RU2510259C2 - Apparatus for laser surgical ophthalmology - Google Patents
Apparatus for laser surgical ophthalmology Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510259C2 RU2510259C2 RU2011153931/14A RU2011153931A RU2510259C2 RU 2510259 C2 RU2510259 C2 RU 2510259C2 RU 2011153931/14 A RU2011153931/14 A RU 2011153931/14A RU 2011153931 A RU2011153931 A RU 2011153931A RU 2510259 C2 RU2510259 C2 RU 2510259C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- refractive power
- laser beam
- laser
- variable refractive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
- A61F9/007—Methods or devices for eye surgery
- A61F9/008—Methods or devices for eye surgery using laser
- A61F9/00825—Methods or devices for eye surgery using laser for photodisruption
- A61F9/00827—Refractive correction, e.g. lenticle
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
- A61F9/007—Methods or devices for eye surgery
- A61F9/008—Methods or devices for eye surgery using laser
- A61F2009/00861—Methods or devices for eye surgery using laser adapted for treatment at a particular location
- A61F2009/00872—Cornea
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Laser Surgery Devices (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к устройству для офтальмологической лазерной хирургии. Более конкретно, изобретение относится к устройству для лазерной хирургии, обеспечивающему быстрые изменения положения фокуса лазерного пучка, формируемого данным устройством, по координате z. Термин "координата z" согласно общепринятым обозначениям соответствует направлению распространения пучка. Соответственно, любое направление, перпендикулярное координате z, рассматривается как направление в плоскости х-y. В этой плоскости традиционно осуществляется отклонение лазерного пучка посредством сканера с целью сканирования по области глаза, на которую должен воздействовать лазерный пучок.The invention relates to a device for ophthalmic laser surgery. More specifically, the invention relates to a device for laser surgery, providing rapid changes in the position of the focus of the laser beam generated by this device, along the z coordinate. The term "coordinate z" according to conventional notation corresponds to the direction of propagation of the beam. Accordingly, any direction perpendicular to the z coordinate is considered as a direction in the x-y plane. In this plane, the laser beam is traditionally deflected by a scanner in order to scan over the area of the eye on which the laser beam should act.
Уровень техникиState of the art
Лазерные системы, испускающие короткие импульсы излучения в пределах фемтосекундного (ФС) диапазона, применяются в офтальмологической хирургии, среди других задач, для выполнения разрезов в роговичной ткани, а также в хрусталике. Используемый при этом эффект представляет собой оптический пробой, приводящий к так называемой фотодеструкции облученной ткани. Для обеспечения фотодеструкции требуется довольно сильная фокусировка лазерного пучка, которая достигается применением в процессе фокусировки оптики с соответственно высокой апертурой. В известных офтальмологических ФС лазерных системах фокусирующая оптика обычно представляет собой f-theta объектив, гарантирующий плоское поле изображения и позволяющий избежать нежелательных перемещений фокуса пучка по координате z в процессе сканирования лазерным пучком.Laser systems emitting short pulses of radiation within the femtosecond (FS) range are used in ophthalmic surgery, among other tasks, to perform incisions in the corneal tissue, as well as in the lens. The effect used in this case is an optical breakdown, leading to the so-called photodestruction of irradiated tissue. To ensure photodestruction, a rather strong focusing of the laser beam is required, which is achieved by using optics with a correspondingly high aperture during the focusing process. In well-known ophthalmic PS laser systems, focusing optics are usually an f-theta lens, which guarantees a flat image field and avoids undesired beam focus movements along the z coordinate during scanning with a laser beam.
ФС лазерные системы имеют прочные позиции в офтальмологии, например для операций LASIK (laser in-situ keratomileusis - лазерный интрастромальный кератомилез). LASIK представляет собой метод воздействия на роговицу с целью устранения дефектов зрения, в котором сначала из поверхности роговицы вырезают небольшой поверхностный диск (так называемый лоскут), остающийся присоединенным своим краем к роговичной ткани. Затем лоскут отгибают и производят абляцию стромы роговицы, открывшейся в результате отгибания лоскута, коротковолновым лазерным излучением, например от эксимерного лазера, излучающего у 193 нм, в соответствии с профилем абляции, разработанным для индивидуального пациента. В этом варианте ФС лазерная система используется для выполнения разреза при формировании лоскута.FS laser systems have a strong position in ophthalmology, for example, for LASIK operations (laser in-situ keratomileusis - laser intrastromal keratomileusis). LASIK is a method of influencing the cornea in order to eliminate visual defects, in which first a small surface disk (the so-called flap) is cut from the surface of the cornea, remaining attached to the corneal tissue with its edge. Then the flap is bent off and the stroma of the cornea, which was opened as a result of the flap bending, is ablated with short-wave laser radiation, for example, from an excimer laser emitting at 193 nm, in accordance with the ablation profile developed for an individual patient. In this embodiment, the FS laser system is used to perform an incision during the formation of the flap.
Чтобы произвести вырезание лоскута, обычно уплощают поверхность подлежащей обработке роговицы посредством прижимаемой к ней аппланационной пластины и осуществляют управление фокусом пучка по двум координатам в плоскости внутри роговицы. Благодаря плоскому полю изображений, обеспечиваемому f-theta объективом, в этом случае не требуется перемещать фокус пучка по координате z. Такое перемещение может потребоваться только в краевой области лоскута, если представляется желательным направить траекторию разреза в краевой зоне лоскута вверх, чтобы вывести его из стромы роговицы.In order to cut the flap, the surface of the cornea to be treated is usually flattened by means of the applanation plate pressed against it and the beam focus is controlled in two coordinates in the plane inside the cornea. Due to the flat image field provided by the f-theta lens, in this case it is not necessary to move the beam focus along the z coordinate. Such movement may be required only in the marginal region of the flap, if it seems desirable to direct the trajectory of the incision in the marginal region of the flap upwards to bring it out of the corneal stroma.
