RU2405514C1

RU2405514C1 - Device for surgical correction of ocular reflection anomalies

Info

Publication number: RU2405514C1
Application number: RU2009124428/14A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Сугробов (RU); Виктор Александрович Сугробов
Original assignee: Виктор Александрович Сугробов
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-12-10

Abstract

FIELD: medicine. ^ SUBSTANCE: invention belongs to medical equipment, notably to devices for surgical correction of ocular reflection anomalies. Device includes ultraviolet pulse laser with square section beam, along beam situated diaphragm, optical scanner for laser beam control and output lens. Output laser beam is connected to input of cylindrical telescope, which is enclosed in body and consists of cylindrical lenses; telescope's ratio is equal to proportion of bigger and smaller sizes of laser beam's orthogonal section. Front surface of cylindrical telescope's input lens is matted. ^ EFFECT: application of invention enables to enhance Gaussian distribution quality and stability of laser beam energy density on cornea due to beam contraction and dispersion on matted surface. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и предназначено для коррекции аномалий рефракции глаза.The invention relates to medicine, in particular to ophthalmology, and is intended for the correction of abnormalities of eye refraction.

Известна установка для коррекции роговицы глаза, реализующая указанный способ (патент США № US RE37504 Е, кл. 606/5, от 8 января 2002 г.). Данная установка содержит хирургический импульсно-периодический УФ-лазер, установленные на общей с хирургическим лазером оптической оси диафрагму, двухкоординатный гальваносканер, проекционную линзу, формирующую на поверхности глаза пациента световое аблирующее пятно излучения УФ-лазера, поворотное дихроичное зеркало, центрирующий лазер видимого диапазона, компьютерную систему управления и микроскоп. Недостатком известного устройства является неравномерное распределение плотности энергии в пятне лазера, что приводит к большой шероховатости поверхности роговицы и может приводить к нестабильным рефракционным результатам и к послеоперационному астигматизму.A known installation for the correction of the cornea of the eye that implements the specified method (US patent No. US RE37504 E, CL 606/5, January 8, 2002). This setup contains a surgical pulsed-periodic UV laser mounted on a diaphragm mounted on a common optical axis with a surgical laser, a two-axis galvanoscanner, a projection lens that forms a light ablating UV laser spot on the patient’s eye surface, a rotating dichroic mirror, a visible visible center laser, and a computer control system and microscope. A disadvantage of the known device is the uneven distribution of energy density in the laser spot, which leads to a large surface roughness of the cornea and can lead to unstable refractive results and postoperative astigmatism.

Наиболее близким к предлагаемому является установка для коррекции роговицы глаза (патент RU 2230538 C1, от 26 декабря 2002 г.). Лазерная установка содержит хирургический импульсно-периодический лазер, расположенные на общей с хирургическим лазером оптической оси: сменную диафрагму, двухкоординатный гальваносканер, проекционную линзу, поворотное дихраичное зеркало, микроскоп, центрирующий лазер видимого диапазона, компьютерную систему управления и фоточувствительное устройство определения относительных координат аблирующего пятна, соединенное с системой управления.Closest to the proposed is the installation for the correction of the cornea of the eye (patent RU 2230538 C1, December 26, 2002). The laser installation contains a surgical pulse-periodic laser located on a common optical axis with a surgical laser: a replaceable diaphragm, a two-coordinate galvanoscanner, a projection lens, a rotary dichroic mirror, a microscope, a centering laser of the visible range, a computer control system and a photosensitive device for determining the relative coordinates of the ablation spot, connected to the control system.

