СИСТЕМА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ОФТАЛЬМОЛОГИИ Российский патент 2014 года по МПК A61F9/01 A61F9/08 H01S3/10 

Область техники

Изобретение относится к системе для офтальмологической лазерной хирургии.

Уровень техники

В рефракционной офтальмологической хирургии рефракционные свойства глаза изменяют путем воздействия на глаз пациента с целью скорректировать дефекты зрения. В этой связи большую важность приобрел так называемый метод LASIK (laser in-situ keratomileusis - лазерный интрастромальный кератомилез), согласно которому сначала выполняют пленарный разрез роговицы с образованием в результате небольшого поверхностного диска - так называемого лоскута. Этот лоскут может быть отвернут, чтобы открыть нижележащую роговичную ткань, строму. Затем стромальную ткань аблируют, обычно посредством эксимерного лазера, в соответствии с профилем абляции, выбранным для индивидуального пациента. После этого лоскут возвращают на место, и заживление проходит сравнительно быстро.

При вырезании лоскута в методе LASIK применявшийся ранее механический микрокератом недавно был заменен фемтосекундным (фс) лазером - т.е. лазером, генерирующим импульсное лазерное излучение с длительностями импульсов в пределах фемтосекундного диапазона. Для выполнения разреза внутри ткани лазерное излучение должно лежать в интервале длин волн, которые пропускаются роговицей, например незначительно превышать 300 нм. Кроме того, плотность энергии в фокусе пучка должна быть достаточно высокой, чтобы осуществить разрушение ткани оптическим путем, так называемую фотодеструкцию. Ее эффективная область локально ограничена диаметром фокальной зоны. Чтобы осуществить плоский разрез, необходимо, следовательно, осуществлять перемещение фокуса пучка в соответствии с конкретным паттерном сканирования, последовательно помещая этот фокус во множество близкорасположенных точек на желаемой плоской поверхности (плоскости разреза).

Преимущества разрезов посредством лазера по сравнению с разрезом роговицы, произведенным механическим образом, посредством микроскальпеля, обеспечивают возрастающее использование фемтосекундных лазеров в операциях методом LASIK и в других применениях, требующих выполнения разрезов в роговице.

При вырезании лоскута посредством фемтосекундного лазера разрез в большинстве случаев производят посредством серии близкорасположенных и точно согласованных по положению фемтосекундных микродеструкций. В этом случае фокус пучка следует, например, по серпантинной траектории (траектории в форме меандра) в плоскости вырезания лоскута (что соответствует так называемому линейному сканированию). При этом формируется так называемое ложе лоскута. Затем выполняется завершающий краевой разрез вдоль заданной кромки лоскута. На этой стадии формируются края лоскута.

Индивидуальные лазерные импульсы должны направляться, например посредством зеркального сканера, точно в заданные точки в плоскости (обычно задаваемой осями x-y), нормальной к направлению пучка. Как альтернатива зеркальному сканеру, для требуемого перемещения лазерного пучка по координатам x-y может быть использован, например, сканер на основе оптического кристалла.

Качество разреза, осуществляемого фс лазерным излучением, зависит от точности соблюдения заданных параметров, таких как энергия импульса, диаметр фокальной зоны, положение фокальной плоскости, а также расстояние до смежной точки фокусировки. Эти параметры могут эффективно и независимо оптимизироваться для различных типов траекторий выполнения разреза. Применительно к вырезанию лоскута следует различать две составляющие разреза: вырезание ложа лоскута, в процессе которого площадь ложа перекрывается, например, посредством линейных участков сканирования, в основном, расположенных взаимно параллельно, но с чередующимися направлениями движения пучка, и выполнение краевого разреза, который часто оказывается необходимым, чтобы отделить лоскут от стромы.

Траектория сканирования, по которой перемещается лазерный пучок (лазерное пятно), в некоторых случаях может оказаться неоптимальной для осуществления атермальной (холодной) фотодеструкции в каждой точке на траектории сканирования. В зависимости от пути перемещения пучка, могут возникать зоны локальной концентрации лазерных пятен. Так, при формировании ложа лоскута с использованием линейной траектории в форме меандра, на участках реверсирующих изгибов (поворотов), т.е. на стыках индивидуальных линейных сегментов, может иметь место увеличение количества лазерных пятен на единицу длины или на единицу поверхности по сравнению с распределением этих пятен в зонах основных (прямолинейных) сегментов. Такое концентрирование пятен обусловлено инерцией сканера (особенно в случае использования зеркального сканера) на участках поворота, когда происходит реверсирование направления сканирования. При этом смежные лазерные пятна могут оказаться уже не отделенными четко одно от другого, но расположенными так тесно, что нельзя будет исключить возможность термического повреждения роговичной ткани вследствие избыточной локальной концентрации энергии излучения. При этом для остальной части лоскута, т.е. для реальной поверхности ложа, разрез может быть оптимизирован именно при выбранных параметрах пучка.

