СОПРЯГАЮЩИЙ БЛОК ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА, ПОДЛЕЖАЩЕГО ОБЛУЧЕНИЮ, ОТНОСИТЕЛЬНО ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Область техники

Изобретение относится к интерфейсному (сопрягающему) блоку для позиционирования глаза, подлежащего облучению, относительно источника излучения в составе лазерной системы. При этом сопрягающий блок имеет по меньшей мере одну первую позиционирующую поверхность для позиционирования сопрягающего блока относительно источника излучения, вторую позиционирующую поверхность для наложения на глаз, и формирующий канал для излучения, испускаемого источником излучения, проходящий сквозь вторую позиционирующую поверхность.

Уровень техники

Подобные сопрягающие блоки могут, например, использоваться при проведении хирургических лазерных операций на человеческом глазу, предусматривающих выполнение разрезов. Если подлежащий облучению объект является человеком, сопрягающий блок может рассматриваться как "пациентский интерфейс", служащий в этом случае для обеспечения фиксированного взаимного положения глаза пациента и лазерной системы, которая генерирует лазерное излучение, обычно между глазом и фокусирующим объективом лазерной системы. Такая фиксация положения необходима, чтобы поддерживать постоянное расстояние между фокусирующим объективом и глазом пациента и тем самым обеспечить требуемую высокую точность выполнения разреза в соответствующей глазной ткани, подлежащей обработке, например в роговице.

Известно использование так называемого оптического пробоя, инициированного лазерным излучением, для выполнения разрезов не только в глазной ткани, но и в других биологических тканях, а также в материалах небиологической природы. Подобный пробой возникает под действием сфокусированного лазерного пучка в его фокальной зоне при условии, что пространственная и временная плотность энергии импульсов превышает пороговую плотность пробоя. Оптический пробой вызывает, по существу, атермическое разрушение облучаемой ткани. Данный эффект именуется фотодеструкцией. Путем осуществления последовательных фотодеструкций в ткани, подвергаемой воздействию, может быть реализован, по существу, любой желаемый трехмерный паттерн разреза. В типичном варианте для выполнения разрезов в настоящее время применяются лазерные системы, генерирующие лазерное излучение с длительностью импульсов в фемтосекундном диапазоне. Для таких ультракоротких импульсов порог пробоя является сравнительно низким, что позволяет понизить уровень энергии, воздействующей на ткань. Размеры зоны фотодеструкции ограничены, по существу, фокальной областью пучка излучения. Поэтому точность пространственной настройки положения фокуса является критичной для достижения высокой точности выполнения разреза.

Имеется возможность определить положение передней поверхности глаза в системе координат лазерной системы с помощью сопрягающего блока описываемого далее типа. Однако погрешности изготовления сопрягающего блока, которые можно представить, как отклонения от заданных оптических свойств этого блока, приводят к соответствующим отклонениям положений фокуса внутри разрезаемой ткани. Поэтому точность выполнения разреза критическим образом зависит от точности изготовления сопрягающего блока и от точности его позиционирования после замены. Как следствие, высокая точность изготовления этого блока представляется крайне желательной.

Сопрягающий блок может, например, содержать разделитель (деталь, задающую расстояние между его опорными поверхностями) в форме втулки и оптическое окно, установленное на одном конце блока. В этом случае лазерное излучение проходит по оси разделителя, т.е. через его внутренний объем, затем проходит сквозь окно и выходит из сопрягающего блока. Наружная сторона окна используется в качестве контактной поверхности для объекта, подлежащего воздействию (например оперируемого глаза). Таким образом, лазерное излучение входит в материал, на который оказывается воздействие, непосредственно через окно. Соответственно, наружная сторона окна образует позиционирующую поверхность для позиционирования объекта, подлежащего облучению. На другом конце втулки, противоположном окну, сопрягающий блок снабжен соответствующей позиционирующей конструкцией для позиционирования этого блока в осевом направлении по отношению к лазерной системе.

В качестве наиболее близкого аналога изобретения может рассматриваться лазерная система с сопрягающим блоком для позиционирования глаза, подлежащего облучению, относительно лазерной системы, раскрытая в европейской заявке EP 1844745 A2, опубликованной 17.10.2007.