Были предложены различные решения задачи перемещения фокуса по координате z. В WO 03/032803 А2 описано перемещение для этой цели вдоль оси z (т.е. вдоль направления распространения пучка) всего фокусирующего объектива. Альтернативное решение могло бы состоять в разработке фокусирующего объектива с возможностью зуммирования. Однако оба эти варианта обладают тем недостатком, что механическое перемещение или задание степени зуммирования фокусирующего объектива должно производиться с высокой точностью, поскольку оно в масштабе 1:1 переносится в изменение положения фокуса. Если желательное перемещение фокуса между последовательными импульсами лазерного излучения составляет несколько микрометров, необходимо соответственно быстрое механическое перемещение на такое же расстояние фокусирующего объектива или линзы объектива, обеспечивающей зуммирование. Известные механические приводы для этого непригодны.Various solutions to the problem of moving the focus along the z coordinate have been proposed. WO 03/032803 A2 describes the movement for this purpose along the z axis (i.e., along the beam propagation direction) of the entire focusing lens. An alternative solution would be to design a zoom lens with a zoom feature. However, both of these options have the disadvantage that mechanical movement or setting the degree of zooming of the focusing lens should be carried out with high accuracy, since it is transferred to a change in focus position on a 1: 1 scale. If the desired focus movement between successive pulses of laser radiation is several micrometers, a correspondingly fast mechanical movement to the same distance of the focusing lens or the objective lens, which provides for zooming, is necessary. Known mechanical drives are unsuitable for this.
Альтернативное решение описано в DE 102005013949 А1. Лазерная система содержит установленный за сканером и выполненный по схеме телескопа двухлинзовый расширитель пучка, а также фокусирующую линзу, установленную непосредственно за сканером. Входная линза расширителя пучка (которая является положительной линзой) может перемещаться вдоль оси пучка (т.е. по координате z) посредством линейного привода. Такое перемещение входной линзы изменяет расходимость лазерного пучка, выходящего из расширителя пучка. При фиксированном положении фокусирующей линзы это приводит к изменению положения фокуса по координате z. Одно из преимуществ данного решения по сравнению с настройкой по координате z фокусирующей оптики состоит в улучшении воспроизводимости и точности перемещения, поскольку оптическая система преобразует перемещение входной линзы расширителя пучка в перемещение фокуса с уменьшением, например в 10 раз. Однако достижимые скорости изменения положения входной линзы накладывают ограничения на скорость перемещения фокуса пучка, который был преобразован в фокальную плоскость. Применительно к трехмерным разрезам, которые требуются при экстракции роговичного лентикула, способ изменения положения фокуса согласно DE 102005013949 А1 является значительно более быстрым, чем способ, описанный в WO 03/032803 А2, просто потому, что в случае перестройки положения входной линзы массы перемещаемых компонентов расширителя пучка, по существу, меньше, чем в случае изменения положения всей фокусирующей оптики или даже единственной фокусирующей линзы. Современная фокусирующая оптика может весить несколько килограммов, причем ее необходимо перемещать, не создавая вибраций. Входная линза расширителя пучка, напротив, может иметь относительно небольшую апертуру и иметь соответственно малые размеры и вес. Несмотря на это обычные линейные приводы не отвечают предъявляемым требованиям, если формирование лентикула в роговице или другие трехмерные разрезы необходимо провести за приемлемо короткое время с помощью лазера с достаточно высокой частотой повторения импульсов. Скорости надежного перемещения входной линзы расширителя пучка без каких-либо угловых смещений при использовании обычных линейных приводов могут равняться, например, 1-3 мм/с и даже (в случае соответствующего механического гидирования линзы) 5 мм/с. Однако для вырезания лентикула с применением ФС лазера с частотой импульсов в диапазоне десятков или сотен килогерц и более при реализации того же принципа перефокусировки по координате z требуются скорости движения входной линзы, составляющие 10 мм/с и более. Эти скорости не могут быть обеспечены доступными линейными приводами, по меньшей мере системами, которые удовлетворяют требованиям в отношении точности настройки.An alternative solution is described in DE 102005013949 A1. The laser system contains a two-lens beam expander installed behind the scanner and made according to the scheme of the telescope, as well as a focusing lens mounted directly behind the scanner. The input lens of the beam expander (which is a positive lens) can be moved along the axis of the beam (i.e., along the z coordinate) through a linear drive. This movement of the input lens changes the divergence of the laser beam emerging from the beam expander. With a fixed position of the focusing lens, this leads to a change in the position of the focus along the z coordinate. One of the advantages of this solution compared to adjusting the z coordinate of the focusing optics is to improve reproducibility and accuracy of the movement, since the optical system converts the movement of the input lens of the beam expander into focus movement with a decrease, for example, by 10 times. However, the achievable rate of change in position of the input lens imposes restrictions on the speed of movement of the focus of the beam that has been converted to the focal plane. With respect to the three-dimensional sections that are required for the extraction of the corneal lenticle, the method for changing the focus position according to DE 102005013949 A1 is much faster than the method described in WO 03/032803 A2, simply because if the position of the input lens is rearranged, the masses of the expander’s moving components the beam is essentially smaller than in the case of changing the position of the entire focusing optics or even a single focusing lens. Modern focusing optics can weigh several kilograms, and it must be moved without creating vibrations. The input lens of the beam expander, on the contrary, can have a relatively small aperture and have a correspondingly small size and weight. Despite this, conventional linear drives do not meet the requirements if the formation of a lenticular in the cornea or other three-dimensional sections must be carried out in an acceptable short time using a laser with a sufficiently high pulse repetition rate. The speeds of reliable movement of the input lens of the beam expander without any angular displacements when using conventional linear drives can be, for example, 1-3 mm / s and even (in the case of appropriate mechanical guiding of the lens) 5 mm / s. However, to cut out a lenticular using an FS laser with a pulse frequency in the range of tens or hundreds of kilohertz or more, the same principle of refocusing along the z coordinate requires the input lens moving speed of 10 mm / s or more. These speeds cannot be provided by available linear actuators, at least systems that satisfy the requirements for precision tuning.