АППАРАТ ДЛЯ РАЗРЕЗАНИЯ С ОПТИЧЕСКИМ СОЕДИНИТЕЛЕМ И С КОРРЕКТОРОМ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК A61B18/20 A61F9/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области лечения глазных патологий с использованием фемтосекундного лазера, и, в частности, к области офтальмологической хирургии, в частности, для применения при разрезании роговицы или хрусталика.

Изобретение относится к устройству для разрезания ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, при помощи фемтосекундного лазера.

Под фемтосекундным лазером следует понимать световой источник, выполненный с возможностью излучать лазерный пучок в виде ультракоротких импульсов, продолжительность которых составляет от 1 фемтосекунды до 100 пикосекунд, предпочтительно от 1 до 1000 фемтосекунд, в частности, порядка сотни фемтосекунд.

Уровень техники

Ранее уже было предложено осуществлять хирургические операции на глазу при помощи фемтосекундного лазера, такие как операции разрезания роговицы или хрусталика.

В документе FR 3 026 940 описан режущий аппарат, включающий в себя лазерный источник и систему придания формы. В документе US 2017/340483 описана система для глазной хирургии, содержащая: лазерную систему, операционный микроскоп, блок управления, станину, первую шарнирную стойку, на которой закреплена головка операционного микроскопа, и вторую шарнирную стойку, на которой закреплена рабочая головка лазерной системы, при этом обе головки могут быть соединены друг с другом.

В международных заявках РСТ/ЕР2019/051872 и РСТ/ЕР2019/051876, поданных 25 января 2019 года на имя заявителя, описан аппарат для разрезания ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик.

Как показано на фиг. 1, этот аппарат содержит:

- фемтосекундный лазерный источник 1 для излучения исходного лазерного пучка в виде импульсов,

- систему 2 придания формы в виде пространственного модулятора света (ПМС), расположенную на выходе лазерного источника 1, чтобы преобразовывать исходный лазерный пучок в модулированный по фазе единственный лазерный пучок, при этом система придания формы выполнена с возможностью модулировать фазу фронта волны исходного лазерного пучка в соответствии с вычисленным заданным значением модуляции для распределения энергии лазерного пучка по меньшей мере в две точки облучения, образующих рисунок в плоскости 81 фокусировки,

- оптический соединитель 3 между фемтосекундным лазерным источником 1 и системой 2 придания формы, при этом оптический соединитель 3 включает в себя фотонно-кристаллическое оптическое волокно для фильтрации лазерного пучка 11 выходящего из фемтосекундного лазерного источника 1,

- оптический сканер 4, расположенный на выходе системы 2 придания формы, для перемещения рисунка вдоль заранее определенного пути перемещения в плоскости 81 фокусировки,

- оптическую систему 5 фокусировки, расположенную на выходе оптического сканера 4, для перемещения плоскости 81 фокусировки модулированного лазерного пучка в плоскость разрезания заданной ткани 7,

- блок 6 управления, позволяющий управлять системой 2 придания формы, оптическим соединителем 3, оптическим сканером 4 и оптической системой 5 фокусировки.

Предпочтительно это устройство для разрезания может быть встроено в шарнирную стойку. В частности, систему 2 придания формы, оптический сканер 4 и оптическую систему 5 фокусировки можно установить в отсеке (в дальнейшем называемом «рабочей головкой»), закрепленном на свободной конце шарнирной стойки, тогда как лазерный источник 1 и блок 6 управления можно встроить в кожух шарнирной стойки, при этом оптический соединитель 3 проходит между кожухом и рабочей головкой, чтобы распространять лазерный пучок 11 между лазерным источником 1 и системой 2 придания формы.

Оптический соединитель 3 позволяет упростить устройство для разрезания и облегчить передачу лазерного пучка 11 между удаленными друг от друга лазерным источником 1 и системой 2 придания формы. Действительно, с учетом своего большого габарита лазерный источник 1 не может быть расположен в рабочей головке шарнирной стойки.

Однако во время прохождения через фотонно-кристаллическое волокно выходящий из лазерного источника 1 лазерный пучок 11 меняет свою поляризацию. Эта вариация поляризации зависит от положения и от ориентации фотонно-кристаллического волокна (которая зависит от положения и от ориентации рабочей головки относительно кожуха шарнирной стойки).

Поскольку система 2 придания формы является чувствительной к поляризации лазерного пучка, эта вариация поляризации приводит к уменьшению мощности модулированного лазерного пучка на выходе системы 2 придания формы.

