SI24527A - Oftalmološka laserska naprava - Google Patents

Abstract

Pričujoči izum sodi v področje naprav za izvajanje selektivne laserske trabekuloplastike, natančneje v področje sistemov za prilagajanje energije laserskih pulzov s pomočjo avtomatske detekcije nastanka trabekularnih mehurčkov na očesu pacienta v terapevtski napravi, kar omogoča nastavljanje optimalne energije laserskega pulza tekom izvajanja operacije. Oftalmološka laserska naprava za izvajanje operativnega posega selektivne laserske trabekuloplastike deluje tako, da se po proženju laserskega pulza v delilniku (5) del slike usmeri v sklop (2) za zajem slikovnega gradiva, ki posreduje zajeto slikovno gradivo očesa (8) pacienta procesorskemu sistemu (3). Procesorski sistem (3) v odvisnosti od prejetega slikovnega gradiva iz sklopa (2) in algoritma (11) za prepoznavo slikovnega gradiva na osnovi preddefiniranega algoritma (12) krmili variabilni atenuacijski filter (7), ki zmanjša ali poveča energijo laserskega pulza.

Description

Oftalmološka laserska naprava

Predmet izuma je naprava za izvajanje terapevtskega posega selektivne laserske trabekuloplastike za zdravljenje glavkoma odprtega zakotja in njen postopek delovanja, ki omogoča avtonomno prilagajanje energijskih vrednosti naprave in s tem učinkovitejše izvajanje operativnega posega.

Tehnični problem, ki ga pričujoči izum rešuje, je, kako omogočiti prilagajanje energije laserskih pulzov s pomočjo avtomatske detekcije nastanka trabekularnih mehurčkov na očesu pacienta v terapevtski napravi za selektivno lasersko trabekuloplastiko, kar bi omogočalo nastavljanje optimalne energije laserskega pulza tekom izvajanja operacije. Avtomatsko prilagajanje energije laserskih pulzov bi omogočalo avtonomno delovanje naprave, kar bi pomenilo tudi zmožnost, da so operativni posegi izvedeni bližje pragu za nastanek trabekularnih mehurčkov in bi bili na ta način tudi bolj ponovljivi. Problem detekcije zračnih mehurčkov, vključujoč njihove velikosti, število, hitrosti in smeri, ki nastanejo pri energijah, ki presegajo prag nastanka trabekularnih mehurčkov med operacijo glavkoma z metodo SLT, ter posledično regulacije in izbire energijskih vrednosti laserskega pulza, naj bo rešen na relativno enostaven, cenovno ugoden in tehnično zanesljiv način.

Glavkom je pogosta očesna bolezen, pri kateri je vidni živec okvarjen na mestu, kjer izstopa iz očesa. Zaradi teh poškodb se vid nepovratno poslabša. Pogostnost glavkoma s starostjo narašča; pri 80 letih je obolelih že več kot 4% populacije. Okvara vidnega živca je pri glavkomu največkrat povezana z visokim očesnim tlakom, ki nastane zaradi oteženega odtekanja prekatne vodke skozi trabekularno tkivo. Če je tlak v očesu previsok, se vidni živec mehanično poškoduje, kar ima za posledico odmrtje živčnih vlaken. Zaradi visokih stroškov zdravljenja z zdravili se je pojavila potreba po drugačni rešitvi. Tehnika zdravljenja s pomočjo laserja je znana kot laserska trabekuloplastika. Odkril jo je Latina in je opisana v ameriškem patentu številka 5549596, imetnika The General Hospital Corporation. Latina je opisal uporabo pulznega frekvenčno podvojenega Nd:YAG laserja za lasersko trabekuloplastiko.

Selektivna laserska trabekuloplastika (v nadaljevanju SLT) je izboljšana tehnologija glede na starejšo tehniko, ki se imenuje argonska laserska trabekuloplastika (ALT).