Раскрытие изобретения

Соответственно, задача, решаемая изобретением, состоит в создании средства, которое позволило бы уменьшить риск нежелательного термического повреждения глазной ткани при формировании в ней разрезов посредством коротких импульсов лазерного излучения.

В качестве решения данной задачи изобретение предлагает систему для офтальмологической хирургии, содержащую:

источник импульсного лазерного излучения с параметрами излучения, подобранными для выполнения разреза в глазной ткани, преимущественно в роговице;

сканер для осуществления перемещения лазерного излучения;

электронный блок управления, выполненный с возможностью управления сканером в соответствии с заданной геометрии разреза, и

блок модулятора для модулирования лазерных импульсов, испускаемых источником.

Согласно изобретению блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления блоком модулятора в соответствии с паттерном перемещения пучка, определенного для геометрии разреза таким образом, что в заданных частях указанного паттерна по меньшей мере некоторые лазерные импульсы имеют уменьшенную энергию или бланкированы (пропущены или подавлены). Таким образом, изобретение исходит из понимания того, что на траектории сканирования лазерного пучка могут иметься участки (зоны), в которых, в случае поддержания постоянных параметров излучения, вследствие свойств этой траектории может происходить локальная концентрация подаваемой энергии. Изобретение устраняет обусловленный этим риск термического повреждения за счет планомерного снижения подаваемой энергии, в расчете на единицу площади, в заданных зонах (участках) траектории сканирования путем соответствующей модуляции энергии или бланкирования определенных лазерных импульсов. Модуляция энергии или бланкирование может быть применена (применено) каждому импульсу или только к некоторым импульсам на выбранном участке. Например, можно бланкировать только каждый второй, каждый третий или, в общем случае каждый n-ый импульс на рассматриваемом участке. Бланкирование означает, что определенный лазерный импульс полностью блокируется или соответствующим образом отклоняется и поглощается, так что, по существу, никакая его часть не достигает глазной ткани. Однако, вместо бланкирования (маскирования), может быть использовано ослабление энергии выбранных импульсов. В этом случае, хотя соответствующие импульсы достигают глазной ткани, их энергия целенаправленно понижена по сравнению с энергией импульсов, которые направляют на остальные части траектории сканирования. Такое ослабление энергии может быть одинаковым для всех импульсов, попадающих на указанный участок (т.е. энергия всех лазерных импульсов для данного участка ослабляется, по существу, до одного уровня), или же энергия по меньшей мере части этих лазерных импульсов может модулироваться до различных уровней.

Независимо от того, бланкируются или модулируются по энергии выбранные импульсы, такие параметры лазерных импульсов, испускаемых источником, как частота следования и/или размер лазерного пятна (диаметр фокальной зоны), предпочтительно остаются неизменными на всей траектории сканирования.

Управление блоком модулятора со стороны блока управления предпочтительно осуществляется в зависимости от локализации зоны фокусировки лазерного пучка, т.е. в зависимости от места или участка на траектории сканирования (паттерна перемещения пучка), где в данный момент локализован пучок. Альтернативно или дополнительно, управление может осуществляться в зависимости от скорости перемещения лазерного пучка относительно глазной ткани, от изменения данной скорости (от ускорения) или от энергии импульса лазерного излучения.

Описанный поход позволяет соответствующим образом адаптировать энергию импульса излучения, направляемого в глазную ткань, на основе информации о положении фокальной зоны лазерного пучка. Как уже упоминалось, такая адаптация может осуществляться в соответствии с положением пучка. Альтернативно или дополнительно, может быть предусмотрена модуляция в зависимости от характера движения, ассоциированного с паттерном перемещения пучка (например, в зависимости от профиля скорости движения фокуса лазерного пучка), или, например, в зависимости от информации, получаемой от сканера или других компонентов системы.

Согласно предпочтительному варианту паттерн перемещения пучка включает серпантинный паттерн с множеством прямолинейных участков, расположенных напротив друг друга, и с множеством реверсирующих изгибов, каждый из которых соединяет концы двух прямолинейных участков. В этом варианте блок управления выполняется с возможностью управления блоком модулятора в области, соответствующей по меньшей мере некоторым из реверсирующих изгибов, для уменьшения энергии и/или бланкирования по меньшей мере некоторых лазерных импульсов.