Настоящее изобретение призвано предложить техническое решение, позволяющее сохранять всю мощность модулированного лазерного пучка при любых положении и ориентации системы 2 придания формы относительно лазерного источника 1.

Раскрытие сущности изобретения

Для этого изобретением предложен аппарат для разрезания ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, при этом указанный аппарат содержит:

- лазерный источник для излучения рабочего лазерного пучка в виде импульсов,

- систему придания формы в виде пространственного модулятора света (ПМС), расположенную на выходе лазерного источника, чтобы преобразовывать рабочий лазерный пучок в модулированный по фазе единственный рабочий лазерный пучок, при этом система придания формы выполнена с возможностью модулировать фазу волнового фронта рабочего лазерного пучка в соответствии с заданным значением модуляции, вычисленным для распределения энергии рабочего лазерного пучка по меньшей мере в две точки облучения, образующих рисунок в плоскости фокусировки,

- оптический соединитель между лазерным источником и системой придания формы, при этом оптический соединитель включает в себя фотонно-кристаллическое оптическое волокно,

отличающийся тем, что аппарат для разрезания дополнительно содержит корректор поляризации для изменения поляризации рабочего лазерного пучка на входе системы придания формы таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка на входе системы придания формы соответствовала заданной контрольной поляризации, при этом корректор поляризации установлен на входе системы придания формы. Предпочтительно корректор поляризации может содержать:

- средства для измерения вариации поляризации между входным концом оптического соединителя и выходным концом оптического соединителя, и

- средства для изменения поляризации рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя, чтобы компенсировать измеренную вариацию поляризации.

Присутствие корректора поляризации позволяет изменять поляризацию исходного лазерного пучка на входе оптического соединителя таким образом, чтобы поляризация лазерного пучка на выходе оптического соединителя была по существу равна требуемой контрольной поляризации для лазерного пучка до его попадания в систему придания формы. Эта требуемая контрольная поляризация соответствует поляризации лазерного пучка, позволяющей получить максимальную мощность для модулированного лазерного пучка на выходе системы придания формы.

В рамках настоящего изобретения под «точкой облучения» следует понимать зону лазерного пучка, которая находится в его фокальной плоскости и в которой интенсивность указанного лазерного пучка является достаточной, чтобы генерировать газовый пузырек в ткани.

В рамках настоящего изобретения под «смежными точками облучения» следует понимать две точки облучения, расположенные друг против друга и не разделенные другой точкой облучения. Под «соседними точками облучения» следует понимать две точки одной группы смежных точек, между которыми расстояние является минимальным.

В рамках настоящего изобретения под «рисунком» следует понимать множество точек лазерного облучения, создаваемых одновременно в плоскости фокусировки сформированного лазерного пучка, то есть фазово-модулированного пучка, для распределения его энергии в несколько разных точек в плоскости фокусировки, соответствующей плоскости разрезания указанного аппарата. Таким образом, система придания формы позволяет изменять профиль интенсивности лазерного пучка в плоскости разрезания таким образом, чтобы повысить качество или скорость разрезания в зависимости от выбранного профиля. Это изменение профиля интенсивности получают посредством фазовой модуляции лазерного пучка.

Оптическую фазовую модуляцию осуществляют при помощи фазовой маски. После модуляции энергия падающего лазерного пучка сохраняется, и придание формы пучку производят, воздействуя на его волновой фронт. Фаза электромагнитной волны представляет собой моментальную ситуацию амплитуды электромагнитной волны. Фаза зависит как от времени, так и от пространства. В случае пространственного формирования лазерного пучка учитываются только изменения фазы в пространстве.

Волновой фронт определяют как поверхность точек пучка, имеющую эквивалентную фазу (то есть поверхность, образованную точками, время прохождения которых от источника, излучающего пучок, является одинаковым). Следовательно, изменение пространственной фазы пучка проходит через изменение его волнового фронта.

Эта технология позволяет производить операцию разрезания быстрее и более эффективно, так как она использует несколько лазерных точек, каждая из которых производит одно разрезание и в соответствии с контролируемым профилем.

Расположение оптического соединителя, содержащего фотонно-кристаллическое оптическое волокно, между фемтосекундным лазером и системой придания формы позволяет избежать помехи при формировании лазерного пучка, осуществляемом системой придания формы.