Недостатком данного устройства является то, что из выходного пучка лазера при помощи диафрагмы вырезается наиболее равномерная область, которая далее поступает в оптический тракт. Эта область исходно содержит в себе неоднородности выходного пучка, которые усиливаются при долговременной работе лазера за счет загрязнения зеркал. На этом этапе теряется значительная часть энергии. Кроме того, при прогреве лазера меняется распределение выходной энергии и соответственно меняется распределение внутри диафрагмы. Это приводит к большой шероховатости поверхности роговицы и может приводить к нестабильным рефракционным результатам.The disadvantage of this device is that the most uniform region is cut out of the laser output beam using a diaphragm, which then enters the optical path. This region initially contains inhomogeneities of the output beam, which are amplified by long-term laser operation due to contamination of the mirrors. At this stage, a significant part of the energy is lost. In addition, when the laser is heated, the distribution of the output energy changes and, accordingly, the distribution inside the diaphragm changes. This leads to a large surface roughness of the cornea and can lead to unstable refractive results.

Цель изобретения - обеспечение максимально гладкой поверхности роговицы при проведении рефракционных операций за счет повышения качества и стабильности гауссова распределения в пятне лазера, перемещающегося по поверхности роговицы в соответствии с заданным алгоритмом.The purpose of the invention is to ensure the smoothest surface of the cornea during refractive operations by improving the quality and stability of the Gaussian distribution in the spot of a laser moving along the surface of the cornea in accordance with a given algorithm.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем ультрафиолетовый импульсный лазер с выходным пучком прямоугольного сечения, оптический сканер для управления лазерным пучком, диафрагму, выходную линзу и устройство формирования пучка, последнее выполнено в виде цилиндрического телескопа, состоящего из двух цилиндрических линз, причем плоская поверхность входной цилиндрической линзы является матовой поверхностью с заданной степенью шероховатости, обеспечивающей формирование гауссова распределения плотности энергии лазерного пучка на выходе телескопа.The goal is achieved in that in a device containing an ultraviolet pulsed laser with an output beam of a rectangular cross section, an optical scanner for controlling a laser beam, a diaphragm, an output lens and a beam forming device, the latter is made in the form of a cylindrical telescope consisting of two cylindrical lenses, with a flat surface the input cylindrical lens is a matte surface with a given degree of roughness, providing the formation of a Gaussian distribution of the energy density of the laser beam and at the exit of the telescope.

На чертеже показано предлагаемое устройство.The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит ультрафиолетовый импульсный лазер 1, заключенный в корпус цилиндрический телескоп 2, состоящий из цилиндрической линзы 3 с матовой поверхностью 5 и цилиндрической линзы 4, диафрагму 6, сканер 7, выходную линзу 8.The device contains an ultraviolet pulsed laser 1, a cylindrical telescope 2 enclosed in a housing, consisting of a cylindrical lens 3 with a matte surface 5 and a cylindrical lens 4, an aperture 6, a scanner 7, an output lens 8.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Пучок ультрафиолетового импульсного лазера 1 с длиной волны 193 нм, с прямоугольным сечением M×N (где М - большая сторона прямоугольника, а N - малая) и неравномерным распределением энергии проходит через цилиндрический телескоп 2, состоящий из цилиндрических линз 3 и 4. Кратность телескопа равна отношению K=M/N, что обеспечивает преобразование прямоугольного пучка в квадратный с сечением N×N. Распределение плотности энергии в пучке на выходе лазера неравномерно. В сечении пучка, проходящем через центр пучка по короткой оси, распределение близко к гауссову, а по длинной оси оно представляет собой неравномерную полку с заваленными краями. Преобразование пучка из прямоугольного в квадратный приводит к выравниванию энергии в пучке, и он становится близким к гауссову по двум взаимноперпендикулярным сечениям. Но качество пучка и в этом случае остается плохим, так как в распределении энергии наблюдаются сильные неоднородности. Кроме того, эти неоднородности нестабильны и зависят от загрязнения зеркал резонатора лазера, степени прогрева лазера, энергии накачки и частоты импульсов.A beam of ultraviolet pulsed laser 1 with a wavelength of 193 nm, with a rectangular cross section M × N (where M is the large side of the rectangle and N is small) and uneven distribution of energy passes through a cylindrical telescope 2, consisting of cylindrical lenses 3 and 4. The magnification of the telescope equal to the ratio K = M / N, which ensures the conversion of a rectangular beam into a square beam with a cross section N × N. The distribution of the energy density in the beam at the laser output is uneven. In the beam cross section passing through the center of the beam along the short axis, the distribution is close to Gaussian, and along the long axis it is an uneven shelf with littered edges. The transformation of the beam from rectangular to square leads to equalization of energy in the beam, and it becomes close to Gaussian in two mutually perpendicular sections. But the quality of the beam in this case also remains poor, since strong inhomogeneities are observed in the energy distribution. In addition, these inhomogeneities are unstable and depend on the contamination of the laser cavity mirrors, the degree of laser heating, pump energy, and pulse frequency.