Применительно к паттерну перемещения пучка описанного типа, образованного множеством прямолинейных участков, расположенных напротив друг друга и, по существу, взаимно параллельных, реверсирование (изменение примерно на 180°) направления движения имеет место в краевых зонах геометрии разреза. В этих зонах паттерна перемещения пучка, именуемых в контексте изобретения реверсирующими изгибами, имеет место запаздывание изменения скорости сканирования вследствие инерции, присущей сканеру. При, по существу, постоянной частоте следования импульсов лазерного источника уменьшение скорости сканирования означает возрастание количества энергии, попадающей на единицу поверхности глазной ткани. В этом случае задаваемое блоком управления бланкирование индивидуальных импульсов или целиком последовательностей импульсов и/или ослабление энергии индивидуальных импульсов в областях реверсирующих изгибов способно предотвратить вредное тепловое воздействие, которое может быть вызвано ростом подаваемой энергии.

Разрез по плоскости может быть произведен не только при линейном сканировании по траектории в форме меандра, но и при так называемом спиральном сканировании, при котором фокус движется по спиральной траектории. При постоянной частоте импульсов и постоянной угловой скорости вращательного движения пучка длина отрезка между смежными точками фокусировки уменьшается по мере приближения к радиально внутренним виткам спиральной траектории. Это соответствует возрастанию энергии в расчете на единицу поверхности. С целью предотвращения любых термических повреждений, которые могут быть вызваны таким возрастанием, другой предпочтительный вариант предусматривает, что, если паттерн перемещения пучка включает спиральный паттерн, блок управления выполняется с возможностью управления блоком модулятора для уменьшения энергии и/или бланкирования по меньшей мере некоторых лазерных импульсов по мере приближения к внутренним виткам спирального паттерна. Благодаря соответствующему уменьшению энергии или бланкированию импульсов становится возможным избежать чрезмерного возрастания энергии в расчете на единицу поверхности во внутренних частях спирального паттерна, что обеспечивает возможность атермальной фотодеструкции глазной ткани, т.е. отсутствие термических повреждений. Должно быть понятно, что не исключается и варьирование частоты следования импульсов, которое может быть реализовано в дополнение к модуляции энергии импульсов.

В целом, использование траектории разреза в форме меандра обеспечивает преимущество намного более свободного выбора геометрии разреза по сравнению со сканированием по спирали. Вырезание эллиптического лоскута (рекомендуемого, например, при астигматизме) в случае спиральной траектории разреза при примерно постоянной поверхностной плотности микродеструкций возможно только при существенном усложнении управления.

В одном варианте блок модулятора содержит оптический дифракционный компонент с варьируемой дифракционной эффективностью. Дифракция, создаваемая данным компонентом, может либо обеспечивать полное бланкирование лазерного пучка (например путем его отклонения в направлении поглотителя пучка, который может входить в состав системы), либо отклонять от направления пучка, за счет дифракции, только часть этого пучка и, тем самым, уменьшать количество энергии, подводимой пучком излучения к глазной ткани или внутрь этой ткани.

Блок модулятора предпочтительно содержит акустооптический или электрооптический модулятор. Посредством модулятора такого типа можно прерывать лазерное излучение очень быстро и на точно определенный короткий временной интервал, чтобы избежать нежелательного пространственного наложения нескольких лазерных импульсов. Альтернативно, вместо прерывания лазерного излучения или бланкирования отдельных лазерных импульсов или групп этих импульсов может быть использована целенаправленная адаптация энергии импульсов лазерного излучения. Другими словами, вместо (в идеальном случае) дискретного включения/бланкирования, соответствующего переключению между двумя состояниями, можно осуществлять варьирование дифракционной эффективности посредством модулятора, способного устанавливаться во множество положений, соответствующих различным уровням дифракционной эффективности, и, следовательно, различным уровням энергии, подаваемой на глазную ткань. В этой связи могут быть установлены различные функциональные зависимости, например между дифракционной эффективностью и положением фокуса пучка, мгновенной скоростью фокуса пучка или ее изменением (т.е. ускорением).

Блок управления может обеспечивать управление блоком модулятора таким образом, что по меньшей мере на одном заданном участке паттерна перемещения пучка блок модулятора бланкирует каждый из нескольких лазерных импульсов, соответствующих этому участку, или уменьшает энергию каждого из этих импульсов по сравнению с энергией импульсов, соответствующих другим участкам паттерна. Альтернативно или в дополнение, блок управления может управлять блоком модулятора таким образом, что по меньшей мере на одном заданном участке паттерна перемещения пучка блок модулятора бланкирует, по меньшей мере один, первый лазерный импульс или уменьшает его энергию по сравнению с энергией импульсов, соответствующих другим участкам паттерна, и оставляет неизменной энергию импульса по меньшей мере одного, второго лазерного импульса.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1, в качестве примера, схематично представлен вариант системы для офтальмологической лазерной хирургии согласно изобретению.

На фиг.2 показан первый вариант паттерна сканирования при вырезании лоскута.

На фиг.3 показан второй вариант паттерна сканирования.

На фиг.4 показан третий вариант паттерна сканирования.