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача, решаемая изобретением, состоит в создании лазерного устройства, в большей степени отвечающего требованиям гидирования при выполнении трехмерного разреза в офтальмологической хирургии. Для решения этой задачи изобретение предлагает устройство для офтальмологической лазерной хирургии, содержащее: источник, генерирующий фемтосекундный лазерный пучок; телескоп для расширения лазерного пучка, содержащий входную линзу, выполненную как управляемая линза с изменяемой преломляющей способностью; установленный за телескопом сканер для отклонения лазерного пучка в плоскости, перпендикулярной траектории пучка (в плоскости х-y); установленный за сканером по меньшей мере однолинзовый фокусирующий объектив, предпочтительно f-theta объектив, и программноуправляемое электронное управляющее средство, сконфигурированное для обеспечения профиля разреза, выполнение которого требует перемещений фокуса пучка вдоль траектории пучка (по координате z), с возможностью осуществлять указанные перемещения только путем управления линзой с изменяемой преломляющей способностью без изменения настройки фокусирующего объектива.The problem solved by the invention is to create a laser device that more closely meets the requirements of guiding when performing a three-dimensional incision in ophthalmic surgery. To solve this problem, the invention provides a device for ophthalmic laser surgery, comprising: a source generating a femtosecond laser beam; a telescope for expanding a laser beam, containing an input lens made as a controlled lens with a variable refractive power; a scanner mounted behind the telescope to deflect the laser beam in a plane perpendicular to the beam path (in the x-y plane); at least a single-lens focusing lens mounted behind the scanner, preferably an f-theta lens, and a program-controlled electronic control means configured to provide a section profile, the execution of which requires beam focus movements along the beam path (along the z coordinate), with the ability to carry out these movements only by control lens with variable refractive power without changing the settings of the focusing lens.
Линза с изменяемой преломляющей способностью предпочтительно выполнена с возможностью электрической настройки и представляет собой, например, жидкостную линзу, функционирующую в соответствии с принципом электросмачивания (именуемого также электрокапиллярностью), или, альтернативно, жидкокристаллическую линзу. Известные жидкостные линзы основаны на эффекте Липпмана (см., например, статью W.Monch, W.F.Krogmann, H.Zappe: Variable Brennweite durch flussige Mikrolinsen [Изменение фокусного расстояния посредством жидких микролинз], Photonik 4/2005, с.44-46). В результате приложения электрического напряжения к электродам жидкостной линзы изменяются поверхностное натяжение и, как следствие, кривизна граничной поверхности жидкости. Это изменение приводит, в свою очередь, к изменению фокусного расстояния жидкостной линзы. При этом жидкостные линзы при подаче на них электрического напряжения в состоянии изменять свою преломляющую способность в пределах 10 диоптрий (дптр) или более в течение нескольких миллисекунд.The variable refractive power lens is preferably electrically adjustable and is, for example, a liquid lens operating in accordance with the principle of electro-wetting (also called electrocapillarity), or, alternatively, a liquid crystal lens. Known liquid lenses are based on the Lippmann effect (see, for example, W.Monch, WFKrogmann, H. Zappe: Variable Brennweite durch flussige Mikrolinsen [Changing the focal length by liquid microlenses], Photonik 4/2005, pp. 44-46) . As a result of applying electric voltage to the electrodes of the liquid lens, the surface tension and, as a result, the curvature of the boundary surface of the liquid change. This change in turn leads to a change in the focal length of the liquid lens. In this case, liquid lenses, upon supplying electric voltage to them, are able to change their refractive power within 10 diopters (diopters) or more within a few milliseconds.
Известны также жидкокристаллические линзы, основанные на переориентации и/или локальном сдвиге жидких кристаллов, образующих жидкокристаллический слой, и, например, мономеров в присутствии электрического поля. Переориентация или сдвиг жидких кристаллов вызывает изменение коэффициента преломления жидкокристаллического слоя и, как следствие, изменение преломляющей способности линзы.Also known are liquid crystal lenses based on reorientation and / or local shear of liquid crystals forming the liquid crystal layer, and, for example, monomers in the presence of an electric field. The reorientation or shift of liquid crystals causes a change in the refractive index of the liquid crystal layer and, as a result, a change in the refractive power of the lens.
Электрическая настройка линзы с изменяемой преломляющей способностью обеспечивает значительно более быструю перестройку по координате z, чем линейное перемещение самой линзы, не требуя при этом применения механических приводных устройств. В результате становится возможным получить более высокие скорости перестройки. При этом, как следствие отсутствия механических приводных средств и подвижных частей, не возникает никакого трения (за исключением внутреннего трения в жидкости или в жидких кристаллах). Тем самым достигаются высокая надежность, длительный срок службы и стабильность (отсутствует механический износ).Electric adjustment of the lens with variable refractive power provides a significantly faster z-axis adjustment than linear movement of the lens itself, without requiring the use of mechanical drive devices. As a result, it becomes possible to obtain higher tuning rates. Moreover, as a result of the absence of mechanical drive means and moving parts, no friction occurs (with the exception of internal friction in a liquid or in liquid crystals). Thereby, high reliability, long service life and stability are achieved (no mechanical wear).
