ОФТАЛЬМОХИРУРГИЧЕСКАЯ ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРА
OPHTHALMOSURGICAL LASER SYSTEM BASED ON FEMTOSECOND LASER

Предлагаемое изобретение относится к лазерным системам для офтальмохирургических операций, в частности к системам для интрастромального воздействия на роговицу.
Известен патент США №4091814, в котором описан лазерный оптический аппарат для операции под микроскопом, в котором для направления лазерного луча использован отражатель, установленный под углом 45°, направляющий лазерный луч на параболическое зеркало, служащее линзой объектива микроскопа, на плоский отражатель, движимый мотором для перемещения точки фокусировки лазерного излучения. В данном техническом решении путь лазерного излучения и оптический путь наблюдения операционного поля совпадает, что можно использовать при точечном воздействии лазерным излучением на объект, но невозможно при сканировании лазерным лучом.
Известна заявка США №20080051772, в которой описан метод и прибор для бесклапанного, интрастромального кератомилеза для коррекции миопии, гиперметропии и астигматизма. Система содержит лазер и в качестве объектива использовано параболическое зеркало. Однако излучение падает на роговицу почти по касательной к поверхности роговицы, что не позволяет использовать подобную систему для высокоточных лазерных операций, требующих точной фокусировки, так как при таком падении излучения велики искажения лазерного луча, к тому же велико отражение излучения. Кроме того, подобная система фокусирует лазерный луч в точку размером порядка 50 мкм, для проведения большинства операций это слишком низкая точность.
Для осуществления операций на роговице, таких как формирование клапана для последующей эксимерлазерной абляции, интрастромальная хирургия, установка импланта роговицы, необходимо фокусировать луч лазера с очень короткой длительностью импульса в пятно минимально возможного размера, для этого используют системы фокусировки лазерного излучения с большой апертурой.
Известна система Intralase, заявка US 20070106285, содержащая фемтосекундный лазер, систему фокусировки, систему сканирования, в которой система фокусировки представляет собой дорогой сложный объектив. Оптическая система объектива, благодаря изменению числа линз в нем, имеет несколько положений. В одном из положений возможно наблюдение операционного поля в микроскоп, в другом положении возможно проведение операций. Так как источником излучения является фемтосекундный лазер, обладающий широким спектром излучения, то фокусирующий объектив содержит множество элементов, в том числе и для компенсации аберраций и дисперсионных свойств линз.
Известна офтальмохирургическая лазерная система, заявка EP 1880698 (A1), содержащая фемтосекундный лазер, систему сканирования, систему фокусировки, в которой система фокусировки содержит подвижное поворотное зеркало и подвижный объектив, фокусирующий луч фемтосекундного лазера в роговицу. Непосредственно в процессе операции поворотное зеркало и объектив с высокой числовой апертурой полностью перекрывают операционное поле от внешнего наблюдения и не позволяют наблюдать операционное поле.
Задачей изобретения является создание лазерной системы на основе фемтосекундного лазера для проведения офтальмохирургических операций, позволяющей осуществить прямое непрерывное наблюдение за процессом операции.
Для решения поставленной задачи офтальмохирургическая лазерная система, содержащая фемтосекундный лазер, систему доставки излучения, сканирующий модуль для перемещения фокальной точки по выбранному алгоритму, систему фокусировки, оптические элементы которой имеют определенный размер, проекция которых на плоскость операции имеет границы, разрешенные фокальные точки системы фокусировки расположены вне проекции оптических элементов системы на плоскость операции, отстоят от границы проекции хотя бы на два размера фокального пятна и доступны для наблюдения в процессе операции. Расположение разрешенных фокальных точек вне проекции оптических элементов системы фокусировки на плоскость операции позволяет установить микроскоп и наблюдать операционное поле без дополнительных оптических элементов как в процессе подготовки к операции, так и в процессе операции. То есть, такая система позволяет осуществить прямое наблюдение операционного поля, что делает систему более удобной для хирурга и более безопасной для пациента. Кроме того, угол падения излучения хирургического лазера на глаз отличается от нормали, поэтому изучение, прошедшее в глаз, не имеет возможности попасть на сетчатку, что также позволяет сделать процедуру более безопасной.
Угол падения центральной части излучения фемтосекундного лазера на плоскость операции отличается от нормали на угол, больший половины апертуры системы фокусировки не более чем на 2°. При таком отклонении от нормали периферическая часть пучка, сфокусированного оптическими элементами системы фокусировки, попадает на роговицу под углом, существенно отличающемся от угла Брюстера. Это позволяет осуществить операцию с высокой точностью, так как проникновение фокусируемого в роговицу луча не зависит от поляризации падающего луча и не приводит к деформации пятна в фокусе.
