ОФТАЛЬМОХИРУРГИЧЕСКАЯ ЭКСИМЕРНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2007 года по МПК A61F9/08 

Предлагаемое техническое решение относится к офтальмохирургическим эксимерным лазерным системам.

Известны офтальмохирургические эксимерные лазерные системы, содержащие ArF эксимерный лазер с длиной волны 193 нм и модуль доставки излучения или оптический тракт. В офтальмохирургических системах используют эксимерный лазер с естественной шириной линии излучения. Это ультрафиолетовое излучение активно поглощается кислородом, содержащимся в воздухе, с образованием озона, который также поглощает УФ излучение. Лазерный луч проходит от источника излучения до глаза пациента расстояние порядка 1 м, при этом потери энергии на поглощение кислородом составляют порядка 15%. Поэтому для того, чтобы довести излучение до глаза пациента, используются различные приспособления: оптический тракт продувают азотом, патент Японии №5-183218, который не поглощает излучение с длиной волны 193 нм, либо используют дополнительную вентиляцию. Это усложняет систему за счет дополнительных устройств и делает систему зависимой от присутствия дополнительных материалов.

Луч эксимерного лазера обычно имеет прямоугольное сечение и различную расходимость по двум взаимно перпендикулярным осям. Это заставляет в модулях доставки излучения использовать различные дополнительные приспособления для получения пятна желаемого сечения с однородным распределением энергии в области обработки роговицы.

Известна офтальмохирургическая лазерная система, патент России №2230538. Система содержит импульсно-периодический эксимерный лазер; модуль доставки излучения, содержащий сменную диафрагму, двухкоординатный гальваносканер, проекционную линзу, дихроичное зеркало, микроскоп, центрирующий лазер видимого диапазона; управляющий компьютер.

Задачей данного изобретения является создание офтальмохирургической эксимерной лазерной системы с экономичным модулем доставки излучения.

Офтальмохирургическая эксимерная лазерная система содержит

ArF эксимерный хирургический импульсно-периодический лазер, содержащий газонаполненную камеру, расположенные в ней электроды, соединенные с источником питания, резонатор, лазер имеет выходной прямоугольный пучок;

модуль доставки излучения, содержащий сменную диафрагму, двухкоординатный гальваносканер, проекционную линзу, поворотное дихроичное зеркало, микроскоп, центрирующий лазер видимого диапазона;

компьютерную систему управления,

эксимерный лазер содержит модуль сужения линии, способный сужать ширину линии излучения хотя бы до 10% от естественной ширины линии так, что весь спектр излучения эксимерного лазера расположен в диапазоне длин волн между соседними линиями поглощения молекулярного кислорода. Естественная ширина линии излучения эксимерного ArF лазера составляет примерно 1 нм, на спектре излучения эксимерного ArF лазера находятся несколько линий поглощения кислорода, например, 193,1 нм, 193,3 нм, 195,5 нм (патент Lambda Physik US №6269110) при ширинах линий поглощения примерно 0,03 нм. Сужение ширины линии эксимерного лазера до величины примерно 0,1 нм и расположение спектра лазерного излучения между линиями поглощения кислорода позволяет исключить поглощение излучения кислородом (O₂) при распространении излучения в обычной атмосфере. Не происходит также образования озона из-за взаимодействия УФ излучения с кислородом. Это позволяет передавать излучение в модуле доставки излучения без существенных потерь, связанных с поглощением УФ излучения кислородом, не использовать дополнительные системы продувки азотом и вентиляции модуля доставки излучения в офтальмохирургической эксимерной лазерной системе. Более того, значение энергии импульса после модуля доставки излучения пропорционально значению энергии импульса на выходе лазера, что упрощает калибровку эксимерной лазерной системы. Система работает более стабильно и не зависит от дополнительных устройств.

Весь спектр излучения эксимерного лазера расположен в диапазоне длин волн между 193.1 и 193.3 нм. Весь спектр излучения эксимерного лазера расположен в диапазоне длин волн между 193.3 и 193.5 нм. Молекулярный кислород (О₂) имеет несколько линий поглощения: 193.1, 193.3, 193.5 нм. Максимум интенсивности естественного излучения ArF эксимерного лазера расположен между 193.1 и 193.6 нм. При расположении всего спектра излучения эксимерного ArF лазера между указанными линиями, можно получить на выходе эксимерного лазера излучение с высокой интенсивностью, которое не поглощается в обычной атмосфере. Распространение излучения в модуле доставки не зависит от потерь на поглощение кислородом, что обеспечивает стабильную работу офтальмохирургической эксимерной лазерной системы с минимальными потерями энергии в модуле доставки излучения.

