УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ХИРУРГИИ ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА
DEVICE AND METHOD FOR INDIVIDUAL'S EYE SURGERY

Область техники
Изобретение относится к лечебному воздействию на глаз человека посредством лазерной хирургии и, более конкретно, к выполнению трехмерного разреза в строме роговицы.
Уровень техники
Использование фокусированного импульсного лазерного излучения для целей формирования разрезов в роговичной ткани или в других тканях глаза человека в течение длительного времени было предметом интенсивных исследований в офтальмологии. На рынок уже выведены приборы, реализующие функцию выполнения разрезов с помощью лазерного излучения указанного типа. Обычно для этих целей применяются ультракороткие импульсы лазерного излучения, т.е. импульсы с длительностями, например, в фемтосекундном диапазоне. Однако изобретение не ограничивается подобными решениями, поскольку формирование разреза в роговичной ткани возможно и с применением импульсов меньшей или большей длительности, так что изобретение охватывает и такие импульсы, например импульсы, длительности которых лежат в аттосекундном диапазоне или в пределах единиц, десятков или сотен пикосекунд.
Физический эффект, который используется в процессе формирования разреза посредством импульсного лазерного излучения, - это так называемый оптический пробой, вызванный лазерным излучением. Пробой приводит к так называемой фотодеструкции, область которой примерно ограничивается фокальной зоной пучка излучения, т.е. зоной с минимальным сечением пучка. В результате сложения множества отдельных зон фотодеструкции в глазной ткани может быть сформирован разрез сравнительно сложного профиля.
Примером использования такого подхода к формированию разреза посредством импульсного лазерного излучения является так называемый метод LASIK (laser in-situ keratomileusis - лазерный интрастромальный кератомилез). В этой хирургической операции (которую обычно относят к рефракционной хирургии, т.е. к хирургии, направленной на устранение или по меньшей мере ослабление дефекта зрения, связанного с формированием изображения глазом) выполняют горизонтальный (с точки зрения лежащего пациента) разрез роговицы глаза с образованием небольшого сегмента поверхностной ткани (обычно именуемого специалистами лоскутом), который можно отогнуть. После отгибания лоскута в открытой таким образом строме роговицы производят так называемую абляцию посредством лазерного излучения (например, эксимерного излучения с длиной волны 193 нм), т.е. удаляют ткань стромы в соответствии с требуемым профилем абляции, заранее рассчитанным для конкретного пациента. После этого лоскут укладывается на свое место и процесс заживления протекает сравнительно быстро и безболезненно. Данное вмешательство изменяет свойства роговицы в отношении формирования изображения, причем в наиболее удачных операциях достигается практически полное устранение имевшегося дефекта зрения.
Согласно известной "классической процедуре" вырезание лоскута производилось механическим микрокератомом; однако в последние годы было освоено и вырезание лоскута с применением лазерной технологии. Существующие методики этой процедуры часто включают уплощение передней поверхности роговицы путем ее прижатия к планарной контактной поверхности контактного элемента, прозрачного для лазерного излучения. После этого производится формирование лоскута путем выполнения основного разреза (образующего ложе лоскута) по плоскости, лежащей на постоянной глубине, и поперечного разреза, доходящего от основного разреза до поверхности роговицы. Уплощение роговицы позволяет выполнять основной разрез как двумерный разрез, при выполнении которого требуется управлять положением фокуса пучка излучения только в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения (обычно обозначаемой как плоскость х-у), без осуществления управления фокусом в направлении распространения лазерного излучения (обозначаемого как z-направление). Для формирования основного разреза фокус пучка излучения перемещают, например, по траектории сканирования в форме меандра, т.е. серпантинной траектории, образованной множеством последовательных прямолинейных отрезков, взаимно параллельных и соединенных друг с другом на своих концах посредством поперечных отрезков, расположенных под углом или имеющих форму дуги. Для формирования поперечного разреза фокус пучка излучения перемещают, например, по спиральной траектории, проходящей вверх от основного разреза до поверхности роговицы, или по нескольким круговым траекториям, расположенным одна над другой. Поскольку при неизменной частоте следования импульсов расстояние между последовательными импульсами излучения на соединительных участках (на участках изменения направления сканирования) траектории в виде меандра основного разреза может уменьшаться, в РСТ/ЕР 2009/003730 было предложено селективное пропускание импульсов излучения, направляемых на участки траектории в виде меандра, находящиеся вне поперечного разреза. Это предложение было направлено на то, чтобы избежать тепловых повреждений на указанных участках траектории.
Другим типом операции, при которой выполняются разрезы в роговице посредством импульсного лазерного излучения, является экстракция роговичного лентикула. В этом случае в ткани стромы вырезается объем (например, в форме небольшого диска), который затем может быть удален из глаза через вспомогательный разрез. Конкретная форма удаляемого лентикула может зависеть от диагноза (такого, например, как миопия или гиперметропия). Согласно процедуре, ранее часто применявшейся для вырезания лентикула, в роговице сначала выполнялся нижний разрез, задающий нижнюю (заднюю) сторону лентикула, а затем верхний разрез, задающий его верхнюю (переднюю) сторону. Оба разреза часто являлись трехмерными, так что каждый требовал управления фокусом пучка излучения по оси z. При этом при выполнении обоих разрезов фокус пучка излучения перемещается, например, по траектории в форме меандра, так что в каждой точке этой траектории фокус устанавливается в z-положение, соответствующее выполняемому разрезу. Как следствие, в процессе сканирования пучком по траектории в форме меандра может оказаться необходимым производить, время от времени, перенастройку фокуса пучка излучения в z-направлении, причем в некоторых ситуациях эту операцию необходимо проводить постоянно, при переходе от одного импульса излучения к следующему.
