УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ОФТАЛЬМОЛОГИИ
APPARATUS FOR LASER SURGICAL OPHTHALMOLOGY

Область техники
Изобретение относится к устройству для лазерной хирургической офтальмологии.
Уровень техники
Импульсное лазерное излучение применяется во многих методах воздействия на человеческий глаз. В некоторых из них глаз, подлежащий воздействию, прижимают к прозрачному контактному элементу, который своей контактной поверхностью, обращенной к глазу, образует опорную поверхность, которая позволяет точно позиционировать фокус лазерного пучка в глазе по z-направлению. В данном случае «z-направлением», согласно принятому в специализированной области обозначению, является направление распространения лазерного пучка. Перпендикулярная этому направлению плоскость обычно обозначается как х-у плоскость. Методы воздействия, служащие для произведения надреза в глазной ткани с помощью сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения, особенно часто используют подобный контактный элемент для того, чтобы безошибочно определить положение передней поверхности глаза в координатной системе лазерного устройства. Процесс произведения надреза в человеческом глазе с помощью импульсного фемтосекундного лазерного излучения всегда основан на так называемом разрушении ткани под воздействием лазерного излучения - фотодеструкции. Контактный элемент прижимают к глазу таким образом, что к контактной поверхности элемента (обращенной к глазу) плотно прилегает плоская поверхность глаза; тем самым контактный элемент задает z-положение передней поверхности глаза.
Одной из форм воздействия, при которой производится надрез роговицы с помощью лазерной техники, является так называемый метод LASIK. В этой форме воздействия небольшой поверхностный диск роговицы, называемый в специализированной области как лоскуток (flap), отрезается с помощью фемтосекундного лазерного излучения. Далее, согласно классической методике LASIK (Laser In Situ Keratomileusis), лоскуток, все еще прикрепленный к роговице в месте, называемом ножкой, отгибают в сторону, тем самым оголяя ткань для ее дальнейшей обработки (абляции) с помощью ультрафиолетового лазерного излучения. Другой формой воздействия является так называемая экстракция роговичного лентикула, при которой небольшой диск лентикула вырезается из ткани роговицы с помощью фемтосекундного лазерного излучения. После дополнительного надреза, производимого на поверхности глаза, этот диск убирают; дополнительный надрез выполняется с помощью скальпеля или того же фемтосекундного лазерного излучения.
Необходимо упомянуть, что описания обеих форм воздействия (фемтосекундный LASIK и экстракция роговичного лентикула) приведены исключительно для примера. В целом, изобретение может быть применено в любых методах воздействия, где имеет место прижатие глаза к контактной поверхности с целью задать положение передней поверхности глаза в координатной системе лазерного устройства.
Прижатие глаза к контактной поверхности вызывает деформацию роговицы. В зависимости от формы контактной поверхности, это может стать причиной по меньшей мере локального сужения передней камеры глаза, т.е. уменьшения ее глубины. Передняя камера - это пространство между роговицей и хрусталиком человеческого глаза. В нормальном, недеформированном человеческом глазе глубина передней камеры обычно составляет, в среднем, приблизительно от 2 до 4 мм. Особенно при выравнивании роговицы по плоской контактной поверхности (аппланационной поверхности) деформация роговицы может быть настолько большой, что последняя приближается на опасное расстояние к передней поверхности человеческого хрусталика. Взаимный контакт между задней поверхностью роговицы (эндотелия) и передней поверхностью хрусталика должен быть исключен любой ценой. Он может повредить слой эндотелия роговицы и вызвать ее помутнение.
Раскрытие изобретения
Изобретение направленно на создание устройства для лазерной хирургической офтальмологии, которое в процессе лазерного воздействия на человеческий глаз, прижатый к контактной поверхности, может обеспечить высокий уровень безопасности относительно нежелательного повреждения эндотелия роговицы.