Осуществление изобретения

Система 100, схематично изображенная на фиг.1 в виде блоков, представляет собой лазерную систему, предназначенную для формирования внутритканевого разреза в глазу пациента. Вырезание в роговице лоскута в процессе проведения LASIK является одним из возможных и предпочтительным примером выполнения разреза, для которого предназначена лазерная система 100. Однако посредством лазерной системы 100 возможно осуществление и других форм разреза глазной ткани.

Лазерная система 100 содержит лазерный генератор 110, который испускает с заданной частотой, в режиме свободной генерации, лазерные импульсы с длительностью в фемтосекундном диапазоне. Лазерный генератор 110 может, в частности, являться твердотельным, например волоконным, лазерным генератором. Импульсы, испускаемые лазерным генератором 110, проходят через предусилитель 120, который увеличивает мощность импульсов. Одновременно предусилитель 120 обеспечивает растягивание импульсов во времени. Затем частоту следования перестроенных описанным образом лазерных импульсов уменьшают посредством так называемого устройства 130 контроля частоты повторения импульсов (pulse picker). Лазерный генератор 110 формирует импульсы, например, с частотой следования 10 МГц или выше. Посредством устройства 130 эту частоту уменьшают, например, до 200 кГц. Импульсы с частотой следования, уменьшенной описанным образом, подают в усилитель 140 мощности, который формирует также растянутые во времени импульсы с энергией, требуемой для соответствующего применения. Перед подачей этих, усиленных импульсов в последний компонент (компрессор 150 импульсов), они обычно имеют длительность более 1 пс. Компрессор 150 импульсов снова уменьшает их длительность до значений в фемтосекундном диапазоне, определяемых шириной полосы генератора 110 и материалом усилителя, например до значений менее 500 фс. В качестве завершающего компрессора 150 импульсов может, например, использоваться компрессор на основе дифракционной решетки.

В контексте изобретения компоненты 110, 120, 130, 140 и 150 в совокупности могут рассматриваться как лазерный источник излучения.

Последовательность фемтосекундных лазерных импульсов, генерируемых описанным образом, проходит затем через модулятор 170 импульсов, который является, например, акустооптическим или электрооптическим модулятором. Модулятор 170 импульсов может содержать любые подходящие оптически активные элементы, которые обеспечивают быстрое подавление или модуляцию энергии лазерных импульсов. Так, акустооптический модулятор может обеспечивать длительности переключения менее 10 мкс, вплоть до 2 мкс при длительности нахождения в закрытом состоянии в интервале примерно 10-100 мкс.

Совместно с модулятором 170 импульсов по фиг.1 используется поглотитель 180 пучка, который служит для поглощения всех бланкируемых импульсов, т.е. импульсов, которые не должны достичь целевого объекта. Такие импульсы могут отклоняться модулятором 170 импульсов на поглотитель 180 пучка, так что они будут отсутствовать в дальнейшем ходе лазерного пучка, направляемого на целевой объект.

За модулятором 170 лазерный пучок падает на устройство 160 сканирования/фокусировки, схематично представленное на фиг.1 как единый блок. Оно отклоняет лазерный пучок в плоскости x-y, перпендикулярной направлению пучка, в соответствии с заданным паттерном (рисунком) сканирования (паттерном перемещения пучка) и фокусирует пучок по направлению пучка (направлению z) на выбранную целевую зону. В случае воздействия на глаз целевая зона находится внутри глазной ткани, в частности в роговичной ткани. Паттерн перемещения пучка для последовательности лазерных импульсов задает положение каждого импульса в плоскости x-y. Другими словами, он задает траекторию (или несколько траекторий), по которой (которым) необходимо перемещать лазерный пучок, чтобы, по завершении операции, сформировать требуемый разрез.

Устройство 160 сканирования/фокусировки может, например, содержать зеркальный сканер, который обеспечивает сканирование в плоскости x-y и который содержит два отклоняющих зеркала с гальванометрическим приводом (способные, для осуществления сканирования пучка, поворачиваться вокруг взаимно перпендикулярных осей) и f-theta объектив для фокусирования пучка.

Модулятор 170 лазерных импульсов и устройство 160 сканирования/ фокусировки подключены к программно управляемому блоку 190 управления. В программной памяти (не изображена) данного блока записана программа управления, при выполнении которой блок 190 управления осуществляет управление модулятором 170 импульсов и устройством 160 сканирования/фокусировки таким образом, что лазерный пучок, сфокусированный в желаемой целевой плоскости, перемещается в этой, целевой плоскости в соответствии с желательным паттерном его перемещения. При этом в заданных частях этого паттерна, которые выбраны программой управления, по меньшей мере некоторые лазерные импульсы ослабляются по энергии модулятором 170 импульсов или полностью устраняются (бланкируются).