». »»· «··.*·

Argonska laserska trabekuloplastika povzroča trajne koagulacijske poškodbe (zaradi termalnih učinkov) in se zato na vsakem očesu uporablja praviloma samo enkrat. Metodo SLT pa lahko na pacientu izvedemo večkrat. Ta metoda ne povzroči koagulacije trabekularnega tkiva, selektivna absorpcija v melaninu pa spodbuja ter olajša odtekanje prekatne vodke. Zaradi selektivnega načina delovanja pri osvetljevanju trabekularnega tkiva na samem tkivu po aplikaciji laserskega pulza ni vizualnih sprememb, viden efekt pa je nastanek trabekularnih mehurčkov, ki se pojavijo, ko energija preseže prag za njihov nastanek. Zaradi tega razloga je tudi sam operativni protokol vezan na ta energijski prag, kot je to opisano v nadaljevanju.

Operativni protokol selektivne laserske trabekuloplastike pri uporabi obstoječih komercialnih rešitev je sledeč. Zdravnik prične poseg pri nizki energiji laserja (tipično 0,8 mJ) s pulzi, ki so krajši od 5 ns in imajo valovno dolžino 532 nm. Nato energijo povečuje, dokler zdravnik preko binokularja vizualno ne prepozna nastanka trabekularnih mehurčkov. Zdravnik ob zaznavi mehurčkov zniža energijo laserja malo pod energijski prag za nastanek trabekularnih mehurčkov. Na ta način mora zdravnik med izvajanjem operativnega posega subjektivno uravnavati tudi energijo laserskega pulza.

Do sedaj znane naprave zahtevajo, da zdravnik vidno in subjektivno prepozna nastanek trabekularnega mehurčka ter na podlagi te subjektivne ocene sam prilagaja energijo laserskih pulzov.

V patentu EP1540403 je opisan laserski sistem, ki združuje delovanje dveh naprav, fotodisruptorja in laserske naprave za selektivno lasersko trabekuloplastiko, v eni napravi. Pri tej rešitvi ni avtomatičnega zaznavanja nastanka trabekularnih mehurčkov in prilagajanja energije laserskih pulzov med posegom na pacientu.

V patentu EP1377243 je opisan optični laserski sistem, ki omogoča izvajanje fotokoagulacije mrežnice in laserske trabekuloplastike, pri čemer ni omogočena kontrola in avtomatska regulacija energije laserskih pulzov med posegom na pacientu.

Po patentu SI22509 je znan optični sistem za selektivno lasersko trabekuloplastiko, ki zagotavlja homogeno gostoto energije in oster rob pike laserskega pulza na tarči.

-- ·*· ···

Tudi ta rešitev ne rešuje problema regulacije in izbire energijskih vrednosti laserskega pulza med operacijo.

Predloženi izum, za razliko od dosedanjih rešitev, rešuje problem prilagajanja laserskih parametrov pri selektivni laserski trabekuloplastiki s pomočjo avtomatske detekcije nastanka trabekularnih mehurčkov na očesu pacienta. Na tej osnovi omogoča rešitev avtomatsko prilagajanje energije laserskih pulzov ter hkrati razbremeni zdravnika, ki se lahko v večji meri posveti sami izvedbi operativnega posega, kar v znanih rešitvah ni primer. Poleg tega omogoča opisana tehnična rešitev večjo ponovljivost izvajanja celotnega posega, saj avtonomno delovanje naprave pomeni tudi zmožnost, da so operativni posegi izvedeni bližje praga za nastanek trabekularnih mehurčkov in so na ta način tudi bolj ponovljivi.

Opis rešitve tehničnega problema

Bistvo oftalmološke laserske naprave in postopka njenega delovanja po izumu je v tem, da naprava vključuje sistem za zajem slik, ki služi kot osnova za avtomatsko detekcijo trabekularnih mehurčkov pri izvajanju operativnega posega selektivne laserske trabekuloplastike, in procesorski sistem, ki s pomočjo vpisanih algoritmov ovrednoti zajeto slikovno gradivo, prepozna nastanek trabekularnega mehurčka med izvajanjem operativnega posega in sproži avtomatično reguliranje energijske vrednosti laserskega pulza.

