NO865223L

NO865223L - Oftalmisk straale-innretningsanordning.

Info

Publication number: NO865223L
Application number: NO865223A
Authority: NO
Inventors: David A Dewey; Paul C Pynckel
Original assignee: Coopervision Inc
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1986-12-22
Also published as: DK1487A; BR8606646A; EP0220211A1; JPS62502664A; KR870700328A; FI865378A; PT82437B; ES8707095A1; AU5628086A; US4686992A; GR860931B; DK1487D0; WO1986006610A1; ES554585A0; PT82437A; FI865378A0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører styring av en stråle

som brukes i oftalmiske prosedyrer. Mer spesielt angår oppfinnelsen en mikromanipulering av lysstråler som brukes til oftalmisk undersøkelse i diagnostiske prosedyrer og til fotokoagulering.

Enda mer spesielt vedrører oppfinnelsen et fjærforspent apparat

for styring av posisjonen til en fokusert laserstråle slik at den direkte følger bevegelsen til en operatørs hånd under manipulering, og slik at den fokuserte stråle tilbakeføres til en forutbestemt posisjon slik som et midtpunkt, ved fravær av manipulering av et styreorgan.

I medisinske og diagnostiske prosedyrer såvel som på andre områder, er bruken av fokuserte lysstråler velkjent, og forskjellige typer mekanismer for å fokusere lysstrålene er blitt utviklet.

På det medisinske området er bruk av lasere og Xenon-buelamper

til å behandle netthinneavløsning og til å behandle tumorer nå velkjent. I begge tilfeller blir den kirurgiske lysstråle forbigående optisk koblet inn i banen til en oftalmisk slisslampe som brukes til å sikte inn den kirurgiske strålen. Slisslampen frembringer også belysning for undersøkelse av øyet gjennom et dobbeltmikroskop. US-patent nr. 3703176 er et eksempel på en anordning av dette slag og illustrerer den generelle oppbygning av en optometrisk slisslampe på figur 1 og 3. Som vist, er en slisslampe et instrument for undersøkelse avøyet under for-størrelse, ved å bruke et mikroskop (vanligvis binokulært som vist) og en innebygget belysningskilde som retter en lysstråle inn iøyet. Den spesielle utførelsesform som er illustrert i ovennevnte US patent, er en spesiell slisslampe utstyrt med en laser-fotokoagulator, men slike instrumenter har den samme generelle struktur. Det er på denne generelle struktur foreliggende oppfinnelse er rettet.

Både slisslampen og kirurgiske stråler blir rettet ved hjelp

av en fjærmontert linse i anordninger av denne type. Operatøren beveger linsen ved hjelp av et styreorgan, slik som en styrespak eller joystick, som har en kule ved sitt opplagringspunkt og en kuleledd-forbindelse til linsemonteringen. Denne type styring av stråleinnretningen har vist seg utilfredsstillende først og fremst ved at det manuelt opererte styreorganet og strålen beveger seg i motsatte retninger, og for det andre er der en

tendens til at den sentrerte posisjonen eller "hjemposisjonen"

til strålen driver på grunn av kumulativ utmatting eller ulik belastning av monteringsfjærene for montering av linsen. Den reverserte bevegelse mellom styreorganet og lysstrålen frembringer en sensorisk dissonans som har gjort øyet/hånd-koordinering vanskelig for personer som bruker slike velkjente, kirurgiske laserapparater.

I den nåværende modell av en slik anordning som er tilgjengelig fra søkeren, beveger mikromanipulatoren strålen motsatt retningen av håndbevegelsen til operatøren. Det er følgelig et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en mikromanipulator som, i motsetning til den tilgjengelige anordning, beveger den fokuserte stråle i samme retning som operatørens håndbevegelse på styreorganet. Når styreorganet derfor blir beveget til venstre eller til høyre langs en liten x-akse, beveger også den fokuserte stråle seg tilsvarende til venstre eller høyre. Når styreorganet likeledes blir beveget opp eller ned langs y-aksen, beveger den fokuserte strålen seg tilsvarende opp eller ned. Monteringen av et slikt styreorgan eller styrespak tillater operatøren å velge enhver posisjon på et rutenett som har x- og y-koordinater, slik at man forstår at bevegelse av styreorganet ikke er begrenset til noen akse.