За счет распространения пучка через матовую (рассеивающую) поверхность 5 на передней грани цилиндрической линзы 3 распределение энергии по поперечным осям становится гауссовым. Матовая поверхность преобразует пучок в гауссов, делая его идеально гладким. Рассеивающая поверхность 5 изготавливается с такой степенью шероховатости, чтобы рассеяние лазерного излучения происходило в заданный телесный угол θ. Матовую поверхность можно представить в виде хаотического набора впадин и вершин с характерным масштабом 30-80 мкм. Пучок лазера с размером, например, M×N мм можно рассматривать как совокупность элементарных пучков по размерам, сравнимыми с неоднородностями матовой поверхности. Каждый элементарный пучок рассеивается на соответствующем участке поверхности в телесный угол, величина которого зависит от масштаба и высоты неоднородности. Рассеянные пучки перекрывают друг друга, и за счет этого на выходе телескопа получается стабильное гладкое гауссово распределение энергии. При размерах пучка 2×6 мм удобно использовать трехкратный цилиндрический телескоп для получения на выходе пучка с размером 2х2 мм.Due to the propagation of the beam through the matte (scattering) surface 5 on the front face of the cylindrical lens 3, the energy distribution along the transverse axes becomes Gaussian. The matte surface converts the beam into Gaussian, making it perfectly smooth. The scattering surface 5 is made with such a degree of roughness that the scattering of laser radiation occurs at a given solid angle θ. The matte surface can be represented as a chaotic set of depressions and peaks with a characteristic scale of 30-80 microns. A laser beam with a size of, for example, M × N mm can be considered as a set of elementary beams in size comparable with the inhomogeneities of the matte surface. Each elementary beam is scattered on the corresponding surface section into a solid angle, the magnitude of which depends on the scale and height of the inhomogeneity. The scattered beams overlap each other, and due to this, a stable smooth Gaussian energy distribution is obtained at the telescope output. With a beam size of 2 × 6 mm, it is convenient to use a triple cylindrical telescope to obtain a beam with a size of 2x2 mm at the output.

Далее квадратный пучок обрезается круглой диафрагмой по уровню порога абляции (примерно 13% от максимальной энергии гауссова распределения) и превращается в пучок с круглым сечением. Диаметр диафрагмы выбирается близким по размеру к N для максимального использования энергии лазера.Next, the square beam is cut off with a circular diaphragm at the ablation threshold level (approximately 13% of the maximum energy of the Gaussian distribution) and turns into a beam with a circular cross section. The aperture diameter is chosen close in size to N for maximum use of laser energy.

Далее пучок попадает на зеркало сканера 7, который может направлять пучок в заданную точку поверхности роговицы с частотой до 500 Гц. Линза 8 преобразует диаметр пучка на диафрагме в заданный размер пучка на поверхности роговицы 9.Then the beam hits the mirror of the scanner 7, which can direct the beam to a given point on the surface of the cornea with a frequency of up to 500 Hz. Lens 8 converts the diameter of the beam at the diaphragm into a given beam size on the surface of the cornea 9.

