УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЙ, В ЧАСТНОСТИ РЕФРАКЦИОННОЙ, ЛАЗЕРНОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
DEVICE FOR CARRYING OUT OPHTHALMOLOGICAL, IN PARTICULAR, REFRACTIVE, LASER SURGERY

Область техники
Изобретение относится к устройству (аппарату) для офтальмологической, в частности рефракционной, лазерной хирургии.
Уровень техники
Существует множество способов хирургии глаза, в которых на глаз направляют лазерное излучение, чтобы оказать на него желательное воздействие в результате взаимодействия этого излучения с глазом. Применительно к рефракционной лазерной хирургии задача состоит в изменении посредством лазерного излучения, изображающих свойств оптической системы, образованной глазом. Поскольку изображающие свойства человеческого глаза определяются, в основном, роговицей, во многих случаях рефракционная лазерная хирургия глаза предусматривает воздействие на роговицу. В процессе такого воздействия путем выполнения соответствующего разреза и/или соответствующего удаления (иссечения) материала обеспечивается изменение профиля роговицы (используется также термин "профилирование роговицы").
Известным примером профилирования роговицы с целью изменения ее рефракционных свойств является метод LASIK (laser in-situ keratomileusis - лазерный интрастромальный кератомилез). В методе LASIK сначала срезают небольшой поверхностный диск (который обычно специалисты именуют лоскутом). Лоскут остается присоединенным частью своего края к примыкающей роговичной ткани, так что он легко может быть отогнут, а затем снова возвращен на свое место. На практике ранее преимущественно использовались два способа формирования лоскута. Одним из них является механический способ с применением микрокератома, а второй - лазерный способ, в котором посредством фемтосекундного лазерного излучения (т.е. импульсного лазерного излучения с длительностью импульсов в фемтосекундном диапазоне) производят плоский подповерхностный разрез в роговице. За исключением зоны соединения лоскута с роговицей этот разрез выводится наружу на поверхность роговицы. После отгибания сформированного лоскута производят удаление материала (абляцию) открытой таким способом стромы в соответствии с профилем абляции, заданным для конкретного пациента. Данный профиль определяет, какое количество ткани должно быть удалено в соответствующей точке роговицы. Профиль абляции рассчитывают таким образом, чтобы по завершении абляции роговица имела оптимальную форму для прооперированного глаза, т.е. чтобы, насколько это возможно, были скорректированы ранее существовавшие дефекты изображающих свойств глаза. Для абляции используют, например, эксимерный лазер, излучающий в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, примерно у 193 нм.
Для осуществления абляции или, в общем случае, для осуществления воздействия на глаз лазерным излучением необходимо сначала правильно позиционировать пациента, чтобы его глаз находился на определенном рабочем расстоянии от лазерного аппарата. Фотодеструктивное, или аблирующее, взаимодействие лазерного излучения с тканью, на которую оказывается воздействие, имеет место только в зоне фокусировки пучка. Поэтому рабочее расстояние нужно выбирать таким, чтобы точка глаза, подвергаемая воздействию, находилась, по существу, в плоскости фокусировки пучка (в данном описании термином "плоскость фокусировки пучка" обозначается плоскость, перпендикулярная направлению распространения пучка, проходящая через точку фокусировки пучка). Если голова пациента не позиционирована должным образом относительно плоскости фокусировки пучка, в точке, в которой нужно осуществить желательное воздействие, диаметр пучка оказывается увеличенным, а поверхностная плотность излучения соответственно снижается, т.е. на единичный участок поверхности падает меньше излучения. Это может приводить к неадекватной абляции и к неравномерному удалению материала. В конечном итоге это приводит к неудовлетворительным результатам лечения.