Основным элементом системы фокусировки является внеосевое параболическое зеркало с числовой апертурой более 0,35 и углом отклонения менее 90°. Использование параболического зеркала с числовой апертурой менее 0,3 может привести к возникновению эффекта самофокусировки в роговице глаза пациента. Параболическое зеркало с углом отклонения менее 90° позволяет сфокусировать излучение фемтосекундного лазера в выбранную точку глаза с высокой точностью, осуществить сканирование с высокой точностью фокусировки и производить прямое наблюдение операционного поля. Использование линзового объектива с высокой числовой апертурой может привнести отклонения однородности излучения в фокусе за счет дисперсионных свойств материала линзы объектива, что необходимо компенсировать усложнением конструкции. Использование параболического зеркала в качестве основного элемента системы фокусировки исключает возникновение проблем, связанных с дисперсионными свойствами материалов. Кроме того, параболическое зеркало, в отличие от линз, не требует сложной оправы, которая может частично перекрывать операционное поле от внешнего наблюдения, увеличивая проекцию оптических элементов на плоскость операции, что позволяет максимально приблизить угол падения луча хирургического лазера к нормали, с условием прямого наблюдения процедуры в микроскоп. Использование параболического зеркала позволяет создать более легкую конструкцию, упростить оптическую схему, так как в подобной схеме не требуется наличие поворотного зеркала. Кроме того, это делает систему более надежной и легкой в эксплуатации и обслуживании.
Система содержит пилотный лазер. Система содержит операционный микроскоп. Использование параболического зеркала, у которого отсутствуют дисперсионные свойства, позволяет ввести в существующую систему
вспомогательный лазер настойки, то есть пилотный лазер, что вкупе с наблюдением в микроскоп облегчает работу хирурга и делает систему более безопасной и предсказуемой.
Техническим результатом изобретения является создание безопасной и удобной в использовании системы на основе фемтосекундного лазера для проведения офтальмохирургических операций, позволяющей осуществлять прямое наблюдение операции.
На Фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема системы.
На Фиг.2 представлена схема падения излучения на поверхность глаза по предлагаемому техническому решению.
На фиг.1 система содержит лазер 1 с длиной волны излучения около 1050 нм и длительностью импульса порядка 300 фс, аттенюатор 2, монитор энергии 3, оптический затвор 4, систему сканирования, содержащую модуль быстрого сканирования 5, модуль подстройки направления сканирования 6, систему доставки излучения, содержащую линию доставки 7, сенсор положения пучка 8, оптический затвор 9, расширитель луча 10, систему фокусировки, содержащую внеосевое параболическое зеркало 11, установленное на подвижном основании 12, соединенном с сенсором двумерного позиционирования 13. Все основные модули системы соединены с системой управления 14. Система наблюдения содержит микроскоп 15, который установлен в зоне прямой видимости операционного поля 16, и видеокамеру 17, установленную через разделительное зеркало 18, видеокамера подключена к дисплею 19. Глаз пациента 20 фиксируется с помощью системы стабилизации 21. Система содержит вакуумный насос 22 для системы стабилизации 21, для начала/окончания операции используется ножная педаль 23. При включении системы лазер 1 излучает лазерные импульсы с длительностью порядка нескольких сот фемтосекунд, система доставки излучения обеспечивает доставку указанных импульсов в систему сканирования, система фокусировки фокусирует импульсы лазера в объем ткани глаза пациента 20. Область воздействия находится в поле прямой видимости системы наблюдения 15. Система сканирования осуществляет сканирование луча по выбранному алгоритму.
На фиг.2 показана система фокусировки, основным элементом которой является подвижное внеосевое параболическое зеркало с углом отклонения менее 90° и высокой числовой апертурой. Параллельный сканирующий луч фемтосекундного лазера, центральная ось показана пунктирной линией, попадает на параболическое зеркало 11 и фокусируется в объем тканей глаза пациента 20. Угол между падающим на параболическое зеркало и отраженным лучами составляет примерно 70°. Числовая апертура ~0,3-0,4. При таких параметрах пятно фокусировки расположено вне проекции параболического зеркала на плоскость операционного поля 16, что позволяет осуществить прямое наблюдение поля операции при помощи микроскопа 15 либо камеры наблюдения. Это делает процедуру контролируемой и более безопасной.
Такая система позволяет фокусировать излучение в объем ткани глаза пациента с большой точностью, так как угол падения максимально приближен к нормали и поле операции находится в зоне прямой видимости системы наблюдения. Это позволяет проводить различные типы операций, такие как формирование лоскута, интрастромальная коррекция, формирование реза для имплантирования донорской роговицы и т.д.
Использование параболического зеркала позволяет существенно упростить систему фокусировки луча фемтосекундного лазера из-за отсутствия дисперсионных свойств зеркала и установить пилотный лазер, что также позволяет сделать процедуру более безопасной и предсказуемой.