УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОФТАЛЬМОХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ Российский патент 1999 года по МПК A61F9/07 A61N5/06 

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано при хирургическом лечении катаракты.

Известно устройство для удаления катарактальных тканей (US Patent N 5403307 от 4 апреля 1995 г.), содержащее источник лазерного излучения и операционный микроскоп.

Недостатками этого устройства являются невозможность работы с твердыми хрусталиковыми массами, длительность процедуры и травматичность, связанная с неоптимальностью воздействия.

Известно устройство для офтальмохирургических операций, содержащее источник лазерного излучения, лазерный наконечник и устройство ирригации-аспирации с наконечником (проспект фирмы Premier Laser Systems Jnc 5/1996 г.).

Недостатками этого устройства являются невозможность работы с твердыми хрусталиковыми массами, длительность процедуры и травматичность, связанная с неоптимальностью воздействия.

Задачей изобретения является разработка устройства для эффективного и атравматического удаления твердых хрусталиковых масс.

Техническим результатом является достижение полного разрушения и аспирации фрагментов твердых хрусталиковых масс с минимальным риском развития изменений в окружающих хрусталик тканях глаза.

Технический результат достигается тем, что устройство для офтальмохирургических операций, содержащее источник лазерного излучения, лазерный наконечник и устройство ирригации-аспирации с наконечников, согласно изобретению дополнительно снабжено устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны для одновременного действия на естественный хрусталик глаза, при этом устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено из материала, поглощающего лазерное излучение, стенки устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны прозрачны на длине волны лазерного излучения, а площадь поверхности устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны меньше или равна площади поверхности устройства для концентрации лазерно-индуцированной волны.

Устройство для концентрации лазерно-индуцированной волны может быть выполнено в виде полого стержня, стенки которого прозрачны на длине волны лазерного излучения, а поперечное сечение стержня представляет собой или прямоугольник, или круг, или эллипс.

Устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть образовано путем нанесения на поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны материала, поглощающего лазерное излучение.

Возможен вариант, при котором устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны выполнены как единое целое.

Между устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны может находится пространство, заполненное материалом, акустическое сопротивление которого меньше чем 100 кг/(м²•с).

Вариантом устройства может быть то, при котором устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено в виде прямой или изогнутой полосы, нанесенной на внутреннюю или внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны.

Возможен вариант, при котором устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны нанесено на внутреннюю или внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны, а поверхность устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны представляет собой по крайней мере одну поверхность эллиптического типа.

Устройство для преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может располагаться внутри стенок устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны.

Возможен вариант, при котором устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны имеет углубления, заполненные материалом устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны.

Поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны может представлять собой усеченную поверхность вращения, по крайней мере, второго порядка
Устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть установлено снаружи или внутри устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны.

Возможен вариант, при котором устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено в виде полого стержня, установленного снаружи или внутри устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны.

Источник лазерного излучения может дополнительно содержать модулятор, частота модуляции которого равна или кратна резонансной частоте устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны.

Продольные оси лазерного наконечника и устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны могут быть направлены под углом друг к другу.

Другим вариантом является тот, при котором лазерный наконечник, устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны и наконечник устройства ирригации-аспирации выполнены как единое целое.

Длина волны источника лазерного излучения может лежать в пределах 1,06 - 2,9 мкм.

Устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны может быть выполнено из флюорита, сапфира, кварца, фосфатного стекла.

Устройство для преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть выполнено из серебра, золота, платины, алюминия, углерода или представлять собой микрочастицы вышеперечисленных материалов.

Разрушение тканей естественного или катарактального хрусталика лазерным излучением происходит вследствие их быстрого нагрева в пучке высокоинтенсивного лазерного излучения, за счет избирательного поглощения света.

Как показали исследования авторов, при облучении тканей хрусталика (в том числе, катарактального) наблюдается термооптическое возбуждение акустических колебаний в месте воздействия и окружающем его пространстве. При этом мощность образующейся акустической волны увеличивается с ростом мощности лазерного излучения и частоты модуляции светового потока. Эффективность преобразования энергии лазерного излучения в энергию акустической волны определяется характерной комбинацией (η) теплофизических параметров среды и для тканей хрусталика составляет величину порядка 40%.

Авторы настоящего изобретения предлагают использовать энергию лазерно-индуцированной акустической волны, для дополнительного разрушения ткани хрусталика и его фрагментов. Сутью настоящего предложения является разработка систем концентрации лазерно-индуцированной акустической волны на хрусталике или его фрагментах. Системы концентрации, отражая акустическую волну, собирают ее энергию в хрусталике. Эффективность концентратора в основном определяются коэффициентом отражения акустической волны и формой концентратора. Форма концентратора может быть различной и, в общем случае, поверхность его представляет собой разомкнутую криволинейную поверхность. При этом размеры входного отверстия должны быть соизмеримы с размерами фрагментов биоткани. Коэффициент отражения для акустической волны должен быть максимален.