Аналогичный процесс часто осуществляется и в случае разрезов, выполняемых при кератопластике роговицы с применением лазерной технологии, т.е. разрезов, посредством которых вырезается участок роговичной ткани, подвергшийся заболеванию или поврежденный и, как следствие, подлежащий трансплантации, или участок роговичной ткани глаза-донора, служащий донорским материалом. В этой связи в кератопластике следует особо выделить разрезы в эпителии и эндотелии. В случае роговичной кератопластики некоторые требуемые разрезы могут рассматриваться как весьма сложные. Если делается попытка сформировать трехмерный разрез в ходе единственного сканирования пучком по траектории в форме меандра, это приводит к сравнительно частым настройкам фокусировки излучения по оси z.
Для регулировки положения фокуса пучка излучения в плоскости х-у применяются достаточно быстрые сканеры, например использующие сканирующие зеркала с гальванометрическим приводом. С другой стороны, доступные z-сканеры - т.е. сканеры, которые позволяют перемещать фокус в z-направлении, - часто являются медленными по сравнению с зеркальными сканерами с гальванометрическим приводом. В зависимости от сложности формируемого разреза, т.е. от масштаба перефокусировок по оси z, необходимых в процессе перемещения вдоль поверхности, задающей разрез, время, которое требуется для выполнения разреза, и, следовательно, общая длительность операции могут быть нежелательно большими.
Раскрытие изобретения
С учетом вышеизложенного задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа, посредством которого разрезы в роговичной ткани с применением лазерной технологии, включая даже разрезы со сравнительно сложным трехмерным профилем, могут выполняться за приемлемо короткое время.
Для решения данной задачи согласно одному аспекту изобретения предлагается устройство для хирургии глаза человека, содержащее лазерный аппарат для получения импульсного сфокусированного лазерного излучения. Лазерный аппарат выполнен с возможностью формировать, посредством лазерного излучения и под управлением управляющей программы, в роговице оперируемого глаза разрез с заданным профилем, включающий первый разрез, выделяющий объем роговичной ткани, подлежащий удалению. При этом формирование первого разреза требует управления перемещением фокуса пучка излучения в направлении распространения излучения. Управляющая программа построена таким образом, что обеспечивает возможность продвижения, в процессе формирования заданного профиля разреза, фокуса пучка излучения последовательно во множество взаимно наложенных плоскостей, в каждой из которых возможно перемещение фокуса пучка излучения без необходимости управления фокусом в направлении распространения излучения (в z-направлении). В каждой плоскости управляющая программа обеспечивает перемещение фокуса пучка излучения, например, по траектории сканирования в форме меандра, которая, по меньшей мере в области нахождения участков изменения направления сканирования, выходит за пределы указанного объема ткани. Управляющая программа обеспечивает также подачу в глаз, в каждую плоскость, по меньшей мере тех импульсов излучения, которые служат для формирования первого разреза. Кроме того, управляющая программа обеспечивает бланкирование, по меньшей мере в части указанных плоскостей, по меньшей мере части общего количества импульсов излучения, соответствующей тем участкам траектории сканирования в форме меандра, которые находятся на расстоянии от первого разреза.
Изобретение основано на идее использования для целей формирования трехмерного профиля разреза роговицы нескольких взаимно наложенных плоскостей сканирования (плоскостей разреза), в каждой из которых фокус пучка излучения перемещают по заданной траектории сканирования, которая не зависит от профиля разреза. При этом импульсы излучения получают возможность проходить в глаз тогда, когда в данной области необходимо произвести фотодеструкцию, т.е., прежде всего, когда формируемый разрез пересекает соответствующую плоскость. Вместе с тем устройство согласно изобретению содержит управляемый бланкирующий блок, который делает возможным селективное бланкирование индивидуальных импульсов излучения, так что они не достигают глаза. Бланкирующий блок (который может именоваться также оптическим затвором) может содержать, например, электрооптический или акустооптический модулятор или ячейку Поккельса. Наличие механизма бланкирования подобного типа позволяет бланкировать импульсы излучения в каждой плоскости там, где не должно осуществляться никакой фотодеструкции, например вне зон, в которых пересекаются разрез, формируемый в объеме, и плоскость сканирования, например горизонтальная плоскость.
Для каждой плоскости сканирования может задаваться один и тот же паттерн траектории сканирования, например вышеупомянутая траектория сканирования в форме меандра. Следует отметить, что изобретение не ограничено, в принципе, именно такими траекториями сканирования: вместо них приемлемы и траектории сканирования других типов, с использованием которых могут достигаться лежащие в данной плоскости свободно выбираемые точки. Это позволит формировать в плоскости, в случае необходимости, непрерывный разрез, охватывающий большую область. Возможной альтернативой траектории сканирования в форме меандра является, например, спиральный паттерн сканирования. Паттерн траектории сканирования предпочтительно один и тот же для всех плоскостей.
