CN1035768A - 外科治疗屈光不正用的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医学领域的眼科。装置包括受激脉冲激光器(1)和激光器辐射能量密度沿激光束(2)横截面分布整形器(3)。整形器(3)作成光学容器(7)的形状，该容器的窗(8)和(9)对于激光辐射是透明的，而且其中至少一个窗的内表面具有二次旋转面的形状，旋转面的旋转轴与光束(2)的对称轴(21)重合。容器(7)盛满部分吸收激光辐射的介质(10)。在整形器(3)出口处的光束(31)沿横截面具有近似抛物线的能量分布，最大能量位于中心或在边缘。

Description

本发明属于医学领域，与眼科领域有关，更准确说是涉及一种外科治疗屈光不正（近视和远视）的装置。

近视和远视是世界上极为普遍的视力缺陷。用眼镜及隐形眼镜对这些视力缺陷进行矫正会给患者带来某种不便。最有前途的方法是用外科手术改变眼睛的折光度。与目前现行的用传统外科手术治疗屈光不正的方法不同，激光外科具有显著的优越性-完全无菌，手术结果可用数学方法计算并有很高的准确性。

研制使用方便，可靠，制造简单的激光外科治疗屈光不正的装置是当前一项重要的任务。

已知一种外科治疗屈光不正用的装置，它包括一个紫外线区的脉冲激光器和一个辐射能量密度沿光束横截面分布的整形器，它置于激光束辐射路径上。（Report    of    the    “Centre    scientifique    IBM”，Paris，France，Document    NF104，1986，K.Hanna    et    al“Excimer    Laser    Refractive    Keratoplasty”）。这个装置中的辐射能量密度分布整形器作成转盘的形状，转盘上有一个形状预定的隙缝。

由于多个激光脉冲作用的结果，在给定辐射脉冲频率和带隙缝的转盘转动频率之间的比例的情况下，为矫正屈光不正角膜表面就产生必要的变形。

但是，采用这种装置，瞬间被辐照的只是角膜的一部分，也就是由隙缝的形状及其在该瞬间所处的角位置所决定的那一部分，这样就难以得到光滑断面的表面，因为每一个辐射脉冲从角膜上除去的是带有竖直侧壁的薄层，该薄层的形状与隙缝的形状相当。因此，角膜表面要有近于阶梯表面形状，若要得到光滑表面就需要除去许多深度很小的薄层。这会延长手术的时间，使手术难于进行，因为得让眼睛相对于激光束长时间准确定位。激光辐射的能量未得到有效使用也使得手术时间延长。装置的制造复杂，因为隙缝及其转动机构的制造需要准确的精度，隙缝的角位置需要准确测量，以及角位置与辐射脉冲出现的时刻需要配合。

此外，在著作“Am.Jorn.of    Ophthalmology”，V.103，X.13，Part    Ⅱ，M.B.McDonald    et    al“Defractive    Surgery    With    the    Excimer    Laser”，P，469，1987中记载了一种用于外科治疗屈光不正，也包括近视的装置。在这个装置中，辐射能量密度分布整形器作成光阑形状，置于辐射光束的路径上，光阑直径依计算机程序从一个脉冲到另一个脉冲断续地改变，从而在角膜表面产生为矫正近视所需的变形。

使用这个装置与前述装置相同，瞬时受辐照的是角膜的一部分，即是由该瞬间光阑直径决定的那一部分，以致难以得到光滑的表面，就需要除去许多深度很小的薄层。这使手术时间延长，难于进行，因为需要将眼睛长时间内相对于激光束准确定位。此外，激光辐射的能量未有效利用也使得手术时间延长。

本发明的任务在于研制一种外科治疗屈光不正用的装置，其辐射能量密度沿激光束横截面分布整形器的结构应能保证在同时辐照角膜整个表面的情况下得到光滑截面的表面，以缩短外科手术的时间并提高激光辐射的利用率。