В представленном варианте лазерный пучок, выходящий из устройства 160 сканирования/фокусировки, направляется на роговицу 300 человеческого глаза 302 и перемещается по ней по внутрироговичной (плоской или неплоской) области 304 разреза. В представленном схематичном изображении глаза 302 область 304 разреза представлена в виде линии. Подробное описание выполнения разреза и режима работы модулятора 170 при выполнении разреза приводится со ссылками на фиг.2.

На фиг.2 показана часть роговицы 300, на которой должна быть проведена операция по вырезанию лоскута согласно первой схеме 305 вырезания. Схема 305 вырезания лоскута представлена весьма упрощенно: так, в некоторых случаях соотношения представленных размеров могут не соответствовать реальным соотношениям. Кроме того, схема 305 вырезания лоскута представлена только частично, чтобы сохранить легкость ее восприятия.

С целью вырезания лоскута лазерные импульсы фокусируют в изображенные кружками точки 310, 315 роговицы 300, чтобы осуществить микродеструкцию. Лазерное излучение, генерируемое системой 100, перемещается управляемым образом по поверхности роговицы 300 посредством высокоскоростного сканера. Как правило, поверхность роговицы является криволинейной и, в первом приближении, может быть описана, как сферическая. Чтобы произвести вырезание лоскута, обычно уплощают поверхность подлежащей обработке роговицы посредством прижимаемого или присасывающегося к ней приспособления. Фокусирование фемтосекундного лазерного излучения производится в плоскости 304 (см. фиг.1), расположенной, по существу, перпендикулярно зрительной оси глаза, в результате чего обеспечивается, по существу, постоянная толщина лоскута. Лазерный пучок перемещают в пределах этой плоскости по заданным криволинейным траекториям.

В первой части реализации схемы 305 вырезания лоскута формируют планарный разрез, задающий ложе лоскута. С этой целью лазерный пучок направляют вдоль, по существу, прямой линии (прямолинейного участка) 320 в первом направлении 335 сканирования, затем, по достижении желательного радиуса разреза, изменяют это направление на второе направление 345 сканирования, а затем снова перемещают пучок по прямой линии, параллельной первой линии 320 сканирования с заданным смещением 325 от нее. Подобным образом осуществляют сканирование, в форме решетки или меандра, всей поверхности вырезаемого лоскута с чередующимися направлениями 335, 345 сканирования.

Поскольку частота следования импульсов и скорость сканирования вдоль линий 320 поддерживаются постоянными, в пределах индивидуальной линии 320 сканирования точки 315 фокусировки расположены, по существу, эквидистантно, на расстоянии 327 одна за другой. Индивидуальные линии 320 сканирования расположены на расстояниях 325 одна от другой таким образом, что, в сочетании с расстояниями 327 между положениями индивидуальных точек 315 фокусировки в пределах линии сканирования, образуется требуемый разрез. На краях, в пределах реверсирующих изгибов 330, направление перемещения лазерного пучка при формировании паттерна сканирования изменяется, например на 180º. В пределах этих реверсирующих изгибов 330 в результате инерции сканера происходит замедление скорости перемещения лазерного пучка относительно поверхности роговицы, так что многие точки 315 фокусировки оказываются расположенными практически вплотную одна к другой или совпадают. Это иллюстрируется сопоставлением расстояний 322 между точками фокусировки в пределах изгибов 330 и аналогичных расстояний 327 на участках 320 траектории сканирования. Как следствие, участки изгибов 330 подвергаются потенциальной опасности термического повреждения.

С целью завершения вырезания лоскута, вслед за поверхностным разрезом, представленным линиями 320, производят краевой разрез, например, вдоль, по существу, круговой траектории 340. Для краевого разреза может оказаться желательной плотность энергии в точках фокусировки, отличная от плотности, требуемой для разреза по плоскости. Соответственно, расстояния 324 между точками 310 фокусировки вдоль криволинейной траектории краевого разреза 340 в варианте по фиг.2 выбраны меньшими, чем расстояния 327 между точками фокусировки вдоль прямолинейных участков 320. Краевой разрез 340 прерывается на отрезке 350, который служит ножкой лоскута в процессе отделения вырезанной области роговицы и ее отгибания вверх. В процессе отгибания лоскута участки 330, которые могли испытать тепловое повреждение, разрезаются по линии 340, так что они оказываются за пределами лоскута.

Первая возможность уменьшить термическое повреждение на участках реверсирующих изгибов 330 состоит согласно изобретению в прерывании лазерного облучения роговицы за счет использования соответствующего режима акустооптического модулятора 170, если положения точек фокусировки находятся снаружи линии краевого разреза 340 (которая сначала является воображаемой).