Predložen izum bo opisan na izvedbenem primeru oftalmološke laserske naprave za selektivno lasersko trabekuloplastiko z avtomatsko detekcijo trabekularnih mehurčkov in slikah, ki prikazujejo:

Slika 1 - Shema oftalmološke laserske naprave

Slika 2 - Blok shema povratne zanke

Slika 3 - Algoritem za avtonomno prilagajanje energije laserskih pulzov

Slika 4 - Slika zračnih mehurčkov ·* *·· *.·«.·

Oftalmološka laserska naprava za izvajanje operativnega posega selektivne laserske trabekuloplastike deluje tako, da se po proženju laserskega pulza v delilniku 5 del slike iz optične osi 10 biomikroskopa usmeri v sklop 2 za zajem slikovnega gradiva, ki posreduje zajeto slikovno gradivo očesa 8 pacienta procesorskemu sistemu 3. Procesorski sistem 3 v odvisnosti od prejetega slikovnega gradiva iz sklopa 2 in algoritma 11 za prepoznavo slikovnega gradiva na osnovi preddefiniranega algoritma 12 krmili variabilni atenuacijski filter 7, ki zmanjša ali poveča energijo laserskega pulza.

Oftalmološka laserska naprava in postopek njenega delovanja po tem izumu omogočata, ne glede na uporabljene elemente ali tipe algoritma, detekcijo zračnih mehurčkov, njihove velikosti, števila, hitrosti in smeri, ki nastanejo pri energijah, ki presegajo prag nastanka trabekularnih mehurčkov med operacijo glavkoma z metodo SLT, na podlagi česar naprava bodisi opozori zdravnika bodisi v avtonomnem režimu delovanja odreagira z ustrezno prilagoditvijo nastavitve variabilnega atenuacijskega filtra. Avtonomija, do katere se naprava lahko sama odloča, da bo povečevala ali manjšala izbrano energijo posega, mora biti omejena na nekaj korakov večanja ali manjšanja vrednosti energije posega. Tipična vrednost koraka večanja oziroma manjšanja energije posega je 0,1 mJ.

Oftalmološka laserska naprava z avtomatsko detekcijo trabekularnih mehurčkov v pacientovem očesu 8 ima v napravi 1 za selektivno lasersko trabekuloplastiko preko delilnika žarka 5 pred binokularjem 6 vgrajen sistem 2 za zajem slikovnega gradiva. V napravo 1 za selektivno lasersko trabekuloplastiko je vključen procesorski sistem 3, ki z algoritmom 11 procesira slikovno gradivo iz sistema 2 in na osnovi preddefiniranega algoritma 12 za prilagajanje energije laserskih pulzov krmili variabilni atenuacijski filter 7. Špranjska svetilka 4, ki je del naprave 1, opravlja funkcijo osvetljevanja trabekularnega tkiva med izvajanjem operativnega posega SLT pri osvetlitvi, ki omogoča zdravniku 13 zadostno vidljivost tkiva in hkrati zadostno vidljivost pilotnega žarka, s katerim se izbira mesto apliciranja laserskega pulza. Pri zajemu slikovnega gradiva je ključnega pomena zadostna osvetlitev, zato ima špranjska svetilka 4 opisane naprave zmožnost kratkotrajnega delovanja oz. oddajanja pulzov s tipično dolžino 100 ms, pri zvišani svetilnosti. Interval zvišane svetilnosti se sproži ob laserskem pulzu in omogoči sistemu 2 za zajem slikovnega gradiva zajem kvalitetnih zaporednih posnetkov, ki služijo kot osnova za nadaljnjo * * · ·» ···««« obdelavo in procesiranje, pri čemer se tipično zajame pet zaporednih slik. Na ta način dodatna povečana osvetlitev ni moteča niti za pacienta niti za zdravnika. Sistem 2 za zajem slikovnega gradiva je lahko katera koli naprava, katere namen je preko optičnega zaznavala zajemati sliko (komercialne/industrijske kamere, digitalni fotoaparati, zrcalno-refleksni fotoaparati, ipd.).

