получил название "фемто-LASIK". Изобретение относится, прежде всего, именно к методу фемто-LASIK, но также и к любому другому процессу воздействия на глаз лазерным излучением, предусматривающему управление излучением, направляемым на глаз, в пространстве и времени в соответствии с так называемой программой воздействия. Должно быть понятно, что это управление лазерным излучением в пространстве и времени должно производиться относительно точно заданной и воспроизводимой опорной точки на глазе. В качестве опорной точки обычно выбирают так называемый центр глаза (т.е. его центрально расположенную точку), относительно которого (которой) осуществляется локальное (в пределах глаза) наведение лазерного излучения. Поскольку в рассматриваемых далее процессах, как правило, лазерное излучение фокусируют в малые зоны, положение каждой такой зоны определяется относительно указанного центра как опорной точки. Изобретение относится как к методу фемто-LASIK, так и к другим методам воздействия на глаз, в которых лазерное излучение должно быть ориентировано относительно глаза с высокой точностью, например к кератопластике (включая переднюю или заднюю ламеллярную кератопластику, перфорирующую кератопластику (при трансплантации роговицы), фемтосекундную экстракцию лентикула с целью рефракционной коррекции, вырезание интрастромальных кольцевых сегментов с целью стабилизации кератоконуса и профилирования роговицы, удаление катаракты, устранение пресбиопии в хрусталике, интрастромальные трансплантаты, кератомию в случае астигматизма, резекцию роговицы и т.д.).
В соответствии с уровнем техники центрирование зоны хирургического воздействия обычно осуществляется настройкой так называемого аппликатора, такого как присасывающееся кольцо, одной стороной связанного, посредством присасывания, с глазом, а на другой стороне имеющего гнездо. В это гнездо можно поместить фокусирующую оптику, посредством которой лазерное излучение фокусируется на поверхность роговицы или в ее внутренние слои. При использовании аппликатора (присасывающегося кольца) хирург накладывает его на глаз, визуально определяя требуемое положение. Более конкретно, с помощью оптических увеличительных устройств хирург пытается, как можно точнее, поместить аппликатор в центральное положение по отношению к определенным контурам глаза. Целевой зоной для подобного центрирования по глазу может служить, например, зрачок или радужная оболочка. Однако при такой технологии оптимальное позиционирование и центрирование аппликатора и, следовательно, зоны хирургического воздействия на глаз существенно зависит от субъективных способностей хирурга. Другими словами, использование известного метода позиционирования аппликатора может приводить к возникновению субоптимальных ситуаций.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на создание устройства для воздействия на глаз лазерным излучением, в котором управление излучением в пространстве и времени относительно глаза производится в соответствии с программой воздействия таким образом, что имеется точно и воспроизводимо заданная опорная точка для осуществления управления.
Устройство согласно изобретению, отвечающее данной задаче, содержит: лазерный источник для генерирования лазерного излучения; средство для направления лазерного излучения на глаз с целью осуществления офтальмологического вмешательства на поверхности или внутри глаза; контроллер для управления, в пространстве и времени, лазерным излучением относительно глаза в соответствии с программой воздействия, заданной относительно центра глаза; камеру, которая регистрирует изображения заданной структуры в составе глаза, и блок обработки изображений, который извлекает из изображений, зарегистрированных камерой, информацию о центре глаза и вводит ее в контроллер. В результате контроллер может осуществлять управление лазерным излучением в соответствии с программой воздействия и с учетом найденного положения центра глаза.
Таким образом, изобретение обеспечивает точное центрирование хирургического воздействия относительно целевой ткани (роговицы). С этой целью используется камера, которая на основе заданной конкретной анатомической структуры глаза автоматически определяет зону воздействия посредством обработки изображений - т.е. без влияния субъективных факторов, связанных с оперирующим хирургом. Подходящими структурами при обработке изображений с целью установления опорной точки, в частности центра для осуществляемого воздействия, являются геометрические структуры глаза, позволяющие автоматически определить (установить) центр путем обработки изображений, например зрачок, срединная точка которого может быть определена как центр глаза, радужная оболочка или даже лимб роговицы. Альтернативно или дополнительно, может регистрироваться сетчатка, находящаяся в задней части глаза. При этом данные для задания опорной точки для лазерного воздействия могут быть получены из расположения кровеносных сосудов в области сетчатки и/или из ориентации центральной ямки глазного яблока относительно зрачка.