Быстрое перемещение фокуса (фокальной зоны) по координате z, обеспечиваемое изобретением, делает его применение особо привлекательным в офтальмологических приложениях, в которых используется сфокусированное ФС лазерное излучение и в которых требуется быстрое гидирование при выполнении трехмерных разрезов с целью сокращения времени воздействия. Одним из возможных применений, которое может выиграть от быстрого гидирования, является экстракция роговичного лентикула. В этой операции, проводимой с целью рефракционной коррекции, из стромы роговицы вырезают объем в форме линзового элемента. Для этого необходимо обеспечить точное и быстрое трехмерное позиционирование фокуса ФС лазерных импульсов. Эта задача не вызывает трудностей для направлений х, y благодаря соответственно высокой скорости сканера. Например, известные зеркальные сканеры, построенные с использованием гальванометрического принципа, способны обеспечить требуемые отклонения даже при частоте повторения импульсов в мегагерцевом диапазоне. Применение в телескопе входной линзы с изменяемой преломляющей способностью позволяет обеспечить перемещение фокуса по координате z в интервале от 50 мкм до сотен микрометров за несколько миллисекунд или по меньшей мере за несколько десятков миллисекунд. В частности, при экстракции роговичного лентикула это позволяет завершить требуемый разрез в течение нескольких минут (например за 2-4 мин), сведя неудобство, которое испытывает пациент в ходе такой операции, до приемлемо короткого времени. В дополнение, изобретение открывает путь к рефракционной коррекции глаза без ставшего обычным применения эксимерного лазера, поскольку высокая точность и воспроизводимость положения фокуса пучка по координате z позволяет осуществить в ходе экстракции лентикула такой разрез, который точно соответствует дефекту зрения, подлежащему удалению.The fast movement of the focus (focal zone) along the z coordinate, provided by the invention, makes its use particularly attractive in ophthalmic applications that use focused PS laser radiation and which require rapid guiding when making three-dimensional sections in order to reduce exposure time. One possible application that can benefit from quick guiding is the extraction of the corneal lenticle. In this operation, carried out for the purpose of refractive correction, a volume in the form of a lens element is cut out from the stroma of the cornea. For this, it is necessary to ensure accurate and fast three-dimensional positioning of the focus of the FS laser pulses. This task does not cause difficulties for the x, y directions due to the correspondingly high scanner speed. For example, well-known mirror scanners constructed using the galvanometric principle are able to provide the required deviations even with a pulse repetition rate in the megahertz range. The use of an input lens with a variable refractive power in a telescope allows moving the focus along the z coordinate in the range from 50 μm to hundreds of micrometers in a few milliseconds or at least several tens of milliseconds. In particular, during the extraction of the corneal lenticle, this allows you to complete the required incision within a few minutes (for example, in 2-4 minutes), reducing the inconvenience that the patient experiences during such an operation to an acceptable short time. In addition, the invention opens the way to refractive correction of the eye without the use of an excimer laser, since the high accuracy and reproducibility of the beam focus position along the z coordinate allows the incision to be made during the extraction of the lenticle, which exactly corresponds to the visual defect to be removed.
В ЕР 1837696 А1 уже была описана оптическая система, содержащая по меньшей мере одну фокусирующую линзу, по меньшей мере две линзы в телескопе и сканирующий блок, установленный на траектории пучка за телескопом и перед фокусирующей линзой для отклонения пучка в плоскости х-y, причем по меньшей мере одна из линз телескопа является электрически настраиваемой жидкостной линзой и служит для компенсации кривизны поля фокусирующей линзы. В отличие от данного решения линза с изменяемой преломляющей способностью согласно изобретению служит для перемещений фокуса пучка по координате z, которые задаются профилем производимого внутриглазного разреза.EP 1837696 A1 has already described an optical system comprising at least one focusing lens, at least two lenses in a telescope and a scanning unit mounted on the beam path behind the telescope and in front of the focusing lens to deflect the beam in the x-y plane, at least one of the telescope lenses is an electrically adjustable liquid lens and serves to compensate for the field curvature of the focusing lens. In contrast to this solution, a lens with variable refractive power according to the invention serves to move the focus of the beam along the z coordinate, which are defined by the profile of the intraocular incision.
Согласно изобретению линза с изменяемой преломляющей способностью может быть положительной или, альтернативно, отрицательной линзой.According to the invention, the variable refractive power lens may be a positive or, alternatively, a negative lens.
Линза с изменяемой преломляющей способностью и ассоциированное с ней активирующее средство (в состав которого входит источник драйверного напряжения) предпочтительно сконфигурированы с возможностью обеспечения перемещения фокуса пучка вдоль траектории пучка на 100 мкм менее чем за 30 мс, предпочтительно менее чем за 24 мс, особенно предпочтительно менее чем за 18 мс.The variable refractive power lens and its associated activating agent (which includes a driver voltage source) are preferably configured to allow the beam focus to move along the beam path by 100 μm in less than 30 ms, preferably less than 24 ms, particularly preferably less than in 18 ms.
Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ офтальмологической лазерной хирургии, включающий следующие операции:According to an additional aspect of the invention, a method for ophthalmic laser surgery, comprising the following operations:
- формирование импульсного фемтосекундного лазерного пучка, направленного на глаз пациента,- the formation of a pulsed femtosecond laser beam aimed at the patient’s eye,
- сканирование лазерного пучка посредством сканера в соответствии с профилем разреза, который должен быть выполнен внутри глаза и который требует перемещений фокуса пучка вдоль траектории пучка, и- scanning the laser beam using a scanner in accordance with the profile of the section, which must be made inside the eye and which requires the focus of the beam along the path of the beam, and
- управление линзой с изменяемой преломляющей способностью для осуществления перемещений фокуса пучка без изменения настройки средства фокусировки лазерного пучка.- controlling a lens with a variable refractive power for performing beam focus movements without changing the setting of the laser beam focusing means.
