Устройство для эксимер-лазерной коррекции зрения

Полезная модель относится к устройствам для лечения глаз, использующим лазеры, и может быть использована для эксимер-лазерной коррекции зрения по методикам PRK (ФРК - фото-рефрактивная кератэктомия), LASIK (лазерный кератомилез), Femto-LASIK (Фемто-ЛАСИК), LASEK (ЛАЗЕК).
Устройства для проведения эксимер-лазерной коррекции зрения традиционно состоят из эксимерного лазера, генерирующего узкий лазерный луч, оптической отклоняющей системы и управляющего компьютера. В соответствии с заданной программой перемещений луч лазера в сканирующем режиме аблирует роговицу глаза, изменяя ее форму с целью коррекции оптической силы.
Из уровня техники известна установка для эксимер-лазерной коррекции зрения, которая состоит из эксимерного лазера, генерирующего широкий луч, блока управления режимами работы лазера и оптической формирующей системы, управляемой компьютером врача [1].
Недостатком известного технического решения является ограниченная возможность его применения для реализации алгоритмов изменяющих параметры лазерного луча, что вызывает необходимость временных остановок при проведении операций коррекции зрения. Упомянутые остановки могут привести к негативным последствиям для пациента вследствие подсушивания поверхности роговицы за время остановки операции.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признано устройство для эксимер-лазерной коррекции зрения (RU 121157 U1, МПК A61F 9/008, опубл. 20.10.2012). Устройство состоит из эксимерного лазера, блока управления режимами работы лазера, оптической формирующей системы и компьютера, причем оптический выход лазера соединен с оптическим входом формирующей системы, а управляющий информационный вход лазера соединен с информационным выходом блока управления режимами лазера [2].
Недостатком известного технического решения является его ограниченная возможность по управлению лазерным лучом во время операции. Кроме того, в источнике информации, раскрывающем сущность технического решения, не приводятся сведения о конкретном виде исполнения блока управления лазером, что ставит под сомнение промышленную применимость прототипа.
Техническая задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в расширении функциональных возможностей устройства для эксимер-лазерной коррекции зрения.
Указанная задача решена тем, что устройство содержит корпус, на котором смонтирована кольцевая направляющая, снабженная прецизионным приводом, выполненная с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, на которой на равномерном расстоянии друг от друга закреплены четыре стойки. На верхнем торце каждой из стоек горизонтально зафиксирован микропривод, на валу которого закреплено зеркало с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. При этом к прецизионному приводу кольцевой направляющей, а также к микроприводам, зафиксированным на стойках, электрически подключены силовые выходы блока управления, выполненного на основе микроконтроллера, закрепленного на корпусе.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков, является возможность изменения угла падения лазерного луча на роговицу с удалением от центра рабочей зоны (зоны абляции) к периферии.
Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана его конструкция в изометрической проекции, а на фиг. 2 -упрощенная структурная схема блока управления.
Устройство эксимер-лазерной коррекции устроено следующим образом.
Его основой является корпус (на фигурах условно не показан), на котором смонтирована кольцевая направляющая 1, снабженная прецизионным приводом (на фигурах условно не показан), выполненная с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, на которой на равномерном расстоянии друг от друга закреплены четыре стойки 2, 3, 4, 5. На верхнем торце каждой из стоек горизонтально зафиксирован микропривод, на валу которого закреплено зеркало 6. К прецизионному приводу кольцевой направляющей, а также к микроприводам 7, 8, 9, 10, зафиксированным на стойках 2, 3, 4, 5, подключены силовые выходы 11, 12, 13, 14, 15 блока управления, выполненного на основе микроконтроллера 16, закрепленного на корпусе. Прецизионный привод кольцевой направляющей и микроприводы могут быть выполнены на основе шаговых двигателей или гальво-моторов.
Микроконтроллер 16 содержит микропроцессорное ядро 17, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ 18, SRAM-памятью данных 19, аналого-цифровым преобразователем 20, Ethernet-контроллером 21, интерфейсом ввода-вывода общего назначения, сгруппированного в пяти восьмиразрядных GPI/O-портах ввода-вывода 22, 23, 24, 25, 26 и модулем подключения SD-карты 27. При этом к аналого-цифровому преобразователю 20 подключен измерительный вход 28 блока управления, Ethernet-контроллер 21 подключен к Wi-Fi-модулю 29, первый восьмиразрядный GPI/O-порт ввода-вывода 22 подключен к первому силовому выходу 11, второй восьмиразрядный GPI/O-порт ввода-вывода 23 подключен ко второму силовому выходу 12, третий восьмиразрядный GPI/O-порт ввода-вывода 24 подключен к третьему силовому выходу 13, четвертый восьмиразрядный GPI/O-порт ввода-вывода 25 подключен к четвертому силовому выходу 14, пятый восьмиразрядный GPI/O-порт ввода-вывода 26 подключен к пятому силовому выходу 15, а в слот модуля подключения SD-карты 27 вставлена и электрически соединена с модулем SD-карта 30.