Пациент проходит обследование на диагностической аппаратуре, и на основе этих данных производится расчет операции. В процессе операции компьютер дает команду сканеру направить пучок в заданные координаты, а лазеру команду на излучение импульса. Этот процесс продолжается до тех пор, пока лазер не отстреляет все расчетные точки. Таким образом, испаряя роговичную ткань по заданному алгоритму, можно корригировать миопию, гиперметропию, миопический и гиперметропический астигматизм и другие аномалии рефракции глаза.The patient is examined on diagnostic equipment, and based on these data, the calculation of the operation is performed. During the operation, the computer instructs the scanner to direct the beam to the specified coordinates, and the laser command to emit a pulse. This process continues until the laser shoots all the calculated points. Thus, by evaporating the corneal tissue according to a predetermined algorithm, one can correct myopia, hyperopia, myopic and hyperopic astigmatism, and other anomalies of eye refraction.

При работе ультрафиолетового импульсного лазера наблюдается нестабильность параметров от времени. В некоторых аналогичных установках из исходного пучка лазера вырезается наиболее равномерная часть при помощи диафрагмы. При прогреве лазера пучок меняет свое положение, и в части пучка, вырезанной диафрагмой, непредсказуемо меняется распределение энергии, что приводит к увеличению шероховатости поверхности роговицы, изменению калибровки по энергии и к нестабильности результатов.During operation of an ultraviolet pulsed laser, instability of the parameters is observed with time. In some similar installations, the most uniform part is cut out of the original laser beam using a diaphragm. When the laser warms up, the beam changes its position, and the energy distribution unpredictably changes in the part of the beam cut out by the diaphragm, which leads to an increase in the surface roughness of the cornea, a change in energy calibration, and instability of the results.

Предлагаемое устройство полностью исключает этот недостаток, так как обеспечивает стабильность распределения энергии в выходном пучке при небольших изменениях направления пучка лазера.The proposed device completely eliminates this disadvantage, as it ensures the stability of the energy distribution in the output beam with small changes in the direction of the laser beam.

При работе лазера в течение нескольких дней его выходная энергия падает и для поддержания заданного уровня требуется повышать энергию накачки, что, в свою очередь, приводит к изменению распределения энергии и увеличению шероховатости поверхности, то есть ухудшению ее качества.When the laser is operated for several days, its output energy decreases and in order to maintain a given level, it is necessary to increase the pump energy, which, in turn, leads to a change in the energy distribution and an increase in surface roughness, i.e., a deterioration in its quality.

При длительной работе лазера в течение нескольких месяцев происходит загрязнение зеркал резонатора и зеркал оптической системы, что приводит к изменению распределения энергии.During prolonged operation of the laser for several months, the cavity mirrors and the mirrors of the optical system become contaminated, which leads to a change in the energy distribution.

Предлагаемое устройство полностью исключает эти недостатки, так как обеспечивает стабильность распределения энергии в пятне на поверхности роговицы, несмотря на изменения в выходном пучке лазера и загрязнение оптического тракта.The proposed device completely eliminates these disadvantages, as it ensures the stability of the energy distribution in the spot on the surface of the cornea, despite changes in the output laser beam and contamination of the optical path.

После цилиндрического телескопа пучок остается параллельным, а следовательно, размер пятна не будет изменяться при отклонениях поверхности роговицы от фокальной плоскости. Эта особенность дает возможность упростить систему слежения за глазом и делать ее двумерной вместо трехмерной.After a cylindrical telescope, the beam remains parallel, and therefore, the spot size will not change when the surface of the cornea deviates from the focal plane. This feature makes it possible to simplify the eye tracking system and make it two-dimensional instead of three-dimensional.

Claims

A device for surgical correction of anomalies of refraction of the eye, containing an ultraviolet pulsed laser with an output beam of a rectangular cross section, a diaphragm located in the direction of the laser beam, an optical scanner for controlling the laser beam, an output lens, characterized in that the output laser beam is connected to the input of a cylindrical telescope enclosed in the case and consisting of cylindrical lenses, while the multiplicity of the cylindrical telescope is equal to the ratio of the large and small sides of the rectangular section of the laser beam, input cylindrical lens telescope has a matte surface on the front face.