В каждой плоскости сканирование вдоль заданной траектории может осуществляться без управления фокусом пучка излучения по оси z. Если в плоскости имеет место только полное прохождение траектории сканирования до того, как фокус пучка излучения продвинется в другую плоскость, обеспечивается возможность сделать продвижения фокуса пучка излучения по оси z, которые требуются для формирования разреза, малыми и, тем самым, удержать задержку процесса формирования, вызванную такими продвижениями фокуса, в допустимых пределах. Было показано, что преимущество высокой скорости, обеспечиваемое обычными гальванометрическими х-у сканерами, может легко компенсировать предусмотренное изобретением увеличение объема сканирования по координатам х-у, так что можно рассчитывать на сокращение суммарных временных затрат. Кроме того, предлагаемая изобретением концепция разбиения процесса формирования разреза на несколько плоскостей применима к разрезам со свободно выбираемой геометрией.
Согласно одной конфигурации управляющая программа обеспечивает возможность подачи в глаз, по меньшей мере в часть указанных плоскостей (в каждую плоскость, если это необходимо), только тех импульсов излучения, которые служат для формирования первого разреза. Как было определено выше, первый разрез соответствует компоненту профиля разреза, который задает внешнюю границу объема роговичной ткани, подлежащей удалению. В этом случае вышеупомянутая конфигурация гарантирует, что по меньшей мере в части плоскостей фотодеструкцию осуществляют только в тех местах, в которых первый разрез пересекает соответствующую плоскость. Данная концепция применима ко всем плоскостям, так что профиль разреза в целом будет включать только первый разрез, и в каждой плоскости фотодеструкции будут осуществляться только на линиях пересечения поверхности первого разреза и плоскости сканирования. Данным способом объем ткани, подлежащий удалению, может быть вырезан как цельный кусок ткани.
Однако в альтернативной конфигурации предусмотрено сегментирование объема ткани, подлежащей удалению, т.е. его разделение на несколько (по меньшей мере на два) частичных объема, удаляемых по отдельности. С этой целью профиль разреза может включать в себя по меньшей мере один дополнительный разрез, который разделяет объем ткани, задаваемый первым разрезом, на частичные объемы, отделенные друг от друга. В этом случае управляющая программа обеспечивает возможность подачи в глаз, в соответствующие плоскости, по меньшей мере тех импульсов излучения, которые служат для формирования по меньшей мере одного дополнительного разреза.
Благодаря такому сегментированию общего объема ткани, подлежащей удалению, на частичные объемы, можно упростить удаление ткани, поскольку части меньшего объема могут быть экстрагированы последовательно, например, посредством аспирации и/или ирригации, вместо того чтобы экстрагировать полностью и сразу единственный большой объем.
По меньшей мере один дополнительный разрез может представлять собой по меньшей мере один второй разрез, который разделяет объем ткани по одной из плоскостей. Для формирования второго разреза управляющая программа может обеспечивать подачу в глаз всех импульсов излучения, которые, в соответствии с траекторией сканирования в форме меандра, попадают в объем ткани, ограниченный первым разрезом. Данный способ позволяет произвести разрез по соответствующей плоскости всей области, ограниченной первым разрезом. При этом желательно бланкировать все импульсы излучения, соответствующие участкам вне этой области. Поэтому второй разрез (т.е. каждый дополнительный разрез, служащий для сегментации объема ткани) предпочтительно доходит точно до заданного первым разрезом контура, ограничивающего объем ткани, подлежащий удалению. С этой целью управляющая программа может быть построена с обеспечением возможности бланкирования для плоскости, в которой профиль разреза включает второй разрез, всех тех импульсов излучения, которые соответствуют участкам траектории сканирования в форме меандра, находящимся вне пределов указанного объема ткани. Вместе с тем, изобретение в принципе не исключает возможности формирования по меньшей мере одного дополнительного разреза, служащего для сегментации объема ткани, который не заканчивается точно у первого разреза, а заходит за него на небольшое количество фотодеструкций. Например, в глаз могут быть пропущены первые два, три или четыре импульса излучения, ближайшие к линии пересечения первого разреза с рассматриваемой плоскостью.
В зависимости от объема ткани, подлежащей удалению, и от желательной степени сегментации может оказаться полезным, чтобы по меньшей мере один дополнительный разрез включал несколько вторых разрезов, взаимно смещенных на расстояние, соответствующее расстоянию между несколькими указанными плоскостями.
Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере один дополнительный разрез может включать в себя по меньшей мере один третий разрез, который проходит поперечно указанным плоскостям. Путем селективного пропускания индивидуальных импульсов излучения в объем ткани при продвижении фокуса пучка через несколько плоскостей становится возможным формировать разрезы, разделяющие объем ткани, например, перпендикулярно этим плоскостям. Ориентированные таким образом разрезы могут быть, в частности, полезны, когда объем ткани, подлежащий удалению, имеет сравнительно большое протяжение в направлениях х, у, поскольку формирование одного или более третьих разрезов позволяет получить сегменты с приемлемо меньшими размерами в плоскости х-у. В частности, путем формирования нескольких вторых и третьих разрезов можно разделить объем ткани, подлежащей удалению, на сегменты кубической формы.
Управляющая программа предпочтительно обеспечивает возможность последовательно сканировать указанные плоскости сфокусированным пучком излучения в порядке их взаимного расположения с продвижением фокуса пучка излучения в следующую плоскость только после полного завершения сканирования по траектории в форме меандра в одной плоскости.
