ОФТАЛЬМОХИРУРГИЧЕСКАЯ ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА
OPHTHALMOSURGICAL LASER SYSTEM

Изобретение относится к офтальмохирургическим лазерным системам, использующим фемтосекундный лазер в качестве источника излучения.
Офтальмохирургические лазерные системы на основе фемтосекундного лазера могут быть использованы для проведения различных операций, в том числе операций на переднем отрезке глаза, на хрусталике. Для проведения различных видов операций лазерная система должна обеспечивать трехкоординатное сканирование с высокой скоростью и высокой точностью фокусировки.
Известна заявка US 2011028951, описывающая оптическую систему с подвижной линзой для офтальмологического хирургического лазера. В оптической системе используется предварительная компенсация волнового фронта, оптическая система содержит группу линз с подвижной линзой, перемещаемой в направлении распространения лазерного излучения. Однако подвижная линза имеет большие габариты и большой вес, что не позволяет перемещать положение фокуса в направлении распространения излучения с высокой скоростью.
Известен патент US 7618415, описывающий систему и метод точного позиционирования луча в глазной хирургии, в оптической системе которой использована оптическая система переноса изображения для точной передачи излучения с зеркала сканера на вход фокусирующего объектива. Сканер системы содержит три зеркала, дополнительное зеркало служит для компенсации отклонения луча по первому направлению, размер и вес которого значительно превосходят соответствующие параметры входного зеркала. Однако увеличение количества подвижных частей в системе снижает ее устойчивость и усложняет юстировку, а увеличенный размер зеркал снижает быстродействие.
Задачей изобретения является создание офтальмохирургической лазерной системы на основе фемтосекундного лазера, обеспечивающей максимально точную фокусировку с переменной глубиной фокуса и высокую скорость сканирования фокальной точкой.
Офтальмохирургическая лазерная система, содержащая импульсный лазер с сверхкороткой длительностью импульса, систему сканирования луча по двум координатам, содержащую первое зеркало сканера для отклонения луча в направлении X, перпендикулярном оптической оси системы, второе зеркало сканера для отклонения луча в направлении Y, перпендикулярном направлению X и оптической оси системы, систему передачи луча, содержащую систему согласования плоскости сканирования и плоскости входного зрачка фокусирующего объектива, фокусирующий объектив, между первым и вторым зеркалами системы сканирования симметрично установлена система согласования плоскости сканирования по направлению X с плоскостью сканирования по направлению Y, содержащая два одинаковых сканирующих безаберрационных объектива, установленных с общей фокальной плоскостью. Симметричная система согласования плоскостей сканирования, в англоязычной литературе «relay system», установленная между первым и вторым зеркалами сканера, позволяет отобразить без введенных аберраций зеркало сканирования по оси X на второе зеркало, так что система сканирования работает как одно зеркало. Такая система не ухудшает качество пучка лазерного излучения, позволяет осуществлять эффективное сканирование по двум координатам с высокой скоростью.
Оптическая система согласования плоскости сканирования и входного зрачка фокусирующего объектива, установленная между вторым зеркалом сканера и фокусирующим объективом, содержит два различных сканирующих безаберрационных объектива, установленных с общей фокальной плоскостью, фокусное расстояние объектива со стороны сканера меньше фокусного расстояния объектива со стороны фокусирующего объектива. Такое техническое решение позволяет безаберационно передать обобщенную плоскость сканирования по X и Y в плоскость входного зрачка фокусирующего объектива с увеличением диаметра пучка. В такой оптической системе можно использовать зеркала сканера малого размера, обеспечивающие высокую скорость сканирования фокальной точкой.
Отношение фокусного расстояния объектива со стороны фокусирующего объектива к фокусному расстоянию объектива со стороны сканера больше или равно 1.5 и меньше или равно 4. При меньшем увеличении для достижения необходимой апертуры на фокусирующем объективе придется использовать зеркала сканера большего размера, что уменьшит скорость изменения положения фокальной точки. При большем увеличении сам безаберационный объектив станет существенно сложнее.
Фокусирующий объектив содержит одиночную подвижную линзу, в зависимости от положения которой изменяется положение плоскости фокусировки в направлении оптической оси системы, при изменении положения одиночной подвижной линзы практически не происходит деформации волнового фронта. Безаберационная система сканирования и фокусировки представляет собой фокусирующий объектив с одиночной подвижной линзой, обеспечивающий одинаковый размер фокальной точки по всему операционному полю в пределах глубины сканирования. Это важно для обеспечения точности проведения процедуры.
Одиночная подвижная линза фокусирующего объектива имеет малую оптическую силу в диапазоне от 2D до 20D, это позволяет сделать линзу с малым весом и перемещать линзу с высокой скоростью. Оптическая сила линзы выбиралась из соображений, чтобы ее перемещение было на порядок больше, чем перемещение фокальной плоскости. При этом не предъявляются высокие требования к точному позиционированию этой линзы. Малая оптическая сила подвижной линзы позволяет сохранить размер фокального пятна при изменении положения фокальной плоскости, что обеспечивает точность проведения операции.