Как показали исследования авторов, для более эффективной трансформации лазерного излучения в энергию акустической волны необходимо использовать преобразователи лазерного излучения в энергию акустической волны, при этом в качестве материала преобразователя нужно использовать материалы, параметр η для которых лежит в диапазоне 10^-9 - 10^-15 см²/Вт, что позволяет получить эффективное преобразование энергии. Необходимо отметить, что эффективность преобразования прямо пропорциональна коэффициенту поглощения материала, в этой связи предпочтительно использовать материалы с коэффициентом поглощения большим 1 см^-1.

Стенки устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны выполнены из прозрачного на длине волны лазерного излучения материала, так как в этом случае, попадая внутрь устройства для концентрации, лазерное излучение, взаимодействуя с фрагментами хрусталика и эффективно трансформируясь в акустическую волну, способствует эффективной их деструкции и аспирации. Кроме того данное техническое решение существенно снижает габариты устройства.

Устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть нанесено на поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны, при этом организуется молекулярный контакт между материалами преобразователя и концентратора, который практически со 100%-ной эффективностью передает акустические колебания от преобразователя в концентратор, а затем - в биоткань.

Устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны могут быть выполнены как единое целое, при этом стенка концентратора или преобразователя выполняется из материала с градиентом показателя поглощения, например, за счет лигирования кварца частицами с коэффициентом светопоглощения α ≈ 100 см^-1, концентрация которых переменна от одного края стенки к другому.

В случае, если между устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны имеется пространство, его заполняют материалом, акустическое сопротивление которого меньше, чем 100 кг/(м² • с). В противном случае акустическая волна может быть поглощена материалом наполнителя и не достигнуть биоткани.

Площадь поверхности устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть меньше или равна площади поверхности устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. При этом часть лазерного излучения проникает внутрь объема устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны, дополнительно дефрагментируя биоткань.

Устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть нанесено на внутреннюю или внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны в виде прямой или изогнутой полосы, кроме того, поверхность устройства преобразования лазерного излучения представляет собой по крайней мере одну поверхность эллиптического типа.

При этом достигается необходимая для эффективной деструкции ткани периодичность облученных лазерной и акустической волнами участков биоткани.

Кроме того, устройство для преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть расположено внутри стенок устройства для концентрации лазерно-индуцированной волны, что позволяет существенно снизить габариты устройства и добиться наиболее эффективного преобразования части лазерного излучения в энергию акустической волны.

По этой же причине, устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны может иметь углубления, заполненные материалом устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны.

Поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны может представлять собой усеченную поверхность вращения по крайней мере второго порядка. В этом случае облучение биоткани может производиться вне устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны, а формирующаяся акустическая волна будет собираться внутри этого устройства.

Устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть установлено снаружи или внутри устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. В частности, устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны может быть выполнено в виде полого стержня, установленного снаружи или внутри устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. Полый стержень отличает высокая технологичность, а расположение преобразователя внутри или снаружи полого стержня зависит от массо-габаритных характеристик системы и требований к шероховатости поверхности канала аспирации.

Источник лазерного излучения дополнительно содержит модулятор, частота модуляции которого равна или кратна резонансной частоте устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. Модуляция лазерного излучения позволит более эффективно преобразовать лазерное излучение в энергию акустической волны, так как с ростом глубины модуляции доля акустической мощности возрастает, а резонансные явления позволят наиболее эффективно передать энергию акустической волны в биоткань.

Выполнение устройства в воде, когда продольные оси лазерного наконечника и устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны направлены под углом друг к другу, позволяет существенно повысить манипуляционную гибкость устройства для офтальмохирургических операций и уменьшить диаметр отверстия в глазном яблоке. При этом угол выбирается из соотношения числовых апертур лазерного наконечника и устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-17, где показано устройство для офтальмохирургических операций и его варианты.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, где 1 - источник лазерного излучения, 2 - лазерный наконечник, 3 - устройство ирригации - аспирации, 4 - наконечник устройства ирригации-аспирации, 5 - устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны, 6 - устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны, 7 - объект (хрусталик глаза или его фрагмент).

На фиг. 2 изображен вариант, при котором поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны (концентратор) 5 представляет собой разомкнутую криволинейную поверхность по крайней мере второго порядка (концентратор 5 может быть в виде полого стержня).