Аппарат для разрезания имеет следующие предпочтительные, но не ограничительные признаки:

- корректор поляризации может быть установлен между лазерным источником и системой придания формы, при этом указанный корректор поляризации выполнен с возможностью изменять поляризацию рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка на выходе оптического соединителя соответствовала заданной контрольной поляризации;

- средства измерения могут быть оптически соединены с выходным концом оптического соединителя, при этом указанные средства измерения выполнены с возможностью измерять вариацию поляризации рабочего лазерного пучка на основании лазерного пучка для измерения, генерируемого лазерным источником, при этом интенсивность лазерного пучка для измерения меньше интенсивности рабочего лазерного пучка;

- средства измерения могут содержать:

- поляризатор для выборочной фильтрации плоскости поляризации лазерного пучка для измерения, и

- анализатор поляризации, установленный на выходе поляризатора для измерения данных, отображающих поляризацию лазерного пучка для измерения, на выходе оптического соединителя;

- средства измерения могут дополнительно содержать вычислительное устройство, чтобы на основании данных, измеряемых анализатором поляризации, вычислять вариацию поляризации Δ_{поляризации} между:

- поляризацией лазерного пучка для измерения, излучаемого лазерным источником, и

- поляризацией лазерного пучка для измерения, принимаемого анализатором поляризации;

- средства для изменения поляризации рабочего лазерного пучка могут быть расположены между лазерным источником и оптическим соединителем, при этом указанные средства изменения поляризации выполнены с возможностью поворачивать плоскость поляризации рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя на угол, противоположный к измеряемой вариации поляризации;

- заданная контрольная поляризация может быть равна поляризации рабочего лазерного пучка на выходе лазерного источника (то есть до прохождения через корректор поляризации и через оптический соединитель);

- аппарат для разрезания дополнительно может содержать:

- оптический сканер, расположенный на выходе системы придания формы, для перемещения рисунка вдоль заранее определенного пути перемещения в плоскости фокусировки,

- оптическую систему фокусировки, расположенную на выходе оптического сканера, для перемещения плоскости фокусировки модулированного лазерного пучка в плоскость разрезания заданной ткани,

- блок управления, предназначенный для управления лазерным источником, системой придания формы, оптическим соединителем, оптическим сканером и оптической системой фокусировки.

Объектом изобретения является также терапевтическое устройство, содержащее кожух и шарнирную стойку, установленную на кожухе, при этом стойка включает в себя несколько секций стойки, соединенных при помощи шарниров, отличающееся тем, что терапевтическое устройство дополнительно содержит описанный выше аппарат для разрезания, при этом система придания формы, оптический сканер и оптическая система фокусировки установлены в концевой секции шарнирной стойки, при этом лазерный источник и блок управления встроены в кожух.

Предпочтительно средства изменения поляризации рабочего лазерного пучка могут быть встроены в кожух.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид монтажной схемы, включающей в себя аппарат для разрезания.

Фиг. 2 - схематичный вид терапевтического устройства с роботизированной шарнирной стойкой, включающей в себя аппарат для разрезания, показанный на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематичный вид оптического соединителя, корректора поляризации и блока управления аппарата для разрезания.

Фиг. 4 - детальный схематичный вид оптического соединителя и корректора поляризации.

Подробное описание изобретения

Изобретение относится к аппарату для разрезания ткани человека или животного при помощи фемтосекундного лазера. В дальнейшем изобретение будет описано в качестве примера для разрезания роговицы глаза человека или животного, при этом, разумеется, настоящее изобретение можно применять для любого другого типа лечения глазной ткани.

1. Общие положения

1.1. Аппарат для разрезания

Как было указано выше, аппарат для резрезания содержит:

- фемтосекундный лазерный источник 1, выполненный с возможностью излучения рабочего лазерного пучка 11 в виде импульсов,

- систему 2 придания формы, расположенную на выходе лазерного источника 1, чтобы модулировать фазу рабочего лазерного пучка 11 и получать модулированный единственный лазерный пучок 21, в котором энергия рабочего лазерного пучка 11 распределена на множество точек облучения в его фокальной плоскости, причем это множество точек облучения образует рисунок,

- оптический соединитель 3 между лазерным источником 1 и системой 2 придания формы, при этом соединитель обеспечивает распространение рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, в сторону системы 2 придания формы,

- оптический сканер 4 на выходе системы 2 придания формы, при этом оптический сканер 4 позволяет ориентировать модулированный лазерный пучок 21, чтобы перемещать рисунок вдоль пути перемещения, заранее определенного пользователем, в плоскости 81 фокусировки,

- оптическую систему 5 фокусировки на выходе оптического сканера 4, при этом оптическая система фокусировки позволяет перемещать плоскость 81 фокусировки, соответствующую плоскости разрезания, отклоненного лазерного пучка 41, выходящего из оптического сканера 4,

- блок 6 управления, позволяющий управлять лазерным источником 1, системой 2 придания формы, оптическим соединителем 3, оптическим сканером 4 и оптической системой 5 фокусировки.