Фокусирующий объектив способен изменять плоскость фокусировки от 0 до 1 мм. Этого диапазона достаточно для проведения большинства операций на роговице.
Фокусирующий объектив способен изменять плоскость фокусировки от 0 до 5 мм. Этого диапазона достаточно для проведения большинства операций на хрусталике.
Техническим результатом является создание офтальмохирургической лазерной системы, позволяющей осуществлять сканирование фокальной точкой по трем координатам с высокой скоростью и высокой точностью.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемой системы.
На фиг. 2 представлен ход луча в оптической системе согласования плоскости сканирования в направлении X и плоскости сканирования в направлении Y, луч падает на оптическую систему согласования под углом.
На фиг. 3 схематически представлен ход лучей, отклоненных на различные углы первым зеркалом сканера в оптической системе согласования между зеркалами сканера.
На фиг. 1 представлен лазер 1 со сверхкороткой длительностью импульса, зеркало 2 гальваносканера для отклонения луча лазера в направлении X, перпендикулярном направлению оптической оси системы, симметричная система согласования плоскостей сканирования 3. Симметричная система согласования плоскостей сканирования 3 содержит два одинаковых сканирующих объектива 3А, 3В, установленных с общей фокальной плоскостью, как показано на фиг. 2, 3. Общая фокальная плоскость показана штрихпунктирной линией. Зеркало 4 гальваносканера для отклонения луча в направлении Y, перпендикулярном направлению X и оптической оси системы. Система согласования плоскостей сканирования 3 установлена симметрично между зеркалами 2 и 4. Система согласования плоскости сканирования с плоскостью входного зрачка фокусирующего объектива 5 содержит два сканирующих безаберационных объектива, установленных с общей фокальной плоскостью, причем фокусное расстояние объектива со стороны сканера 4 меньше фокусного расстояния второго объектива. Вторая оптическая система согласования 5 позволяет использовать меньшие по размеру зеркала 2 и 4, что обеспечивает высокую скорость сканирования. Система содержит поворотное зеркало 6. Фокусирующий объектив 8 содержит одиночную подвижную линзу 7, соединенную с приводом (не показан), обеспечивающим перемещение подвижную линзу 7 фокусирующего объектива 8 вдоль оптической оси системы. Лазер 1, гальваносканер, привод подвижной линзы фокусирующего объектива 7 соединены с системой управления (не показана).
На фиг. 2 показан ход отклоненного луча между зеркалами сканера 2,4 через систему согласования плоскостей сканирования 3, состоящую из одинаковых объективов 3А и 3В, установленных с общей фокальной плоскостью, показанной штрихпунктирной линией. От лазера на зеркало сканера 2 попадает параллельный луч, пройдя через систему согласования плоскостей сканирования, состоящую из одинаковых объективов 3А, 3В, параллельный луч падает на зеркало сканера 4 под тем же углом в направлении X. Зеркало 4 отклоняет луч на выбранный угол в направлении Y, перпендикулярном направлению X.
На фиг. 3 показаны направления распространения лучей, отклоненных под различными углами зеркалом 2 через оптическую систему согласования плоскостей сканирования, состоящую из двух одинаковых объективов 3А и 3В.
При включении лазера 1 генерируется лазерный луч, луч отклоняется зеркалом 2 в направлении X, проходит через оптическую систему согласования плоскостей сканирования 3, отклоняется в направлении Y зеркалом 4. В оптической системе согласования плоскостей сканирования 3 лучи, отклоненные на различные углы зеркалом сканера 2, распространяются телецентрически и без искажений отображаются на зеркало 4, как показано на фиг. 2, 3. В результате использования такой схемы после зеркала 4 луч будет отклонен по двум координатам согласно выбранному алгоритму. Луч проходит вторую оптическую систему согласования 5 с увеличением и без искажений, отклоняется поворотным зеркалом 6, фокусируется фокусирующим объективом 8 на операционное поле 9. Изменение положения подвижной линзы 7 фокусирующего объектива 8 приводом позволяет изменять положение фокальной плоскости в направлении распространения лазерного излучения, то есть по оси Z, перпендикулярной осям X и Y.
Подвижными элементами в системе являются зеркала гальваносканера 2, 4 и легкая линза 7 фокусирующего объектива 8. Каждый из подвижных элементов обеспечивает изменение положения фокальной точки по одной координате, причем положение фокальной точки может изменяться с высокой скоростью. Оптическая система, по которой распространяется излучение от лазера 1 до фокусирующего объектива 8, является безаберационной, что важно для обеспечения точности фокусировки на всем операционном поле.