Известен метод ориентирования пациента относительно лазерного аппарата, согласно которому на оперируемый глаз направляют два пересекающихся вспомогательных световых пучка от двух расположенных сверху, с боковых сторон источников, например, лазерных диодов низкой интенсивности. При условии, что глаз точно позиционирован на желательном рабочем расстоянии от лазерного аппарата, отражения вспомогательных световых пучков от роговицы должны совместиться в точке на поверхности роговицы. При неправильном позиционировании пациента на роговице видны два отдельных отражения, по одному от каждого вспомогательного светового пучка. Это справедливо как для слишком близкого, так и для слишком удаленного положения пациента относительно лазерного аппарата. В первом случае точка пересечения вспомогательных световых пучков расположена перед роговицей, а во втором случае - за ней. Отсюда следует, что, хотя правильное позиционирование пациента может быть определено с помощью двух вспомогательных световых пучков, при неправильном позиционировании трудно определить, в каком направлении произошло отклонение. Эта задача может быть решена только путем проведения проверки, включающей изменение положения пациента. Если при смещении в одном направлении сближения отражений не происходит, пациента нужно сместить в противоположном направлении. Кроме того, трудно определить, насколько велико отклонение положения пациента от оптимального рабочего положения. Хотя расстояние между отражениями на роговице в некоторых случаях может служить в качестве грубой оценки, какие-либо количественные оценки в данном случае невозможны.
Возникающие перед оперирующим врачом рассмотренные проблемы точного оценивания направления и размеров отклонения пациента по изображению отражений на роговице приводят, в конце концов, к многочисленным регулировочным движениям аппаратуры относительно кушетки пациента с целью определить оптимальное рабочее расстояние.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задача, решаемая изобретением, состоит в упрощении процесса точного позиционирования пациента в офтальмологической лазерной хирургии.
Согласно изобретению с целью решения данной задачи создан аппарат для офтальмологической, в частности рефракционной, лазерной хирургии, содержащий:
- лазерный источник для испускания сфокусированного операционного лазерного пучка,
- измерительное устройство на основе оптической когерентной интерферометрии для измерения расстояния от заданной точки или зоны глаза, подлежащей воздействию, до опорной точки, находящейся в известном положении относительно точки фокусировки операционного лазерного пучка, и
- модуль анализа и управления, выполненный с возможностью регистрации, на основе данных об измеренном расстоянии, получаемых от измерительного устройства, совпадения положения точки фокусировки операционного лазерного пучка с желательным положением зоны воздействия операционным лазерным пучком, находящейся на поверхности глаза или внутри него или отклонения от указанного желательного положения и с возможностью выполнения заданного действия, зависящего от того, было ли зарегистрировано совпадение или отклонение.
Измерительные устройства на основе оптической когерентной интерферометрии уже в течение ряда лет доступны для бесконтактного определения параметров глаза, например толщины роговицы или глубины передней камеры. Подобные измерительные устройства работают, например, по принципу оптической низкокогерентной рефлектометрии (OLCR) или по принципу оптической когерентной томографии (optical coherence tomography, OCT). Они используют низкокогерентное широкополосное измерительное излучение и позволяют исследовать структуры глаза (или, в общем случае, наблюдаемой биологической ткани) с разрешением порядка 1 мкм и выше. OLCR также эффективна для измерений расстояния между глазом и аппаратом для лазерной хирургии. В связи с этим измерительное устройство в аппарате по изобретению предпочтительно основано на OLCR.
Согласно изобретению измерительное устройство описанного типа интегрировано в аппарат для лазерной хирургии с целью использования при позиционировании пациента. Данные измерений, обеспечиваемые измерительным устройством на основе OLCR или иным интерферометрическим измерительным устройством, позволяют определить направление и величину отклонения реального расстояния до пациента от оптимального рабочего расстояния и тем самым упростить настройку положения пациента. Измерительное устройство эффективно измеряет расстояние глаза от опорной точки по направлению распространения операционного лазерного пучка (по z-координате). Опорной точкой является выбранная точка, которая может быть однозначно локализована в координатной системе аппарата для лазерной хирургии. Такой точкой может быть, например, начало координат или точка, не совпадающая с ним. Положение точки фокусировки операционного лазерного пучка также задается аналогичным образом относительно координатной системы аппарата для лазерной хирургии. Следовательно, по измерению расстояния до глаза и координаты z точки фокусировки пучка модуль анализа и управления может определить расстояние глаза по координате z от плоскости фокусировки. В частности, модуль анализа и управления может определить, находится ли желательная зона для воздействия операционным лазерным пучком в плоскости фокусировки или смещена относительно нее.