Для достижения этой цели изобретение предлагает устройство для лазерной хирургической офтальмологии, содержащее контактную поверхность, прилегающую к подлежащему воздействию глазу с приданием ему требуемой формы; первый источник излучения для генерации воздействующего лазерного пучка; оптические компоненты для направления воздействующего лазерного пучка через контактную поверхность на глаз и измерительное устройство для измерения глубины передней камеры глаза, прилегающей к контактной поверхности, выполненное с возможностью предоставления данных измерений, представляющих глубину передней камеры глаза, по меньшей мере, в одной его точке.
Изобретение позволяет наблюдать за глубиной передней камеры, в то время как глаз прижат к контактной поверхности, и роговица, соответственно, деформирована. А именно, измерения глубины передней камеры могут быть произведены многократно до, в течение и/или после лазерного воздействия. Например, непрерывно или через постоянные промежутки времени, чтобы было возможно быстро определить любые изменения глубины передней камеры. Особенно целесообразно измерять глубину передней камеры на том этапе, когда глаз и контактная поверхность подведены относительно близко друг к другу до прилегания глаза к контактной поверхности с целью придания ему требуемой формы. Это относительное сближение может быть произведено, например, благодаря механическому или ручному перемещению несущего контактную поверхность адаптера пациента и/или кушетки, на которой лежит пациент. Целесообразно, в процессе относительного сближения контактной поверхности и глаза, измерять глубину передней камеры несколько раз, например, пока не будет достигнуто предопределенное значение глубины передней камеры, меньше которого глубина ни в коем случае не может быть. Это минимальное значение должно быть выбрано таким образом, чтобы между задней поверхностью роговицы и передней поверхностью хрусталика было достаточно безопасное расстояние.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения измерительное устройство (инструмент) содержит второй источник излучения, генерирующий измерительный пучок, а оптические компоненты выполнены и расположены так, чтобы направлять измерительный пучок через контактную поверхность на глаз. Это гарантирует возможность наблюдения за глубиной передней камеры, в то время как глаз прижат к контактной поверхности.
Может быть достаточно производить наблюдение за глубиной передней камеры только в одной выбранной точке на х-у плоскости, например, в центре уплощенной области роговицы или по меньшей мере вблизи такого центра. Однако для повышения безопасности благоприятно, если измерительный инструмент сконструирован для измерения глубины передней камеры в нескольких точках глаза. Например, измерительный инструмент может измерять глубину передней камеры во множестве предопределенных точек измерения. Эти точки могут, например, включать в себя центральную измерительную точку, а также множество периферийных точек, распределенных по окружности или по нескольким концентрическим окружностям вокруг центра. С другой стороны, возможно наблюдение за глубиной передней камеры с помощью сканирования. В этом случае измерительный инструмент сканирует, по меньшей мере, предопределенную область глаза с множеством точек сканирования, расположенных друг возле друга, и измеряет глубину передней камеры в каждой из этих точек. Подобное наблюдение за глубиной передней камеры предоставляет высокое разрешение и, так сказать, планарное картирование глубины передней камеры.
Желательно, чтобы к измерительному инструменту была подключена электронная вычислительно-контрольная установка, которая устанавливает, не оказалась ли глубина передней камеры, представляемая данными измерений, меньше хотя бы одного из предопределенных значений, и осуществляет предусмотренное действие в зависимости от того, оказалась или нет глубина меньше этого значения. Таким образом, обеспечивается автоматизированный мониторинг глубины передней камеры и автоматизированное осуществление соответствующих действий в случае, если глубина передней камеры окажется меньше предопределенного значения. Следует понять, что могут быть установлены несколько различных предопределенных ограничивающих значений, каждое из которых характеризует разный уровень опасности. Чем меньше пространство между задней поверхностью роговицы и передней поверхностью хрусталика, тем более срочные и серьезные меры могут быть приняты вычислительно-контрольной установкой.
Например, вычислительно-контрольная установка может выдавать оптический и/или акустический сигнал в случае, если глубина оказалась меньше предопределенного значения.