Система 2 придания формы позволяет модулировать фазу рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, чтобы сформировать пики интенсивности в плоскости 81 фокусировки, при этом каждый пик интенсивности производит соответствующую точку облучения в фокальной плоскости, соответствующей плоскости разрезания. Согласно представленному варианту выполнения, система 2 придания формы представляет собой жидко-кристаллический пространственный модулятор света, известный под сокращенным названием ПМС или SLM от английского выражения “Spatial Light Modulator”. Как известно, в модуляторе ПМС применяют фазовую маску, то есть карту, определяющую, каким образом следует изменить фазу рабочего лазерного пучка, чтобы получить заданное распределение амплитуды в его плоскости 81 фокусировки. Использование такой системы придания формы обеспечивает, с одной стороны, сокращение времени разрезания биологической ткани (за счет одновременного генерирования нескольких точек облучения) и, с другой стороны, получение по существу одинаковых точек облучения (при этом форма, положение и диаметр каждой точки динамично контролируются вычисленной фазовой маской, выведенной на систему придания формы).

Оптический соединитель 3 обеспечивает передачу рабочего лазерного пучка 11 между лазерным источником 1 и системой 2 придания формы. Предпочтительно оптический соединитель 3 содержит оптическое волокно. Это оптическое волокно может быть фотонно-кристаллическим волокном (ФКВ) или “PCF” (сокращение от англо-саксонского выражения “Photonic-Crystal Fiber”) и, в частности, фотонно-кристаллическим волокном с полой сердцевиной. Фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной адаптировано, в частности, для распространения коротких лазерных импульсов высокой энергии. Использование такого волокна является предпочтительным для оптимальной передачи рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1.

1.2. Терапевтическое устройство

Благодаря использованию оптического соединителя 3, аппарат для разрезания можно установить в терапевтическом устройство, включающем в себя шарнирную стойку 200 и неподвижный кожух 210, на котором установлена шарнирная стойка 200, как показано на фиг. 2. Однако понятно, что аппарат для разрезания не обязательно может быть установлен в терапевтическом устройстве, включающем в себя стойку и неподвижный кожух. В частности, терапевтическое устройство можно использовать отдельно, то есть без установки в шарнирной стойке и кожухе.

Стойка 200 содержит несколько секций 201-204 стойки, соединенных при помощи шарниров 205-207 (поворотные или шаровые соединения), механизированных для обеспечения автоматического перемещения вращением различных секций 201-204 относительно друг друга.

Стойка 200 выполнена с возможностью перемещения между:

- положением покоя (не показано), облегчающим ее транспортировку из одного лечебного отделения в другое и/или внутри одного лечебного отделения, и

- рабочим положением, в котором конец стойки 200 расположен напротив обрабатываемой глазной ткани.

Система 2 придания формы, оптический сканер 4 и оптическая система 5 фокусировки могут быть установлены в концевой секции 204 (то есть в «рабочей головке») стойки 200.

Лазерный источник 1 и блок 5 управления могут быть встроены в подвижный кожух 210 терапевтического устройства, при этом оптический соединитель 3 расположен между кожухом 210 и концевой секцией 204 для распространения рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, в сторону системы 2 придания формы.

2. Корректор поляризации

2.1. Общие положения

Как показано на фиг. 3, аппарат для разрезания содержит также корректор 7 поляризации.

Этот корректор 7 поляризации позволяет изменять поляризацию рабочего лазерного пучка 11 на входе оптического соединителя 3 таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка на выходе оптического соединителя 3 была по существу равна требуемой контрольной поляризации для рабочего лазерного пучка до его попадания в систему 2 придания формы.

Действительно, как было указано выше, система 2 придания формы позволяет модулировать фазу рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, чтобы сформировать пики интенсивности в плоскости 81 фокусировки, при этом каждый пик интенсивности производит соответствующую точку облучения в фокальной плоскости, соответствующей плоскости разрезания.

Модуляцию волнового фронта по фазе можно рассматривать как явление интерференций в двух измерениях. Каждый участок рабочего лазерного пучка 11, выходящего из источника 1, задерживают или пропускают с опережением относительно исходного волнового фронта, чтобы каждый из этих участков перенаправить таким образом, чтобы получить конструктивную интерференцию в N разных точках в фокальной плоскости линзы. Это перераспределение энергии во множество точек облучения происходит только в одной плоскости (то есть в плоскости 81 фокусировки), а не вдоль всего пути распространения модулированного рабочего лазерного пучка.

