RU2196558C2

RU2196558C2 - Device for building laser radiation pattern

Info

Publication number: RU2196558C2
Application number: RU2000124893A
Authority: RU
Inventors: Л.Ф. Линник; А.В. Дога; В.С. Тюрин; В.А. Сугробов; А.Г. Евсюков; А.Д. Семенов
Original assignee: Государственное учреждение Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза"
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has rotatable cylindrical mirror, Gauss beam former, iris aperture movable together with the Gauss beam former along the optical axis, spherical lens and rotatable mirror. Rotating flat parallel plate is mounted behind the iris aperture with simultaneous independent movements like rotation relative to the optical axis and changing beam axis incidence angle on the flat parallel plate. Spherical lens reciprocally movable along the optical axis, rotatable mirror angularly movable in two orthogonal planes is positioned so that mirror rotation center belongs to the optical axis. After being reflected from the rotatable mirror, laser radiation comes to patient eye cornea surface. Operation microscope objective has video camera following eye position. EFFECT: enhanced effectiveness of hypermetropia, hypermetropic astigmatism operations. 2 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 формирования профиля лазерного излучения, в котором путем послойного испарения роговицы импульсным УФ-излучением с длиной волны 193 нм производится изменение кривизны роговицы (см. а.с. 2129853). A device is known for forming a laser radiation profile, in which, by layer-by-layer evaporation of the cornea by pulsed UV radiation with a wavelength of 193 nm, a change in the curvature of the cornea is made (see AS 2129853).

Посылаемое на глаз излучение лазера имеет Гауссов профиль, который формируется при помощи проточной кюветы, заполненной дистиллированной водой. Для проведения операций по поводу астигматизма излучение растягивается в эллипс при помощи цилиндрической линзы. Поворот составляющей цилиндрической линзы определяет ось астигматизма. The laser radiation sent to the eye has a Gaussian profile, which is formed using a flow cell filled with distilled water. To conduct astigmatism surgery, the radiation is stretched into an ellipse using a cylindrical lens. The rotation of the component of the cylindrical lens determines the axis of astigmatism.

Недостатком описанного устройства является малый коэффициент полезного действия (большие потери энергии), невозможность проводить операции по поводу коррекции гиперметропии и гиперметропического астигматизма. The disadvantage of the described device is the low efficiency (large energy losses), the inability to carry out operations for the correction of hyperopia and hyperopic astigmatism.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение проведения операций по поводу коррекции гиперметропии и гиперметропического астигматизма и других заболеваний роговицы. The technical problem solved by the invention is the provision of operations for the correction of hyperopia and hyperopic astigmatism and other diseases of the cornea.

Эта техническая задача решается тем, что в предлагаемом устройстве для формирования профиля лазерного излучения, содержащем поворотное цилиндрическое зеркало, формирователь Гауссового пучка, ирисовую диафрагму, выполненную с возможностью совместного перемещения с формирователем Гауссового пучка вдоль оптической оси, сферическую линзу, поворотное зеркало согласно изобретению, что за ирисовой диафрагмой находится вращающаяся плоскопараллельная пластина, выполненная с возможностью одновременных независимых перемещений - вращения относительно оптической оси и изменения угла падения оси пучка на поверхность плоскопараллельной пластины, далее расположена сферическая линза, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, поворотное зеркало, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси, после поворотного зеркала излучение лазера поступает на поверхность роговицы глаза пациента, объектив операционного микроскопа снабжен видеокамерой, следящей за положением глаза. This technical problem is solved in that in the proposed device for forming a laser radiation profile containing a rotary cylindrical mirror, a Gaussian beam shaper, an iris diaphragm configured to move together with a Gaussian beam shaper along the optical axis, a spherical lens, a rotary mirror according to the invention, which behind the iris diaphragm is a rotating plane-parallel plate made with the possibility of simultaneous independent movements - rotation about relative to the optical axis and the change in the angle of incidence of the beam axis on the surface of a plane-parallel plate, then there is a spherical lens made with the possibility of reciprocating motion along the optical axis, a rotary mirror made with the possibility of angular movements in two mutually perpendicular planes, while the center of rotation of the mirror lies on the optical axis, after a rotary mirror, laser radiation enters the surface of the cornea of the patient’s eye, the lens of the operating microscope is equipped with a video a camera that monitors the position of the eye.