Согласно другому своему аспекту изобретение обеспечивает создание способа лазерной хирургии глаза человека. Способ по изобретению включает:
- получение сфокусированного пучка импульсного лазерного излучения,
- формирование, посредством лазерного излучения, в роговице глаза, подлежащего лечебному воздействию, разреза, профиль которого включает первый разрез, задающий объем роговичной ткани, подлежащий удалению, и
- удаление указанного объема ткани,
причем формирование первого разреза требует управления движением фокуса пучка излучения в направлении распространения излучения (в z-направлении). Формирование профиля разреза включает:
продвижение фокуса пучка излучения последовательно во множество взаимно наложенных плоскостей, в каждой из которых возможно перемещение фокуса пучка излучения без необходимости управления фокусом в направлении распространения излучения, причем в каждой плоскости фокус пучка излучения перемещают по траектории сканирования в форме меандра, выходящей, по меньшей мере в области нахождения точек изменения направления, за пределы указанного объема ткани,
подачу в глаз, в каждую указанную плоскость, по меньшей мере тех импульсов излучения, которые служат для формирования первого разреза, и
бланкирование, по меньшей мере в части указанных плоскостей, по меньшей мере части общего количества импульсов излучения, соответствующих тем участкам траектории сканирования в форме меандра, которые находятся на расстоянии от первого разреза.
Объем ткани, подлежащий удалению, может полностью находиться в роговице, т.е. первый разрез может быть трехмерным разрезом с замкнутым контуром. Такая ситуация может иметь место, например, в случае экстракции роговичного лентикула для рефракционной коррекции дефектов зрения. Альтернативно, объем ткани, подлежащий удалению, может доходить, например, применительно к эпителиальной или эндотелиальной кератопластике роговицы до передней или задней поверхности роговицы. В этих случаях первый разрез будет иметь кромку, находящуюся на передней или на задней поверхности роговицы.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного устройства для хирургии глаза согласно варианту изобретения, приведенному в качестве примера.
На фиг. 2а схематично иллюстрируется формирование интрароговичного лентикула для коррекции миопии согласно варианту изобретения.
На фиг. 2b представлен пример паттерна обработки в плоскости сканирования при формировании лентикула по фиг. 2а.
На фиг. 2с представлен пример паттерна обработки в другой плоскости сканирования для формирования лентикула по фиг. 2а.
На фиг. 3 схематично иллюстрируется формирование роговичного лентикула для коррекции гиперметропии.
На фиг. 4 схематично иллюстрируется формирование роговичного лентикула для коррекции миопии с компенсацией комы.
На фиг. 5а схематично иллюстрируется формирование роговичного лентикула для коррекции миопии с сегментацией лентикула согласно варианту изобретения.
На фиг. 5b представлен пример паттерна обработки в плоскости сканирования для формирования лентикула по фиг. 5а.
На фиг. 5с представлен пример паттерна обработки для формирования лентикула по фиг. 5а в другой плоскости сканирования.
Осуществление изобретения
Представленное на фиг. 1 лазерное устройство (обозначенное в целом как 10) содержит лазерный источник 12, обеспечивающий получение импульсного лазерного пучка 14 с длительностью импульсов излучения, приемлемой для использования этого пучка при выполнении разрезов в роговичной ткани глаза 16 оперируемого пациента. В качестве примера, длительность импульсов излучения лазерного пучка 14 находится в фемтосекундном или аттосекундном диапазоне. Лазерный пучок 14 формируется лазерным источником 12 с частотой следования импульсов, которая является желательной для конкретного приложения, т.е. частота следования импульсов излучения, испускаемых лазерным устройством 10 и направляемых на глаз 16, соответствует частоте следования импульсов излучения, поступающих на выход лазерного источника 12, за исключением ситуации, в которой, в соответствии с формируемым профилем, заданным для глаза 16, часть импульсов излучения, испущенных лазерным источником 12, будет бланкирована посредством оптического затвора 18, установленного в ходе (на траектории) лазерного пучка 14. Соответственно, эти бланкируемые импульсы излучения не достигают глаза 16.
Как это хорошо известно (хотя и не проиллюстрировано на фиг. 1), лазерный источник 12 может содержать, например, лазерный осциллятор (например твердотельный), предусилитель (который повышает мощность лазерных импульсов, испускаемых осциллятором, и одновременно растягивает их во времени), установленное за ним устройство для контроля частоты повторения (pulse-picker), которое выбирает индивидуальные импульсы из лазерных импульсов, прошедших предусилитель, чтобы понизить частоту следования до желательного уровня, усилитель мощности, который усиливает выбранные импульсы (все еще растянутые во времени) до уровня энергии, требуемой для конкретного приложения, и компрессор импульсов, осуществляющий сжатие импульсов, выходящих из усилителя, до длительностей, требуемых для конкретного приложения.
Оптический затвор 18, который может также рассматриваться как модулятор импульсов, может быть выполнен как акустооптический или электрооптический модулятор. Данный затвор может содержать оптически активные элементы, позволяющие осуществлять быстрое бланкирование отдельных лазерных импульсов. Так, этот затвор может содержать ловушку 20 пучка, служащую для поглощения импульсов излучения, которые подлежат бланкированию, т.е. не должны достичь глаза 16. Оптический затвор 18 может выводить бланкируемые импульсы излучения из нормального хода лазерного пучка 14 и направлять их в ловушку 20 пучка.