Конкретное осуществление изобретения связано с применением упомянутого аппликатора, например в форме присасывающегося кольца. Технология использования подобных колец описана, например, в US 5549632, WO 03/002008 A1 и РСТ/ЕР2008/006962. Если при осуществлении изобретения используется аппликатор, камера настраивается для регистрации изображения аппликатора и по меньшей мере одной геометрической структуры глаза, после чего по изображению, охватывающему и аппликатор, и структуру глаза, блок обработки изображений определяет положение аппликатора относительно глаза и посылает соответствующий сигнал в контроллер для управления лазером. В результате контроллер способен управлять лазерным излучением по отношению к глазу в зависимости от полученного сигнала. Это означает, что возможное субоптимальное позиционирование аппликатора относительно глаза компенсируется на основе вычислений, производимых в процессе управления лазерным излучением. Например, программа управления лазерным излучением в соответствии с определенной программой воздействия может быть сначала настроена относительно центра аппликатора; однако, по результатам обработки изображений может быть установлено, что аппликатор не центрирован оптимальным образом относительно глаза. Как следствие, программа воздействия будет далее ориентироваться не на центр аппликатора, а на центр глаза, реальное положение которого будет определено в результате обработки изображений.
Альтернативно, в соответствии с изобретением можно использовать камеру с программой обработки изображений таким образом, что, если срединная точка аппликатора неидеально совпадает с опорной точкой для лазерного воздействия (например с центром зрачка), хирургу выдается информация для коррекции положения аппликатора на глазе наилучшим образом, т.е. так, чтобы опорная точка находилась на центральной оси аппликатора. В этом случае хирург может сначала снять аппликатор, а затем снова установить его в соответствии с полученными данными. В полностью автоматизированной системе подобные снятие и повторное наложение аппликатора также могут быть полностью механизированы.
Изобретение особенно эффективно применительно к описанному выше вырезанию лоскута методом фемто-LASIK, согласно которому геометрия и положение разреза для формирования лоскута должны быть точно согласованы с положением опорной точки на глазе таким образом, чтобы после отгибания лоскута была открыта как можно большая поверхность стромы, которая при этом должна быть расположена оптимально в отношении выполняемой абляции.
Краткое описание чертежей
Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут подробно рассмотрены варианты изобретения, приводимые в качестве примеров.
На фиг.1 схематично показан вариант устройства для воздействия на глаз лазерным излучением.
На фиг.2 схематично, на виде сверху, показаны глаз и положение разреза для образования лоскута методом фемто-LASIK.
На фиг.3 на виде, аналогичном представленному на фиг.2, иллюстрируется оптимальное положение разреза для образования лоскута.
На фиг.4 иллюстрируется другая ситуация в отношении оптимизации разреза.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично изображенный глаз, подвергаемый воздействию лазерного излучения, обозначен, как 10. В представленном варианте лазер 12 служит для генерирования фемтосекундных импульсов. Лазерное излучение 14 направляется на глаз 10 с использованием средств, которые будут подробно описаны далее.
Глаз фиксируется с помощью известного присасывающегося кольца 16, в гнездо которого вдоль его оси 18 из положения, показанного на фиг.1, опускают аппланационную линзу 20. При этом фокусирующую оптику 24 связывает с присасывающимся кольцом 16 промежуточный элемент 22. Фокусирующая оптика 24 помещена в позиционирующую оправу 26. Позиционная настройка осуществляется приводом 48 с использованием датчика 28 положения. При этом фокусирующая оптика 24 свободно подвешена с использованием противовеса 30 и комбинации 32 троса и шкивов или соответствующего подвижного соединения, чтобы обеспечить возможность ее установки с созданием практически нулевой нагрузки на глаз 10 со стороны промежуточного элемента 22.
Присасывающееся кольцо 16 зафиксировано посредством известных трубчатых штуцеров 34, 36 и вакуумных насосов 38, 38'.