Профиль разреза может соответствовать, например, вырезанию роговичного лентикула.The section profile may correspond, for example, to excision of the corneal lenticle.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение будет описано далее со ссылками на прилагаемые чертежи.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
На фиг.1 схематично в сечении изображена часть человеческого глаза, включающая роговицу, на которую наложен профиль роговичного лентикула.Figure 1 schematically in section shows a portion of the human eye, including the cornea, which is superimposed on the corneal lenticular profile.
На фиг.2 схематично представлен пример устройства согласно изобретению для осуществления офтальмологической лазерной хирургии.Figure 2 schematically shows an example of a device according to the invention for the implementation of ophthalmic laser surgery.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг.1 изображена, в сечении, роговица 10 человеческого глаза. Оптическая (зрительная) ось 12 глаза проведена штрихпунктирной линией. У роговицы 10 имеются передняя и задняя поверхности 14, 16. Толщина d роговицы типичного человеческого глаза составляет 500 мкм, разумеется, с возможными отклонениями в большую или меньшую стороны, от человека к человеку. Склера и лимб глаза обозначены на фиг.1 как 18; край лимба обозначен как 20.Figure 1 shows, in cross section, the
Штриховой линией на фиг.1 показан внутрироговичный - точнее, интрастромальный - лентикул 22, который должен быть вырезан путем воздействия сфокусированным ФС лазерным излучением с последующим удалением, хирургическим путем, через отверстие, которое будет выполнено в роговице 10. Это отверстие также может быть сформировано посредством лазерного разреза. Фемтосекундная экстракция лентикула позволяет корректировать дефекты зрения, например миопию и миопический астигматизм. Обычно лентикул 22 формируют посредством выполнения, по существу, плоского заднего разреза 24 и криволинейного переднего (фронтального) разреза 26. Должно быть понятно, что плоская задняя (нижняя) поверхность лентикула не должна рассматриваться как необходимая. В принципе, траектория разреза может свободно выбираться как для верхней, так и для нижней стороны лентикула. Диаметр лентикула - обозначенный на фиг.1 как а - выбирается, например, в интервале 4-10 мм, а его максимальная толщина b составляет, например, 50-150 мкм. При этом выбор а=6-8 мм и b=80-100 мкм позволяет корректировать дефекты зрения в пределах от -5 до -6 дптр. Должно быть понятно, что диаметр и толщину лентикула можно варьировать в зависимости от тяжести корректируемого дефекта зрения. Часто толщина лентикула может составлять всего лишь несколько десятков микрометров, что в сочетании с его, по существу, плоской нижней стороной (формируемой посредством плоского заднего разреза 24) означает, что в процессе сканирования лазерным пучком за пределами вершины лентикула (т.е. зоны, в которой лентикул 22 имеет максимальную толщину) фокус лазерного пучка должен перемещаться вдоль направления распространения (траектории) пучка на расстояние, соответствующее толщине лентикула.The dashed line in Fig. 1 shows the intra-corneal - more precisely, the intrastromal - lenticular 22, which must be excised by exposure to focused FS laser radiation, followed by surgical removal, through an opening that will be made in the
Далее будет описано представленное на фиг.2 лазерное устройство, которое содержит фемтосекундный лазерный источник 28 (образованный, например, волоконным лазером), генерирующий импульсное лазерное излучение 30 с длительностями импульсов в пределах фемтосекундного диапазона и с частотой повторения импульсов, предпочтительно лежащей в диапазоне от более 50 кГц до тысяч килогерц или даже более 1 МГц. Генерируемый лазерный пучок 30 расширяется посредством многолинзового расширителя 32 пучка. Расширенный лазерный пучок 34 поступает на сканер 36, предназначенный для отклонения лазерного пучка 34 в плоскости х-y, ортогональной направлению распространения пучка (координате z системы координат, также показанной на фиг.2), и, тем самым, сканирования лазерным пучком зоны глаза, подвергаемой воздействию. В представленном варианте сканер 36, функционирующий в соответствии с гальванометрическим принципом, образован двумя наклоняемыми плоскими зеркалами 40, 42, которые находятся под контролем блока 38 управления. Должно быть понятно, что в равной мере применимы и сканеры, основанные на других принципах (например, осуществляющие сканирование с помощью соответственно управляемого кристалла).Next, a laser device shown in FIG. 2 will be described, which comprises a femtosecond laser source 28 (formed, for example, by a fiber laser) generating
За сканером 36 установлен фокусирующий f-theta объектив 44 с линзами 46, 48, который фокусирует лазерный пучок в фокус 50. Использование фокусирующего объектива 44 в форме f-theta объектива обеспечивает плоскую поверхность изображения, так что независимо от угла наклона лазерного пучка его фокус 50 всегда находится в плоскости, ортогональной координате z. Должно быть понятно, что двухлинзовая конструкция фокусирующего объектива 44 приведена на фиг.2 только как пример: объектив 44 может быть построен и с любым другим количеством линз.Behind the
В представленном примере расширитель 32 пучка является телескопом по схеме Галилея, т.е. с отрицательной (например, двояковогнутой) входной линзой 52 и с положительной (например, двояковыпуклой) выходной линзой 54. Альтернативно можно использовать телескоп по схеме Кеплера с двумя положительными линзами. Входная линза 52 построена как линза с изменяемой преломляющей способностью, т.е. ее преломляющая способность может изменяться под воздействием прикладываемого электрического драйверного напряжения ±U. Достижимый диапазон перестройки преломляющей способности линзы 52 предпочтительно заметно превышает 10 дптр. Изменение преломляющей способности входной линзы 52 приводит к изменению расходимости лазерного пучка, падающего на выходную линзу 54, и, следовательно, к перемещению фокуса 50 пучка по координате z. Входная линза 52 выполнена как жидкостная линза или жидкокристаллическая линза, снабженная электродами 56 (очень схематично изображенными на фиг.2), к которым прикладывается драйверное напряжение. Штриховыми линиями показаны линии управления, связывающие блок 38 управления с отклоняющими зеркалами 40, 42 и с источником 58 драйверного напряжения ±U.In the presented example, the
Блок 38 управления управляет источником 58 драйверного напряжения и, следовательно, напряжением на электродах входной линзы 52 в соответствии с профилем внутриглазного разреза. Соответствующая управляющая программа для блока 38 управления записана в его памяти (не изображена). В случае жидкостных линз, основанных на принципе электросмачивания, преломляющая способность линзы зависит от квадрата приложенного напряжения. Поэтому, если входная линза 52 выполнена как жидкостная линза, управление ее фокальным расстоянием может осуществляться посредством относительно небольших изменений напряжения. Например, при изменении напряжения примерно на 10 В можно легко добиться, при условии правильного подбора параметров входной линзы 52 (включая ее апертуру и электрострикционные свойства), изменения ее преломляющей способности примерно на 10 дпт. При этом, при условии правильного конструирования, время реакции жидкостной линзы может составлять от десятков до нескольких миллисекунд.The control unit 38 controls the
