МАНИПУЛЯТОР ЛАЗЕРНОГО ХИРУРГИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 1995 года по МПК A61B17/36 

Изобретение относится к лазерной хирургии, в частности к системам доставки лазерного излучения от источника к точке воздействия, и может быть использовано в лазерных скальпелях, коагуляторах, лазерных технологических установках.

Известны манипуляторы для лазерных хирургических аппаратов (патент США N 3913582, кл. A 61 B 17/36, 1975; заявка Японии N 60-25133, кл. A 61 B 17/36, 1985; заявка Японии N 55-26359, кл. A 61 B 17/36, 1980), cодержащие жесткие светопроводящие трубки, ручной инструмент для наведения сфокусированного лазерного пучка в точку воздействия, фокусирующую оптическую систему, встроенную в ручной инструмент, зеркальные оптические шарниры, соединяющие трубки между собой, а также с ручным инструментом и с источником лазерного излучения. Зеркальные оптические шарниры имеют, по крайней мере, одно зеркало и ось вращения. Зеркала оптических шарниров установлены так, что независимо от углов поворота шарниров лазерный пучок распространяется вдоль оси манипулятора. Возможность вращения оптических шарниров позволяет изменять положение манипулятора и воздействовать на любую точку и под любыми углами в пределах операционного пространства.

Недостатками этих манипуляторов являются достаточно высокие требования к точности установки и сохранения во время эксплуатации положения зеркал оптических шарниров, а также достаточно жесткие требования к биению осей вращения шарниров. При изменении положения зеркал, а также при биениях осей вращения оптических шарниров происходит отклонение лазерного пучка от оси манипулятора и в результате пучок уводится из апертуры фокусирующей системы. Указанная особенность проявляется тем сильнее, чем больше удален шарнир от фокусирующей системы, а также чем больше шарниров содержит манипулятор (из-за накапливания эффекта от отдельных шарниров).

Известны манипуляторы (патент США N 4473071 кл. A 61 B 17/36, от 1984), в которых часть необходимых степеней свободы обеспечивается движением закрепленного в подвижную подвеску источника лазерного излучения. При этом уменьшается необходимое число шарниров манипулятора и его длина.

Недостатком данных манипуляторов является то, что положительный эффект достигается за счет существенного усложнения конструкции хирургического аппарата, поскольку требуются система балансировки массивных частей подвески, а также подвижные коммуникации (электропитания, охлаждение и др.) к источнику лазерного излучения.

Наиболее близким техническим решением предлагаемому является манипулятор, содержащий светопроводящие трубки, ручной инструмент для оперирования сфокусированным лазерным пучком, фокусирующую оптическую систему и зеркальные оптические шарниры. Фокусирующая оптическая система встроена в ручной инструмент. Оптические шарниры соединяют между собой светопроводящие трубки, а также свободные концы крайних трубок с ручным инструментом и с источником лазерного излучения.

Недостатком этого технического решения является то, что сравнительно небольшая возможная разъюстировка зеркал оптических шарниров во время эксплуатации, а также биения в осях вращения шарниров уводят лазерный пучок из апертуры фокусирующей оптической системы.

Целью изобретения является уменьшение увода лазерного пучка за апертурную диафрагму фокусирующей оптической системы при возможных разъюстировках или биениях в оптических шарнирах манипулятора.

Цель достигается тем, что в манипулятор, содержащий светопроводящие трубки, ручной инструмент для оперирования сфокусированным пучком, фокусирующую оптическую систему, которой снабжен ручной инструмент, зеркальные оптические шарниры, соединяющие светопроводящие трубки между собой, а также свободные концы крайних трубок с ручным инструментом и с источником лазерного излучения, вводится корректирующая оптическая система, расположенная между фокусирующей оптической системой и одним из шарниров, преимущественно наиболее удаленным от фокусирующей системы, причем корректирующая система изображает апертурную диафрагму фокусирующей системы в область указанного шарнира.

Для компенсации возможных уводов от двух или более шарниров вводятся две или более (по числу компенсируемых шарниров) корректирующие оптические системы, расположенные между фокусирующей оптической системой и оптическими шарнирами, причем первая корректирующая система изображает апертурную диафрагму фокусирующей системы в область одного из указанных шарниров, а вторая и все следующие корректирующие системы последовательно переносят изображение апертурной диафрагмы фокусирующей системы в область следующих шарниров.

Для уменьшения числа оптических элементов в канале манипулятора зеркалу одного из промежуточных шарниров придается кривизна, например, в форме внеосевого сегмента параболоида вращения, причем фокусное расстояние указанного зеркала таково, что апертурная диафрагма фокусирующей оптической системы изображается в область оптического шарнира, преимущественно наиболее удаленного от фокусирующей системы.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что корректирующая оптическая система исправляет траекторию отклоненного лазерного пучка и направляет его к центру апертурной диафрагмы фокусирующей системы. При этом, если изображение апертурной диафрагмы фокусирующей системы и точка отклонения траектории лазерного пучка совпадают, увод компенсируется полностью, а если не совпадают, увод уменьшается в К=Г(L/ δ L) раз, где Г линейное увеличение изображения диафрагмы; L расстояние до апертурной диафрагмы; δ L расстояние до изображения апертурной диафрагмы.