Виды поперечных сечений устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5, выполненного в виде полого стержня, стенки которого прозрачны на длине волны лазерного излучения, представлены на фиг.3. На фиг. 3а представлено поперечное сечение в виде прямоугольника, на фиг. 3б - круга, на фиг. 3в - эллипса.

На фиг. 4 представлено устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны 6, образованное путем нанесения на поверхности устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5 материала, поглощающего лазерное излучение.

На фиг. 5 изображен вариант, при котором между устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны 6 и устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5 имеется пространство, заполненное материалом 8, акустическое сопротивление которого меньше, чем 100 кг (м²•с).

На фиг. 6 изображено устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны 6, выполненное в виде прямой (фиг. 6а) или изогнутой (фиг. 6б) полосы, нанесенной на внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5 (вариант нанесения аналогичных полос на внутреннюю поверхность на чертежах не показан).

На фиг. 7 изображен вариант, при котором устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны 6 нанесено на внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5, а поверхность устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны представляет собой по крайней мере одну поверхность эллиптического типа (вариант нанесения на внутреннюю поверхность на чертежах не показан).

На фиг. 8 приведен вариант, при котором устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны 6 расположено внутри стенок устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5.

На фиг. 9 приведен вид устройства, при котором устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5 имеет углубления, заполненные материалом устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны 6. Вид устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5, поверхность которого представляет собой усеченную поверхность вращения по крайней мере второго порядка, приведен на фиг.10.

Блок-схема устройства, в котором источник лазерного излучения 1 дополнительно содержит модулятор 9, частота модуляции которого равна или кратна резонансной частоте устройства для концентрации лазерно-индуцированной волны 5 приведена на фиг.11.

На фиг. 12 изображен вариант устройства, при котором продольные оси лазерного наконечника 2 и устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны 5 направлены под углом α друг к другу.

В данном примере описан вариант, в котором устройство для концентрации акустической волны и устройство для преобразования лазерного излучения выполнены в виде единого целого. Устройство работает следующим образом (см. фиг.13). В переднюю камеру глаза 10 через 2-миллиметровый основной разрез 11 вводится наконечник 4 устройства ирригации-аспирации 3, содержащий устройство для концентрации акустической волны (концентратор) 5 и устройство для преобразования лазерного излучения в акустическую волну 6 (преобразователь). Через дополнительный разрез 12 у лимба в 80-90^o от основного разреза 11 в переднюю камеру 10 вводят лазерный наконечник 2. Наконечник 4 устройства ирригации-аспирации 3 содержит две полые трубки (стержня) 13, 14 (см. фиг. 14). Внешняя металлическая трубка 13 служит для ирригации 15. Внутренняя трубка 14 имеет стенки, прозрачные для излучения, с длиной волны, генерируемой лазером, и содержит концентратор 5, преобразователь 6 и аспирационный канал 16, через который происходит аспирация 17. Включают устройство ирригации-аспирации 3, при этом поддерживают стабильный объем передней камеры 10. Наконечник 4 (фиг. 13), содержащий концентратор 5 и преобразователь 6, располагают так, чтобы конец внутренней трубки 14 контактировал с поверхностью хрусталика 7. Включается источник лазерного излучения 1. Лазерное излучение 18 направляется на поверхность хрусталика в 1-2 мм от края внутренней трубки 14. Оконечный оптический элемент 19 (в данном случае дистальный торец оптического волокна) лазерного наконечника 2 при этом располагается на расстоянии порядка 1 мм от поверхности хрусталика 7. Лазерное излучение 18, взаимодействуя с веществом хрусталика 7, частично преобразуется в акустическую волну 20. Акустическая волна 20 распространяется в передней камере 10 и попадает в полую трубку 14, содержащую концентратор 5 и преобразователь 6. Акустическая волна 20, попадая внутрь полой трубки 14, многократно отражается от концентратора 5, роль которого играет внутренняя поверхность трубки 14, и фокусируется на поверхность хрусталика 7, вызывая локальные дефекты за счет фрагментации хрусталиковых фибрилл. Перемещение лазерного наконечника 2 над поверхностью хрусталика 7 приводит к расширению дефекта и образованию кратера в хрусталике 7. Дальнейшее облучение дна кратера в хрусталике 7 приводит к разделению хрусталика 7 (см. фиг. 15) на несколько отдельных хрусталиковых сегментов 21. Далее производят удаление хрусталиковых сегментов 21. Этот этап операции начинается с присасывания одного из хрусталиковых сегментов 21 (см. фиг. 16) к входному отверстию аспирационного канала 16 трубки 14. Лазерное излучение 18 направляется на поверхность хрусталикового сегмента 21. Образующая акустическая волна 20, распространяясь по материалу хрусталикового сегмента 21, достигает концентратора 5, роль которого играет внутренняя поверхность трубки 14 и, отражаясь от нее, фокусируется внутрь хрусталикового сегмента 21, вызывая дополнительный его раскол с образованием множества микротрещин. Дальнейшее лазерное и акустическое воздействие приводит к расколу фиксированного к входному отверстию аспирационного канала 16 хрусталикового сегмента 21 на множественные фрагменты 22, которые только частично связаны друг с другом. В этот момент наблюдается вхождение образовавшихся мелких хрусталиковых фрагментов 22 в аспирационный канал 16. Затем (см. фиг. 17) лазерное излучение 18 направляется на край трубки 14. Излучение 18 при этом поглощается материалом преобразователя 6 и трансформируется в дополнительные акустические колебания 23. Дополнительные акустические колебания 23 фокусируются концентратором 5 на хрусталиковый фрагмент 22 внутри трубки 14, дополнительно дефрагментируя последние, что приводит к их полной аспирации из аспирационного канала 16. По мере прохождения по аспирационному каналу 16 трубки 14 одного хрусталикового фрагмента 22 во входное отверстие аспирационного канала 16 входит следующий хрусталиковый фрагмент 22. Воздействие лазерного излучения 18, направленного на край полой трубки, содержащей концентратор 5 и преобразователь 6, в течение всего времени данного этапа операции позволяет последовательно удалять входящие друг за другом хрусталиковые фрагменты 22. После удаления одного хрусталикового сегмента 21, прососанного изначально к входному отверстию аспирационного канала 16, приступают к удалению оставшихся хрусталиковых сегментов 21 хрусталика 7 по описанной выше схеме, до полного удаления хрусталика 7.