Лазерное излучение 14, генерируемое лазером 12, направляется в фокусирующую оптику 24 посредством известной системы зеркал 40, 42, 44. Компьютеризированный контроллер 50 контролирует все управляемые компоненты системы (линии управления показаны на фиг.1 штриховыми линиями). В памяти 54 записана программа управления, т.е. программа 52 воздействия, обеспечивающая управление, в пространстве и времени, излучением 14' лазера относительно глаза 10.
Камера 46 установлена над зеркалом 44, которое является пропускающим для излучения, идущего от глаза 10, так что посредством камеры 46 (например камеры на ПЗС/КМОП-матрице) можно обеспечить цифровую регистрацию геометрических структур в составе глаза 10. В контроллере 50 имеется блок 50а обработки изображений, который производит обработку изображений, формируемых камерой 46, чтобы определить, основываясь на заданной геометрической структуре глаза, например такой, как зрачок, опорную точку, т.е. центр, в соответствии с которым контроллер 50 реализует программу 52 воздействия. Система согласно фиг.1 более подробно описана в международной заявке РСТ/ЕР2008/006962, содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки.
На фиг.2, 3 и 4, на схематичных видах глаза 10 сверху, поясняется обработка изображений с помощью камеры 46 и блока 50а обработки изображений
На фиг.2, 3 и 4 схематично показана периферия 60 оптически полезной поверхности роговицы. Зрачок обозначен, как 62, а периферия возможного разреза для формирования лоскута (выделенного на чертежах штриховкой) - как 64. Штриховой линией отмечена зона 66 абляции, т.е. область роговицы, часть стромы которой должна быть аблирована после отгибания лоскута (контур которого соответствует линии 64). Как было описано выше, у лоскута имеется ненадрезанный участок 68 (обычно именуемый ножкой), которым он соединяется с роговицей.
Как показано на фиг.2, у зрачка 62 имеется центр Z. Зона ножки 68 лоскута не может быть использована для лазерной абляции, так что при концентричной конфигурации периферии 64 лоскута относительно зрачка 62 возникает зона, субоптимальная для абляции. Как видно из фиг.2, расстояние а до ножки 68 превышает расстояние d на стороне роговицы, противолежащей ножке 68. Из фиг.2 видно, что расстояние b между ножкой 68 и зрачком 62 со стороны ножки, наоборот, меньше соответствующего расстояния с на противоположной стороне зрачка.
В представленном варианте камера 46 формирует изображения зрачка 62 и определяет на основе этой информации положение центра Z зрачка в соответствии с известным алгоритмом, например, в случае, когда зрачок не является идеально круглым, определение производится аналогично определению центра тяжести. Блок 50а обработки изображений в управляющем контроллере (или компьютере) 50 обрабатывает полученные изображения таким образом, чтобы обеспечить максимальную зону 66 абляции за счет того, что (как показано на фиг.3) расчетное расстояние а задается равным расстоянию d, а расстояние b становится равным расстоянию с (как показано на чертежах, указанные расстояния всегда измеряются перпендикулярно краю ножки 68). В результате периферия 64 лоскута становится не точно центрированной относительно центра Z зрачка. Соответственно, с целью максимизации размера периферии 64 лоскута положение надреза смещается по отношению к центру Z, т.е. с помощью камеры 46 и блока 50а обработки изображений программа воздействия, управляющая лазерным излучением 14 при вырезании лоскута, автоматически обеспечивает такое смещение разреза по отношению к опорной точке Z, чтобы расстояния а, b, с, d, обозначенные на фиг.3, удовлетворяли, по меньшей мере приближенно, равенствам, приведенным на фиг.3.
На фиг.4 схематично иллюстрируется экстремальная ситуация для случая, когда зрачок 62 предельно смещен по отношению к средней точке оптически полезной поверхности 60. В этом варианте периферия 64 лоскута также не сделана концентричной по отношению к центру Z зрачка, причем центр периферии 64 лоскута смещен относительно центра Z зрачка в направлении, перпендикулярном краю ножки 68. В этом случае должно учитываться ограничение на максимизацию диаметра лоскута, состоящее в том, что диаметр лоскута должен быть локализован внутри рабочей поверхности 60.
Проиллюстрированные варианты соответствуют реальным (определенным автоматически) положениям зоны 66 абляции.