В манипуляторе, имеющем две или более корректирующие оптические системы, каждая последовательно возвращает отклоненный лазерный пучок на оси манипулятора в точках, лежащих в области оптических шарниров, а первая корректирующая система (ближняя к фокусирующей системе) направляет пучок в центр апертурной диафрагмы фокусирующей системы.

При введении в манипулятор зеркала, имеющего кривизну, это зеркало совмещает в себе функции зеркала оптического шарнира и корректирующей оптической системы, т.е. является зеркалом-корректором.

На фиг.1 показан манипулятор, имеющий одну корректирующую оптическую систему; на фиг. 2 ход лазерного пучка в манипуляторе с одной корректирующей системой; на фиг.3 манипулятор, имеющий две корректирующие оптические системы; на фиг.4 ход лазерного пучка в манипуляторе с двумя корректирующими системами; на фиг.5 манипулятор с зеркалом-корректором; на фиг.6 ход лазерного пучка в манипуляторе с зеркалом-корректором.

Манипулятор (фиг.1) имеет светопроводящие трубки 1, ручной инструмент 2 с фокусирующей системой 3, зеркальные оптические шарниры 4-6 с зеркалами 7 и муфтами 8, а также корректирующую оптическую систему 9. Отклонение лазерного пучка от оси манипулятора в процессе эксплуатации может происходить из-за разъюстировки зеркал 7 вследствие вибраций, температурных поводок и т.д. а также из-за биения осей вращения шарниров 4-6 вследствие износа или люфта муфт вращения 8.

Действие корректирующей оптической системы 9 поясняет фиг.2. Лазерный пучок, отклоненный в точке 10, лежащей в области шарнира 4, корректирующей системой 9 направляется в центр апертуры фокусирующей системы 3. Это имеет место, если корректирующая система 9 изображает апертурную диафрагму фокусирующей системы 3 в точку 10 отклонения пучка, т.е. плоскость апертурной диафрагмы и плоскость, проходящая через точку 10, оптически сопряжены. Причем компенсируются разъюстировки шарнира 4.

Устройство манипулятора с двумя корректирующими оптическими системами поясняет фиг. 3. Этот манипулятор отличается наличием второй корректирующей системы 11. Совместное действие двух корректирующих систем поясняет фиг.4. Лазерный пучок, отклоненный в точке 10 вблизи шарнира 4 корректирующей системой 11 возвращается на ось манипулятора в точке 12, лежащей вблизи шарнира 5. Вследствие возможной разъюстировки шарнира 5 лазерный пучок может испытать дополнительное отклонение вблизи точки 12. Корректирующая система 9 направляет пучок, отклоненный в точке 12, в центр апертурной диафрагмы фокусирующей системы 3. Корректирующая система 9 изображает апертурную диафрагму фокусирующей системы 3 в точку 12, а корректирующая система 11 переносит изображение в точку 10, т.е. плоскости, проходящие через точку 10, точку 12 и апертурную диафрагму фокусирующей системы оптически сопряжены. В этом случае компенсируются разъюстировки двух шарниров: шарнира 4 и шарнира 5.

Устройство манипулятора с зеркалом-корректором изображено на фиг.5. Зеркало-корректор 13 имеет кривизну и является одновременно зеркалом шарнира 5 и корректирующей оптической системой.

Действие зеркала-корректора поясняет фиг.6. Компенсируются разъюстировки шарнира 4.

Таким образом, корректирующая оптическая система позволяет скомпенсировать уводы лазерного пучка за апертуру фокусирующей оптической системы, происходящей вследствие разъюстировок оптических шарниров в процессе эксплуатации. Это достигается незначительным усложнением конструкции манипулятора.

Использование: в лазерной хирургии, в частности в системах доставки лазерного излучения от источника к точке воздействия, и может быть использовано в лазерных скальпелях, коагуляторах, лазерных хирургических установках. Сущность изобретения: манипулятор содержит светопроводящие трубки, ручной инструмент, фокусирующую систему и оптические шарниры. В манипулятор введена коррегирующая оптическая система, которая изображает апертурную диафрагму фокусирующей системы в область одного из шарниров, предпочтительно наиболее удаленного. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. МАНИПУЛЯТОР ЛАЗЕРНОГО ХИРУРГИЧЕСКОГО АППАРАТА, содержащий светопроводящие трубки, ручной инструмент для оперирования с фокусирующей оптической системой, а также зеркальные шарниры, соединяющие светопроводящие трубки между собой и крайние светопроводящие трубки соответственно с ручным инструментом и лазером, отличающийся тем, что манипулятор дополнительно содержит коррегирующую оптическую систему для компенсации разъюстирования зеркальных шарниров, расположеннную между фокусирующей системой и шарнирами так, что апертурная диафрагма фокусирующей системы оптически сопряжена по крайней мере с одним из шарниров. 2. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что апертурная диафрагма оптически сопряжена с наиболее удаленнным от нее шарниром. 3. Манипулятор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что коррегирующая система выполнена линзовой. 4. Манипулятор лазерного хирургического аппарата, содержащий светопроводящие трубки, ручной инструмент для оперирования с фокусирующей оптической системой, а также зеркальные шарниры, соединяющие светопроводящие трубки между собой и крайние светопроводящие трубки соответственно с ручным инструментом и лазером, отличающийся тем, что зеркало одного из промежуточных шарниров выполнено с кривизной, обеспечивающей оптическое сопряжение апертурной диафрагмы фокусирующей системы с наиболее удаленным от нее шарниром.