Таким образом, изменения положения фокуса f-theta объектива 44 могут производиться достаточно быстро, т.е. соответствовать требованиям быстрого эффективного вырезания лентикула ФС лазерной системой. Например, полное линейное сканирование с перемещением фокуса пучка по координате z примерно на 100 мкм может занимать около 10-40 мс. При использовании согласно изобретению в расширителе 32 пучка линзы с электрическим управлением ее преломляющей способностью обеспечиваются перемещения фокуса (фокусной зоны) с частотами, требуемыми для эффективного применения фемтосекундной экстракции лентикула.Thus, changes in the f-theta focus position of the
Имеющиеся на рынке жидкостные линзы, функционирующие на основе принципа электросмачивания, содержат жидкости, обладающие высокой прозрачностью внутри интервала 300-1300 нм. Соответственно, для экстракции лентикула (а также для других роговичных разрезов) можно использовать как основную частоту излучения типичных ФС лазерных источников, соответствующую длине волны в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне, так и гармонику, соответствующую ультрафиолетовому (УФ) диапазону, например третью гармонику.Commercially available liquid lenses operating on the basis of the principle of electro-wetting, contain liquids with high transparency within the range of 300-1300 nm. Accordingly, for the extraction of the lenticular (as well as for other corneal incisions), it is possible to use both the main radiation frequency of typical PS laser sources corresponding to the wavelength in the near infrared (NIR) range, and the harmonic corresponding to the ultraviolet (UV) range, for example, the third harmonic.
Длина волны в УФ диапазоне особенно удобна для коррекции рефракции посредством фемтосекундной экстракции лентикула, поскольку требуемые точности управления фокусом пучка легче обеспечиваются для длины волны, близкой, например, к 340 нм. В частности, желательно получить диаметр фокальной зоны не более 1 мкм. Для длин волн в БИК диапазоне получение названного значения диаметра вызывает определенные трудности.The wavelength in the UV range is particularly convenient for correcting refraction by femtosecond extraction of the lenticular, since the required precision for controlling the focus of the beam is more easily achieved for a wavelength close, for example, to 340 nm. In particular, it is desirable to obtain a focal zone diameter of not more than 1 μm. For wavelengths in the NIR range, obtaining the named diameter value causes certain difficulties.
Конструкция входной линзы 52 расширителя 32 пучка в форме линзы с изменяемой преломляющей способностью обладает также тем преимуществом, что позволяет применять линзы с относительно малой апертурой, например линзы с диаметром 2-6 мм. Это дает возможность использовать небольшое драйверное напряжение и обеспечить более высокие частоты перефокусировки.The design of the
Кроме того, влияния погрешностей волнового фронта, вносимых входной линзой 52, на качество фокусировки оказываются достаточно малыми. В частности, имеющиеся на рынке жидкостные линзы обладают погрешностью волнового фронта на уровне λ/4. Использование линз такого качества в фокусирующем объективе 44 с переменным фокусным расстоянием не позволило бы получить качество фокусировки, ограничиваемое дифракцией.In addition, the effects of wavefront errors introduced by the
Линза с изменяемой преломляющей способностью, используемая в контексте изобретения, должна быть пропускающей по меньшей мере для ФС лазерных импульсов внутри БИК диапазона, предпочтительно в интервале 1000-1100 нм. При этом желательно обеспечить перемещение фокуса пучка по координате z по меньшей мере на 300 мкм, предпочтительно по меньшей мере на 350 мкм и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 400 мкм, только путем настройки линзы с изменяемой преломляющей способностью, без дополнительного перемещения для этой цели фокусирующей оптики. Указанное максимальное перемещение фокуса желательно обеспечить перестройкой линзы с изменяемой преломляющей способностью по меньшей мере в пределах 7,5 дптр, предпочтительно в пределах 8 дптр и даже 8,5 дптр. Оптическая система, которая проецирует лазерный пучок в его фокальную зону (т.е. телескоп-расширитель пучка, фокусирующий объектив и любые оптические элементы, установленные между ними), должна обладать соответствующей пропускающей способностью. Погрешность настройки линзы с изменяемой преломляющей способностью в пределах рабочего диапазона перестройки (который может составлять около 9 или 10 дптр) предпочтительно не должна превышать 3%, предпочтительно 2% и, в качестве конкретного примера, примерно 1%. С использованием имеющихся на рынке компонентов может быть получена конструкция, в которой изменение управляющего напряжения, приложенного к линзе с изменяемой преломляющей способностью, примерно на 1 В приводит к изменению ее преломляющей способности примерно на 1 дптр, причем изменение ее преломляющей способности примерно на 0,1 дптр вызывает перемещение фокальной зоны по координате z примерно на 3-4 мкм.The variable refractive power lens used in the context of the invention should be transmittance at least for PS laser pulses within the NIR range, preferably in the range of 1000-1100 nm. In this case, it is desirable to ensure that the focus of the beam along the z coordinate is at least 300 μm, preferably at least 350 μm and most preferably at least 400 μm, only by adjusting the lens with variable refractive power, without further moving the focusing lens for this purpose optics. It is desirable to provide the indicated maximum focus movement by restructuring a lens with a variable refractive power of at least 7.5 diopters, preferably between 8 diopters and even 8.5 diopters. An optical system that projects a laser beam into its focal zone (i.e., a telescope-beam expander, a focusing lens and any optical elements mounted between them) must have the corresponding transmittance. The error in adjusting the lens with variable refractive power within the working range of the adjustment (which may be about 9 or 10 diopters) should preferably not exceed 3%, preferably 2% and, as a specific example, about 1%. Using commercially available components, a design can be obtained in which a change in the control voltage applied to the lens with a variable refractive power by about 1 V causes a change in its refractive power by about 1 diopters, with a change in its refractive power by about 0.1 diopter causes the focal zone to move along the z coordinate by about 3-4 microns.