Как это проиллюстрировано на Фиг. 6-8 указанного источника, сопрягающий блок имеет по меньшей мере одну первую позиционирующую поверхность для его позиционирования относительно источника излучения лазерной системы и вторую позиционирующую поверхность для наложения на объект, подлежащий облучению, и формирует для излучения, испускаемого источником излучения, канал, проходящий сквозь вторую позиционирующую поверхность. При этом сопрягающий блок может содержать тело в виде единой детали, содержащее разделительный конус, который охватывает указанный канал, причем на узком конце разделительного конуса установлен контактный элемент, предназначенный для накладывания на глаз.

Поскольку сопрягающий блок часто рассматривается, по соображениям гигиены (особенно в случае его применения в хирургии глаза), в качестве одноразового компонента, пользователи, чтобы иметь возможность использовать в каждой операции новый сопрягающий блок, требуют наличия запаса таких блоков. В связи с этим желательно, чтобы замена сопрягающего блока не приводила к необходимости перенастройки лазерной системы, т.е. определения нового положения фокуса пучка по координате z, т.е. в осевом направлении. Отсюда вытекают соответственно жесткие требования к точности изготовления и позиционирования сопрягающего блока, т.е. к наличию средств, обеспечивающих точную фиксацию устанавливаемого блока строго в заданном положении по указанной координате. Известный сопрягающий блок для позиционирования глаза этим требованиям не удовлетворяет.

Раскрытие изобретения

Соответственно, изобретение направлено на обеспечение позиционирования, с высокой точностью в осевом направлении, сопрягающего блока описанного выше типа. Для достижения данной цели изобретение предлагает сопрягающий блок для позиционирования глаза, подлежащего облучению, относительно лазерной системы, при этом сопрягающий блок содержит тело в виде единой детали, образующее по меньшей мере одну первую позиционирующую поверхность и вторую позиционирующую поверхность. В этом случае становится возможным избежать погрешностей сборки, которые бы могли возникнуть, если по меньшей мере одна первая позиционирующая поверхность находилась на первом компоненте блока, а вторая позиционирующая поверхность - на втором, отдельно изготовленном компоненте, причем оба компонента необходимо было склеить или присоединить друг к другу каким-то иным способом.. Решение согласно изобретению позволяет ограничить возможные погрешности позиционирования только погрешностями изготовления моноблочного тела сопрягающего блока. В результате можно избежать суммирования индивидуальных погрешностей. Это относится не только к геометрическим размерам сопрягающего блока, но и к оптическим свойствам (оптической длине пути в блоке).

По меньшей мере одна первая позиционирующая поверхность задает входную опорную (референтную) поверхность сопрягающего блока со стороны ввода излучения, тогда как вторая позиционирующая поверхность задает выходную опорную (референтную) поверхность со стороны выхода излучения. Канал, образуемый для излучения сопрягающим блоком, вытянут в направлении от входной опорной поверхности до выходной опорной поверхности. В этом канале излучение проходит по меньшей мере через две среды с различными оптическими плотностями, причем в простой и эффективной конфигурации одной из этих сред является воздух, а второй - прозрачный для излучения материал окна, образующего вторую позиционирующую поверхность.

Тело сопрягающего блока содержит также разделительный конус, который охватывает указанный канал На узком конце разделительного конуса установлен контактный элемент, предназначенный для накладывания на глаз, подлежащий облучению, а со стороны широкого конца разделительного конуса данный блок снабжен монтажным фланцем, который кольцом охватывает разделительный конус и который расширен на части своего наружного периметра для образования захватной пластины. При этом сопрягающий блок выполнен с возможностью введения, в радиальном направлении, в прорезь, имеющуюся в лазерной системе, и фиксации в указанной прорези по отношению к лазерной системе в осевом направлении.

Такая фиксация, обеспечивающая точное и воспроизводимое позиционирование сопрягающего блока, позволяет осуществлять замену данных блоков без необходимости каждый раз настраивать лазерную систему по координате z.

В предпочтительной конфигурации тело сопрягающего блока изготовлено из материала, пригодного для инжекционного формования, предпочтительно инжекционно-компрессионного формования. Этот материал предпочтительно является пластиком, который может содержать, например, циклоолефиновый сополимер, циклоолефиновый полимер, поликарбонат или полиметилметакрилат. Однако должно быть понятно, что эти материалы упомянуты только в качестве примера и применимы и другие материалы, пригодные для инжекционного формования, в частности биосовместимые пластики.