本发明的实质在于，在外科治疗屈光不正用的装置中，有紫外线区的脉冲激光器和辐射能量密度沿光束横截面分布的整形器，它置于辐射光束的路径上。根据本发明，辐射能量密度分布整形器是一个光学容器，位于辐射光束路径上的光学容器的第一和第二窗由对激光辐射透明的材料制成，其中至少一个窗的内表面具有二次旋转面的形状，该旋转面的旋转轴与激光束对称轴重合，在这种情况下，容器中盛满能部分吸收激光辐射的介质。

最好将容器作成有口的并与吸收介质的循环系统接通，该系统应备有改变吸收介质光学密度的手段。

在治疗近视时可以将一个窗的内表面作成抛物面的形状，抛物面的顶朝向容器内，而将另一个窗的内表面作成平面，垂直于光束对称轴。

也可以将光学容器两个窗的内表面都作成抛物面形状，抛物面的顶朝向容器内。

此外，还可以将光学容器两个窗的内表面作成曲率半径不同的球面形，同时，曲率半径较小的那个表面以其凸出部分朝向容器内。

在治疗远视的情况下，可将一个窗的内表面作成球面形。球面的凸出部分朝向容器外，而将第二个窗作成平面形，垂直辐射光束的轴。

也可以将光学容器两个窗的内表面都作成球面形，球面形的凸出部分朝向容器外。

最后，可以将光学容器两个窗的内表面作成不同曲率的抛物面形，同时，顶部曲率半径较小的那个抛物面，其顶点应朝容器外。

按照本发明制成的外科治疗屈光不正用的装置，由于有效地利用激光辐射能，就能大大缩短手术时间，而由于形成了抛物线形式的能量密度分布规律，使得能够得到角膜所需光滑截面的表面。

下面，用具体的实施例和附图进一步解释本发明，其中：

图1，本发明的外科治疗屈光不正用的装置;

图2、3、4-在治疗近视情况下光学容器的实施方案纵剖面图，用于气态吸收介质;

图5、6-同图2、3、4，用于液态吸收介质;

图7、8、9-在治疗远视情况下光学容器的实施方案纵剖面图，用于气态吸收介质;

图10、11-同图7、8、9，用于液态吸收介质;

图12-治疗近视时眼睛的示意图;

图13-治疗远视时眼睛的示意图;

图1所示用于外科治疗屈光不正-近视和远视的装置包括紫外线区脉冲激光器1和辐射能量密度沿光束2横截面分布的整形器3，整形器3一个接一个依次置于脉冲激光器辐射光束2的路径上，还包括光阑4和透镜5，它们确定在患者眼睛角膜6上施行手术区域的直径。

能量密度分布整形器3是一个光学容器7，该容器的窗8和9置于激光器1辐射光束2的路径上，并由对激光辐射透明的材料，例如石英，制成，而且其中至少一个窗的内表面具有二次施转面的形状，旋转面的旋转轴与激光束2的对称轴重合。在这种情况下，对于窗8和9的内表面这个专有名词我们理解为容器7的腔室与窗8、9材料的分界面。容器7盛满部分吸收激光辐射的介质10，容器有口，并与吸收介质10的循环系统相接通。为此，在容器柱状外壳11的壁上有入口连接管12和出口连接管13。入口连接管12借助导管14经过气体减速器15与盛有压缩吸收气体（如氨气）的瓶16接通，这里的气体减速器15是改变介质10光学密度的装置。

与出口连接管依次相连的是阀17和气体吸附器18。

在使用液态吸收介质的情况下，可以采用NaCl的水溶液作为吸收介质，循环系统（图中未示出）包括盛有液体的容器和沿通过容器7的封闭回路压送液体的压缩机。

可以采用受激激光器作为激光器1，其辐射能量密度沿光束横截面均匀分布于紫外线区。

图2、3、4示出了治疗近视时采用气态吸收介质的光学容器7的最好实施方案。

特别是图2所示的容器7的实施方案中，窗8的内表面19呈旋转抛物面的形状，旋转抛物面的顶点“a”朝向容器7内，窗9的内表面20是一个平面，它垂直于激光器辐射光束的对称轴21。