Эта ситуация проиллюстрирована для участка 334 поворота, т.е. для реверсирующего изгиба. Те положения точек 315 фокусировки и вызываемой ими микродеструкции, которые лежат на участке 334 и которые находились бы на роговице 300, представлены в виде белых кружков. В данном конкретном варианте прохождение лазерного пучка через модулятор 170 на участке за краем лоскута блокируется, так что никаких импульсов на роговицу 300 не попадает. При этом возможно блокирование как индивидуальных лазерных импульсов, так и серии импульсов в целом. Такое бланкирование лазерных импульсов может производиться в зависимости, например, от сигнала позиционирования и/или сигнала скорости или ускорения, поступающих от сканера 160. Однако, когда это целесообразно, нужные сигналы могут генерироваться и/или иным образом обеспечиваться и другими модулями или компонентами, независимыми от сканера. Кроме того, подавление излучения может осуществляться также, в случае необходимости, просто путем управления по времени или программирования траектории лазерного пучка или путем учета других подходящих сигналов. Как показано на фиг.2, такие меры позволяют сохранить краевой участок 334 полностью свободным от микродеструкции, создаваемой лазерным пучком, термические повреждения на этом участке также отсутствуют.

Одна допустимая альтернативная (или, когда это возможно, дополнительная по отношению к описанной) стратегия предотвращения термических повреждений состоит в модулировании энергии индивидуальных фемтосекундных импульсов в процессе осуществления разреза в роговице. Это иллюстрируется на фиг.2 для поворотного участка (реверсирующего изгиба) 332. В отличие от участка 334, для которого средняя плотность энергии в индивидуальных точках фокусировки соответствовала статистически примерно желательному уровню, на участке 332 производится уменьшение энергии, которая доставляется в роговицу индивидуальными лазерными импульсами, падающими в точки фокусировки с созданием микродеструкции. Для наглядности кружки, которые представляют точки фокусировки лазерного излучения, изображены в виде кружков 317 меньшего радиуса. С целью уменьшения испускаемой энергии акустооптический модулятор 170 не переключается из состояния пропускания в полностью запертое состояние. Вместо этого, уровень энергии для каждого индивидуального импульса из последовательности фемтосекундных импульсов задается индивидуально, с возможностью настройки в зависимости от конкретного применения и его положения в последовательности. С этой целью могут быть реализованы такие значения времени переключения модулятора, которые позволяют модулировать индивидуальные импульсы при частоте следования 1 МГц. В рассматриваемом случае для импульсов, соответствующих зоне вне области разреза, задается постоянный пониженный уровень энергии. Однако, в принципе возможно и использование последовательности значений энергии, согласованной с расчетной или реальной последовательностью значений скорости или ускорения. Кроме того, в принципе возможна локализация поворотного участка 332 не снаружи основного разреза для формирования лоскута, а в пределах его краевого разреза, что позволит сократить время на проведение операции вырезания лоскута в целом путем устранения необходимости сканирования за пределами области краевого разреза. При использовании схемы 305 вырезания лоскута по фиг.2 обеспечивается возможность получения любых требуемых профилей. Это может оказаться желательным, в частности, в случае аберраций геометрии роговицы высшего порядка, например при астигматизме.

Другая, альтернативная схема вырезания лоскута представлена на фиг.3. Вместо линейного сканирования (по профилю меандра) области разреза для формирования лоскута, в случае схемы 400 вырезания лоскута по фиг.3 производится сканирование по спирали. И в этом случае схема разреза представлена весьма упрощенно: как и на фиг.2, соотношения размеров приведены с отклонением от истинного масштаба, так что в реальных схемах они могут быть иными. Кроме того, как и на фиг.2, траектория разреза представлена неполностью. В частности, в процессе сканирования при выполнении реального разреза необходимо дополнительно осуществить подачу импульсов в периферийной области спирального разреза.

В представленном в качестве примера варианте разреза сканирование осуществляют по спиральной траектории 420, разворачивающейся из центральной зоны 405 роговицы 300 к ее периферийным областям 430, в рассматриваемом варианте по часовой стрелке, т.е в направлении, обозначенном на фиг.3 стрелкой 407. Индивидуальные точки 415 фокусировки лежат на спиральной линии и соответствуют постоянной частоте следования импульсов. Профиль скорости, развиваемой сканером вдоль спиральной траектории 420, состоит из линейного радиального компонента, а также из вращательного компонента. В случае постоянного вращательного компонента (т.е. постоянной угловой скорости) и постоянного радиального компонента заданная постоянная частота импульсов в центральной зоне 405 приводит к существенно более плотному расположению точек фокусировки вдоль кривой 420 сканирования, чем в периферийной области 430, поскольку в области 430 скорость сканирования оказывается более высокой как следствие постоянства вращательного компонента. Это следует из очевидно меньшего расстояния 432 между точками в центральной зоне 405 по сравнению с аналогичным расстоянием 434 в периферийной области 430.