Как альтернатива или вдобавок к этому, вычислительно-контрольная установка может быть выполнена с возможностью, если глубина оказалась меньше предопределенного значения, управлять, по меньшей мере, одним управляемым компонентом с целью остановить подачу контактной поверхности к глазу или с целью развести их в стороны. Управляемым компонентом может быть, например, откачивающий насос, который создает пониженное давление, благодаря которому контактная поверхность удерживается на глазу и/или несущий контактную поверхность адаптер пациента удерживается на присасывающем кольце, установленном на глаз. В результате частичного или даже полного снятия пониженного давления давление, оказываемое на глаз прилегающей контактной поверхностью, может быть уменьшено. В определенных обстоятельствах контактная поверхность может даже быть отведена от глаза. В каждом из этих случаев задняя поверхность роговицы может быть выведена из возможно опасного близкого положения около передней поверхности хрусталика.
Кроме этого, вдобавок или как альтернатива, вычислительно-контрольная установка выдает разрешение на генерацию воздействующего лазерного пучка, если глубина передней камеры оказалась не меньше предопределенного значения. И наоборот, вычислительно-контрольная установка может выключить воздействующий лазерный пучок, если измеренное значение глубины передней камеры меньше предопределенного значения.
Измерительный инструмент может содержать оптический интерферометр для интерференции измерительного пучка и отраженного излучения, возвращающегося из глаза через контактную поверхность. Например, измерительным инструментом может быть OLCR-измерительный прибор (OLCR -Optical Low Coherence Reflectometry - оптическая низкокогерентная рефлектометрия). Другими словами, работа измерительного прибора может быть основана на принципах оптической низкокогерентной рефлектометрии.
Прозрачный контактный элемент, образующий контактную поверхность, может иметь форму аппланационной пластинки или контактной линзы с неплоской поверхностью, прилегающей к глазу. Термин «аппланационная пластинка» обозначает контактный элемент, который на своей стороне, обращенной к глазу, имеет плоскую поверхность, прилегающую к передней стороне глаза, тем самым позволяя выравнивать роговицу. На другой стороне, обращенной в противоположном глазу направлении, элемент может иметь аналогичную плоскую поверхность, но также возможна вогнутая или выпуклая форма. Термин «контактная линза» обозначает контактный элемент, который на своей стороне, обращенной к глазу, имеет неплоскую поверхность, прилегающую к передней стороне глаза. Как правило, такая поверхность имеет вогнутую форму.
Аппланационная пластинка или контактная линза могут, например, быть установлены на адаптере пациента, который (адаптер) соединен с фокусирующим объективом устройства.
Длительность импульса воздействующего лазерного пучка предпочтительно должна лежать в фемтосекундном диапазоне.
Также изобретение предлагает способ, применяемый в процессе осуществления лазерного хирургического воздействия на человеческий глаз, при котором подлежащий воздействию глаз вводят в контакт с придающей ему форму прилегающей поверхностью и в котором измеряют глубину передней камеры глаза, прилегающей к контактной поверхности. Данный способ позволяет измерить параметры, характеризующие глубину передней камеры глаза, по меньшей мере, в одной его точке. В зависимости от измеренного значения глубины передней камеры, могут быть осуществлены одно или несколько предопределенных действий. Например, электронная вычислительно-контрольная установка разрешает генерацию воздействующего лазерного пучка до тех пор, пока измеренное значение глубины передней камеры больше, по меньшей мере, одной предопределенной величины. В том случае, если подобная предопределенная величина достигнута, вычислительно-контрольная установка может вдобавок или как альтернатива вызвать сигнал тревоги в оптической или акустической форме. Аналогично, вычислительно-контрольная установка может развести контактную поверхность и глаз в стороны или, по меньшей мере, приостановить их подачу друг к другу.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. На единственной фиг.1 в очень схематичной форме проиллюстрирован вариант устройства для лазерной хирургической офтальмологии.