К измерительному входу 28 через операционный усилитель 31 может быть подключен резистивный температурный датчик 32, закрепленный на корпусе, в качестве микроконтроллера может быть использована любая известная микросхема на микропроцессорном ядре Cortex-M4F/R, ориентированном на создание высокопроизводительных систем реального времени для ответственных применений, например отечественный микроконтроллер К1921ВК01Т (Практический курс микропроцессорной техники на базе процессорных ядер ARM-Cortex-M3/M4/M4F [электронный ресурс]: учебное пособие - электрон, текстовые дан. (12 Мб) / В.Ф. Козаченко, А.С. Анучин, Д.И. Алямкин и др.; под общ. ред. В.Ф. Козаченко. - М.: Издательство МЭИ, 2019. - 543 с. Режим доступа: http://motorcontrol.ru/wp-content/uploads/2019/04/Практический курс микропроцессор.pdf.), а в качестве Wi-Fi-модуля может быть применена сборка ESP8266-01 (Модуль ESP8266-01 WiFi // MCU Store. URL: https://mcustore.ru/store/moduli-svyazi/modul-wifi-esp8266/?gclid=CjwKCAiA58fvBRAzEiwA0W-hzezFoQo60DEhZStdn7fMT-SDeNRZ2oJB f8dkNm5re0i2KGbf e3YFBoCu080AvD BwE.).
Устройство для эксимер-лазерной коррекции зрения используют следующим образом.
В общем случае при проведении операции лазерной коррекции зрения применяют оборудование, состоящее из эксимерного лазера, блока управления режимами работы лазера, снабженного Wi-Fi модулем, оптической формирующей системы и компьютера для расчета операции, причем оптический выход лазера соединен с оптическим входом формирующей системы, компьютер подключен к блоку управления режимами работы лазера, а управляющий информационный вход лазера соединен с информационным выходом упомянутого блока.
Перед началом проведения процедуры коррекции зрения устройство для эксимер-лазерной коррекции размещают в области проведения офтальмологической операции таким образом, чтобы оперируемый глаз находился в центре кольцевой направляющей 1. Далее коммутируют посредством беспроводной связи блок управления режимами работы лазера с блоком управления устройством для эксимер-лазерной коррекции, выполняют расчет операции с помощью компьютера, после чего начинают процедуру коррекции зрения.
При отклонении лазерного луча падающего на поверхность роговицы от нормали к ее поверхности коэффициент отражения увеличивается, и может достичь единицы, когда лазерный луч полностью отразится. В центре рабочей зоны угол падения лазерного луча равен нулю, но при максимальном диаметре рабочей зоны 8,2 мм, в зависимости от расстояния от оптической формирующей системы до роговицы, угол отклонения лазерного луча может достигать 60°. При этом увеличение угла отклонения лазерного луча свыше 10° приводит к увеличению коэффициента отражения, а повышение упомянутого угла до 60° приводит к его резкому росту.
Задача коррекции угла падения лазерного луча на роговицу с удалением от центра рабочей зоны (зоны абляции) к периферии решается с помощью раскрытого в настоящей заявке устройства следующим образом.
Во все время проведения операции блок управления режимами работы лазера по беспроводному каналу связи передает устройству эксимер-лазерной коррекции текущие параметры лазерного луча, включая координаты его фокусировки. Микропроцессорное ядро 17 микроконтроллера 16 блока управления устройством на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ 18 с использованием SRAM-памяти данных 19, управляет через интерфейс ввода-вывода общего назначения силовыми выходами 11, 12, 13, 14, 15 и, соответственно, прецизионным приводом кольцевой направляющей 1 и микроприводами 7, 8, 9 и 10, обеспечивая изменение положения зеркал 6 таким образом, чтобы максимально уменьшить угол падения лазерного луча. При этом управляющие параметры работы приводов хранятся на SD-карте 30 и могут быть скорректированы.
Одновременно с управлением приводами микропроцессорное ядро 17 осуществляет постоянный цикл опроса датчика температуры 32 с помощью аналого-цифрового преобразователя 20 и передает полученные данные по каналу беспроводной связи блоку управления режимами работы лазера, обеспечивая контроль температуры в зоне проведения операции.
Таким образом, раскрытое в настоящей заявке устройство снимает ограничения по применению для проведения операций коррекции зрения алгоритмов, которые требуют изменения параметров лазерного излучения в ходе операции из-за индивидуального изменения кривизны роговицы пациента. Кроме того, применение устройства устраняет необходимость временной остановкой операции, связанной с необходимостью получения, расчета и ввода уточненных данных в блок управления лазером, что в целом повышает эффективность проведения операций по эксимер-лазерной коррекции зрения.
Список использованных источников
1. Качалина Г.Ф. Хирургическая технология трансэпителиальной фоторефрактивиой кератэктомии при миопии на эксимерлазерной установке «Профиль-500»: Автореф. дисс. … канд. мед. наук. - М., 2000. - 26 с.
2. RU 121157 U1, МПК A61F 9/008. Устройство для эксимер-лазерной коррекции зрения / Мягких А.И. (RU); заявитель и патентообладатель ООО «Ост-Оптик К» (RU). №2012122268/14; заявл. 29.05.2012; опубл. 20.10.2012, Бюл. №29.1 с.; ил.