Хотя схема 400 вырезания лоскута - при условии, что направление 407 сканирования, как это было описано, направлено из центра 405 к периферийным областям 430 - имеет то преимущество, что планарный разрез может быть плавно преобразован в краевой, применительно к ней существует риск термического повреждения в центральной зоне роговицы 300, где такое повреждение особенно нежелательно. В случае развития спиральной траектории в противоположном направлении - от периферийной области 430 лоскута внутрь, к центральной зоне 405 -существует тот же риск, поскольку и в этом варианте необходимо использовать компромиссную мощность импульса, которая, при временно фиксированной частоте импульсов, может оказаться слишком низкой для периферийной области 430 и слишком высокой для центральной зоны 405 роговицы 300.

Чтобы обеспечить более однородное количество энергии, падающей на единицу поверхности, согласно одному варианту изобретения энергия, подаваемая в ткань роговицы 300 в точках 415 фокусировки, модулируется таким образом, чтобы поступающая энергия была меньше в центральной зоне 405 роговицы, чем в ее периферийной области 430. На фиг.3 это проиллюстрировано возрастанием радиусов кружков, представляющих точки 415 фокусировки, от центральной зоны 405 к периферийной области 430. Соответственно, несмотря на уменьшение плотности расположения точек фокусировки из внутренней зоны 405 к наружной области 430, благодаря увеличению энергии в импульсе энергия, подаваемая в точку фокусировки и приводящая к микродеструкции, возрастает, компенсируя уменьшение плотности точек фокусировки. В результате энергия в расчете на единицу поверхности в пределах интересующей области остается, по существу, постоянной. Временное управление подобной компенсацией посредством модулятора 170 может осуществляться блоком управления в соответствии с заранее определенной математической функцией. Однако может быть построен и контур управления, который регулирует энергию импульса, например, в зависимости от радиального положения устройства 160.

В качестве альтернативы управлению (регулировке) энергии импульса вдоль спиральной кривой 420, плотность энергии вдоль траектории сканирования в случае схемы сканирования по спирали может обеспечиваться бланкированием лазерных импульсов, как это схематично показано на фиг.4. С целью устранения повторений при описании фиг.4 будут рассмотрены только существенные отличия данной схемы от ранее описанных вариантов по фиг.2 и 3. На фиг.4 представлена схема 500 вырезания лоскута, сопоставимая со схемой варианта по фиг.3. В этой схеме вырезание лоскута по плоскости производится с использованием спирального паттерна сканирования пучка (вдоль кривой 520), причем вырезание лоскута по плоскости происходит в результате подачи лазерных импульсов 515. По существу, равномерное расстояние точек фокусировки лазерных импульсов 515 вдоль спиральной кривой 520 обеспечивается бланкированием индивидуальных лазерных импульсов 525 (вместо варьирования частоты следования импульсов, генерируемых лазером-источником или варьирования энергии лазерного импульса). Частоту следования импульсов лазерного излучения, поступающих в глазную ткань, изменяют постоянно в соответствии со следующим уравнением:

$$s_f=const\sim \frac{d_i}{f_i}\dots \frac{d_o}{f_o}{f}_i<<f_o$$ при d_i<<d_o

где

f_i = частота импульсов во внутренней спиральной зоне;

f_o = частота импульсов в периферийной спиральной области;

s_f = расстояние между точками вдоль криволинейной траектории;

d_i = диаметр траектории в центральной области;

d_o = диаметр траектории в периферийной области.

В частности, примерно однородная плотность расположения точек фокусировки по всей области разреза роговицы 300 при формировании лоскута достигается бланкированием трех из четырех импульсов в центральной области 505 и каждого второго импульса в периферийной области 530. Приведенные здесь цифровые значения и соотношения размеров в некоторых случаях не соответствуют действительным значениям или истинному масштабу и служат только схематичной иллюстрацией. В конкретном варианте реальные соотношения между количествами подаваемых и бланкированных импульсов могут существенно отличаться от значений, приведенных в упрощенном описании.

В целом, локальной концентрации или даже наложения (ассоциируемых с негативными последствиями) нескольких фс лазерных импульсов на участках реверсирования направления сканирования применительно к траектории разреза в виде решетки или слишком плотного расположения фс лазерных импульсов в случае сканирования по спирали можно избежать программно коррелированным бланкированием импульсов или соответствующей модуляцией энергии импульса лазерного излучения. Во всех этих случаях лазерный источник продолжает работать без каких-либо возмущений, с фиксированными и оптимизированными параметрами, такими как энергия, длительность импульса, а также расходимость и др., благодаря чему качество разреза постоянно остается оптимальным.