По меньшей мере часть тела сопрягающего блока предпочтительно является прозрачной в видимом спектральном диапазоне. Такая прозрачность сопрягающего блока особенно желательна для той его части, которая охватывает канал, по которому проходит излучение. Прозрачность этой части позволяет избежать частичного фильтрования света от источника, используемого для освещения операционного поля. При таком выполнении становится возможным, в случае использования в сопрягающем блоке цилиндрического или конического разделителя, выполнить его боковую поверхность сплошной, т.е. без каких-либо отверстий.

Согласно одной конфигурации все тело сопрягающего блока может состоять из одного и того же материала. Согласно альтернативной конфигурации тело сопрягающего блока может содержать различные участки, выполненные из различных материалов. Однако даже в этой, альтернативной конфигурации тело сопрягающего блока выполняется цельным. В случае присутствия участков тела сопрягающего блока, состоящих из различных материалов, изготовление подобного тела возможно, например, посредством инжекционного формования различных участков в общей инжекционной форме. Современные устройства многокомпонентного инжекционного формования позволяют изготавливать методом инжекционного формования различные компоненты, состоящие из различных материалов. При этом изобретение не исключает возможности предварительно сформовать по меньшей мере одну часть тела сопрягающего блока, а затем приформовать к ней, посредством инжекционного формования, другие участки тела сопрягающего блока, с получением сопряжения материалов по поверхностям их контакта. Например, можно использовать предварительно изготовленный компонент, соответствующий присасывающемуся кольцу, поместить его в инжекционную форму, а затем приформовать к данному компоненту, методом инжекционного формования, остальные части тела сопрягающего блока. При этом желательно, чтобы по меньшей мере одна цельная секция тела сопрягающего блока, имеющая две позиционирующие поверхности, в любом случае была выполнена из одного материала.

Контактный элемент образует упомянутое окно для выведения излучения. Он может иметь контактную поверхность, обращенную к объекту, в частности к глазу, и имеющую плоскую, вогнутую или выпуклую конфигурацию или конфигурацию с закругленными кромками. На своей другой стороне, обращенной к источнику излучения (т.е. на стороне, обращенной от объекта), контактный элемент может иметь поверхность плоской или произвольной формы. В качестве контактного элемента может быть, например, использована плоскопараллельная контактная пластина; альтернативно, может быть использован контактный элемент плоско-вогнутой или плоско-выпуклой формы, у которого поверхность, обращенная к глазу, является соответственно вогнутой или выпуклой, а противоположная поверхность, обращенная от глаза, - плоской. Приданием стороне контактного элемента, обращенной от глаза, свободно выбираемой формы в случае, когда конфигурация контактной поверхности не является плоской, обеспечивается возможность компенсации ухудшения качества фокусировки вследствие краевых искажений (сферической аберрации). Поскольку метод инжекционного формования позволяет придать такой поверхности со свободно выбираемой формой любую желательную конфигурацию, данная поверхность может быть сконфигурирована оптимальным образом в отношении любых аберраций, которые могут быть обусловлены неплоской формой контактной поверхности.

Вместо плоскопараллельной контактной пластины, можно использовать контактный элемент, имеющий иную конфигурацию, соответствующую конкретному применению, например плоско-вогнутую или плоско-выпуклую, и/или конфигурацию с закругленными кромками. В частности, плоско-вогнутую или плоско-выпуклую форму или форму с закругленными кромками может иметь та сторона контактной пластины, которая обращена к объекту, подлежащему облучению.

На сторону контактного элемента, обращенную к глазу, и/или на его противоположную сторону может быть нанесено просветляющее покрытие, чтобы уменьшить потери, обусловленные отражением от тела сопрягающего блока на используемой длине волны излучения.