Осуществление изобретения
В целом устройство обозначено цифрой 10. Оно содержит фемтосекундный лазер 12, который испускает импульсный лазерный пучок 14 с длительностью импульсов, лежащей в фемтосекундном диапазоне. Лазерный пучок 14 служит для воздействия на человеческий глаз 16, например на роговицу 18, как показано на чертеже. А именно, пучок используется для осуществления надреза в роговице 18; надрез осуществляется в результате совокупности фотодеструкций, происходящих внутри роговицы, которые вызваны разрушением ткани под воздействием лазерного излучения, сконцентрированного в фокусе пучка.
На траектории лазерного пучка 14 расположены различные оптические компоненты для направления и придания формы лазерному пучку 14. А именно, среди компонентов содержатся фокусирующий объектив 20 (например, f-theta объектив) и сканер 22, расположенный перед объективом 20, с помощью которого лазерный пучок 14, излучаемый лазером 12, может быть отклонен в плоскости, перпендикулярной траектории лазерного пучка (х-у плоскости), в соответствии с профилем воздействия, определенным для глаза 16. Изображенная координатная система обозначает эту плоскость, также как и z-ось, предопределенную направлением лазерного пучка 14. Сканер 22 сконструирован, например, в виде известной пары гальванометрически управляемых отклоняющих зеркал, каждое из которых, соответственно, отвечает за отклонения пучка в направлении одной из осей х-у плоскости. Электронная вычислительно-контрольная установка 24 управляет сканером 22 в соответствии с программой, хранящейся в памяти 26, которая содержит профиль надреза, необходимого для осуществления на глазу 16. Профиль надреза в данном случае представляет собой координаты точек сканирования трехмерного паттерна, в каждой из которых будет осуществлена фотодеструкция.
Кроме этого, вышеупомянутые оптические компоненты включают по меньшей мере один управляемый оптический элемент для регулирования фокуса лазерного пучка 14 в направлении z-оси. В показанном для примера варианте оптический элемент 28 представляет собой линзу (в конкретной терминологии - рассеивающую линзу). С целью управления линзой 28 используется привод 30, который в свою очередь управляется вычислительно-контрольной установкой 24. Например, линза 28 может быть механически перемещена вдоль траектории лазерного пучка 14. С другой стороны, можно использовать управляемую жидкостную линзу с переменной преломляющей способностью. При неизменном z-положении и неизменных других настройках фокусирующего объектива 20 перемещение фокуса пучка по направлению z-оси может осуществляться путем продольного смещения контролируемой линзы или путем изменения преломляющей способности жидкостной линзы. Стоит упомянуть, что возможно применение и других компонентов для перемещения фокуса пучка в z-направлении, например деформируемого зеркала. Учитывая сравнительно высокую инертность фокусирующего объектива 20, будет целесообразно осуществлять только начальную фокусировку пучка объективом (т.е. фокусироваться на предопределенное опорное положение по z-оси), а изменение положения пучка в z-направлении, согласно с предопределенным профилем надреза, выполнять посредством компонента с большой скоростью срабатывания, который установлен снаружи фокусирующего объектива 20. Подобным компонентом с высокой скоростью срабатывания является, например, линза 28.