Предлагаемое устройство поясняется фиг.1 и 2. The proposed device is illustrated in figures 1 and 2.

Устройство содержит: поворотное цилиндрическое зеркало 1, формирователь Гауссового пучка 2, ирисовую диафрагму 3, плоскопараллельную пластину 4, сферическую линзу 5, поворотное зеркало 6, профилометр 7. Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой плосковыпуклую сферическую линзу, на плоской поверхности которой выполнена фазовая пластина, в фокусе которой расположена ирисовая диафрагма 3, при этом формирователь Гауссового пучка и диафрагма выполнены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. За диафрагмой 3 находится вращающаяся плоскопараллельная пластина 4, выполненная с возможностью одновременных независимых перемещений - вращения относительно оптической оси и изменения угла падения оси пучка на поверхность плоскопараллельной пластины в диапазоне 0-40^o. Далее расположена сферическая линза 5, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оптической оси, поворотное зеркало 6, выполненное с возможностью угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом центр вращения зеркала лежит на оптической оси. После поворотного зеркала 6 излучение лазера поступает на поверхность роговицы глаза пациента 8 и в объектив операционного микроскопа 9, снабженного видеокамерой 10, следящей за положением глаза.The device comprises: a rotary cylindrical mirror 1, a Gaussian beam shaper 2, an iris diaphragm 3, a plane-parallel plate 4, a spherical lens 5, a rotary mirror 6, a profilometer 7. A Gaussian beam shaper 2 is a plane-convex spherical lens, on a flat surface of which a phase plate is made, the focus of which is the iris diaphragm 3, while the Gaussian beam former and the diaphragm are made with the possibility of joint movement along the optical axis. Behind the diaphragm 3 is a rotating plane-parallel plate 4, made with the possibility of simultaneous independent movements - rotation relative to the optical axis and changing the angle of incidence of the beam axis on the surface of the plane-parallel plate in the range 0-40 ^o . Next is a spherical lens 5, made with the possibility of reciprocating motion along the optical axis, a rotary mirror 6, made with the possibility of angular movements in two mutually perpendicular planes, while the center of rotation of the mirror lies on the optical axis. After the rotary mirror 6, the laser radiation enters the surface of the cornea of the eye of the patient 8 and into the lens of the operating microscope 9, equipped with a video camera 10 that monitors the position of the eye.

Работа предлагаемого устройства производится следующим образом. The operation of the proposed device is as follows.

Излучение лазера с длиной волны 193 нм и произвольным распределением энергии по сечению пучка отражается цилиндрическим зеркалом 1 под углом 45^o, проходит через формирователь Гауссового пучка 2, который служит для создания распределения Гаусса в плоскости ирисовой диафрагмы 3. Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой плосковыпуклую сферическую линзу, на плоской поверхности которой выполнена фазовая пластина, в фокальной плоскости которой расположена ирисовая диафрагма 3. Диаметр ирисовой диафрагмы 3 изменяется шаговым двигателем (на чертеже не показан) по команде компьютера. Формирователь Гауссового пучка 2 и ирисовая диафрагма 3 могут перемещаться вдоль оптической оси на оптическом столе (на чертеже не показан) с шаговым двигателем. Сферическая линза 5 строит изображение ирисовой диафрагмы 3 в плоскости глаза 8 с заданным увеличением. Для изменения масштаба изображения и сохранения положения плоскости глаза 8 сферическая линза 5 перемещается на оптическом столе при помощи шагового двигателя (на чертеже не показано), а одновременно с этим происходит перемещение формирователя Гауссового пучка 2 и ирисовой диафрагмы 3 вдоль оптической оси на оптическом столе (на чертеже не показано) с шаговым двигателем.Laser radiation with a wavelength of 193 nm and an arbitrary distribution of energy over the beam cross section is reflected by a cylindrical mirror 1 at an angle of 45 ^o , passes through a Gaussian beam former 2, which serves to create a Gaussian distribution in the plane of the iris diaphragm 3. Gaussian beam former 2 is a plano-convex spherical a lens on the flat surface of which a phase plate is made, in the focal plane of which there is an iris diaphragm 3. The diameter of the iris diaphragm 3 is changed by a stepper motor Lem (not shown) at the command of a computer. The Gaussian beam former 2 and the iris 3 can move along the optical axis on an optical table (not shown in the drawing) with a stepper motor. A spherical lens 5 builds an image of the iris 3 in the plane of the eye 8 with a given magnification. To change the image scale and maintain the position of the plane of the eye 8, the spherical lens 5 is moved on the optical table using a stepper motor (not shown), and at the same time, the Gaussian beam former 2 and the iris 3 are moved along the optical axis on the optical table (on not shown) with a stepper motor.