Известно применение сопрягающих блоков с описанной функциональностью, по меньшей мере при офтальмологических операциях, в сочетании с присасывающимся кольцом, которое накладывают на глаз, а затем фиксируют на нем посредством силы присасывания. После этого сопрягающий блок подводят вплотную к присасывающемуся кольцу и приводят в сопряжение с ним. В результате не только глаз оказывается фиксированным к присасывающемуся кольцу, но и сопрягающий блок позиционируется по отношению к нему определенным образом, в частности центрируется. В одном варианте изобретения представляется возможным сконфигурировать тело сопрягающего блока как одно целое с конструкцией, которая способна выполнять функции присасывающегося кольца. Соответственно, сопрягающий блок может иметь по меньшей мере одну откачиваемую зону, по меньшей мере частично открытую в сторону объекта, подлежащего облучению, для фиксации, посредством присасывания, тела сопрягающего блока на объекте, подлежащем облучению. В этом варианте отдельное присасывающееся кольцо не используется.

Уже упоминалось, что тело сопрягающего блока может иметь участки, выполненные из различных материалов. Применительно к телу сопрягающего блока, в составе которого имеется конструкция, выполняющая функции традиционного присасывающегося кольца, эта концепция может быть использована с целью сформировать первую цельную секцию тела сопрягающего блока, имеющую две позиционирующие поверхности, из материала, отличного от материала второй секции тела сопрягающего блока, образующей элементы присасывающегося кольца (например откачиваемую зону). В частности, вторая секция может состоять из Макролона или иного пластика. При этом не исключена и возможность изготовления второй секции из металла.

Согласно изобретению тело сопрягающего блока изготавливают методом инжекционно-компрессионного формования. В соответствии с этим методом расплав пластика инжектируют в неполностью закрытую форму для инжекционного формования. Форма остается неполностью закрытой до начала процесса отверждения. Повышение давления в результате закрывания формы гарантирует придание требуемой конфигурации формуемому изделию. Таким образом, данный способ является комбинацией инжекционного формования и компрессионного формования. Было установлено, что метод инжекционно-компрессионного формования позволяет производить детали из пластика крупными партиями с обеспечением требуемых оптических характеристик, при относительно невысокой стоимости и, что особенно важно, при крайне высокой точности изготовления.

Краткое описание чертежей

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

На Фиг.1 показан, в перспективном изображении и в частичном разрезе, сопрягающий блок согласно варианту изобретения.

На Фиг.2 представлен сопрягающий блок по Фиг.1 вместе с блоком присасывающегося кольца, установленным на человеческий глаз.

На Фиг.3 схематично изображен сопрягающий блок согласно другому варианту.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 и 2 представлен сопрягающий блок 10, который предназначен для прикрепления к лазерной системе (не изображена) с целью позиционирования человеческого глаза 12, подлежащего воздействию, относительно лазерной системы и создания базы для определения его положения. Сопрягающий блок 10 содержит разделительный конус 14 с осью 16. В представленном варианте в боковой (конической) поверхности разделительного конуса 14 имеются отверстия 18; альтернативно, боковая поверхность может быть сконфигурирована как сплошная поверхность.

Применительно к разделительному конусу в контексте изобретения должно быть понятно, что его внутренняя и наружная боковые поверхности не должны быть строго (в математическом смысле) коническими. Напротив, эти поверхности могут иметь различные углубления, ступеньки или изгибы. Однако разделительный конус в целом имеет, по существу, коническую конфигурацию, т.е. он выполнен расширяющимся в осевом направлении от одного своего конца до другого.

Вместе с тем, должно быть понятно, что в других вариантах вместо разделительного конуса 14 можно использовать полый элемент цилиндрической или иной формы.

На узком конце разделительного конуса 14 сопрягающего блока 10 установлен контактный элемент в форме контактной пластины 20, выполненной в данном варианте плоскопараллельной и имеющей контактную поверхность 22 для накладывания на поверхность глаза 12, подлежащего воздействию. Контактная пластина 20 ориентирована ортогонально оси 16 конуса, причем, поскольку ее контактная поверхность 22 является плоской, данная пластина обычно именуется специалистами аппланационной пластиной. Эта пластина обеспечивает возможность уплощения роговицы глаза 12.

Сторона контактной пластины 20, противоположная контактной поверхности 22 (т.е. обращенная от глаза), обозначена, как 23.