Однако системы 2 придания формы являются чувствительными к поляризации входящего рабочего лазерного пучка. Например, в случае жидкокристаллического пространственного модулятора света «чистая» фазовая модуляция возможна, если поляризация волнового фронта рабочего лазерного пучка, входящего в систему 2 придания формы, совмещается с экстраординарной осью жидких кристаллов пространственного модулятора света.

Таким образом, чтобы осуществить «чистую» фазовую модуляцию рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, предпочтительно, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка, входящего в систему 2 придания формы, соответствовала требуемой контрольной поляризации (например, в случае жидкокристаллического пространственного модулятора света предпочтительно, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка, входящего в модулятор ПМС, совмещалась с оптической осью жидкого кристалла).

Однако перемещение рабочей головки 204 для достижения рабочего положения приводит к изменениям положения и ориентации оптического соединителя (и, в частности, оптического волокна соединителя, которое может подвергаться кручению и т.д.), которые могут изменить поляризацию рабочего лазерного пучка, входящего в систему 2 придания формы.

Это изменение поляризации рабочего лазерного пучка, входящего в систему 2 придания формы, может снизить качество модулированного сигнала на выходе системы 2 придания формы.

Корректор 7 поляризации позволяет корректировать поляризацию рабочего лазерного пучка, входящего в систему 2 придания формы, таким образом, чтобы качество модулированного рабочего лазерного пучка 21, выходящего из систему 2 придания формы, было оптимальным.

2.2. Составные элементы корректора поляризации

Корректор 7 поляризации соединен с блоком 6 управления для обеспечения передачи данных, измеренных корректором 7 поляризации, в блок 6 управления и для обеспечения передачи сигналов контроля, выдаваемых блоком 6 управления, в корректор 7 поляризации.

Как показано на фиг. 4, корректор 7 поляризации содержит:

- средства 71 для измерения вариации поляризации рабочего лазерного пучка 11 между входом оптического соединителя 3 и выходом оптического соединителя 3, и

- средства 72 для изменения поляризации рабочего лазерного пучка 11, входящего в оптический соединитель 3, чтобы компенсировать эту измеренную вариацию поляризации лазерного пучка между входом и выходом оптического соединителя.

2.2.1. Средства измерения вариации поляризации

Когда шарнирная стойка 200 находится в рабочем положении, средства 71 измерения позволяют оценить изменение поляризации рабочего лазерного пучка 11 во время его прохождения через оптический соединитель 3.

Чтобы измерить изменения поляризации, которым подвергается рабочий лазерный пучок 11, блок 6 управления запрограммирован с возможностью управлять лазерным источником 1 таким образом, чтобы генерировать лазерный пучок 12 для измерения до излучения рабочего лазерного пучка 11, при этом интенсивность лазерного пучка 12 для измерения намного меньше (в частности, в 10-1000 раз меньше) интенсивности рабочего лазерного пучка 11.

Таким образом, чтобы измерять изменения поляризации, которым подвергается рабочий лазерный пучок 11, использование лазерного пучка 12 для измерения (низкой интенсивности), выходящего из лазерного источника 1, является более предпочтительным, чем использование поляризованного светового пучка, выходящего из источника поляризованного света низкой интенсивности, такого как светодиод, связанный с линейным поляризатором.

Действительно, авторы изобретения обнаружили, что световые пучки идентичной поляризации, выходящие из двух разных световых источников, не претерпевают одинаковые изменения поляризации при прохождении через оптический соединитель 3.

В варианте выполнения изобретения, средства 71 измерения содержат линейный поляризатор 711, такой как поляризатор, основанный на диэлектрической обработке, или поляризатор, основанный на двулучепреломляющих материалах, и анализатор 712 поляризации, такой как фотодиод или фототранзистор, на выходе линейного поляризатора 711.

Линейный поляризатор 711 позволяет выборочно фильтровать поляризованный свет, исходящий из оптического соединителя 3. Анализатор 712 поляризации позволяет измерять данные, характеризующие поляризацию лазерного пучка 12 для измерения, выходящего из оптического соединителя 3.

Средства 71 измерения оптически соединены с выходом оптического соединителя 3 через оптический разделитель 33, который может быть встроен в оптический соединитель 3 или в линейный поляризатор 711.