Формирователь Гауссового пучка 2 представляет собой плосковыпуклую сферическую линзу, на плоской поверхности которой выполнена фазовая пластина. Пучок лазерного излучения претерпевает дифракцию на неоднородностях фазовой пластины. Все дифрагировавшие пучки накладываются друг на друга в фокальной плоскости линзы формирователя Гауссового пучка 2, давая в результате идеально гладкое распределение Гаусса. The Gaussian beam former 2 is a plano-convex spherical lens, on a flat surface of which a phase plate is made. The laser beam undergoes diffraction by the inhomogeneities of the phase plate. All diffracted beams overlap each other in the focal plane of the lens of the Gaussian beam former 2, resulting in a perfectly smooth Gaussian distribution.

Особенностью излучения лазера является неодинаковая расходимость по двум взаимно перпендикулярным направлениям, что приводит к незначительной эллиптичности пятна в плоскости диафрагмы 3. Для коррекции этого недостатка на входе формирующей системы используется цилиндрическое поворотное зеркало 1 с регулируемой кривизной поверхности. 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. To correct this drawback at the input of the forming system, a cylindrical rotary mirror 1 with an adjustable surface curvature is used.

В фокусе линзы устанавливается диафрагма 3, обрезающая края распределения и задающая размер зоны абляции на глазе. Края излучения обрезаются по уровню интенсивности, немного превышающим порог абляции, что приводит к сглаживанию краев зоны абляции. Изображение диафрагмы 3 перестраивается объективом 5 на глаз пациента 8 с заданным увеличением, обеспечивая на глазе размер пятна 1-10 мм. A diaphragm 3 is installed at the focus of the lens, cutting off the edges of the distribution and setting the size of the ablation zone on the eye. The edges of the radiation are cut off at an intensity level slightly higher than the ablation threshold, which leads to smoothing of the edges of the ablation zone. The image of the diaphragm 3 is rearranged by the lens 5 to the patient's eye 8 with a predetermined magnification, providing a spot size of 1-10 mm on the eye.

После диафрагмы 3 лазерный пучок падает на плоскопараллельную пластину 4 и, проходя через нее, ось пучка выходит параллельно оптической оси. Вращение пластины вокруг оптической оси обеспечивает описание лазерным пучком окружности на роговице пациента в плоскости глаза 8, а изменение угла наклона плоскопараллельной пластины 4 меняет расстояние выхода лазерного пучка от оптической оси, обеспечивая тем самым изменение диаметра окружности на роговице в плоскости глаза 8. After the diaphragm 3, the laser beam falls on a plane-parallel plate 4 and, passing through it, the beam axis goes parallel to the optical axis. The rotation of the plate around the optical axis allows the laser beam to describe the circumference on the patient’s cornea in the plane of the eye 8, and changing the angle of inclination of the plane-parallel plate 4 changes the distance of the laser beam from the optical axis, thereby changing the diameter of the circle on the cornea in the plane of the eye 8.

Плоскость изображения совпадает с плоскостью резкости операционного микроскопа 9. Для изменения масштаба изображения и сохранения положения плоскости глаза 8 линза 5 перемещается на оптическом столе при помощи шагового двигателя, а одновременно с этим происходит перемещение формирователя Гауссового пучка 2 и ирисовой диафрагмы 3 вдоль оптической оси на оптическом столе с шаговым двигателем. The image plane coincides with the sharpness plane of the operating microscope 9. To change the image scale and maintain the position of the eye plane 8, the lens 5 is moved on the optical table using a stepper motor, and at the same time, the Gaussian beam former 2 and the iris 3 are moved along the optical axis on the optical a table with a stepper motor.