Postopek delovanja celotne naprave je sledeč: v skladu z ustaljenim operativnim protokolom se v primeru previsoke energije laserskega pulza na mestu posega pojavijo trabekularni mehurčki. Sistem 2 med posegom zajame slikovno gradivo, na katerem lahko obstaja trabekularni mehurček, ter ga posreduje algoritmu 11 za prepoznavo obstoja mehurčkov. Algoritem 11 iz slikovnega gradiva pridobi podatke o obstoju, velikosti in hitrosti mehurčkov in jih posreduje algoritmu 12 za prilagajanje energije laserskih pulzov. Algoritem 12 nato pošlje krmilni signal variabilnemu atenuacijskemu filtru 7, ki zmanjša energijo laserskega pulza na primerno stopnjo glede na velikost oziroma število mehurčkov, oziroma ustrezno poveča energijo v primeru, če trabekularni mehurčki niso vidni. Procesiranje slikovnega gradiva in nastavitev variabilnega atenuacijskega filtra 7 se izvedeta v času, krajšem od 0,33 s, kar omogoča avtonomno delovanje naprave pri proženju z največjo frekvenco 3 Hz. Pri tem je potrebno poudariti, da se avtonomno delovanje naprave nanaša zgolj na izbiro energije in ne na samo proženje laserskega izvora 9, ki ga izvaja zdravnik 13. Energijo laserskih pulzov lahko v primeru izklopa avtonomnega delovanja naprave prilagaja zdravnik 13 tudi ročno, in sicer bodisi povsem po lastni presoji bodisi na podlagi informacije, ki jo pridobi iz algoritma 12 za prilagajanje energije laserskih pulzov.

Blok shema postopka delovanja celotne naprave je prikazana na sliki 2. Po izvedenem laserskem pulzu se prepoznava nastanka mehurčkov izvaja z algoritmom 11 za prepoznavo trabekularnih mehurčkov in njihovih lastnosti, ki zajema slike iz sistema za zajem slik 2 in nato iz niza slik oziroma iz ene same slike, v primeru stacionarnih mehurčkov, izlušči oblike podobne mehurčkom, v kolikor le-ti obstajajo, kot to v izbranem primeru prikazuje slika 4. Algoritem 11 nato nadaljuje s procesiranjem teh oblik in iz dobljenih oblik pridobi tudi njihovo število, velikost, smer in hitrost premikanja. Hitrost, oblika in zadostna velikost so trije izmed kriterijev za odločitev o obstoju trabekularnih mehurčkov. Izhodni parameter algoritma 11 je informacija o obstoju mehurčkov, o njihovi velikosti in številu. Primer algoritma 11 je .: .:. .:. .:.

lahko iskanje razlik med tremi zaporednimi slikami, ki se jih najprej pretvori v 1-bitne, črno-bele slike. Algoritem 11 razlike 1-bitnih slik sešteje in s tem pridobi informacijo o objektih, ki so se premaknili. Nato algoritem 11 zbere vsaj dve 1-bitni sliki premikov (slika 4) in na podlagi prednastavljenih kriterijev ugotavlja, ali so zajete oblike mehurčki. Prednastavljeni kriteriji so oblika, hitrost in velikost mehurčka (objekta). V kolikor je obstoj mehurčka prepoznan, ga algoritem 11 razvrsti kot majhnega ali velikega na podlagi njegove velikosti in hitrosti. Algoritem 11 za prepoznavo mehurčkov nato posreduje podatke o obstoju mehurčkov, njihovemu številu in njihovi velikosti v algoritem 12 za prilagajanje energije laserskih pulzov, ki na podlagi preddefiniranih vrednosti s pomočjo variabilnega atenuacijskega filtra 7 ustrezno zmanjša oziroma poveča energijo laserskega pulza. Tipične spremembe energijskih vrednosti znašajo 0,1 m J, pri čemer je korak spremembe odvisen od velikosti in števila nastalih trabekufarnih mehurčkov. Na ta način se na osnovi algoritma 11 za prepoznavo mehurčkov in algoritma 12 za prilagajanje energije laserskih pulzov doseže avtonomno delovanje nastavljanja energije laserskih pulzov.