Таким образом, одновременное действие концентратора 5 и преобразователя 6 является необходимым и достаточным для однозначного получения твердых хрусталиковых масс.

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано при хирургическом лечении катаракты. Устройство для офтальмохирургических операций содержит источник лазерного излучения, лазерный наконечник и устройство ирригации-аспирации с наконечником. Дополнительно оно снабжено устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны на естественный хрусталик глаза и устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны. Одновременное воздействие указанных устройств на естественный хрусталик глаза обеспечивает эффективное и атравматическое удаление твердых хрусталиковых масс. Техническим результатом изобретения является достижение полного разрушения и аспирации фрагментов твердых хрусталиковых масс с минимальным риском развития изменений в окружающих хрусталик тканях глаза. 18 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство для офтальмохирургических операций, содержащее источник лазерного излучения, лазерный наконечник и устройство ирригации-аспирации с наконечником, отличающееся тем, что оно дополнительного снабжено устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны для одновременного действия на естественный хрусталик глаза, при этом устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено из материала, поглощающего лазерное излучение, стенки устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны прозрачны на длине волны лазерного излучения, а площадь поверхности устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны меньше или равна площади поверхности устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны выполнено в виде полого стержня, стенки которого прозрачны на длине волны лазерного излучения, а поперечное сечение стержня представляют собой или прямоугольник, или круг, или эллипс. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны образовано путем нанесения на поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны материала, поглощающего лазерное излучение. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны выполнены как единое целое. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что между устройством преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны и устройством для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны имеется пространство, заполненное материалом, акустическое сопротивление которого меньше 100 кг/(м²•с). 6. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено в виде прямой или изогнутой полосы, нанесенной на внутреннюю или внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны нанесено на внутреннюю или внешнюю поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны, а поверхность устройства преобразования лазерной в акустическую волну представляет собой по крайней мере одну поверхность эллиптического типа. 8. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что устройство для преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны расположено внутри стенок устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. 9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны имеет углубления, заполненные материалом устройства преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны. 10. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что поверхность устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны представляет собой усеченную поверхность вращения по крайней мере второго порядка. 11. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны установлено снаружи или внутри устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. 12. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что устройство преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено в виде полого стержня, установленного снаружи или внутри устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник лазерного излучения дополнительно содержит модулятор, частота модуляции которого равна или кратна резонансной частоте устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что продольные оси лазерного наконечника и устройства для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны направлены под углом друг к другу. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лазерный наконечник, устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны и наконечник устройства ирригации-аспирации выполнены как единое целое. 16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина волны источника лазерного излучения лежит в пределах 1,06 - 2,9 мкм. 17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для концентрации лазерно-индуцированной акустической волны выполнено из флюорита, сапфира, кварца, фосфатного стекла. 18. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что устройство для преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны выполнено из серебра, золота, платины, алюминия, углерода. 19. Устройство по пп.1 и 8, отличающееся тем, что устройство для преобразования лазерного излучения в энергию акустической волны представляет собой микрочастицы серебра, золота, платины, алюминия, углерода.