Claims (7)
источник (28), генерирующий фемтосекундный лазерный пучок;
телескоп (32) для расширения лазерного пучка, содержащий входную линзу (52), выполненную как управляемая линза с изменяемой преломляющей способностью;
установленный за телескопом сканер (36) для отклонения лазерного пучка в плоскости, перпендикулярной траектории пучка;
установленный за сканером фокусирующий объектив (44) для фокусировки лазерного пучка и
программноуправляемое электронное управляющее средство (38), сконфигурированное для обеспечения профиля разреза, выполнение которого требует перемещений фокуса пучка (50) вдоль траектории пучка, с возможностью осуществлять указанные перемещения только изменением кривизны поверхности жидкостной линзы с изменяемой преломляющей способностью путем изменения ее поверхностного натяжения или изменением преломляющей способности указанной линзы путем переориентации и/или локального сдвига жидких кристаллов, образующих ее жидкокристаллический слой.1. Device for ophthalmic laser surgery, containing:
source (28) generating a femtosecond laser beam;
a telescope (32) for expanding a laser beam, comprising an input lens (52) made as a controlled lens with a variable refractive power;
a scanner (36) installed behind the telescope to deflect the laser beam in a plane perpendicular to the beam path;
a focusing lens (44) mounted behind the scanner for focusing the laser beam and
program-controlled electronic control tool (38), configured to provide a section profile, the execution of which requires beam focus movements (50) along the beam path, with the ability to carry out these movements only by changing the surface curvature of a liquid lens with a variable refractive power by changing its surface tension or by changing the refractive the ability of the specified lens by reorienting and / or local shear of liquid crystals forming its liquid crystal sky layer.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2009/004253 WO2010142311A1 (en) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | Device for laser-surgical ophthalmology |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011153931A RU2011153931A (en) | 2013-07-20 |
RU2510259C2 true RU2510259C2 (en) | 2014-03-27 |
Family
ID=41165233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011153931/14A RU2510259C2 (en) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | Apparatus for laser surgical ophthalmology |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2440164A1 (en) |
JP (1) | JP5551771B2 (en) |
KR (1) | KR101472739B1 (en) |
CN (1) | CN102458322B (en) |
AU (1) | AU2009347616B2 (en) |
CA (1) | CA2765268C (en) |
MX (1) | MX2011013286A (en) |
RU (1) | RU2510259C2 (en) |
TW (1) | TW201043213A (en) |
WO (1) | WO2010142311A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2604381C1 (en) * | 2015-12-17 | 2016-12-10 | Маатауй Лейла Мохамедовна Эль | Method for identifying lenticular surfaces during surgical treatment of ametropia by means of a femtosecond laser using a smile-method |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011006085A1 (en) | 2011-03-25 | 2012-09-27 | Carl Zeiss Meditec Ag | Ophthalmic device |
WO2013053367A1 (en) | 2011-10-10 | 2013-04-18 | Wavelight Gmbh | System, interface devices, use of the interface devices and method for eye surgery |
KR101300125B1 (en) | 2011-11-24 | 2013-08-26 | 주식회사 루트로닉 | Apparatus for correcting vision and control method thereof |
US9737438B2 (en) * | 2012-03-14 | 2017-08-22 | Ziemer Ophthalmic Systems Ag | Device for processing eye tissue by means of pulsed laser beams |
KR101374293B1 (en) * | 2012-07-13 | 2014-03-17 | 주식회사 루트로닉 | Apparatus for treating ocular and control method thereof |
DE102014001081B4 (en) | 2014-01-30 | 2017-08-24 | Peter Hoffmann | Ophthalmic device |
CN103901615B (en) * | 2014-03-14 | 2016-05-25 | 北京理工大学 | Little recessed imaging optical system |
US10709611B2 (en) | 2014-09-25 | 2020-07-14 | Amo Development, Llc | Systems and methods for lenticular laser incision |
CN108115274A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 深圳中科光子科技有限公司 | A kind of laser-processing system and method |
FR3079742B1 (en) * | 2018-04-06 | 2023-01-13 | Keranova | TISSUE TREATMENT APPARATUS INCLUDING ORIGINAL OPTICAL SYSTEMS FOR DEVIATION AND FOCUSING A L.A.S.E.R. |
WO2020039328A1 (en) * | 2018-08-22 | 2020-02-27 | Amo Development, Llc | Systems and methods for lenticular laser incision |
DE102019106443A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-12 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Device and method for focus adjustment for a device for material processing and device for laser material processing |
TWI784423B (en) * | 2021-02-26 | 2022-11-21 | 艾克夏醫療儀器股份有限公司 | Eye-abutting system of femtosecond laser ophthalmic equipment and eye-abutting base as well as eye-abutting ring mounted thereon |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2183108C1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-06-10 | Межотраслевая научно-техническая ассоциация "Сибирский лазерный центр" | Method and device for adjusting cornea refraction properties in performing in situ monitoring by applying optical coherent tomography method |