В частности, оптический соединитель 3 содержит оптический разделитель 33, установленный на конце фотонно-кристаллического волокна 31 с полой сердцевиной, ближайшем к системе 2 придания формы.

Оптический разделитель 33 содержит:

- входной канал 333, оптически соединенный с фотонно-кристаллическим волокном,

- первый выходной канал 331, оптически соединенный с системой 2 придания формы, для обеспечения передачи рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, в систему 2 придания формы,

- второй выходной канал 332, оптически соединенный со средствами 71 измерения, для обеспечения передачи лазерного пучка 12 для измерения в средства 71 измерения.

Оптический разделитель 33 позволяет выбрать выходной канал 331, 332, на который передается пучок, проходящий через входной канал 333 (то есть лазерный пучок для измерения или рабочий лазерный пучок), чтобы направить этот пучок либо в систему 2 придания формы, либо в средства 71 измерения.

Принцип работы средств 71 для измерения вариации поляризации лазерного пучка между входом оптического соединителя 3 и выходом оптического соединителя 3 заключается в следующем. Предположим, что шарнирная стойка 200 находится в рабочем положении, то есть конец 204 стойки 200 (включая систему 2 придания формы, оптический сканер 4 и оптическую систему 5 фокусировки) расположен напротив предназначенной для обработки глазной ткани.

До излучения лазерным источником 1 рабочего лазерного пучка 11 для обработки ткани, блок 6 управления активирует лазерный источник 1, чтобы излучать лазерный пучок 12 для измерения, имеющий низкую интенсивность. Лазерный пучок 12 для измерения поступает в оптический соединитель 3 и проходит через фотонно-кристаллическое волокно 31.

Во время прохождения через фотонно-кристаллическое волокно 31 поляризация лазерного пучка 12 для измерения претерпевает вариации (например, вращение плоскости поляризации по причине кручений фотонно-кристаллического волокна 31).

Затем лазерный пучок 12 для измерения проходит через входной канал 333 разделителя 33 и переходит во второй выходной канал 332 разделителя 33. Средства 71 измерения улавливают лазерный пучок 12 для измерения. Анализатор 712 поляризации измеряет данные, характеризующие поляризацию принятого лазерного пучка 12 для измерения.

Данные, измеренные анализатором 712 поляризации, поступают в вычислительное устройство средств 71 измерения (которое можно быть встроено или нет в блок 6 управления). На основании этих измеренных данных, зная поляризацию лазерного пучка 12 для измерения, излучаемого лазерным источником 1, вычислительное устройство может вычислить вариацию Δ_{поляризации} между:

- поляризацией лазерного пучка 12 для измерения, излучаемого лазерным источником 1, и

- поляризацией лазерного пучка 12 для измерения, принятого анализатором 712 поляризации.

Вычислительное устройство использует эту вычисленную вариацию поляризации, чтобы генерировать сигнал компенсации, позволяющий скорректировать поляризацию рабочего лазерного пучка 11, излучаемого лазерным источником 1, таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка 11 на выходе оптического соединителя 3 соответствовала требуемой контрольной поляризации для рабочего лазерного пучка до его попадания в систему 2 придания формы.

Этот сигнал компенсации передается в средства 72 для изменения поляризации лазерного пучка.

2.2.2. Средства изменения поляризации

Средства 72 для изменения поляризации рабочего лазерного пучка позволяют скорректировать вариацию поляризации Δ_{поляризации}, измеренную средствами 71 измерения.

Средства 72 изменения поляризации могут быть установлены на выходе оптического соединителя 3. В этом случае средства 72 изменения поляризации встроены в концевую секцию 204 (то есть в «рабочую головку») стойки 200. Это может привести к проблемам габарита.

В варианте изобретения, средства 72 изменения поляризации могут быть установлены между лазерным источником 1 и оптическим соединителем 3. Это позволяет встроить средства 72 изменения поляризации в кожух 210 терапевтического устройства (что ограничивает проблемы габарита). В этом случае средства 72 изменения поляризации позволяют генерировать лазерный пучок со скорректированной поляризацией на входе оптического соединителя 3, чтобы поляризация лазерного пучка на выходе оптического соединителя 3 соответствовала требуемой контрольной поляризации.

В частности, поляризация рабочего лазерного пучка 11 на выходе лазерного источника 1 соответствует оптимальной поляризации, то есть требуемой контрольной поляризации для рабочего лазерного пучка до его попадания в систему 2 придания формы.