图3所示的容器7的实施方案与图2的方案不同，窗9的内表面22具有旋转抛物面形状，它的顶“b”朝向容器7内。

图4所示的容器7的实施方案中，窗8和9的内表面23和24相应地呈曲率半径不同的球面形状，在这种情况下，曲率半径比较小的内表面23的凸出部朝向容器7内。

图2中的窗8和图3、4中的窗8、9作成望远镜形式，而图2中的窗9为一平面平行玻璃板。

图5和6示出的容器7的实施方案特别适于液态吸收介质10。在图5所示的方案中，容器7与图2中所示的类似，而图6所示的方案与图3所示类似，区别仅在于图5中的窗8′及图6中的窗8′和9′是平凸透镜。

图7、8、9示出了采用气态吸收介质的光学容器的最好实施方案，而图10、11是用于液态吸收介质的。它们供治疗远视用。

图7所示的容器7的实施方案中，窗8的内表面25具有球面形，凸出部朝向容器7外面，在这种情况下，窗9的内表面20与图2、5中所示一样，具有平面形，该平面垂直于辐射光束的轴21。

图8所示容器7的实施方案中，窗8和9的内表面26和27具有球面形，球面形凸出部朝向容器7外面。

在图9所示容器7的方案中，窗8和9的内表面28和29相应地呈曲率半径不同的旋转双曲面形状，并且，顶部曲率半径较小的那个双曲面（表面28）以顶点“c”朝向容器7外。

图7中的窗8和图8、9中的窗8和9作成望远镜的形状，而图7中的窗9是平面平行玻璃板。

图10所示容器7的方案与图8所示的类似，而图11所示方案与图7类似，区别仅在于窗8′和9′是平凹透镜。

对于各种具体情况选择容器7的那一种方案取决于患者眼睛屈光不正的程度，所采用的吸收介质10的参数，以及取决于加工的工艺性和对装置光学系统最小象差的要求。

本装置以下述方式工作。

让我们看一下治疗近视时本装置工作的情况。

众所周知，正常眼睛角膜的表面可用旋转抛物面方程式来描述。

在近视的情况下，眼睛角膜的表面也可以用旋转抛物面方程式描述，该抛物面顶部的曲率半径小于正常眼睛的情况。

为了治疗近视，必须从眼睛角膜除去由曲率半径不相同的两个抛物面限定的一个薄层-图12中划斜线的部分30。

在治疗近视时，从激光器1（图1）发出的辐射光束2以沿光束截面均匀分布的能量密度穿过容器7的窗8、充满吸收介质10的窗8与9之间的空间、窗9、光阑4、透镜5，然后落在眼睛的角膜6上。

既然窗8或9中至少一个的内表面US是曲面，介质层10沿辐射光束2路径上的厚度就是不均匀的，而且是从容器7的中心向着边缘增大。对应地，从光束2的中心向着边缘，介质10中的辐射吸收也增大。因此，穿过容器7的辐射光束31在容器7的出口处具有不均匀的非对称能量分布，辐射光束31的形状和参数取决于：

-窗8、9内表面的形状;

-介质10的吸收系数，该系数可因譬如吸收气体压力的变化或者溶液浓度的变化（在液态介质的情况下）而改变。

在这种情况下，对于已挑选的容器7的方案根据内表面的形状确定介质10的吸收系数，采用这个系数时，能量密度沿光束31横截面的分布用近似于旋转抛物面的方程式描述，而且，近似程度从光束边缘向中心增大。