RU2282425C1 (en) * | 2005-03-28 | 2006-08-27 | Эрнест Витальевич Бойко | Method and device for applying refraction laser thermokeratoplasty |
DE102005013949A1 (en) * | 2005-03-26 | 2006-09-28 | Carl Zeiss Meditec Ag | scanning device |
EP1837696A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-26 | WaveLight AG | Optical imaging system and method for controlling and using such an imaging system |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1231496B1 (en) | 1994-08-18 | 2004-12-29 | Carl Zeiss AG | Optical coherence tomography assisted surgical apparatus |
JP2000171742A (en) * | 1998-12-03 | 2000-06-23 | Canon Inc | Scanning optical system and scanning image pickup optical system |
DE10358927B4 (en) * | 2003-12-16 | 2021-09-09 | Carl Zeiss Meditec Ag | Laser device and method for material processing by means of laser radiation |
JP2006068762A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Univ Of Tokushima | Method and apparatus of laser beam machining |
JP2007222902A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Seiko Epson Corp | Laser machining apparatus and laser machining method |
CN103169568B (en) * | 2007-03-13 | 2015-07-15 | 眼科医疗公司 | Apparatus for creating incisions to improve intraocular lens placement |
-
2009
- 2009-06-12 WO PCT/EP2009/004253 patent/WO2010142311A1/en active Application Filing
- 2009-06-12 EP EP09776718A patent/EP2440164A1/en not_active Withdrawn
- 2009-06-12 JP JP2012514355A patent/JP5551771B2/en active Active
- 2009-06-12 AU AU2009347616A patent/AU2009347616B2/en active Active
- 2009-06-12 CN CN200980159824.0A patent/CN102458322B/en active Active
- 2009-06-12 CA CA2765268A patent/CA2765268C/en active Active
- 2009-06-12 RU RU2011153931/14A patent/RU2510259C2/en not_active IP Right Cessation
- 2009-06-12 KR KR1020117029767A patent/KR101472739B1/en active IP Right Grant
- 2009-06-12 MX MX2011013286A patent/MX2011013286A/en active IP Right Grant
-
2010
- 2010-05-14 TW TW099115460A patent/TW201043213A/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2183108C1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-06-10 | Межотраслевая научно-техническая ассоциация "Сибирский лазерный центр" | Method and device for adjusting cornea refraction properties in performing in situ monitoring by applying optical coherent tomography method |
DE102005013949A1 (en) * | 2005-03-26 | 2006-09-28 | Carl Zeiss Meditec Ag | scanning device |
RU2282425C1 (en) * | 2005-03-28 | 2006-08-27 | Эрнест Витальевич Бойко | Method and device for applying refraction laser thermokeratoplasty |
EP1837696A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-26 | WaveLight AG | Optical imaging system and method for controlling and using such an imaging system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2604381C1 (en) * | 2015-12-17 | 2016-12-10 | Маатауй Лейла Мохамедовна Эль | Method for identifying lenticular surfaces during surgical treatment of ametropia by means of a femtosecond laser using a smile-method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2765268A1 (en) | 2010-12-16 |
JP2012529312A (en) | 2012-11-22 |
WO2010142311A1 (en) | 2010-12-16 |
TW201043213A (en) | 2010-12-16 |
WO2010142311A8 (en) | 2011-03-03 |
EP2440164A1 (en) | 2012-04-18 |
JP5551771B2 (en) | 2014-07-16 |
CN102458322A (en) | 2012-05-16 |
CN102458322B (en) | 2014-06-11 |
RU2011153931A (en) | 2013-07-20 |
KR20120039538A (en) | 2012-04-25 |
MX2011013286A (en) | 2012-04-11 |
KR101472739B1 (en) | 2014-12-16 |
AU2009347616A1 (en) | 2011-12-22 |
AU2009347616B2 (en) | 2013-11-28 |
CA2765268C (en) | 2015-11-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2510259C2 (en) | Apparatus for laser surgical ophthalmology | |
US8915905B2 (en) | Apparatus for ophthalmic laser surgery | |
CA2711879C (en) | Laser correction of vision conditions on the natural eye lens | |
US11717443B2 (en) | Systems and methods for femtosecond laser photorefractive keratectomy | |
KR101243998B1 (en) | Device for laser-optical eye surgery | |
EP1364632B1 (en) | Cornea contact system for laser surgery | |
US8118806B2 (en) | Eye-contact element | |
RU2529391C2 (en) | Individual's corneal incision apparatus | |
KR101645603B1 (en) | Low wavefront error devices, systems, and methods for treating an eye | |
US10792188B2 (en) | Systems and methods for high speed modulation of a resonant scanner in ophthalmic laser applications | |
JP2018513733A (en) | Ophthalmic surgery equipment | |
US8425496B2 (en) | Optical imaging system, particularly in a laser surgical ophthalmic apparatus | |
JP6087934B2 (en) | Laser-assisted epithelial resection | |
CN114452078B (en) | Corneal lenticule incision using femtosecond laser with periodic laser blanking in central region of lenticule | |
US20130289544A1 (en) | Low Wavefront Error Devices, Systems, and Methods for Treating an Eye |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200613 |