I en slik anordning ville det også være fordelaktig for den fokuserte strålen å vende tilbake til en forutbestemt posisjon, slik som et koordinat-sentrum, når manuell styring har opphørt. Det er følgelig et annet trekk ved denne forbedringen å forspenne fokuseringsanordningen for å sentrere strålen ved fravær av styring fra operatørens side.

En avsøkningsmekanisme for en laserstråle er også vist i europeisk patentpublikasjon nr. 69987 hvor en operatør flytter posisjonen til et punkt som bestråles ved hjelp av en laserstråle ved å bevege et styreorgan i form av en styrespak. Som beskrevet, blir posisjonen til den fokuserte stråle bestemt av hellings-vinkelen til et speil som er dreibart opplagret omkring både en horisontal og vertikal akse. Bruken av en slik kardangmekanisme er beskrevet i nevnte publikasjon under henvisning til den allment tilgjengelige japanske patentsøknad nr. 106144/19180. En slik anordning krever tydeligvis to ortogonale dreibare aksler og flere hevarmer i kombinasjon. Derimot blir tilfredsstillende horisontal og vertikal posisjonering av en stråledeler i søkerens oppfinnelse oppnådd ved hjelp av en enkelt, forspent styrestang.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse.

Mikromanipulator-apparatet, ifølge oppfinnelsen, er anvendt

på en oftalmisk anordning for mikromanipulering av posisjonen til en lysstråle som rettes mot et mål. Apparatet, som oppfinnelsen anvendes i, omfatter en lyskilde slik som en laser og en stråledeler for å motta lys fra kilden og omdirigere lyset til et mål. Stråledeleren er svingbar omkring en liten x-akse for vertikal omdirigering av lyset og dreibar omkring en liten y-akse for horisontal omdirigering av lyset, og i en foretrukket utførelsesform er stråledeleren kardangmontert for styrt bevegelse omkring henholdsvis x- og y-aksene ved hjelp av apparatet ifølge oppfinnelsen.

Apparatet, ifølge oppfinnelsen, omfatter en manuell mikromanipulering av stråledeleren og omfatter et styreorgan som kan beveges i en retning med både en x-komponent og en y-komponent,

et sfærisk lager koblet til styreorganet ved en svingeposisjon,

en spiralfjær koblet til styreorganet gjennom det sfæriske lager for å forspenne mikromanipulatoren mot sentrering av den fokuserte stråle, og en styrestang koblet til fjæren og til det kardang-monterte speilet. I en foretrukket utførelsesform er komponentene anordnet til å ligge på en enkelt akse når mikromanipulatoren er i sin nøytrale posisjon. I tillegg er komponentene anordnet slik at den fokuserte stråle henholdsvis følger håndbevegelsen til operatøren på styreorganet med hensyn til bevegelser til venstre, høyre, oppad og nedad.

En fremgangsmåte til bruk av mikromanipulatoren, ifølge oppfinnelsen, er også beskrevet.

Beskaffenheten av og fordelene ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå tydeligere i forbindelse med den detaljerte beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 er et skjematisk sideriss av et apparat som innbefatter mikromanipulatoren, ifølge oppfinnelsen, for fokusering av en lysstråle, og som viser apparatets optiske akser;

Figur 2 er et detaljert riss av en del av apparatet på figur

1, som viser strålestyrings-anordningen mer detaljert;