Со стороны широкого конца разделительного конуса 14 сопрягающий блок 10 снабжен монтажным фланцем 24, который кольцом охватывает разделительный конус 14, радиально выступая из него. На части своего наружного периметра монтажный фланец 24 расширен для образования захватной пластины 26, которая позволяет пользователю взять сопрягающий блок 10 в руку и ввести его в радиальном направлении в соответствующую прорезь (не изображена), имеющуюся в лазерной системе. Глубина ввода блока может быть ограничена выполненным на захватной пластине 26 выступом 28, который взаимодействует с радиальным упорным фланцем (не изображен) лазерной системы. Внутри прорези сопрягающий блок 10 зафиксирован по отношению к лазерной системе в осевом направлении. Если это представляется желательным, в лазерной системе могут иметься соответствующие зажимы, посредством которых монтажный фланец 24 может быть жестко зафиксирован внутри прорези.

На верхней стороне монтажного фланца 24 имеются три позиционирующих выступа 30, равномерно распределенных вокруг конуса 14. Верхние стороны этих выступов образуют поверхности 32, обеспечивающие позиционирование в осевом направлении. После того как сопрягающий блок 10 будет установлен, позиционирующие поверхности 32 выступов 30 вступают во взаимодействие с опорными поверхностями лазерной системы. Наложение данных поверхностей на позиционирующие выступы 30 обеспечивает постоянное позиционирование сопрягающего блока 10 относительно лазерной системы в осевом направлении.

Сопрягающий блок 10 обеспечивает вытянутый вдоль оси 16 конуса канал для испускаемого лазерной системой лазерного излучения (проиллюстрированного на Фиг.1 в виде сфокусированного пучка 34 излучения, проходящего сквозь контактную пластину 20). Позиционирующие поверхности 32 позиционирующих выступов 30 соответствуют в контексте изобретения первой позиционирующей поверхности, тогда как контактная поверхность 22 контактной пластины 20 образует вторую позиционирующую поверхность.

Если сопрягающий блок 10 является одноразовым компонентом, его замена не должна приводить к необходимости перенастройки лазерной системы, т.е. определения нового положения фокуса пучка по координате z. Отсюда вытекают соответственно жесткие требования, прежде всего, к точности положения позиционирующих поверхностей 32 и к точности изготовления сопрягающего блока 10, т.е. к выдерживанию расстояния по оси от позиционирующих поверхностей до контактной поверхности 22 и к толщине контактной пластины 20. Оба указанных геометрических размера (расстояние от позиционирующей поверхности 32 до контактной поверхности 22 и толщина контактной пластины 20 в осевом направлении) влияют на эффективную оптическую длину пути в блоке 10 при прохождении через него пучка 34 излучения.

Чтобы обеспечить высокую точность изготовления и, тем самым, высокую точность требуемых оптических свойств сопрягающего блока 10, данный блок в рассматриваемом примере сконфигурирован в виде моноблочной конструкции, т.е. разделительный конус 14 выполнен как одно целое с контактной пластиной 20 и с монтажным фланцем 24. Поскольку контактная пластина 20 должна быть прозрачной, материал такого моноблочного сопрягающего блока является прозрачным для лазерного излучения. Кроме того, данный материал предпочтительно должен обладать высокой и нейтральной к различным цветам прозрачностью в видимом спектральном диапазоне для того, чтобы обеспечить врачу яркое операционное поле без цветовых искажений. Эффективным методом получения цельных конструкций довольно сложной формы, таких как сопрягающий блок 10, с обеспечением жестких требований по точности изготовления подобных блоков является инжекционное формование пластмасс, особенно инжекционно-компрессионное формование. В контексте описания термин "инжекционно-компрессионное формование" соответствует методу, в котором расплав пластика инжектируют в небольшую полость и на последующей стадии компрессии подвергают его сжатию посредством подвижных инструментов. Использование метода инжекционно-компрессионного формования позволяет получать компоненты оптического качества, удовлетворяющего даже жестким требованиям лазерных систем для офтальмологических применений.