На стороне выхода пучка фокусирующий объектив 20 соединен с адаптером 32 пациента, который служит для осуществления механического соединения между глазом 16 и фокусирующим объективом 20. Адаптер 32 имеет соответствующий механический интерфейс для соединения с присасывающим кольцом 34, которое перед началом воздействия устанавливается на глаз 16 и удерживается с помощью силы присасывания. В соответствии с этим, присасывающееся кольцо 34 соединено через откачивающую линию 36 с откачивающим насосом 38, который управляется электронной вычислительно-контрольной установкой 24. После установки присасывающегося кольца 34 на глаз 16 осуществляется относительное сближение глаза 16 и адаптера 32 пациента, пока присасывающееся кольцо 34 и адаптер 32 не будут должным образом соединены друг с другом. Что касается соединения присасывающего кольца 34 и адаптера 32 пациента, можно сослаться, например, на международную патентную заявку РСТ/ЕР 2008/006962, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Адаптер 32 пациента служит носителем прозрачного контактного элемента 40, который в показанном для примера варианте имеет форму плоскопараллельной аппланационной пластинки. Адаптер 32 пациента может иметь, например, корпус в форме конической втулки, на узкой стороне которой (на чертеже - нижняя сторона) расположена аппланационная пластинка 40. На широкой стороне втулки (на чертеже - верхняя сторона) адаптер 32 прикреплен к фокусирующему объективу 20. Также на этой стороне адаптер пациента имеет соответствующую захватную часть, которая, если необходимо, позволяет устанавливать разъемное соединение адаптера 32 с фокусирующим объективом 20.
В виду того, что во время процедуры аппланационная пластинка 40 входит в контакт с глазом 16, с точки зрения гигиены целесообразно обязательно ее менять после каждой процедуры. Для осуществления этого аппланационная пластинка 40 может устанавливаться в адаптер 32 пациента с возможностью замены. Как альтернатива, адаптер 32 пациента вместе с аппланационной пластинкой 40 могут составлять одноразовый элемент или, по меньшей мере, элемент, который должен быть обязательно стерилизован для повторного использования. В этом случае аппланационная пластинка 30 может быть постоянно соединена с адаптером 32 пациента.
В любом случае, нижняя сторона аппланационной пластинки 40, обращенная к глазу, образует плоскую контактную поверхность 42, к которой должен быть прижат глаз 16. Благодаря этому осуществляется выпрямление передней поверхности глаза (в общем случае, деформация роговицы 18 глаза 16), которое вызывает уменьшение глубины передней камеры 44, по меньшей мере, в выпрямленной области. То есть задняя поверхность роговицы - обозначенная цифрой 46 - приближается к передней поверхности хрусталика 48.
Для того чтобы задняя поверхность 46 роговицы не приблизилась на опасное расстояние к передней поверхности хрусталика, лазерное хирургическое устройство 10 снабжено измерительным устройством 50, работающим на основе оптической когерентной интерферометрии (предпочтительно OLCR-измерительный инструмент). Измерительное устройство 50 испускает измерительный пучок 52, который с помощью неподвижного полупрозрачного отклоняющего зеркала 54 подается на траекторию лазерного пучка 14. Измерительный пучок 52 проходит через фокусирующий объектив 20, адаптер 32 пациента, аппланационную пластинку 40 и попадает на глаз 16. Падение измерительного пучка 52 на глаз приводит к отражению излучения. Отражения возвращаются к измерительному устройству 50 по той же траектории измерительного пучка 52. В интерферометре (не обозначен), содержащемся в измерительном устройстве 50, измерительный пучок 52 интерферирует с возвращающимся отраженным пучком. С помощью измеренных параметров интерференции может быть определен размер передней камеры 44 по направлению z-оси. Вычислительно-контрольная установка 24 получает измеренные параметры интерференции от измерительного устройства 50 и на их основе рассчитывает глубину передней камеры в точке на х-у плоскости, на которую попал измерительный пучок 52.
В показанном для примера варианте, измерительный пучок 52, излученный измерительным инструментом 50, проходит через сканер 22; благодаря этому можно использовать функцию сканирования в х-у плоскости также для измерительного пучка 52. В этом случае можно будет реализовать измерение глубины передней камеры в различных точках на х-у плоскости. Это гарантирует высокий уровень безопасности - та точка или та область, в которой глубина передней камеры имеет наименьшее значение, будет метрологически зарегистрирована. Например, измерение глубины передней камеры может выполняться в соответствии с чертежом, имеющим центральную точку и периферийные точки измерения, которые распределены по одной или нескольким концентрическим окружностям вокруг центральной точки. Управление положением измерительного пучка в х-у плоскости, которое необходимо для этого, целесообразно осуществить с помощью сканера 22.