Figur 3 er et billedriss av apparatet på figur 2 sett

ovenfra med dreieseksjonen fjernet fra linje A-A til stråledelerens hengseltapper for å illustrere et grunnriss av deler av mikromanipulatoren eller strålestyrings-apparatet, ifølge oppfinnelsen; Figur 4 er en detaljert skisse over en del av apparatet på figur 1, delvis i tverrsnitt, som i detalj viser det sfæriske kuleleddet og fjærkoblingen mellom styreorganet og apparatets styrestang; Figur 5 er et tverrsnitt av kardangopphengningen som understøtter stråledeleren, tatt langs linjen B-B på figur 1;

Figurene 6a, 6b og 6c viser henholdsvis sideriss, grunnriss

og enderiss av konturen til den styrestangen som brukes i apparatet, ifølge oppfinnelsen.

På disse figurene er like deler betegnet med de samme tall.

På figur 1 er en foretrukket utførelsesform, som mikromanipulator-anordningen ifølge oppfinnelsen anvendes i, vist generelt ved et henvisningstall 10. Innretningen omfatter en laser 11, slik som en argonlaser, optisk koblet til en slisslampe-anordning 12 utstyrt med en slisselampe 13. Slisslampe-anordningen 12 er montert for samvirke med et dobbelt-mikroskop 14, som kjent på området for slike kombinasjoner.

En stråledeler 16, slik som et svingbart og dreibart montert speil, er montert ved skjæringen mellom mikroskopets 14 optiske akser s, m og slisslampe-anordningen 12, slik at lys fra slisslampe-anordningen 12 blir reflektert av stråledeleren 16 for å belyse et mål 18 innenfor synsfeltet til dobbelt-mikroskopet 14. Stråledelerens posisjon i forhold til dens horisontale og

vertikale akser blir bestemt ved hjelp av mikromanipulator-apparatet, ifølge oppfinnelsen, generelt betegnet ved henvisnings-tallet 17.

Apparatet 17 omfatter en styrestang 20, som er vist mer detaljert på figur 6, et styreorgan 22, et kuleledd 24 og en fjær 26 som forbinder styrestangen 20 til styreorganet 22 som er koblet til den sfæriske lageranordning anbragt for å definere et svingepunkt.

Med mikromanipulator-apparatet 17, ifølge oppfinnelsen, blir stråledelerens 16 posisjon i forhold til strålen fra slisslampen bestemt ved påvirkning av styrestangen 20 ved hjelp av styreorganet 22 gjennom den sfæriske lageranordning og springfjær-koblingen. Styreorganet 22 er koblet til et kuleledd 24, som er best synlig på figur 4, for bevegelsesfrihet i et plan med x- og y-komponenter. Bevegelse av styreorganet 22 blir overført gjennom kuleleddet 24, fjæren 26 og styrestangen 20 for å tilveiebringe tilsvarende bevegelse av den fokuserte stråle som kommer fra stråledeleren 17 til målet 18. Som nevnt, er det et trekk ved foreliggende oppfinnelse at bevegelse av den fokuserte stråle på målet direkte tilsvarer bevegelsesretningen av styreorganet når det manipuleres av operatøren.

Det er et annet trekk ved oppfinnelsen å sørge for automatisk sentrering av den fokuserte stråle når manuell styring av styreorganet 22 har opphørt. Et slikt trekk blir tilveiebrakt ved hjelp av spiralfjæren 26 som forbinder styreorganet 22 og styrestangen 20. Fjærens 26 fjærkarakteristikker er slik at styreorganet straks og på pålitelig måte returnerer til innretning med det ytre parti av styrestangen 20 når styreorganet 22 slippes.