Желательно, чтобы пластик, используемый при изготовлении сопрягающего блока 10, был биосовместимым. Подходящими пластиками, которые могут быть сертифицированы в качестве биосовместимых, являются, например, полиметилметакрилат (ПММА), циклоолефиновые полимеры, циклоолефиновые сополимеры и поликарбонаты. Примерами коммерчески доступных материалов, пригодных для изготовления цельного сопрягающего блока 10 инжекционно-компрессионным формованием, являются Topas® производства фирмы Topas Advanced Polymers и Zeonex® производства фирмы Zeon Chemicals. Должно быть понятно, что упоминание этих материалов не накладывает никаких ограничений: в принципе, допустимо применение любых пластиков, которые совместимы с инжекционно-компрессионным формованием, обладают достаточным пропусканием, по меньшей мере на длине волны используемого лазерного излучения, и, кроме того, достаточно устойчивы к воздействию излучения.

Чтобы избежать потерь на отражение, рекомендуется выполнить тело блока в виде единой детали с просветляющим покрытием по меньшей мере на одной или на обеих сторонах контактной пластины 20.

Как показано на Фиг.2, при использовании системы сопрягающий блок 10 подводится в осевом направлении вплотную к блоку 36 присасывающегося кольца, которое уже установлено на глаз 12 и зафиксировано на нем посредством сил присасывания, направленность которых иллюстрируется двумя стрелками 38. Затем разделительный конус 14 вводится в приемную воронку 40 блока 36 присасывающегося кольца и, тем самым, центрируется относительно этого блока. Между сопрягающим блоком 10 и блоком 36 присасывающегося кольца может быть образована откачиваемая камера, откачка которой приведет к присасыванию сопрягающего блока 10 к блоку 36 присасывающегося кольца, т.е. к взаимной фиксации этих двух компонентов. В процессе ввода сопрягающего блока 10 в приемную воронку 40 блока 36 присасывающегося кольца контактная пластина 20 может накладываться своей контактной поверхностью 22 на поверхность глаза. В альтернативном варианте, когда сопрягающий блок 10 будет полностью введен, контактная пластина 20 еще не придет в контакт с глазом 12, и для установления контакта между глазом 12 и контактной пластиной 20 сначала будет необходимо откачать пространство между ними.

В представленном примере блок 36 присасывающегося кольца сконфигурирован с отводами 42, 44, служащими для подсоединения к трубопроводу (не изображен), подведенному к насосной системе. Каждый из отводов 42, 44 соединен посредством внутреннего канала с соответствующей откачиваемой камерой блока 36 присасывающегося кольца, так что эти две откачиваемые камеры могут быть откачаны отдельно одна от другой.

Части варианта, показанного на Фиг.3, идентичные или функционально эквивалентные ранее описанным частям, имеют те же обозначения, но с добавлением буквы "а". К таким компонентам относятся пояснения, приведенные выше со ссылками на Фиг.1 и 2, так что в их повторении нет необходимости.

Сопрягающий блок 10a согласно варианту по Фиг.3 образован телом в виде единой детали, которая образует не только разделительный конус 14a, контактную пластину 20a и монтажный фланец 24a, но также и присасывающееся кольцо 46a, имеющее откачиваемую камеру 48a, которая открыта в сторону поверхности глаза и служит для обеспечения присасывания кольца 46a к глазу 12a. Откачиваемая камера 48a сконфигурирована здесь в виде кольцевой камеры, открытой в сторону поверхности глаза по всему периметру кольца и подсоединенной к схематично изображенной линии 50a откачки, которая может быть подсоединена к трубопроводу (не изображен), связывающему сопрягающий блок 10a с насосной системой. Таким образом, сопрягающий блок 10a объединяет в себе функции присасывающегося кольца в отношении фиксации глаза 12a и уплощения его роговицы и функцию позиционирования глаза 12a в осевом направлении относительно лазерной системы. К изготовлению сопрягающего блока 10a относится сказанное выше: он выполняется из прозрачного и биосовместимого пластика методом инжекционного формования, предпочтительно инжекционно-компрессионного формования. В рамках применения метода инжекционного формования допустимо использовать для присасывающегося кольца 46a материал, отличный от материала для других частей сопрягающего блока 10a, включая разделительный конус 14a, контактную пластину 20a и монтажный фланец 24a. В результате можно получить тело сопрягающего блока, которое является моноблочным, но при этом имеет области, выполненные из различных материалов. Разумеется, можно, в качестве альтернативы, изготовить весь сопрягающий блок 10a из одного и того же материала.