Izvedbeni primer algoritma 12 za prilagajanje energije avtonomnega delovanja terapevtske laserske naprave za selektivno lasersko trabekuloplastiko je prikazan na sliki 3. Ob inicializaciji algoritem 12 nastavi začetno energijo laserskih pulzov na 0,8 mJ. Zdravnik lahko, glede na lastno subjektivno oceno, ročno izbere drugo začetno vrednost energije pulzov. Po vsakem izvršenem laserskem pulzu algoritem 11 za prepoznavo trabekularnih mehurčkov pošlje informacijo o obstoju in lastnostih mehurčkov v algoritem 12 za prilagajanje energije laserskih pulzov. V kolikor mehurčki obstajajo, algoritem 12 za prilagajanje najprej ugotovi, ali gre za mehurčke

1. ali 2. razreda. V primeru mehurčkov prvega razreda zmanjša energijo pulza za 0,05 mJ, v primeru mehurčkov 2. razreda pa za 0,1 mJ. Razred nastalih mehurčkov je določen glede na njihovo število, velikost, hitrost in smer. Tako je dogodek prvega razreda, na primer dogodek, ko algoritem 11 za prepoznavo trabekularnih mehurčkov prepozna en sam mehurček. Dogodek drugega razreda pa, ko je prepoznanih več mehurčkov, oziroma pride do nastanka večjega mehurčka. V kolikor mehurček ne obstaja, algoritem preveri, ali je bila energija pulza med izvajanjem posamičnega operativnega posega že zmanjšana. V kolikor je bila energija že zmanjšana, algoritem prilagaja energijo v primeru, ko pri dveh zaporednih pulzih mehurčki niso nastali. Energijo drugega zaporednega pulza v tem primeru poveča za 0,05 mJ. Če ·: :. .:. -:.

energija laserju med izvajanjem operativnega posega še ni bila zmanjšana, algoritem najprej preveri, ali je trenutna energija manjša od 1,1 mJ. Ta omejitev največje energije je postavljena zaradi zagotavljanja varnosti pacientov, saj tipične energije pri izvajanju SLT operativnih posegov ne presegajo 1,2 mJ. V kolikor je energija pulza manjša od 1,1 mJ, algoritem naslednjemu pulzu poveča energijo za 0,1 mJ. V nasprotnem primeru algoritem 12 avtonomno ne prilagodi energije, temveč zgolj opozori zdravnika na dosežen energijski prag in mu predlaga ročno zvišanje energije. Energija pulzov se uravnava s pomočjo variabilnega atenuacijskega filtra 7.

Opisani algoritem omogoča, da zdravnik SLT poseg ves čas izvaja v okolici praga za nastanek trabekularnih mehurčkov. Na ta način opisan postopek razbremeni zdravnika, poveča ponovljivost izvajanja operativnega posega in izboljša učinkovitost zdravljenja.

Oftalmološka laserska naprava ima lahko dve kameri za zajem slikovnega gradiva, ki omogočata prikazovanje tri dimenzionalne slike zajetega slikovnega gradiva, kar algoritmu 11 za prepoznavo slik služi kot dodatna informacija, ki omogoča optimizacijo celotnega algoritma in s tem natančnejše krmiljenje variabilnega atenuacijskega filtra 7, ki zmanjša ali poveča energijo laserskega pulza.

Oftalmološka laserska naprava s pomočjo sistema za zajem slik, ki preko delilnika žarka zajema slikovno gradivo iz optične osi biomikroskopa, s pomočjo prednastavljenega algoritma omogoča avtomatsko detekcijo nastanka mehurčkov pri izvajanju operativnih posegov v očesu pacienta. Tako zasnovana naprava omogoča avtonomno prilagajanje energijskih vrednosti laserskega pulza na osnovi zajetega slikovnega gradiva pri izvajanju operativnih posegov v oftalmologiji.

Claims (10)

1. Oftalmološka laserska naprava za izvajanje operativnega posega selektivne laserske trabekuloplastike, značilna po tem, da se po proženju laserskega pulza v delilniku (5) del slike usmeri v sklop (2) za zajem slikovnega gradiva, ki posreduje zajeto slikovno gradivo očesa (8) pacienta procesorskemu sistemu (3); da procesorski sistem (3), v odvisnosti od prejetega slikovnega gradiva iz sklopa (2) in algoritma (11) za prepoznavo slikovnega gradiva na osnovi preddefiniranega algoritma (12), krmili variabilni atenuacijski filter (7), ki zmanjša ali poveča energijo laserskega pulza.

