Аппарат для разрезания ткани человека или животного, содержащий оптический соединитель

Изобретение относится к медицине. Аппарат для разрезания ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, содержит: фемтосекундный лазер для излучения исходного лазерного пучка в виде импульсов, систему придания формы, такую как пространственный модулятор света (SLM), расположенную на выходе фемтосекундного лазера, для преобразования исходного лазерного пучка в фазово-модулированный лазерный пучок, при этом система придания формы выполнена с возможностью модулировать фазу волнового фронта исходного лазерного пучка в соответствии с правилом модуляции, вычисленным для распределения энергии лазерного пучка по меньшей мере в две точки облучения, образующие рисунок в плоскости фокусировки, оптический сканер, расположенный на выходе системы придания формы, для перемещения рисунка в плоскости фокусировки вдоль заранее определенного пути перемещения, оптическую систему фокусировки, расположенную на выходе оптического сканера, для перемещения плоскости фокусировки модулированного лазерного пучка в определенную плоскость разрезания ткани, блок управления, позволяющий управлять системой придания формы, оптическим сканером и оптической системой фокусировки. Аппарат дополнительно содержит вакуумный насос и оптический соединитель между фемтосекундным лазером и системой придания формы. При этом оптический соединитель содержит фотонно-кристаллическое с полой сердцевиной оптическое волокно для фильтрации лазерного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера, причем указанное фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной включает в себя полую сердцевину, находящуюся под вакуумом, и оболочку, окружающую полую сердцевину; первый соединительный элемент для соединения оптического соединителя с фемтосекундным лазером, причем указанный первый соединительный элемент содержит соединительный вывод, выходящий наружу кожуха и соединенный с вакуумным насосом, и второй соединительный элемент для соединения оптического соединителя с системой придания формы, причем указанный второй соединительный элемент, соединительный вывод, выходящий наружу кожуха и соединенный с вакуумным насосом. Применение данного изобретения позволит улучшить равномерность распределения энергии между различными точками облучения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области лечения глазных патологий с использованием фемтосекундного лазера, и, в частности, к области офтальмологической хирургии, в частности, в применении для разрезания 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 3 049 847 описан аппарат для разрезания человеческой или животной ткани, такой как роговица или хрусталик. Этот аппарат содержит:

- фемтосекундный лазер для генерирования лазерного пучка,

- систему придания формы, располагаемую на траектории указанного пучка для модулирования фазы фронта волны лазерного пучка, чтобы получить лазерный пучок, модулированный по фазе в соответствии с вычисленным заданным значением модуляции для распределения энергии лазерного пучка по меньшей мере в две точки облучения, образующих рисунок в фокальной плоскости, соответствующей плоскости разрезания,

- оптический сканер, расположенный на выходе системы придания формы, для перемещения рисунка в плоскости разрезания во множество положений в направлении перемещения,

- оптическую схему, включающую в себя отражающие зеркала и линзы между системой придания формы и оптическим сканером, для передачи модулированного лазерного пучка в направлении сканера,

- оптическую систему фокусировки лазерного пучка в плоскости разрезания.

Использование системы придания формы позволяет сократить время разрезания биологической ткани за счет одновременного генерирования нескольких точек облучения.

Кроме того, использование системы придания формы позволяет получать по существу одинаковые точки облучения (форму, положение и диаметр каждой точки контролируют динамически при помощи фазовой маски, вычисленной и выведенной на систему придания формы).

Таким образом, газовые пузырьки, генерируемые точками облучения, которые разрывают разрезаемые биологические ткани, имеют по существу одинаковый размер.

Это позволяет повысить качество получаемого результата при однородной плоскости разрезания, в которой остаточные тканевые мостики (между смежными точками облучения) по существу имеют одинаковый размер. Эта однородность размера тканевых мостиков позволяет хирургу производить рассечение приемлемого качества с учетом важности качества состояния поверхности разрезаемой ткани, когда речь идет, например, о роговице.

Однако, чтобы облегчить операцию рассечения для хирурга, предпочтительно необходимо уменьшить размер остаточных тканевых мостиков между смежными точками облучения.