Модуль сужения линии расположен в обычной атмосфере. Обычная атмосфера содержит кислород, луч, распространяющийся в ней, поглощается кислородом. Расположение модуля сужения линии в обычной атмосфере позволяет уже в процессе сужения линии отсечь части спектра излучения, которые могли бы быть потеряны в модуле доставки излучения на поглощение кислородом и вызвать образование озона. В результате в модуле доставки излучения энергия теряется только на отражение на оптических элементах. Система работает более стабильно.

Модуль сужения линии расположен в резонаторе, с тыльной стороны резонатора, и содержит хотя бы одну призму, плоскость дисперсии которой перпендикулярна направлению большего размера пучка лазера, призма такая, что расходимость пучка по направлению большего размера пучка и расходимость пучка по направлению меньшего размера пучка на выходе лазера близки по значению. Как вариант конкретного исполнения предложен модуль сужения линии в виде призмы, плоскость дисперсии которой перпендикулярна направлению большего размера пучка лазера. Эксимерный лазер имеет различную расходимость по направлению большего размера пятна лазера и меньшего размера пятна лазера, в направлении большего размера расходимость луча эксимерного лазера примерно в два раза выше. Призма, плоскость дисперсии которой перпендикулярна направлению большего размера луча лазера, оставляет без изменения расходимость по большему размеру, и разлагает в спектр луч по направлению меньшего размера, тем самым увеличивая расходимость в этом направлении. Использование призмы как элемента модуля сужения линии позволяет выбрать из спектра лазера желаемую ширину спектра и увеличить расходимость в направлении меньшего размера, чтобы уравнять расходимость по двум направлениям. Это облегчает создание системы доставки излучения. Кроме того, использование диспергирующего элемента в резонаторе сглаживает неоднородности разряда, и пучок на выходе офтальмохирургической эксимерной лазерной системы становится более однородным, что наилучшим образом влияет на качество проводимых операций, а также положительно влияет на срок службы оптических элементов модуля доставки излучения. Использование диспергирующего элемента в резонаторе позволяет не использовать дополнительные оптические элементы для увеличения однородности пучка.

Модуль сужения линии содержит отражающую дифракционную решетку. Использование дифракционной решетки в модуле сужения линии офтальмохирургической эксимерной лазерной системы позволяет добиться необходимой ширины линии спектра лазера и также положительно влияет на однородность выходящего лазерного пучка.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание офтальмохирургической эксимерной лазерной системы с минимальными потерями энергии в модуле доставки излучения без использования дополнительных устройств продува и подачи нейтрального газа, с симметричным по двум направлениям лучом, более однородным пучком и большим сроком службы оптических элементов модуля доставки излучения.

На чертеже представлено схематическое изображение офтальмохирургической эксимерной лазерной системы.

В корпусе 1 офтальмохирургической эксимерной лазерной системы расположены ArF эксимерный лазер 2, модуль доставки излучения, включающий сменную диафрагму 3, двухкоординатный гальваносканер 4, проекционную линзу 5, дихроичное поворотное зеркало 6, микроскоп 7, центрирующий лазер 8, и компьютерная система управления 9.

В камере 10 ArF эксимерного лазера 2 расположены основные электроды, соединенные с источником питания (не показано), резонатор образован выходным зеркалом 11, призмой 12 и глухим зеркалом 13. Призма 12 расположена в обычной атмосфере, содержащей кислород.