2. Oftalmološka laserska naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da vključuje prepoznavo obstoja trabekularnega mehurčka in po potrebi tudi njihovega števila, velikosti, hitrosti in smeri premikanja, kar služi kot vhodni podatek za variabilni atenuacijski filter, da zmanjša izstopno energijo laserskega pulza oziroma energijo laserskega pulza ustrezno poveča v primeru, če trabekularni mehurček ni zaznan.

3. Oftalmološka laserska naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da vključuje poleg možnosti avtonomnega prilagajanja laserske energije tudi režim delovanja pri katerem naprava izda opozorilo zdravniku o obstoju in drugih značilnostih trabekularnih mehurčkov.

4. Oftalmološka laserska naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da vključuje poleg možnosti avtonomnega prilagajanja laserske energije na podlagi obstoja in drugih značilnosti trabekularnega mehurčka tudi režim delovanja, pri katerem naprava zdravniku predlaga izbiro ustrezne izstopne energije laserja.

5. Oftalmološka laserska naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da vgrajena špranjska svetilka (4) omogoča kratkotrajno delovanja pri zvišani svetilnosti za doseganje optimalnega kontrasta med trabekularnim mehurčkom in okoljskim tkivom za zajem kvalitetnega slikovnega gradiva.

6. Oftalmološka laserska naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima vgrajen sistem (2) za zajem slik, ki vključuje dve kameri za zajem slikovnega gradiva, ki omogočata prikazovanje tri dimenzionalne slike zajetega slikovnega gradiva in omogočata dodatno informacijo algoritmu (11) za prepoznavo slik.

7. Oftalmološka laserska naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da s pomočjo sistema (2) za zajem slik, ki preko delilnika žarka (5) zajema slikovno gradivo iz optične osi biomikroskopa, ter s pomočjo prednastavljenega algoritma (11) omogoča avtomatsko detekcijo nastanka mehurčkov in avtonomno prilagajanje energijskih

8. Postopek delovanja oftalmološke laserske naprave, značilen po tem, da se po sproženem laserskem pulzu prepoznava nastanka mehurčkov izvaja z algoritmom (11) za prepoznavo trabekularnih mehurčkov in njihovih lastnosti, ki zajema slike iz sistema (2) za zajem slik in nato iz niza slik izlušči oblike podobne mehurčkom, v kolikor le-ti obstajajo; da algoritem (11) nato nadaljuje s procesiranjem teh oblik in iz dobljenih oblik pridobi tudi njihovo število, velikost, smer in hitrost premikanja; da so hitrost, oblika in zadostna velikost trije kriteriji za odločitev o obstoju trabekularnih mehurčkov; da je izhodni parameter algoritma (11) informacija o obstoju mehurčkov, o njihovi velikosti in številu.

9. Postopek delovanja oftalmološke laserske naprave po zahtevku 8, značilen po tem, da izvaja algoritem (11) iskanje razlik med zaporednimi slikami, ki so najprej pretvorjene v 1-bitne, črno-bele slike; da algoritem (11) razlike 1-bitnih slik sešteje in s tem pridobi informacijo o objektih, ki so se premaknili; da nato algoritem (11) zbere vsaj dve 1-bitni sliki premikov in na podlagi prednastavljenih kriterijev ugotavlja, ali so zajete oblike mehurčki; da so prednastavljeni kriteriji oblika, hitrost in velikost mehurčka (objekta); da v kolikor je obstoj mehurčka prepoznan, ga algoritem (11) razvrsti kot majhnega ali velikega na podlagi njegove velikosti in hitrosti;

9 ·· * · · ····« vrednosti laserskega pulza na osnovi zajetega slikovnega gradiva pri izvajanju operativnih posegov v oftalmologiji.

10. Postopek delovanja oftalmološke laserske naprave po zahtevku 8, značilen po tem, da algoritem (11) za prepoznavo mehurčkov posreduje podatke o obstoju mehurčkov in njihovih velikosti v algoritem (12), ki na podlagi preddefiniranih vrednosti s pomočjo variabilnega atenuacijskega filtra (7) ustrezno zmanjša oziroma poveča energijo laserskega pulza.