Som vist på figur 2 og 5 er styrestangen 20 festet ved hjelp av en bøyle 32 til en hengseltapp 28 på hvilken understøttelsen 30 til stråledeleren er montert og festet ved hjelp av en settskrue 33. Kuleleddet 24, som er vist som røntgentegning på figur 2 og skjematisk på figur 4, blir understøttet ved hjelp av en styrestang-brakett 34 festet til dobbelt-mikroskopet 14 umiddelbart bak et lukkerhus 36. Lukkerhuset 36 inneholder en lukkermekanisme 38 som kan skytes inn mellom stråledeleren 16 og objektivlinsen til dobbelt-mikroskopet. Som man ser av figur 5,

er styrestangen 20 forbundet med stråledeleren 16 ved et punkt fjernt fra dens vertikale rotasjonsakse for å tillate stangen å utøve en torsjonskraft omkring den vertikale akse for å avbøye strålen i en horisontal retning. Likeledes er styrestangen 20 festet til bøylen 32 ved et punkt fjernt fra stråledelerens horisontale rotasjonsakse for å tilveiebringe en forskyvnings-forbindelse som tillater den å utøve en torsjon omkring horisontal-aksen til stråledelerens speil og dermed avbøye strålen i en vertikal retning.

Det vises igjen til figur 4 hvor kuleleddet 24 er festet ved hjelp av et klebemiddel 46 til en styrestang-brakett 34 ved en nedre ende av mikromanipulatoren, ifølge oppfinnelsen. En innfelling 50 mellom styrestang-brakettens 34 overflate og lageret 46 tjener til å forhindre binding mellom styrestang-braketten 34 og de tilstøtende kraver 48, 48a som er festet til styreorganet 22 på hver side av kuleleddet 24. Kraven 48 er festet ved hjelp av en settskrue til styreorganet 22, og kraven 48a er tilsvarende festet til styreorganet 22. Bevegelse av styreorganet 22 i retning oppad, som betegnet ved hjelp av enkeltspiss-pilen på den ytre side av styrestang-braketten, forårsaker en tilsvarende nedadgående bevegelse på den indre side av styrebraketten, og omvendt, som antydet ved hjelp av dobbeltspiss-pilen. Slik oppadgående bevegelse av den ytre side av styreorganet 22 får den indre side av styreorganet 22 til å bøye seg nedover for å forårsake en tilsvarende nedadgående bevegelse av styrestangen 20, noe som igjen forårsaker at stråledeleren 16 dreier seg mot urviseren omkring sin horisontale akse for å bevege belysningen på målet oppad, det vil si i samme retning som styreorganet 22. Likeledes forårsaker nedadgående bevegelse av den ytre side av styreorganet 22 en oppadgående bevegelse av den indre side av styreorganet 22 og en tilsvarende oppadgående bevegelse av styrestangen 20 som forårsaker en svingning i retning med urviseren av stråledeleren 16 for å drive bildet på målet i retning nedover.

Dreiebevegelse av stråledeleren 16 omkring dens vertikalakse

i samsvar med venstre- og høyre-bevegelse av styreorganet 22, kan forstås under henvisning til figurene 2 og 5. En dreiemekanisme 44 er roterbart montert på en flens 42 på en trommel 54 på slisslampe-anordningen 12 ved hjelp av en holdering 56 som er forskjøvet fra flensen 52 ved hjelp av et par aksialskiver 58 som tilveiebringer fri rotasjon av dreieanordningen 44 omkring trommelen 54 og dermed omkring apparatets vertikalakse s. En hylse 60, som strekker seg nedover fra holderingen 56, er adskilt fra trommelen 54 ved hjelp av en lavfriksjonsrotasjonsbesing 62.

Et styrestang-bæreorgan 64 er innskutt mellom bøylen 32 og den respektive bærearm 42 for å sikre klaring mellom styrestangen 20

og bærearmen 42. Hengseltappen 28 er opptatt i styrestang-

bæreorganet og bærearmen 42 i lavfriksjons-lageret 66. Lavfriksjons-lagrene 62 og 66 er laget av et teflonmateriale som tilveiebringer en slitasjebestandig og trykkbestandig lageroverflate som sikrer glatt bevegelse av stråledeleren som reaksjon på bevegelser av styrestangen 20.