На траектории лазерного пучка 14 установлены также другие оптические компоненты, в число которых в представленном примере входят z-сканер 22, х-у сканер 24, а также фокусирующий объектив 26. Этот объектив служит для фокусирования лазерного пучка 14 в желаемом месте в зоне обработки, например в глазу 16, в частности в роговице глаза. Z-сканер 22 предназначен для управления положением фокуса лазерного пучка 14 в продольном направлении, а х-у сканер 24 - для управления положением фокуса в поперечном направлении. Термин "продольное направление" в этом контексте соответствует направлению распространения пучка и обычно именуется z-направлением. Термин "поперечное направление" означает направление, поперечное по отношению к направлению распространения лазерного пучка 14; соответствующая поперечная плоскость обозначается как плоскость х-у. Для наглядности на фиг. 1 показана система координат x-y-z, согласованная с положением глаза 16.
Для осуществления поперечного отклонения лазерного пучка 14 х-у сканер 24 может, например, содержать пару сканирующих зеркал с гальванометрическим приводом, установленных с возможностью поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. С другой стороны, z-сканер 22 может содержать, например, линзу, установленную с возможностью перемещения в продольном направлении, или линзу с изменяемым показателем преломления, или деформируемое зеркало для управления расходимостью лазерного пучка 14 и, соответственно, положением его фокуса по оси z. Подобный перестраиваемый оптический компонент может, например, входить в состав расширителя пучка (не изображен), который обеспечивает расширение лазерного пучка 14, испускаемого лазерным источником 12, и который может быть сконфигурирован, например, как телескоп Галилея.
В предпочтительном варианте фокусирующий объектив 26 представляет собой f-theta объектив. На своей стороне, соответствующей выходу пучка, объектив разъемно связан с адаптером 28, образующим интерфейс, с которым контактирует роговица глаза 16. Для этого у адаптера 28 имеется прозрачный для лазерного излучения контактный элемент 30, на нижней стороне которого, обращенной к глазу, предусмотрено наличие контактной поверхности 32, вступающей в контакт с роговицей. В приведенном примере, как показано на чертеже, контактная поверхность 32 выполнена плоской и служит для уплощения роговицы посредством контактного элемента 30, надавливающего на глаз 16, или за счет того, что роговица присасывается к контактной поверхности 32 в результате создания пониженного давления. Контактный элемент 30 (в случае выполнения его в виде плоскопараллельной детали, обычно именуемой уплощающей пластиной) установлен у узкого конца несущей втулки 34, которая выполнена конической. Элемент 30 и втулка 34 могут быть соединены неразъемно, например посредством склеивания. Однако предусмотрена возможность выполнить это соединение разъемным, например резьбовым. У своего широкого конца втулка 34 снабжена надлежащими соединительными средствами (на чертеже не показаны) для сопряжения с фокусирующим объективом 26.
Должно быть понятно, что расположение оптического затвора 18, z-сканера 22, х-у сканера 24 и фокусирующего объектива 26 не обязательно совпадает с проиллюстрированным на фиг. 1. Например, оптический затвор 18 может быть установлен на траектории пучка за z-сканером 22, т.е. проиллюстрированный порядок установки указанных компонентов не должен рассматриваться как вносящий какие-либо ограничения.
Управление лазерным источником 12, оптическим затвором 18, а также двумя сканерами 22, 24 (которые, если это представляется желательным, могут быть объединены в единый конструктивный блок) осуществляется управляющим компьютером 36, который функционирует в соответствии с управляющей программой 40, записанной в его память 38 и содержащей команды (программный код), выполнение которых (которого) управляющим компьютером 36 обеспечивает управление положением фокуса лазерного пучка 14. Это управление осуществляется таким образом, что в роговице глаза 16, прижатой к контактному элементу 30, формируется профиль разреза, полностью отделяющего от окружающей его роговицы объем роговичной ткани в форме лентикула, подлежащего удалению в рамках кератопластики роговицы (экстракции роговичного лентикула). Если это представляется желательным, данный профиль разреза может дополнительно обеспечивать разделение данного объема ткани на несколько отдельных сегментов.
Далее со ссылками на фиг. 2а будет рассмотрен первый вариант экстракции роговичного лентикула. Схематично изображенная роговица 42 оперируемого глаза прижата своей передней поверхностью 44 к контактной поверхности 32 контактного элемента 30. Показан также интрастромальный лентикул 46, параметры которого выбраны в расчете на коррекцию миопии и который по всей своей поверхности отделен от окружающей его роговичной ткани трехмерным разрезом 48, образующим замкнутый контур. Данный лентикул может быть удален из роговицы 42 через (неизображенный) разрез, обеспечивающий доступ к лентикулу. После удаления лентикула 46 передняя область роговицы, расположенная перед образовавшейся полостью, опускается вплоть до задней стенки (дна) этой полости и/или задняя стенка смещается к передней стороне полости. Такое смещение сопровождается изменением формы передней поверхности 44 роговицы, что позволяет устранить или по меньшей мере ослабить миопию оперируемого глаза 16.
