RU2129853C1

RU2129853C1 - Device for formation of laser radiation profile

Info

Publication number: RU2129853C1
Application number: RU98111400A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Федоров; А.Д. Семенов; В.С. Тюрин; В.А. Сугробов; Г.Ф. Качалина
Original assignee: Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза"
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 1999-05-10

Abstract

FIELD: ophthalmology. SUBSTANCE: device has rotary cylindrical mirror, gauss beam former, iris diaphragm, cylindrical lens, spherical lens, rotary mirror, and power distribution meter. Gauss beam former is shaped as flow-through vessel filled with distilled water. Phase plate serves as input window of vessel, and spherical lens is used as put window. Iris diaphragm is positioned in spherical lens focus. Gauss beam former may also be represented by phase plate made on flat surface of flat-convex lens. In this case, gauss radiation former and diaphragm are manufactured for joint movement along optical axis. Cylindrical lens is positioned behind iris diaphragm. It is capable of rotation about optical axis in plane perpendicular to optical axis and reciprocation along optical axis. Output lens capable of reciprocation along optical axis and scanning rotary mirror made for angular displacements in two mutually perpendicular planes are positioned behind cylindrical lens. Center of mirror rotation is positioned on optical axis. Device includes videocamera of system which follows position of eye. This system is combined with operating microscope. EFFECT: simplification of construction, reduced power losses. 1 dwg

Description

Изобретение относится к офтальмологии и предназначается для коррекции аномалий рефракции глаза, а также для лечения заболеваний роговицы. The invention relates to ophthalmology and is intended for the correction of abnormalities of eye refraction, as well as for the treatment of diseases of the cornea.

Известно устройство для коррекции миопии средней и высокой степени, в котором путем послойного испарения роговицы импульсным УФ-излучением с длиной волны 193 нм, производится изменение кривизны роговицы. (см. а.с. N 1637795). A device for the correction of myopia of medium and high degree, in which by layer-by-layer evaporation of the cornea by pulsed UV radiation with a wavelength of 193 nm, the corneal curvature is changed. (see A.S. N 1637795).

Посылаемое на глаз излучение имеет гауссов профиль распределения плотности энергии, который формируется при помощи газовой ячейки с переменным пропусканием. Данное устройство является самым близким к предлагаемому изобретению и принимается за прототип. The radiation sent to the eye has a Gaussian profile of the distribution of energy density, which is formed using a gas cell with variable transmission. This device is the closest to the proposed invention and is taken as a prototype.

Недостатком описанного устройства является нестабильность воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, сложность конструкции и большие потери энергии. The disadvantage of the described device is the instability of the reproduction of the required energy distribution profile, the complexity of the design and large energy losses.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение стабильности воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, снижение сложности конструкции и уменьшение потерь энергии. The technical problem solved by the invention is to increase the stability of reproduction of the required energy distribution profile, reduce the complexity of the design and reduce energy losses.

Эта техническая задача решается тем, что в устройстве для формирования профиля лазерного излучения, содержащем поворотное цилиндрическое зеркало, формирователь гауссова пучка, ирисовую диафрагму, цилиндрическую линзу, сферическую линзу, поворотное зеркало, измеритель распределения энергии, формирователь гауссова пучка выполнен в виде проточной кюветы, заполненной дистиллированной водой, входным окном которой служит фазовая пластина, а выходным - сферическая линза, в фокусе которой расположена ирисовая диафрагма или в виде фазовой пластины, выполненной на плоской поверхности плосковыпуклой линзы, при этом формирователь гауссова излучения и диафрагма выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси, за ирисовой диафрагмой расположена цилиндрическая линза, выполненная с возможностью вращения вокруг оптической оси в плоскости, перпендикулярной оптической оси, и возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, за цилиндрической линзой расположен выходной объектив, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, сканирующее поворотное зеркало, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси, а также видеокамеру системы, следящей за положением глаза, совмещенную с операционным микроскопом. This technical problem is solved in that in the device for forming a laser radiation profile containing a rotary cylindrical mirror, a Gaussian beam former, an iris, a cylindrical lens, a spherical lens, a rotary mirror, an energy distribution meter, a Gaussian beam former is made in the form of a flow cell filled distilled water, the input window of which is the phase plate, and the output is a spherical lens, the focus of which is the iris diaphragm or in the form of a phase plate a plate made on the flat surface of a plano-convex lens, while the Gaussian radiation former and the diaphragm are arranged to move together along the optical axis, behind the iris diaphragm there is a cylindrical lens configured to rotate around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis and reciprocating movement along the optical axis, behind the cylindrical lens there is an output lens configured to reciprocate along optical axis, a rotary mirror scanner capable of angular movement in two mutually perpendicular planes, wherein the rotation center of the mirror lies on the optical axis, and a video camera system for tracking the eye position, combined with an operating microscope.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом. The proposed device is illustrated in the drawing.