Точка или зона глаза, от которой измерительное устройство измеряет расстояние до опорной точки, находится, например, на поверхности роговицы глаза. Если лазерное воздействие должно происходить близко к поверхности, например при проведении абляции в рамках метода LASIK, то желательная зона для воздействия, по отношению к которой должно настраиваться положение плоскости фокусировки (плоскости воздействия операционным лазерным пучком), может рассматриваться как, по существу, совпадающая с измерительной точкой глаза, т.е. точкой, расстояние от которой до опорной точки измеряется. В других ситуациях, например в случае фемтосекундного LASIK, в качестве точки, расстояние от которой измеряется, может быть точка, расположенная под поверхностью роговицы.
Вместе с тем изобретение никоим образом не ограничивается аппаратом для лазерной хирургии методом LASIK. Оно применимо также к аппаратам для других типов офтальмологической лазерной хирургии. Соответственно, желательная зона воздействия для операционного лазерного пучка может находиться в точке глаза, отличной от точки, расстояние от которой до опорной точки измеряется. Как было упомянуто, для измерения расстояния удобно выбрать точку на поверхности роговицы, например ее верхнюю точку. В то же время желательная зона воздействия операционным лазерным пучком может быть расположена внутри глаза, например на хрусталике. В этом случае при позиционировании пациента целесообразно учитывать расстояние по координате z между измерительной точкой глаза и положением желательной зоны воздействия. В предположении, что это расстояние известно (например, по данным предыдущего OLCR-исследования глаза) по измеренному расстоянию глаза от опорной точки, известному положению точки фокусировки пучка относительно опорной точки и известному расстоянию по координате z между измерительной точкой глаза и желательной зоной воздействия, модуль анализа и управления легко может определить, совпадает или нет плоскость фокусировки с желательной зоной воздействия.
Могут предусматриваться различные действия модуля анализа и управления после того, как будет установлено, совпадает или нет положение желательной зоны воздействия по координате z с точкой фокусировки пучка. Для документирования положения плоскости фокусировки (плоскости воздействия) относительно желательной зоны воздействия операционным лазерным пучком одним из вариантов действия, выполняемого модулем анализа и управления, может быть выдача команды на отображение, которая приведет к запоминанию или отображению результатов измерения на дисплейном модуле. Такое документирование особенно целесообразно, если в процессе измерений лазерного воздействия производится несколько измерений расстояния, например, с регулярными временными интервалами. Поскольку нельзя исключить, что в процессе лазерной хирургии пациент сместит свою голову, в результате чего ее ориентация окажется неправильной, нельзя допустить, чтобы такой факт оказался незамеченным оператором. Сохраненные результаты измерений, в случае необходимости, могут распечатываться или использоваться иным образом по завершении операции. Немедленное отображение текущего значения расстояния, например, на дисплейном модуле дает оператору данные для контроля, что позволяет ему, при необходимости, вмешаться в ход операции с целью ее коррекции или даже прервать ее при возникновении определенных условий.
В одном из вариантов изобретения предусмотрена автоматизация, позволяющая модулю анализа и управления, в качестве реакции на результат измерения расстояния, выдать управляющую команду источнику лазерного пучка с целью обеспечить управление испусканием этого пучка. Например, подобная команда может допускать (разрешать) испускание операционного лазерного пучка только при условии, что желательная зона воздействия и точка фокусировки пучка, по существу, совпадают. Такой вариант полезен, чтобы гарантировать, что лазерное воздействие начнется только тогда, когда пациент правильно позиционирован. Альтернативно или дополнительно, модуль анализа и управления может быть настроен на выдачу управляющих команд, которые приведут к прерыванию испускания операционного лазерного пучка, если измерение расстояния выявило несовпадение желательной зоны воздействия и положения точки фокусировки. В таком режиме модуль анализа и управления может автоматически прерывать процесс лазерной хирургии, если пациент двигает головой в процессе операции.