В одном из вариантов осуществления изобретения сканер 22 может содержать пару зеркал или отклоняющую установку, работающую в соответствии с одним из методов сканирования, которая используется для отклонения в х-у плоскости как лазерного пучка 14, так и измерительного пучка 52. В другом варианте сканер 22 может содержать отдельные пары зеркал или в целом раздельные отклоняющие установки, одна из которых используется для отклонения в х-у плоскости лазерного пучка 14, а другая - для отклонения в х-у плоскости измерительного пучка 52. Отклоняющая установка для измерительного пучка 52 может, например, содержать более быстрые зеркала меньшего размера, чем отклоняющая установка для лазерного пучка 14. Также возможен вариант, в котором отклоняющая измерительный пучок 52 установка располагается по траектории измерительного пучка перед отклоняющим зеркалом 54.
Определение глубины передней камеры может быть осуществлено, например, основываясь на интервалах между пиками определенных сигналов на интерференционной картине измерительного сигнала, генерируемого измерительным устройством 50. На подобной интерференционной картине измерительного сигнала можно явно различить пики сигналов, появившихся в результате отражения измерительного пучка 52 от различных граничных поверхностей, на которые попадает измерительный пучок 52. Таковой граничной поверхностью является фронтальная часть аппланационной пластинки 40, обращенная от глаза; следующая граничная поверхность - контактная поверхность 42, сформированная на задней части аппланационной пластинки 40, обращенной в сторону глаза; дальнейшие граничные поверхности - задняя поверхность 46 роговицы и передняя поверхность хрусталика 48. Мерой расстояния между граничными поверхностями по направлению z-оси, которое необходимо найти, является взаимный интервал между пиками сигналов. Таким образом, вычислительно-контрольная установка 24 может беспрепятственно определить глубину передней камеры в необходимой точке, на основе интервала между пиками сигналов, появившихся в результате отражения измерительного пучка 52 от задней поверхности роговицы и передней поверхности хрусталика.
Вычислительно-контрольная установка 24 ведет наблюдение за глубиной передней камеры глаза 16 с целью вовремя предпринять соответствующие контрмеры в случае, если задняя поверхность 46 роговицы опасно приблизится к передней поверхности хрусталика. Желательно, чтобы вычислительно-контрольная установка 24 вела наблюдение за глубиной передней камеры индивидуально в каждой точке, в которой осуществляется измерение глубины передней камеры. В случае, если измеренное в одной из точек значение глубины передней камеры достигнет предопределенного минимального (ограничивающего) значения, ниже которого уменьшение глубины не допустимо, вычислительно-контрольная установка 24 способна, например, с помощью насоса 38 прервать подачу пониженного давления к присасывающемуся кольцу 34 таким образом, что адаптер 32 пациента, по меньшей мере, частично отделится от присасывающего кольца 34, в результате чего давление аппланационной пластинки 40 на роговицу 18 уменьшится. Вдобавок или как альтернатива, вычислительно-контрольная установка 24 может подать оптический сигнал на дисплей 56 или на другой соответствующий оптический элемент и/или выдать акустический предупредительный сигнал с помощью громкоговорителя 58. Целесообразно, чтобы наблюдение за глубиной передней камеры велось уже в процессе соединения адаптера 32 пациента с присасывающимся кольцом 34; в любом случае непосредственно после завершения соединения. Таким образом, можно будет установить на ранней стадии, не приблизилась ли задняя поверхность 46 роговицы на опасное расстояние к хрусталику 48. Вышеупомянутая ограничивающая величина, при достижении которой вычислительно-контрольная установка 24 осуществляет контрмеры, может соответствовать, например, приблизительно 0,5 мм остаточной глубины передней камеры.
Цифрой 60 отмечено очередное неподвижное отклоняющее зеркало, которое служит для направления воздействующего лазерного пучка 14.