Для выполнения разреза 48, который в контексте изобретения является первым разрезом, фокусом лазерного пучка 14, генерируемого лазерным устройством 10, показанным на фиг. 1, управляют таким образом, чтобы он последовательно продвигался в одну из множества плоскостей (плоскостей сканирования) и в каждой из этих плоскостей осуществлял сканирование в соответствии с заданным паттерном сканирования, который является независимым от конкретного профиля объема ткани, подлежащего удалению (т.е. лентикула 46). Во всех точках, в которых паттерн сканирования в одной из плоскостей касается поверхности формируемого разреза 48 или пересекает ее, оптический затвор пропускает лазерные импульсы, так что во всех этих точках имеет место фотодеструкция. В остальных частях паттерна сканирования лазерные импульсы бланкируются (т.е. блокируются оптическим затвором 18), так что в этих областях ни один лазерный импульс не достигает глаза; соответственно, никакой фотодеструкции не происходит. После того как паттерн сканирования был полностью просканирован в одной плоскости, фокус пучка продвигают в следующую, смежную с ней плоскость, в которой повторяется описанная процедура сканирования. В этом режиме фокус пучка последовательно проходит по всем плоскостям. По завершении этого прохода разрез 48 оказывается полностью сформированным, что соответствует вырезанию лентикула 46. Целесообразно осуществлять описанное продвижение в направлении от задней плоскости к передней, т.е. начиная с наиболее глубоко расположенной плоскости и продвигаясь до плоскости, ближайшей к передней поверхности 44 роговицы. Такой режим позволяет избежать эффектов экранирования, которые могли бы возникнуть, если бы лазерный пучок фокусировался на более глубокие области ткани, проходя через плоскость, в которой уже был выполнен разрез.
1
6
На фиг. 2а для наглядности показаны некоторые из рассмотренных плоскостей, обозначенные как 50-50. Их главное свойство состоит в том, что в каждой из них фокус пучка может перемещаться посредством соответствующего управления только х-у сканером 24, тогда как управления z-сканером 22 для перемещения фокуса в этой плоскости не требуется. В том случае, когда в качестве фокусирующей оптики 26 используется f-theta объектив (т.е. объектив с плоским полем), плоскостями, в которых фокус пучка можно перемещать без управления по оси z, являются плоскости х-у. Однако, если для фокусирования лазерного пучка 14 подобная оптика с плоским полем не используется, можно допустить, что плоскости, по которым перемещается фокус пучка в соответствии с паттерном сканирования, заданным для данных поверхностей, окажутся слегка искривленными.
1
6
На фиг. 2а имеются также черные кружки, каждый из которых иллюстрирует зону 52 фотодеструкции. Эти зоны 52 находятся в точках, в которых плоскости 50…50 сканирования пересекают заданный разрез 48. Расстояния между смежными плоскостями сканирования выбирают такими, чтобы в результате взаимного наложения зон фотодеструкции в различных плоскостях мог сформироваться разрез, проходящий через несколько плоскостей сканирования. В предположении, что размеры зоны 52 фотодеструкции соответствуют, по меньшей мере в качестве грубого приближения, наименьшему диаметру лазерного пучка 14 (диаметру его фокальной зоны), расстояние между последовательными плоскостями сканирования составляет, например, порядка нескольких микрометров, например 1-5 мкм. Если принять максимальную толщину лентикула 46 составляющей, например, около 100 мкм (это значение является типичным в случае коррекции миопии посредством экстракции интрастромального лентикула), необходимо использовать по меньшей мере около 20 плоскостей сканирования, в каждой из которых фокус пучка должен перемещаться в соответствии с заданным паттерном сканирования.
4
1
Далее пример паттерна сканирования будет подробно рассмотрен со ссылками на фиг. 2b и 2с. На фиг. 2b, на виде сверху (вдоль z-направления), проиллюстрирована плоскость сканирования, в которой лентикул 46 имеет относительно большой диаметр, а на фиг. 2с проиллюстрирована, на аналогичном виде, плоскость сканирования, в которой лентикул 46 имеет меньший диаметр. В качестве примеров, на фиг. 2b и 2с показаны плоскости 50 и 50 сканирования соответственно.
Паттерн сканирования в проиллюстрированном примере соответствует траектории 54 сканирования в форме меандра, которая образована множеством прямолинейных отрезков 56, следующих друг за другом и взаимно параллельных. В зоне своих концов эти отрезки связаны соединительными участками 58 (участками изменения направления сканирования) с образованием серпантинной траектории. Соединительные участки 58 могут быть криволинейными (в форме дуги) или отрезками прямых, расположенных под углом к отрезкам 56. Подобно смежным плоскостям сканирования, смежные прямолинейные отрезки 56 траектории отстоят друг от друга на расстояние порядка диаметра фокальной зоны, так что в рассматриваемой плоскости сканирования одно- или двумерный разрез (в форме линии или области), проходящий через эти отрезки 56, может быть сформирован при размещении зон фотодеструкции на смежных отрезках 56 траектории. Должно быть понятно, что графическое представление траектории сканирования в форме меандра на фиг. 2b и 2с не воспроизводит реальных пропорций траектории и служит только для пояснения изобретения.
Соединительные участки 58 траектории 54 сканирования находятся вне формируемого лентикула 46, т.е. за пределами указанного объема ткани, ограниченного разрезом 48. Таким образом, все фотодеструкции предпочтительно производятся только на тех участках траектории 54 сканирования в форме меандра, которые совпадают с прямолинейными отрезками 56 траектории. В предположении о постоянстве частоты следования импульсов излучения, испускаемых лазерным источником 12, расстояния между последовательными положениями фокуса являются одинаковыми, по меньшей мере на прямолинейных отрезках 56 траектории. Благодаря этому может быть предотвращен нежелательный нагрев ткани или разделение ткани в результате локального увеличения плотности расположения зон фотодеструкции.