Устройство содержит:
поворотное цилиндрическое зеркало (1), формирователь гауссова пучка (2), ирисовую диафрагму (3), цилиндрическую линзу (4), сферическую линзу (5), поворотное зеркало (6), измеритель распределения энергии (7). Формирователь гауссова пучка (2) выполнен в виде проточной кюветы B, заполненной дистиллированной водой (9), входным окном которой служит фазовая пластина (10), а выходным - сферическая линза (11), в фокусе которой расположена ирисовая диафрагма (3). Возможен вариант, когда фазовая пластина (10) выполнена на плоской поверхности плосковыпуклой линзы (11). Формирователь гауссова излучения (2) и диафрагма (3) выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. За ирисовой диафрагмой (3) расположена цилиндрическая линза (4), выполненная с возможностью вращения вокруг оптической оси в плоскости, перпендикулярной оптической оси, и возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси. За цилиндрической линзой (4) расположен выходной объектив (5), выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, сканирующее поворотное зеркало (6), выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Центр вращения зеркала (6) лежит на оптической оси. Далее расположена видеокамера (12) системы, следящей за положением глаза (13), совмещенная с операционным микроскопом (14). За поворотным зеркалом (6) вдоль оптической оси располагается призма (15), гипотенузная грань которой расположена под углом 45 градусов к оптической оси. Далее излучение попадает на измерительную камеру (7).The device contains:
rotary cylindrical mirror (1), Gaussian beam former (2), iris diaphragm (3), cylindrical lens (4), spherical lens (5), rotary mirror (6), energy distribution meter (7). The Gaussian beam former (2) is made in the form of a flow cell B filled with distilled water (9), the input window of which is a phase plate (10), and the output window is a spherical lens (11) with an iris diaphragm in its focus (3). A variant is possible when the phase plate (10) is made on the flat surface of a plano-convex lens (11). The Gaussian radiation former (2) and the diaphragm (3) are made with the possibility of joint movement along the optical axis. Behind the iris diaphragm (3) is a cylindrical lens (4), made with the possibility of rotation around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis, and reciprocating motion along the optical axis. Behind the cylindrical lens (4) there is an output lens (5), made with the possibility of reciprocating motion along the optical axis, scanning a swivel mirror (6), made with the possibility of angular movements in two mutually perpendicular planes. The center of rotation of the mirror (6) lies on the optical axis. Next is the video camera (12) of the system that monitors the position of the eye (13), combined with an operating microscope (14). Behind the rotary mirror (6), a prism (15) is located along the optical axis, the hypotenuse face of which is located at an angle of 45 degrees to the optical axis. Next, the radiation enters the measuring chamber (7).

Работа предлагаемого устройства производится следующим образом
Излучение лазера с длиной волны 193 нм и произвольным распределением плотности энергии (не показано) отражается цилиндрическим зеркалом (1), расположенным под углом 45 градусов к оптической оси. Особенностью излучения лазера является неодинаковая расходимость по двум взаимно перпендикулярным направлениям, что приводит к незначительной эллиптичности пятна в плоскости диафрагмы (3).The operation of the proposed device is as follows
Laser radiation with a wavelength of 193 nm and an arbitrary distribution of energy density (not shown) is reflected by a cylindrical mirror (1) located at an angle of 45 degrees to the optical axis. A feature of laser radiation is the uneven divergence in two mutually perpendicular directions, which leads to a slight ellipticity of the spot in the plane of the diaphragm (3).