Прохождение через фотонно-кристаллическое волокно 31 изменяет эту поляризацию.

Средства 72 изменения поляризации позволяют компенсировать изменения поляризации, которым подвергается рабочий лазерный пучок 11 во время его прохождения через фотонно-кристаллическое волокно 31.

Таким образом, поляризация рабочего лазерного пучка 11 на выходе оптического соединителя 3 соответствует оптимальной поляризации рабочего лазерного пучка 11 на выходе лазерного источника 1.

Средства 72 изменения поляризации могут содержать электро-оптический элемент, роль которого состоит во вращении плоскости поляризации рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, под действием электрического напряжения управления. Этот элемент может быть одним из элементов, известных специалисту в данной области для воздействия на свет. Например, этот элемент может быть жидкокристаллическим элементом (таким кристаллом исключительно легко управлять при низком расходе энергии) или предпочтительно вращающейся пластиной замедления, в частности, пластиной с вращением на половину волны, которая является менее дорогой, чем жидкокристаллический элемент).

Принцип работы средств 72 изменения поляризации заключается в следующем. Предположим, что в данном случае средства 72 изменения поляризации расположены между лазерным источником 1 и оптическим соединителем 3.

Как только вычислительное устройство производит оценку сигнала компенсации, этот сигнал компенсации поступает в средства 72 изменения поляризации с целью их конфигурирования.

Во время прохождения через средства 72 изменения поляризации плоскость поляризации рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, подвергается вращению в направлении, противоположном к измеренной вариации поляризации Δ_{поляризации}. Получают лазерный пучок со скорректированной поляризацией.

Например, если измеренная вариация поляризации Δ_{поляризации} соответствует вращению поляризованного светового пучка на угол 45° в направлении против часовой стрелки, плоскость поляризации рабочего лазерного пучка 11, выходящего из лазерного источника 1, поворачивают на угол 45° в обратном направлении (то есть на угол -45° в направлении против часовой стрелки).

Таким образом, на выходе оптического соединителя 3 поляризация соответствует поляризации рабочего лазерного пучка 11 на выходе лазерного источника 1.

Корректор 7 поляризации позволяет изменять поляризацию рабочего лазерного пучка 11 до его попадания в систему 2 придания формы. Это решение позволяет сохранить всю мощность модулированного лазерного пучка 21 на выходе системы 2 придания формы при любом положении и ориентации концевой секции 204 (то есть «рабочей головки») шарнирной стойки 200.

3. Выводы

Изобретение позволяет получить эффективный и точный режущий инструмент. Изменяемая модуляция волнового фронта лазерного пучка позволяет формировать одновременно множество точек облучения, каждая из которых имеет контролируемые размер и положение в фокальной плоскости 71 модулированного лазерного пучка.

Использование оптического соединителя 3, включающего в себя фотонно-кристаллическое волокно 31 с полой сердцевиной, позволяет уменьшить расстояние между различными точками облучения, образующими рисунок. Действительно, ограничивая явление расширения светового спектра, оптический соединитель 3, включающий в себя фотонно-кристаллическое волокно 31 с полой сердцевиной, позволяет получить более чистый модулированный по фазе лазерный пучок.

Присутствие корректора 7 поляризации позволяет компенсировать вариации поляризации, которым подвергается рабочий лазерный пучок 11 во время его прохождения через оптический соединитель 3, таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка 11 на входе системы 2 придания формы соответствовала требуемой поляризации на входе устройства придания формы.

Понятно, что в описанное выше изобретение можно вносить многие изменения, не выходя материально за рамки описанных в данном случае новых сведений и преимуществ. Следовательно, все изменения этого типа должны быть включены в объем прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. Аппарат для разрезания ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, содержит: фемтосекундный лазерный источник для излучения исходного лазерного пучка в виде импульсов, систему придания формы, расположенную на выходе фемтосекундного лазера, чтобы преобразовывать исходный лазерный пучок в модулированный по фазе единственный лазерный пучок, оптический соединитель между лазерным источником и системой придания формы, при этом оптический соединитель включает в себя оптическое волокно, корректор поляризации для изменения поляризации исходного лазерного пучка на входном конце оптического соединителя таким образом, чтобы поляризация лазерного пучка на выходном конце оптического соединителя соответствовала заданной контрольной поляризации. Терапевтическое устройство для применения при разрезании роговицы или хрусталика, содержащее аппарат для разрезания. Техническим результатом является сохранение мощности модулированного лазерного пучка. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Аппарат для разрезания ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, содержащий:

- фемтосекундный лазерный источник для излучения рабочего лазерного пучка в виде импульсов,

- систему придания формы в виде пространственного модулятора света, расположенную на выходе фемтосекундного лазерного источника, чтобы преобразовывать рабочий лазерный пучок в модулированный по фазе единственный рабочий лазерный пучок, при этом система придания формы выполнена с возможностью модулировать фазу волнового фронта рабочего лазерного пучка в соответствии с заданным значением модуляции, вычисленным для распределения энергии модулированного единственного рабочего лазерного пучка по меньшей мере в две точки облучения, образующие рисунок в плоскости фокусировки,

- оптический соединитель между фемтосекундным лазерным источником и системой придания формы,

- корректор поляризации для изменения поляризации рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка на выходе оптического соединителя соответствовала заданной контрольной поляризации, при этом корректор поляризации установлен между фемтосекундным лазерным источником и системой придания формы,

отличающийся тем, что

- оптический соединитель включает в себя фотонно-кристаллическое оптическое волокно, и

- корректор поляризации содержит:

- средства для измерения вариации поляризации между входным концом оптического соединителя и выходным концом оптического соединителя, и

- средства для изменения поляризации рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя, чтобы компенсировать измеренную вариацию поляризации.

2. Аппарат по п. 1, в котором корректор поляризации установлен между фемтосекундным лазерным источником и системой придания формы, при этом указанный корректор поляризации выполнен с возможностью изменять поляризацию рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя таким образом, чтобы поляризация рабочего лазерного пучка на выходе оптического соединителя соответствовала заданной контрольной поляризации.

3. Аппарат по п. 1 или 2, в котором средства измерения оптически соединены с выходным концом оптического соединителя, при этом указанные средства измерения выполнены с возможностью измерять вариацию поляризации рабочего лазерного пучка на основании лазерного пучка для измерения, генерируемого фемтосекундным лазерным источником, при этом интенсивность лазерного пучка для измерения меньше интенсивности рабочего лазерного пучка.

4. Аппарат по п. 3, в котором средства измерения содержат:

- поляризатор для выборочной фильтрации плоскости поляризации лазерного пучка для измерения, и

- анализатор поляризации, установленный на выходе поляризатора для измерения данных, отображающих поляризацию лазерного пучка для измерения на выходе оптического соединителя.

5. Аппарат по любому из пп. 1-4, в котором средства измерения дополнительно содержат вычислительное устройство для вычисления на основании данных, измеряемых анализатором поляризации, вариации поляризации Δ_{поляризации} между:

- поляризацией лазерного пучка для измерения, излучаемого фемтосекундным лазерным источником, и

- поляризацией лазерного пучка для измерения, принимаемого анализатором поляризации.

6. Аппарат по любому из пп. 1-5, в котором средства для изменения поляризации рабочего лазерного пучка расположены между фемтосекундным лазерным источником и оптическим соединителем, при этом указанные средства для изменения поляризации выполнены с возможностью поворачивать плоскость поляризации рабочего лазерного пучка на входе оптического соединителя на угол, противоположный к измеряемой вариации поляризации.

7. Аппарат по любому из пп. 1-6, в котором заданная контрольная поляризация равна поляризации рабочего лазерного пучка на выходе фемтосекундного лазерного источника, то есть до прохождения рабочего лазерного пучка через корректор поляризации и через оптический соединитель.

8. Аппарат по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащий:

- оптический сканер, расположенный на выходе системы придания формы, для перемещения указанного рисунка вдоль заранее определенного пути перемещения в плоскости фокусировки,

- оптическую систему фокусировки, расположенную на выходе оптического сканера, для перемещения плоскости фокусировки модулированного лазерного пучка в плоскость разрезания заданной ткани,

- блок управления, предназначенный для управления фемтосекундным лазерным источником, системой придания формы, оптическим соединителем, оптическим сканером и оптической системой фокусировки.

9. Терапевтическое устройство для применения при разрезании роговицы или хрусталика, содержащее кожух и шарнирную стойку, установленную на кожухе, при этом стойка включает в себя секции стойки, соединенные при помощи шарниров, отличающееся тем, что оно содержит аппарат для разрезания по любому из пп. 1-8, при этом система придания формы, оптический сканер и оптическая система фокусировки установлены в концевой секции шарнирной стойки, при этом фемтосекундный лазерный источник и блок управления встроены в кожух.

10. Терапевтическое устройство по п. 9, отличающееся тем, что средства изменения поляризации рабочего лазерного пучка встроены в кожух.