Как и на фиг. 2а, на фиг. 2b и 2с каждая зона 52 фотодеструкции представлена в виде черного кружка. Светлые кружки 60, напротив, соответствуют положениям фокуса на траектории 54 сканирования в форме меандра, в которых импульсы излучения бланкируются. Таким образом, эти положения могут именоваться положениями бланкирования. Из соображений наглядности проиллюстрирована лишь небольшая часть положений 60 бланкирования. Нетрудно понять, что при формировании разреза 48 в каждой плоскости сканирования бланкируется намного большее количество импульсов излучения, чем пропускается.
В варианте по фиг. 2b и 2с траектория 54 сканирования в форме меандра является идентичной во всех плоскостях сканирования; в частности, остается постоянной длина прямолинейных отрезков траектории 54 в пределах плоскости сканирования. Однако это условие не является обязательным. Представляется возможным, с учетом диаметра лентикула 46 в конкретной плоскости сканирования, задавать длины прямолинейных отрезков 56 траектории меньшими или большими и/или варьировать количество прямолинейных отрезков 56 траектории, чтобы сделать паттерн сканирования более или менее широким. Однако расстояние между последовательными прямолинейными отрезками 56 траектории остается одним и тем же в каждой плоскости сканирования.
Следующие варианты изобретения будут рассмотрены далее со ссылками на остальные чертежи, на которых элементы, идентичные или функционально идентичные элементам, показанным на фиг. 2а-2с, имеют идентичные цифровые обозначения, но дополнительно снабженные соответствующими буквами. Если не оговорено обратное, на такие идентичные или функционально идентичные элементы распространяются пояснения, приведенные выше.
На фиг. 3 проиллюстрирован пример интрастромального лентикула 46а, пригодного для коррекции гиперметропии. В отличие от фиг. 2а, на которой лентикул 46 имеет форму, близкую к дисковидной, т.е. имеет наибольшую толщину в своей средней части, лентикул 46а по фиг. 3 характеризуется резким уменьшением толщины в его средней части, причем это уменьшение обусловлено соответственно вогнутой конфигурацией задней стороны разреза 48а. Передняя часть разреза 48а, как и у варианта по фиг. 2а, выполнена выпуклой. Разумеется, возможны и альтернативные формы лентикула.
1
i
Разрез 48а формируется способом, описанным для лентикула 46 по фиг. 2а, т.е. путем продвижения фокуса пучка излучения последовательно во множество взаимно наложенных плоскостей 50а…50a сканирования. В каждой из этих плоскостей сканирование может осуществляться при управлении фокусом пучка только в плоскости х-у, вдоль заданной траектории сканирования, которая не зависит от формы лентикула и может иметь, в частности, форму меандра. При этом импульсы излучения могут проходить в глаз только в местах, в которых формируемый разрез 48а пересекает траекторию сканирования в соответствующей плоскости. В остальных случаях импульсы излучения бланкируются.
1
1
В качестве еще одного примера на фиг. 4 показан подлежащий извлечению интрастромальный лентикул 46b, который задан разрезом 48b, образующим замкнутый контур, и который рассчитан для коррекции миопии с компенсацией комы. Показаны также несколько плоскостей 50b…50b сканирования и, кроме того, некоторые зоны 52b фотодеструкции, находящиеся в этих плоскостях. Лентикул 46b сконфигурирован аналогично лентикулу 46, показанному на фиг. 2а, но на его нижней (задней) поверхности имеется смещенное относительно центральной оси углубление 61b, выполненное с учетом компонента комы.
Нетрудно понять, что описанный способ последовательного сканирования по заданным траекториям в множестве взаимно наложенных плоскостей сканирования позволяет выполнять трехмерные разрезы произвольной формы и, соответственно, вырезание объемов роговичной ткани, имеющих любой заданный профиль. В частности, объем удаляемой ткани может полностью находиться внутри роговичной ткани, что соответствует примерам по фиг. 2а-4. Альтернативно, объем вырезаемой ткани может быть ограничен частью передней или задней поверхности роговицы, как это имеет место в случае эпителиальной или эндотелиальной кератопластики.
При рассмотрении предыдущих примеров принималось, что фотодеструкцию осуществляют только на периферии объема ткани, подлежащего экстракции, т.е. на поверхности разреза 48, 48а или 48b. Другими словами, принималось, что объем ткани, подлежащей экстракции, должен быть удален хирургическими средствами в виде цельного участка ткани. Однако это может оказаться нецелесообразным, особенно применительно к относительно крупным объемам ткани. Поэтому один вариант изобретения предусматривает, что при продвижении по различным плоскостям сканирования фотодеструкция производится не только на периферии вырезаемого объема ткани, но также внутри данного объема, чтобы таким способом осуществить сегментацию, посредством которой объем ткани будет разделен на несколько частичных объемов. Этот вариант далее будет рассмотрен со ссылками на фиг. 5а, 5b и 5с.
1
7
Данные фигуры построены на основе предположения (принятого только в качестве примера), что удаляемый объем ткани в целом рассчитан для коррекции миопии. Этот подлежащий удалению объем ткани, который согласно варианту, проиллюстрированному на фиг. 5а-5с, обозначен как 46с, хотя он не будет существовать в виде цельного лентикула, а будет разделен на частичные объемы, которые могут быть удалены по отдельности. Разрез, окружающий этот объем 46с ткани, обозначен как 48с. На фиг. 5а показаны также, в качестве примеров, некоторые плоскости 50c-50c сканирования. В каждой из показанных плоскостей сканирования (в общем случае во всех плоскостях сканирования) фокус пучка перемещают согласно одному и тому же паттерну сканирования, размеры которого предпочтительно остаются постоянными по всей траектории сканирования в форме меандра.