Изобретение применимо и в других приложениях фс лазеров в офтальмологии. Так, схожая схема выполнения разреза может быть использована для ламеллярной или проникающей кератопластики, например, в случае экстракции лентикула или аналогичных операций.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Система содержит: источник импульсного лазерного излучения с параметрами излучения, подобранными для выполнения, посредством фотодеструкции, разреза в роговице глаза, сканер для осуществления перемещения лазерного излучения, электронный блок управления, блок модулятора для модулирования лазерных импульсов, испускаемых источником. При этом блок управления управляет сканером в соответствии с геометрией разреза, заданной для формирования лоскута и предусматривающей краевой разрез вдоль заданной кромки лоскута и вырезание ложа лоскута, соответствующее серпантинному или спиральному паттерну перемещения пучка с множеством прямолинейных участков, расположенных напротив друг друга, и с множеством реверсирующих изгибов, каждый из которых соединяет концы двух прямолинейных участков и локализован за пределами лоскута. Причем блок управления также выполнен с возможностью управления блоком модулятора таким образом, что в частях паттерна, локализованных за пределами лоскута, некоторые лазерные импульсы подавлены. В другом варианте изобретения управление блоком модулятора предусматривает уменьшение энергии и/или бланкирование некоторых лазерных импульсов по мере приближения к внутренним виткам спирального паттерна для обеспечения в центральной зоне роговицы и в ее периферийной области постоянной энергии в расчете на единицу поверхности. Применение данной группы изобретений позволит уменьшить термические повреждения глазной ткани при формировании в ней разрезов посредством коротких импульсов лазерного излучения. 2 н. и 10 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Система для офтальмологической лазерной хирургии, содержащая: источник импульсного лазерного излучения с параметрами излучения, подобранными для выполнения, посредством фотодеструкции, разреза в роговице глаза, сканер для осуществления перемещения лазерного излучения, электронный блок управления, выполненный с возможностью управления сканером в соответствии с геометрией разреза, заданной для формирования лоскута и предусматривающей краевой разрез вдоль заданной кромки лоскута и вырезание ложа лоскута, соответствующее серпантинному паттерну перемещения пучка с множеством прямолинейных участков, расположенных напротив друг друга, и с множеством реверсирующих изгибов, каждый из которых соединяет концы двух прямолинейных участков и локализован за пределами лоскута, блок модулятора для модулирования лазерных импульсов, испускаемых источником, при этом блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления блоком модулятора таким образом, что в частях указанного паттерна, локализованных за пределами лоскута, некоторые лазерные импульсы подавлены.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок модулятора содержит акустооптический или электрооптический модулятор.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок модулятора содержит оптический дифракционный компонент с варьируемой дифракционной эффективностью.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что блок модулятора снабжен поглотителем пучка.

5. Система для офтальмологической лазерной хирургии, содержащая: источник импульсного лазерного излучения с параметрами излучения, подобранными для выполнения разреза в глазной ткани, преимущественно в роговице, сканер для осуществления перемещения лазерного излучения, электронный блок управления, выполненный с возможностью управления сканером в соответствии с заданной геометрией разреза, и блок модулятора для модулирования лазерных импульсов, испускаемых источником, при этом блок управления выполнен с возможностью управления блоком модулятора в соответствии с паттерном перемещения пучка, определенным для геометрии разреза и включающим спиральный паттерн, причем указанное управление блоком модулятора предусматривает уменьшение энергии и/или бланкирование по меньшей мере некоторых лазерных импульсов по мере приближения к внутренним виткам спирального паттерна для обеспечения в центральной зоне роговицы и в ее периферийной области, по существу, постоянной энергии в расчете на единицу поверхности.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что блок модулятора содержит акустооптический или электрооптический модулятор.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок модулятора содержит акустооптический модулятор, обеспечивающий длительности переключения менее 10 мкс, вплоть до 2 мкс.

8. Система по п.5, отличающаяся тем, что блок модулятора содержит оптический дифракционный компонент с варьируемой дифракционной эффективностью.

9. Система по п.5, отличающаяся тем, что блок модулятора снабжен поглотителем пучка, обеспечивающим поглощение импульсов излучения, отклоняемых на него модулятором.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что поглотитель пучка обеспечивает поглощение импульсов излучения, отклоняемых на него модулятором, для обеспечения отсутствия указанных импульсов в дальнейшем ходе лазерного пучка.

11. Система по любому из пп.5-10, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью управления блоком модулятора для обеспечения бланкирования трех из четырех импульсов в центральной области и каждого второго импульса в периферийной области указанного разреза.

12. Система по любому из пп.5-10, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью управления блоком модулятора для бланкирования по меньшей мере некоторых лазерных импульсов для постоянного изменения частоты следования импульсов лазерного излучения, поступающих в глазную ткань, в соответствии со следующим уравнением
$$s_f=const\sim \frac{d_i}{f_i}\dots \frac{d_o}{f_o}{f}_i<<f_o$$ при d_i<<d_o,
где f_i = частота импульсов во внутренней спиральной зоне;
f_o = частота импульсов в периферийной спиральной области;
s_f = расстояние между точками вдоль криволинейной траектории;
d_i = диаметр траектории в центральной области;
d_o = диаметр траектории в периферийной области.