Разумеется, возможны различные другие действия со стороны модуля анализа и управления. Например, данный модуль может быть настроен на генерирование оптического и/или акустического сигнального сообщения, если по результатам измерения расстояния обнаружено совпадение или несовпадение положений желательной зоны воздействия и точки фокусировки.
Краткое описание чертежа
Далее изобретение будет рассмотрено со ссылками на единственный прилагаемый чертеж, на котором схематично представлен вариант аппарата для лазерной хирургии согласно изобретению. Данный аппарат предназначен преимущественно, но не исключительно, для осуществления абляции в методе LASIK.
Осуществление изобретения
На чертеже показан, в частности, глаз 10 с роговицей 12 и кромкой 14 зрачка.
Представленный аппарат для лазерной хирургии содержит такой известный компонент, как источник 18 света (например, светодиод или лазер) для фиксации глаза. Данный источник генерирует (слабый) фиксирующий пучок 18', на который направляется взгляд пациента, чтобы зафиксировать положение глаза.
Аппарат по изобретению содержит также операционный лазер 20, который испускает операционный лазерный пучок 20', направляемый посредством линзы 22 на сканирующие зеркала 24, 24', а от них посредством частично прозрачного отклоняющего зеркала 26 на глаз. Операционный лазерный пучок 20' является сфокусированным (хотя фокусирующая оптика для фокусировки данного пучка 20' на чертеже подробно не показана). Однако такая оптика хорошо известна из уровня техники.
Лазер 20 может являться, например, эксимерным лазером, излучающим в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, например, на длине волны 193 нм. Должно быть понятно, что для других вариантов лечебного воздействия могут использоваться другие длины волн, в том числе лежащие в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн. Например, в качестве лазера 20 может быть использован фемтосекундный лазер, который излучает в УФ- или ИК-диапазоне.
Сканирующие зеркала 24, 24' имеют, например, гальванометрический привод и управляются вместе с лазером 20, программно управляемым компьютером С в соответствии с предварительно рассчитанным профилем воздействия (т.е. профилем абляции или - в случае операции с использованием лазерных разрезов - профилем разреза). В контексте изобретения компьютер С образует модуль анализа и управления.
Аппарат для лазерной хирургии снабжен также устройством слежения за движениями глаза ("eye-tracker"), которое содержит камеру 30, формирующую изображения глаза, более конкретно его зрачка и радужки (соответствующий пучок излучения от отклоняющего зеркала 28 к камере обозначен стрелкой 32). Данные об изображениях, поступающие от камеры 30, анализируются в компьютере С с использованием программы анализа изображения, чтобы отслеживать движения глаза, которых пациент в общем случае не в состоянии избежать, несмотря на попытки зафиксировать взгляд на фиксирующем излучении 18'. Компьютер С учитывает детектированные движения глаза при управлении сканирующими зеркалами 24, 24', чтобы как можно точнее удерживать профиль воздействия относительно выбранной опорной точки глаза, расположенной, например, на поверхности роговицы.
В аппарат для лазерной хирургии дополнительно интегрирован пахиметр - измерительное устройство 34 для измерения толщины роговицы методом оптической низкокогерентной рефлектометрии (OLCR). Данное устройство, как и известные устройства этого типа, содержит источник излучения (например, на основе поверхностно-излучающего лазерного диода SLED, источника усиленного спонтанного излучения ASE, лазера белого света), который испускает измерительный пучок 34' излучения. Данный пучок направляется на глаз 10 частично прозрачным отклоняющим зеркалом 42 таким образом, что он падает на глаз коаксиально с операционным лазерным пучком 20'. При этом отклоняющее зеркало 42 направляет на измерительное устройство 34 измерительное излучение, отраженное от глаза 10, по тому же направлению, по которому данное устройство 34 испускает измерительный пучок 34'. Этот процесс обозначен двойной стрелкой 36.