2
4
2
В примере по фиг. 5а объем 46с ткани сегментирован на кубики или прямоугольные параллелепипеды. С этой целью в части плоскостей сканирования формируется разрез, полностью разделяющий объем 46с ткани. В примере по фиг. 5а такими плоскостями являются плоскости 50с и 50с, которые полностью разрезают объем 46с. Разрезы, формируемые в таких плоскостях, в контексте изобретения именуются вторыми разрезами. Как это иллюстрируется фиг. 5b (на которой, в качестве примера, показана плоскость 50с), эти разрезы формируются всеми импульсами излучения, которые могут проходить в объем 46с ткани (внутри границ, заданных разрезом 48с) и фокусироваться в соответствующей плоскости сканирования. В результате в плоскости сканирования образуется разрез, который доходит по меньшей мере до разреза 48с (предпочтительно не дальше). На фиг. 5b данный разрез обозначен как 62с. Те импульсы излучения, которые в данной плоскости находятся вне разреза 48с, предпочтительно полностью бланкируются. В частности, никаких импульсов излучения не будет подаваться в глаз с фокусировкой в соответствующей плоскости сканирования на соединительных участках 58с траектории 54с сканирования в форме меандра.
В зависимости, например, от толщины объема 46с ткани может оказаться достаточным сформировать разрез 62с в единственной плоскости сканирования или потребуется формировать такой разрез в нескольких плоскостях сканирования. В последнем случае между парой плоскостей сканирования, в которых должен выполняться разрез 62с, в каждом случае расположено несколько плоскостей сканирования, в которых никакого разреза 62с не формируется. В качестве примера, два смежных разреза 62с могут быть разделены десятками или сотнями плоскостей сканирования.
5
В остальных плоскостях сканирования, т.е. в плоскостях, в которых не формируется разрез 62с, в варианте, представленном на фиг. 5а-5с, управление пропусканием импульсов излучения осуществляют таким образом, что в объем 46с ткани в каждом случае пропускается часть импульсов излучения с тем, чтобы сформировать в каждой из рассматриваемых плоскостей сканирования одну или более линий разреза (т.е. цепочек фотодеструкций). Эти линии разреза обозначены на фиг. 5с (на которой показана, в качестве примера, плоскость 50с) как 64с. В принципе, возможен свободный выбор количества линий 64с разреза и их формы. В примере, представленном на фиг. 5с, используется множество линий 64с разреза, в совокупности образующих сетку. Если подобные линии 64с разреза сформированы в нескольких взаимно наложенных плоскостях сканирования, может быть обеспечена сегментация ткани в объеме 46с, например, на кубики или прямоугольные параллелепипеды. В контексте изобретения разрезы, образованные линиями 64с разреза, именуются третьими разрезами. На фиг. 5а они обозначены как 66с. Эти разрезы могут быть ориентированы параллельно z-направлению или, если это представляется желательным, наклонно по отношению к нему.
1
3
5
7
На фиг. 5а, приведенной только как иллюстрация, плоскости 50c, 50с, 50с и 50с сканирования соответствуют таким плоскостям сканирования, в которых сформированы линейные разрезы 64с, приводящие к образованию разрезов 66с.
Частичные объемы, которые могут быть образованы в результате описанной сегментации объема 46с ткани (т.е. сегментации посредством разрезов 62с и/или 66с), имеют в плоскости х-у максимальную длину, составляющую, например, 0,1-1 мм (эти значения приведены только в качестве неограничивающих примеров). Аналогичные значения могут быть заданы и для размера сегментов в z-направлении.
Вместо сетки (типа представленной на фиг. 5с и образованной множеством линий 64с разреза, пересекающихся, например, под прямыми углами) в равной степени допустимо сформировать в индивидуальных плоскостях сканирования линейную решетку, образованную пространственно разделенными линиями 64с разреза, не пересекающимися одна с другой.
Изобретение позволяет осуществить квазинепрерывное фрагментирование удаляемого роговичного лентикула путем взаимного наложения множества близкорасположенных фотодеструкций (генерируемых посредством оптического пробоя, вызванного лазерным излучением) в объеме лентикула и заданием соответственно малых расстояний между разрезами, проходящими сквозь лентикул (например, разрезами 62с, 66с). В результате фрагментированная роговичная ткань, которая может иметь свободно задаваемый трехмерный профиль, может быть удалена, например отсасыванием, через крайне маленький разрез в строме.
Такое квазинепрерывное фрагментирование лентикула методом фотодеструкции может быть реализовано посредством соответствующего выбора расстояний между положениями фокуса и плоскостями разреза в заданном объеме лентикула. Благодаря управлению пропусканием и бланкированием лазерных импульсов посредством управляющей программы, разработанной для целей формирования лентикула, обеспечивается возможность в значительной степени свободного выбора профилей разрезов, формируемых в роговице. Согласно одной конфигурации подача лазерных импульсов может осуществляться только для тех импульсов, которые, согласно управляющей программе, задают контур объема лентикула (см., например, варианты по фиг. 2-4). Альтернативно, могут дополнительно подаваться такие лазерные импульсы, которые, согласно управляющей программе, предназначены для воздействия на области, находящиеся внутри контура лентикула или снаружи по отношению к нему (см., например, вариант по фиг. 5а-5с).