En høyrerettet bevegelse av styreorganet 22 i en retning perpendikulært til planet for tegningene på figur 2 og 4, forårsaker dermed en tilsvarende venstrerettet bevegelse av styreorganet på den indre side av styrebraketten, noe som får stangen 20 til å dreie stråledeleren mot høyre sett ved målet 18, for derved å forårsaken en tilsvarende høyrerettet bevegelse av den fokuserte stråle på målet 18. Omvendt vil venstrerettet bevegelse av den ytre side av styreorganet forårsake en høyrerettet bevegelse av den indre side av styreorganet, noe som medfører at stangen 20 roterer strålelederen mot venstre for derved å

forårsake en venstrerettet bevegelse av den fokuserte stråle på målet.

Brukt av en kirurg blir dobbelt-mikroskopet først bragt i

grov innretning med målet 18 ved å bruke et posisjonerings-

håndtak 68, og slisslampe-strålen blir så posisjonert innenfor målet 18 ved å bruke styreorganet 22. Når den nøyaktige lokalisering på målet 18 for fotokoagulering ved hjelp av laseren blir bestrålet av strålen fra slisslampe-anordningen 12, betjener kirurgen apparatet ved å påvirke en avtrekker (ikke vist) for å bringe en stråle fra laseren 11 til å passere gjennom slisslampe-anordningen 12 hvor den er gjort co-lineær ved dobbelt-mikroskopet på en velkjent måte. Laserstrålen passerer fra slisslampe-anordningen gjennom dreieanordningen til målet 18. Samtidig, før laserstrålen fra argonlaseren 10 passerer inn i slisslampe-anordningen 12, blir lukkeren 38 aktivert for å forhindre laserlys som er reflektert fra målet 18, fra å passere tilbake gjennom dobbelt-mikroskopet.

Omrisset av styrestangen 20 er vist mer spesielt på figurene 6a-6c. Således omfatter styrestangen 20 et ytre endeparti 80 som skal festes til spiralfjæren 26 og som ligger langs en akse sammenfallende med styreorganets nøytrale posisjon og apparatets svingeakse. Et første ortogonalt parti 82 strekker seg tilnærmet ortogonalt til partiet 80 til en avstand som er tilstrekkelig til å rage ut fra styrestang-braketten 34 (som man best ser på figur 1 og 2) og er festet til et første forskjøvet parti 84 som definerer en første torsjonsarm i forhold til stråledeleren 16. Partiet 84 er festet til et forlenget parti 86 som på figur 1 og 2 ligger tilnærmet parallelt med aksen til mikromanipulator-apparatet. Et annet parti 88 er festet til det forlengede parti 86 og til et parti 90 og så nedover gjennom et parti 92 som skal opptas i braketten som beskrevet. Den fysiske konstruksjon av styrestangen 20, som beskrevet ovenfor og vist, tillater forbindelse gjennom spiralfjæren 26 til et svingepunkt definert ved det sfæriske lager 24 til bærestrukturen for den kardangopphengte stråledeleren 16, for å tillate overføring av tilstrekkelig rotasjons- og svinge-torsjoner til stråledeleren for å oppnå oppfinnelsens siktemål.

Oppfinnelsen kan realiseres i andre spesielle former uten å avvike fra hovedtrekkene. De foreliggende utførelsesformer er derfor ment bare som illustrasjoner og ikke som begrensninger,

idet rammen for oppfinnelsen er definert i de vedføyde krav i stedet for i den foregående beskrivelse, og alle forandringer som kommer innenfor rammen for kravene er derfor omfattet av disse.

Claims

1. Anordning for mikromanipulering av posisjonen til en lysstråle som er rettet mot et mål, av den type som omfatter en lyskilde og en stråledeler for å motta lys fra kilden og omdirigerer lyset til målet, idet stråledeleren er svingbar en x-akse for vertikal omdirigering av lyset og dreibar omkring y-akse for horisontal omdirigering av lyset, samt en anordning for manuell mikromanipulering av stråledeleren, karakterisert vedet styreorgan som kan beveges i en retning med en x-komponent og en y-komponent, en spiralf jaer koblet til styreorganet gjennom en svingeposisjon, og en styrestang koblet til fjæren og til stråledeleren, idet styrestangen er konstruert for og koblet for å utøve en tosjon på stråledeleren for å omdirigere lyset på målet i samme relative bevegelsesretning som styreorganet.