0
В рамках лечебного воздействия, оказываемого посредством аппарата для лазерной хирургии под управлением компьютера С, измерительное устройство 34 измеряет, по меньшей мере однократно, предпочтительно несколько раз расстояние до глаза 10 по направлению оси части операционного лазерного пучка 20' (по z-координате), падающего на глаз из заданной опорной точки в системе координат аппарата для лазерной хирургии. В иллюстративных целях на чертеже эта опорная точка обозначена как 44. Данная точка имеет координату +z, значение которой известно. В качестве измерительной точки на глазе 10 предпочтительно используется точка на поверхности роговицы, например ее верхняя точка.
Измерительное устройство 34 передает данные по измерению расстояния на компьютер С, сравнивающий измеренное расстояние по z-координате между измерительной точкой глаза и опорной точкой 44, которая является фиксированной относительно системы координат, с заданным расстоянием между точкой фокусировки операционного лазерного пучка 20' и опорной точкой 44. Координата z точки фокусировки пучка задается настройкой фокусирующей оптики и является известной компьютеру С. В качестве примера, в данном случае принимается, что положение точки фокусировки пучка соответствует координате z=0. Если сравнение указанных расстояний показывает, что зона глаза 10, подлежащая воздействию, лежит в плоскости фокусировки операционного лазерного пучка 20', компьютер С может, например, активировать лазер 20, что позволит приступить к лазерной хирургии. Если же сравнение расстояний обнаруживает, что глаз 10 неправильно позиционирован по координате z (т.е. зона глаза, подлежащая воздействию, не лежит в плоскости фокусировки), то компьютер С выдает (например, на дисплейный модуль 50) сообщение о необходимости настройки. Данное сообщение о необходимости настройки выдает оператору сведения о направлении и размере требуемой подстройки положения пациента по координате z. После этого оператор может произвести оптимизацию положения пациента путем вертикальной настройки кушетки, на которой лежит пациент. При этом предпочтительно, чтобы измерительное устройство 34 производило измерения расстояния непрерывно, а компьютер С отображал на дисплейном модуле 50 текущее положение глаза 10 по направлению z, в данном случае относительно плоскости фокусировки, чтобы обеспечить оператору возможность сразу же отслеживать успешность своих действий по настройке. Как только пациент будет позиционирован таким образом, что точка глаза, на которую желательно воздействовать, и точка фокусировки пучка по направлению z, по существу, совпадут, оператору может быть выдано дополнительное сообщение, например, посредством генерирования хорошо различимого аудиосигнала.
Разумеется, в рассматриваемом варианте можно дополнительно подключить механизм настройки положения кушетки пациента к компьютеру С таким образом, чтобы компьютер С мог производить посредством соответствующей программы автоматическую настройку кушетки по координате z на основе текущего результата измерений.
Уже упоминалось, что в процессе измерений определяется расстояние между определенной точкой глаза и фиксированной опорной точкой, привязанной к системе координат аппарата для лазерной хирургии. Это эквивалентно измерению положения этой точки глаза по координате z в системе координат, связанной с лазером, поскольку для определения каждого положения по координате z всегда необходима точка отсчета, а именно начало координат. Поэтому в более простой формулировке можно сказать, что измерительное устройство 34 измеряет положение по координате z определенной точки глаза, например верхней точки роговицы, а компьютер С сравнивает измеренное положение этой точки глаза с положением по той же координате точки фокусировки пучка. Введение в рассмотрение процесса измерений опорной точки соответствует просто разъяснению того обстоятельства, что каждое абсолютное значение координаты всегда должно интерпретироваться как расстояние от опорной точки системы координат.