В качестве хирургического лазера используется импульсно-периодический эксимерный ArF лазер с энергией в импульсе до 12 мДж и частотой следования импульсов 200 Гц. Использование в качестве хирургического лазера аргонфторного эксимерного лазера позволяет без дополнительных преобразований получать лазерные импульсы излучения с длиной волны 193 нм и длительностью импульса менее 10 нс, что оптимально для абляции роговицы глаза. Кроме того, данный лазер обеспечивает высокочастотный режим работы при высокой воспроизводимости энергии от импульса к импульсу. Диаметр сменной диафрагмы 3 может устанавливаться в диапазоне от 1.4 до 3.2 и меняться в ходе операции в зависимости от особенностей конкретной операции. В качестве устройства сканирования лучом хирургического лазера 2 используется двухкоординатный гальваносканер 4 с подвижными зеркалами, установленными на управляемых гальванических двигателях. На рабочих поверхностях линзы 5 нанесены просветляющие покрытия на длину волны 193 нм. Поворотное дихроичное зеркало 6 имеет высокий коэффициент отражения на длине волны 193 нм и пропускает излучение центрирующего лазера 8. В качестве центрирующего лазера 8 используется диодный лазер с длиной волны 635 нм. Для точной установки мишени 14 используется микроскоп 7 с визирной сеткой. Система управления 9 выполнена на базе промышленного компьютера и соединена кабелями с хирургическим лазером 2, устройством смены диафрагмы 3, гальваносканером 4.

Установка работает следующим образом.

С помощью центрирующего лазера видимого диапазона 8, показывающего на обрабатываемом объекте 14 центр обрабатываемой поверхности, хирург подстраивает положение обрабатываемого объекта 8.

При подаче напряжения от источника питания на основные электроды в камере лазера 10 возникает газовый разряд, излучение усиливается в резонаторе, образованном зеркалами 11, 13 и призмой 12. Выходной пучок лазера имеет прямоугольное сечение. Свет при прохождении призмы 12 разлагается в спектр, часть линий спектра попадают в неприемлемый угол и выходят из резонатора, часть линий спектра попадают в приемлемый угол и усиливаются в резонаторе так, что излучение на выходе лазера имеет ширину спектра, составляющую примерно 10% от естественной ширины спектра ArF эксимерного лазера. Призма расположена таким образом, что плоскость дисперсии перпендикулярна направлению большего размера пучка лазера, расходимость пучка по направлению большего размера пучка и расходимость пучка по направлению меньшего размера пучка на выходе лазера близки по значению.

Призма 12 расположена в обычной атмосфере, поэтому излучение на длинах волн поглощения молекулярного кислорода поглощается, усиливается лишь часть спектра излучения эксимерного лазера, расположенная между линиями поглощения молекулярного кислорода.

Излучение эксимерного лазера 2 с длиной волны 193 нм и энергией в импульсе до 10 мДж направляется через сменную диафрагму 3 в двухкоординатное гальванометрическое сканирующее устройство 4. Компьютерное устройство управления 9 по заданному алгоритму управляет зеркалами гальваносканера 4, в результате отражения от которых луч отклоняется по двум координатам. Проекционная линза 5 отображает отверстие диафрагмы 3 на обрабатываемый объект 14, которым может являться роговица пациента. Причем вследствие использования призмы в резонаторе эксимерного лазера, в плоскости обрабатываемого объекта пучок еще более однородный, что положительно влияет на качество проводимой операции. При прохождении излучения с узким спектром по модулю доставки излучения нет потерь на поглощение кислородом, не образуется озон. Лазерный луч со спектром излучения между линиями поглощения кислорода проходит модуль доставки излучения с минимальными потерями, при этом нет необходимости использовать дополнительные устройства вентиляции модуля доставки излучения, что делает систему более экономичной и стабильной.

Предложена офтальмохирургическая эксимерная лазерная система, эксимерный лазер которой содержит модуль сужения линии, способный сужать ширину линии излучения хотя бы до 10% от естественной ширины линии так, что весь спектр излучения расположен в диапазоне длин волн между соседними линиями поглощения молекулярного кислорода. Офтальмохирургическая эксимерная лазерная система отличается минимальными потерями энергии в модуле доставки излучения без использования дополнительных устройств продува и подачи нейтрального газа. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Офтальмохирургическая эксимерная лазерная система содержит ArF эксимерный импульсно-периодический лазер, содержащий газонаполненную камеру, расположенные в ней электроды, соединенные с источником питания, резонатор, лазер имеет выходной прямоугольный пучок;

модуль доставки излучения, содержащий сменную диафрагму, двухкоординатный гальваносканер, проекционную линзу, поворотное дихроичное зеркало, микроскоп, центрирующий лазер видимого диапазона;

компьютерную систему управления, отличающаяся тем, что эксимерный лазер содержит модуль сужения линии, способный сужать ширину линии излучения хотя бы до 10% от естественной ширины линии так, что весь спектр излучения эксимерного лазера расположен в диапазоне длин волн между соседними линиями поглощения молекулярного кислорода.