2. Anordning, ifølge krav 1, karakterisert vedet sfærisk lager anordnet ved svingeposisjonen mellom styreorganet og spiralfjæren.

3. Anordning, ifølge krav 2, karakterisert vedat styreorganets langsgående akse, midtpunktet til det sfæriske lager, spiralfjærens langsgående akse og skjæringen mellom svinge- og rotasjons-aksene til stråledeleren ligger på en rett linje når styreorganet ikke blir manipulert.

4. Anordning, ifølge krav 3, karakterisert vedat spiralfjæren får stråledeleren til å returnere til en forutbestemt sentral posisjon på sine svinge- og rotasjons-akser ved fravær av manuell kraft på styreorganet.

5. Anordning for mikromanipulering av posisjonen til en lysstråle som rettes mot et mål, karakterisert veden slisslampe-anordning med en dempet laserlyskilde som utsender en stråle for belysning av et område på et mål, en stråledeler-anordning med en stråledeler for omdirigering av den første stråle, idet stråledeleren er roterbart og svingbart montert på lampe-anordningen, en styrestang festet til stråledeler-anordningen i en forutbestemt nøytral posisjon for rotasjon og svingning av stråledeleren slik at strålens posisjon på målet blir forskjøvet, og en spiralfjær som kobler styrestangen til et styreorgan gjennom en forutbestemt svinge-posis jon i forhold til styreorganet, slik at styrestangen blir avbøyd fra den forutbestemte vertikale posisjon ved hjelp av styreorganet når styreorganet beveges, og slik at styrestangen blir tilbakeført til den forutbestemte posisjon ved hjelp av fjæren når styreorganet blir løsgjort.

6. Anordning, ifølge krav 5, karakterisert vedat målet er lokalisert i en pasients øye.

7. Apparat, ifølge krav 5, karakterisert vedat slisslampe-anordningen omfatter en anordning for å frembringe fotokoagulering i øyet til en pasient, hvilken anordning frembringer en annen stråle, idet den annen stråle blir omdirigert ved hjelp av stråledeleren og siktet inn ved å bruke den første stråle.

8. Anordning, ifølge krav 7, karakterisert vedat anordningen for å frembringe fotokoagulering er en laser.

9. Anordning, ifølge krav 7, karakterisert vedat anordningen for å frembringe fotokoagulering er en buelampe.

10. Anordning, ifølge krav 5, karakterisert vedat styrestangen er festet til en hengseltapp på hvilken stråledeleren er montert på en måte som tillater utøvelse av torsjon på stråledeleren som reaksjon på bevegelse av styrestangen.

11. Anordning, ifølge krav 5, karakterisert vedat hovedaksen til styreorganet, spiralfjæren og skjæringen mellom en rotasjonsakse for stråledeleren er co-lineære med et sfærisk lager som er anbrakt mellom styreorganet og fjæren.

12. Anordning, ifølge krav 11, karakterisert vedat styrestangen er formet for å forbli klar av synsfeltet til et mikroskop som er rettet mot refleksjonen av den første stråle fra pasientens øye og for å utøve en tosjon på stråledeleren.

13. Anordning, ifølge krav 1, karakterisert vedat styreorganet, det sfæriske lager, stangen og stråledeleren er slik anordnet at manipulerende bevegelse av styreorganet av en operatør i enhver retning som har komponenter i retning venstre, høyre, oppad og nedad forårsaker en tilsvarende flytting av lysstrålen på målet i en retning som har tilsvarende komponenter til venstre, høyre, oppad og nedad.