然后，光束31穿过光阑4和透镜5（当激光束的发散性很小时，该透镜可以不要），并落在眼睛的角膜6上。

为了避免在激光器1长时间辐射作用下介质10分解，在手术进行过程中，借助循环系统将吸收介质10不断压送，通过容器7的腔室。

人所共知，远紫外辐射作用在生物组织上导致光消融（光消散），同时，在辐射能量密度确定的范围内，所除掉的薄层的厚度与能量容度成正比。

具有如上所述近似抛物线的能量密度分布的光束31（在光束轴上的能量密度最大）作用于眼睛角膜6，把由两个旋转抛物面限定的一块角膜30去掉（图12），其中一个抛物面是角膜原来的表面，而第二个抛物面是在激光器1（图1）辐射作用后角膜的表面。辐照进行到近视消除为止。

在远视的情况下，眼睛角膜的表面用旋转抛物面方程描述，该抛物面顶部的曲率半径大于正常眼睛。为治疗远视需从角膜上去掉由曲率半径不同的两个抛物面限定的薄层-图13上的部分32。治疗远视与治疗近视时的情况相似，区别仅在于选用图7-11中所示容器7的一个方案作为辐射能量密度沿光束横截面分布整形器3（图1）。结果，容器7出口处的光束31（图1）具有近似抛物线的能量密度分布;在光束2的轴21上能量密度最小。这样的光束作用于角膜6（图13）能使那部分32从角膜表面除去。

为了更好地理解本发明的实质，下面举出具体的实施例。

曾经制作和试验了本发明的一个方案。为了减小家兔眼睛的折光度，采用了沿截面能量均匀分布的激光器1的辐射（λ＝193毫微米），辐射形成直径6毫米的平行光束2，并穿过带有相同的窗8、9的能量密度分布整形器3。窗8、9作成带球面的望远镜形式，由光学石英玻璃制成，真空地密封安设在由不锈钢制成的园柱外壳11内。整形器3用连接管12、13与以1×10⁵-3×10⁶帕的压强供送氧化氮N₂O流的装置相连接。激光器1辐射脉冲的重复频率为10赫兹，脉冲能量为100～300兆焦耳。

在四只家兔的八只眼睛上手术的结果，根据作用在角膜被作用部分光滑表面上的参数的不同，可使角膜折光度减小0.5至6屈光度。

采用所推荐的装置，能够提高所得角膜表面某种形状的准确度，并大大缩短治疗时间。

本装置广泛用于外科治疗屈光不正-近视和远视，特别是在高度屈光的情况下。

Claims (8)

1、外科治疗屈光不正用的装置，包括有紫外线区脉冲激光器(1)和辐射能量密度沿光束横截面分布的整形器(3)它置于辐射光束(2)路径上，其特征在于，整形器(3)是一个光学容器(7)，该容器的第一和第二窗(8、9)置于辐射光束(2)的路径上，由对激光辐射透明的材料制成，其中至少一个窗的内表面(19)具有二次旋转曲面的形状，旋转曲面的旋转轴与激光束(2)的对称轴(21)重合，在这种情况下的容器(7)盛满部分吸收激光辐射的介质(10)。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容器（7）作成带口的并与吸收介质（10）的循环系统相接通，循环系统备有改变吸收介质（10）光学密度的手段。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，置于辐射光束（2）路径上的容器（7）的窗（8），其内表面（19）具有抛物面形状，抛物面以其顶点（a）朝向容器（7）内，而窗（9）的内表面（20）具有平面形状，平面垂直于光束（2）的对称轴（21）。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容器（7）两个窗（8、9）的内表面（19、22）都具有抛物面形状，抛物面以顶点（a、b）朝向容器（7）内。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容器（7）的两个窗（8、9）的内表面（23、24）具有曲率半径不同的球面形，其中曲率半径较小的表面（23）以凸出部朝向容器（7）内。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容器（7）的窗（8）的内表面（25）具有球面形，球面以其凸出部朝向容器（7）外，而窗（9）的内表面具有平面形，平面垂直于辐射光束的轴（21）。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容器（7）窗（8、9）的内表面（26、27）具有球面形，球面以其凸出部朝向容器（7）外。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，容器（7）窗（8、9）的内表面（28、29）具有曲率不同的双曲面形，其中顶部（c）曲率半径较小的双曲面以其顶点（c）朝向容器（7）外。

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