Для управления формой пятна используется цилиндрическое поворотное зеркало (1) с регулируемой кривизной поверхности. Далее излучение проходит через формирователь (2), который служит для создания гауссова распределения в плоскости диафрагмы (3). Формирователь (2) представляет собой проточную кювету (8), заполненную дистиллированной водой (9). Входным окном формирователя служит фазовая пластина (10), а выходным - сферическая линза (11), в фокальной плоскости которой расположена диафрагма (3). To control the shape of the spot, a cylindrical rotary mirror (1) with an adjustable surface curvature is used. Then the radiation passes through the shaper (2), which serves to create a Gaussian distribution in the plane of the diaphragm (3). The former (2) is a flow cell (8) filled with distilled water (9). The input window of the shaper is a phase plate (10), and the output is a spherical lens (11), in the focal plane of which is located the diaphragm (3).

Пучок лазерного излучения претерпевает дифракцию на неоднородностях фазовой пластины. В плоскости диафрагмы (3) образуется дифракционная картина, описываемая гауссовым распределением. The laser beam undergoes diffraction by the inhomogeneities of the phase plate. In the plane of the diaphragm (3), a diffraction pattern is formed, described by a Gaussian distribution.

Возможен вариант, когда вместо, кюветы (8) используется сферическая линза (11) с выполненной на ее плоской поверхности фазовой пластиной (10). Этот вариант позволяет упростить работу устройства в связи с отсутствием воды внутри формирователя (2). Кроме того, упрощается конструкция формирователя (2) за счет изъятия фазовой пластины (10). Диаметр диафрагмы (3) регулируется. It is possible that instead of a cuvette (8) a spherical lens (11) is used with a phase plate made on its flat surface (10). This option allows to simplify the operation of the device due to the lack of water inside the shaper (2). In addition, the design of the former (2) is simplified by removing the phase plate (10). The diameter of the diaphragm (3) is adjustable.

Изображение диафрагмы (3) перестраивается объективом (5) на пациента (13) с заданным увеличением, обеспечивая на глазе размер пятна излучения 1-10 мм Плоскость изображения совпадает с плоскостью резкости микроскопа (14). Для проведения операций по поводу астигматизма после диафрагмы (3) располагается цилиндрическая линза (4), которая может вращаться вокруг оптической оси в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Направление образующей цилиндрической линзы (4) задает направление астигматизма. Величина астигматизма изменяется путем перемещения цилиндрической линзы (4) вдоль оптической оси относительно диафрагмы (3). Перемещение линзы (4) вплотную к диафрагме позволяет проводить операции по поводу миопии, перемещение линзы (4) в любые другие положения позволяет проводить операции по поводу устранения астигматизма различной степени. Вращение цилиндрической линзы (4) вокруг оптической оси в плоскости, перпендикулярной оптической оси, обеспечивает возможность коррекции астигматизма с заданным направлением осей. The image of the diaphragm (3) is rearranged by the lens (5) on the patient (13) with a given magnification, providing a 1-10 mm radiation spot size on the eye. The image plane coincides with the sharpness plane of the microscope (14). For astigmatism operations, a cylindrical lens (4) is located after the diaphragm (3), which can rotate around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the generatrix of the cylindrical lens (4) sets the direction of astigmatism. The magnitude of astigmatism is changed by moving the cylindrical lens (4) along the optical axis relative to the diaphragm (3). Moving the lens (4) close to the diaphragm allows you to perform operations for myopia, moving the lens (4) in any other position allows you to perform operations to eliminate astigmatism of varying degrees. The rotation of the cylindrical lens (4) around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis, allows the correction of astigmatism with a given direction of the axes.

Совместное перемещение формирователя (2), ирисовой диафрагмы (3) и объектива (5) позволяет менять масштаб изображения диафрагмы (3) в плоскости глаза. The joint movement of the shaper (2), the iris diaphragm (3) and the lens (5) allows you to change the image scale of the diaphragm (3) in the plane of the eye.