Поворотное зеркало 6 имеет 100% коэффициент отражения для лазерного излучения и направляет излучение на глаз пациента 8. Случайные отклонения центра глаза 8 от оптической оси отслеживаются видеокамерой 10 сквозь поворотное зеркало 6, которое прозрачно для видимого излучения. При случайных отклонениях центра глаза 8 от центра поля зрения операционного микроскопа 9 при помощи соответствующих отклонений поворотного зеркала 6 производится непрерывное соответствующее перемещение центра пучка излучения. The swivel mirror 6 has a 100% reflection coefficient for laser radiation and directs the radiation to the patient's eye 8. Random deviations of the center of the eye 8 from the optical axis are tracked by the video camera 10 through the swivel mirror 6, which is transparent to visible radiation. In case of random deviations of the center of the eye 8 from the center of the field of view of the operating microscope 9, using the corresponding deviations of the rotary mirror 6, a continuous corresponding movement of the center of the radiation beam is made.

При проведении операции необходимо менять ширину гауссова распределения для каждого пациента. Эти изменения производятся путем перемещения формирователя Гауссового пучка 2 совместно с ирисовой диафрагмой 3 и линзы 5 одновременно вдоль оси лазерного излучения. Перемещения отрабатываются под управлением компьютера в заданном диапазоне и с расчетной точностью. During the operation, it is necessary to change the width of the Gaussian distribution for each patient. These changes are made by moving the Gaussian beam former 2 together with the iris diaphragm 3 and the lens 5 simultaneously along the axis of the laser radiation. Displacements are worked out under computer control in a given range and with design accuracy.

При изменении размера пятна в плоскости глаза 8 меняется плотность энергии по всему сечению пучка. Поэтому, при изменении размера пучка, компьютер дает команду на изменение энергии лазера. When changing the size of the spot in the plane of the eye 8 changes the energy density over the entire cross section of the beam. Therefore, when changing the size of the beam, the computer gives a command to change the laser energy.

Параметры излучения измеряются профилометром 7 (на чертеже не показан), и при установлении заданного распределения плотности энергии выдается разрешение на проведение операции. The radiation parameters are measured by a profilometer 7 (not shown in the drawing), and when a predetermined distribution of the energy density is established, permission is issued for the operation.

Перед началом каждой операции производится установка каждого из подвижных элементов устройства 2-6 в расчетные положения для получения требуемых параметров Гауссового распределения, энергии и диаметра пятна воздействия на роговицу глаза. Этот результат контролируется с помощью камеры 10. При необходимости производится дополнительная коррекция положения перечисленных элементов. После этого производится воздействие лазерным излучением, обладающим специально подобранным для каждого глаза каждого пациента пространственным профилем распределения энергии, на глаз пациента 7. Before the start of each operation, each of the movable elements of the device 2-6 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 controlled using camera 10. If necessary, an additional correction of the position of the listed elements is performed. After that, exposure to laser radiation with a specially selected spatial profile of energy distribution for each eye of each patient is performed on the patient’s eye 7.

Предложенное устройство позволяет повысить стабильность воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, уменьшить потери энергии, а также обеспечить однозначное достижение положительного медицинского эффекта при проведении хирургических операций по поводу коррекции аномалий рефракции (гиперметропии, гиперметропического астигматизма различной степени с заданным направлением осей) и других заболеваний роговицы. The proposed device allows to increase the stability of reproduction of the required energy distribution profile, reduce energy loss, and also ensure the unambiguous achievement of a positive medical effect during surgical operations for the correction of refractive errors (hyperopia, hyperopic astigmatism of varying degrees with a given axis direction) and other diseases of the cornea.

Claims

A device for forming a laser radiation profile, comprising a rotary cylindrical mirror, a Gaussian beam former, an iris diaphragm arranged to move together with a Gaussian beam former along the optical axis, a spherical lens, a rotary mirror, characterized in that a rotating plane-parallel plate is located behind the iris diaphragm, made with the possibility of simultaneous independent movements - rotation relative to the optical axis and changing the angle of incidence of the beam axis and on the surface of a plane-parallel plate, then there is a spherical lens made with the possibility of reciprocating motion along the optical axis, a rotary mirror made with the possibility of angular movements in two mutually perpendicular planes, while the center of rotation of the mirror lies on the optical axis, after the rotary mirror the radiation the laser enters the surface of the cornea of the patient’s eye, the lens of the operating microscope is equipped with a video camera that monitors the position of the eye.