Сканирующее поворотное зеркало (6) направляет излучение на глаз пациента (13). Центр вращения зеркала (6) лежит на оптической оси. Случайные отклонения центра глаза (13) от оптической оси отслеживаются видеокамерой (12) и при помощи соответствующих отклонений поворотного зеркала (6) производится непрерывное совмещение центра пучка излучения с центром глаза (13). A scanning rotary mirror (6) directs radiation to the patient's eye (13). The center of rotation of the mirror (6) lies on the optical axis. Random deviations of the center of the eye (13) from the optical axis are monitored by a video camera (12) and, using the corresponding deviations of the rotary mirror (6), the center of the radiation beam is continuously aligned with the center of the eye (13).

Зеркало (6) частично пропускает лазерное излучение. Для измерения параметров распределения плотности энергии лазерного излучения за поворотным зеркалом (6) вдоль оптической оси располагается призма (15), гипотенузная грань которой расположена под углом 45 градусов к оптической оси. Далее излучение попадает на измерительную камеру (7). The mirror (6) partially transmits laser radiation. To measure the parameters of the distribution of the energy density of laser radiation behind the rotary mirror (6) along the optical axis, there is a prism (15), the hypotenuse face of which is located at an angle of 45 degrees to the optical axis. Next, the radiation enters the measuring chamber (7).

При проведении операций необходимо менять параметр ширины гауссова распределения для каждого пациента. Эти изменения производятся путем перемещения формирователя (2), ирисовой диафрагмы (3) и объектива (5) одновременно вдоль оптической оси. During operations, it is necessary to change the parameter of the width of the Gaussian distribution for each patient. These changes are made by moving the shaper (2), the iris (3) and the lens (5) simultaneously along the optical axis.

Перед началом каждой операции производится установка каждого из подвижных элементов схемы 2,3,4,5,6 в расчетные положения для получения требуемых параметров гауссова распределения, энергии и диаметра пятна воздействия на роговицу глаза. Этот результат контролируется с помощью видеокамеры (7). При необходимости производится дополнительная коррекция положения вышеперечисленных элементов 2,3,4,5,6. После этого производится воздействие лазерным излучением, обладающим специально подобранным для каждого глаза каждого пациента пространственным профилем распределения энергии, на глаз пациента. Before the start of each operation, each of the movable elements of the scheme 2,3,4,5,6 is installed in the calculated positions to obtain the required parameters of the Gaussian distribution, energy and diameter of the spot affecting the cornea of the eye. This result is monitored using a video camera (7). If necessary, an additional correction of the position of the above elements 2,3,4,5,6. After that, exposure to laser radiation is performed, which has a spatial energy distribution profile specially selected for each eye of each patient on the patient’s eye.

Предложенное устройство позволяет повысить стабильность воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, снизить сложность конструкции, уменьшить потери энергии, а также обеспечить однозначное достижение положительного медицинского эффекта при проведении хирургических операций по поводу миопии, миопического астигматизма и других заболеваний роговицы. The proposed device allows to increase the stability of reproduction of the required energy distribution profile, reduce the complexity of the design, reduce energy loss, and also ensure the unambiguous achievement of a positive medical effect during surgical operations for myopia, myopic astigmatism and other diseases of the cornea.

Claims

A device for forming a laser radiation profile containing a rotary cylindrical mirror, a Gaussian beam former, an iris, a cylindrical lens, a spherical lens, a rotary mirror, an energy distribution meter, characterized in that the Gaussian beam former is made in the form of a flow cell filled with distilled water, input the window of which is the phase plate, and the output is a spherical lens, the focus of which is the iris diaphragm, or the shaper is made in the form of a phase a plate located on the flat surface of a plano-convex lens, wherein the Gaussian radiation former and the diaphragm are arranged to move together along the optical axis, behind the iris diaphragm there is a cylindrical lens that can rotate around the optical axis, behind the cylindrical lens there is an output lens configured to reciprocating motion along the optical axis, scanning swivel mirror made with the possibility of angular movements in dv mutually perpendicular planes, and the center of rotation of the mirror is on the optical axis and the camera that monitors eye position, combined with the operating microscope.