Поскольку этот размер тканевых мостиков зависит от однородности различных точек облучения, задачей настоящего изобретения является разработка технического решения, позволяющего улучшить равномерность распределения энергии между различными точками облучения, генерируемыми одновременно при помощи системы придания формы.

Другой задачей настоящего изобретения также является обеспечение технического решения, позволяющего усовершенствовать аппарат, описанный в документе FR 3 049 847, чтобы уменьшить размер остаточных тканевых мостиков между смежными точками облучения.

Еще одной задачей настоящего изобретения является повышение безопасности аппарата, описанного в документе FR 3 049 847, посредством включения в него защитного элемента, позволяющего прерывать передачу лазерного пучка в направлении обрабатываемой ткани, если указанный лазерный пучок сместился (например, в случае удара по аппарату).

Раскрытие изобретения

Для решения этих задач изобретением предложен аппарат для разрезания человеческой или животной ткани, такой как роговица или хрусталик, при этом указанный аппарат включает в себя:

- фемтосекундный лазер для излучения исходного лазерного пучка в виде импульсов,

- систему придания формы, такую как пространственный модулятор света (SLM), расположенную на выходе фемтосекундного лазера, для преобразования исходного лазерного пучка в фазово-модулированный лазерный пучок, при этом система придания формы выполнена с возможностью модулировать фазу волнового фронта исходного лазерного пучка в соответствии с правилом модуляции, вычисленным, чтобы распределить энергию лазерного пучка по меньшей мере в две точки облучения, образующие рисунок в плоскости фокусировки,

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

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

- блок управления, позволяющий управлять системой придания формы, оптическим сканером и оптической системой фокусировки,

отличающийся тем, что аппарат дополнительно содержит оптический соединитель между фемтосекундным лазером и системой придания формы, при этом оптический соединитель содержит фотонно-кристаллическое оптическое волокно для фильтрации лазерного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера.

В рамках настоящего изобретения под «точкой облучения» следует понимать зону лазерного пучка, которая заключена 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 одна против другой и не разделенные какой-либо 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, генерируемых одновременно в плоскости фокусировки сформированного лазерного пучка, то есть фазово-модулированного пучка, чтобы распределить его энергию на несколько разных точек в плоскости фокусировки, соответствующей плоскости разрезания устройства.

Таким образом, изобретение 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, действуя на волновой фронт. Фаза электромагнитной волны представляет собой мгновенное состояние 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 из точек пучка, имеющих 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 регулируемым профилем.

Расположение оптического соединителя, содержащего фотонно-кристаллическое оптическое волокно, между фемтосекундным лазером и системой придания формы (а не между системой придания формы и оптическим сканером) позволяет избежать любой помехи при формировании лазерного пучка, осуществляемом системой придания формы. Действительно, размещение оптического соединителя, содержащего фотонно-кристаллическое оптическое волокно, между системой придания формы и оптическим сканером привело бы к фильтрации модулированного лазерного пучка (выходящего из системы придания формы), которая может ухудшить его формирование и уменьшить его мощность.

Аппарат разрезания имеет следующие предпочтительные, но не ограничительные признаки:

- волокно может быть фотонно-кристаллическим волокном с полой сердцевиной, при этом указанное волокно включает в себя полую сердцевину и по меньшей мере одну оболочку, окружающую полую сердцевину;

- оптический соединитель может дополнительно содержать:

- первый соединительный элемент для соединения оптического соединителя с системой придания формы, с одной стороны, и

- второй соединительный элемент для соединения оптического соединителя с оптическим сканером;

- каждый соединительный элемент может быть установлен герметично на соответствующем конце фотонно-кристаллического волокна;

- каждый соединительный элемент может содержать:

- наружный кожух,

- канал передачи, расположенный в кожухе, при этом канал передачи обеспечивает прохождение лазерного пучка внутри кожуха,

- окно, прозрачное для лазерного излучения, на конце канала передачи, при этом окно должно находиться напротив фемтосекундного лазера или системы придания формы;

- аппарат может дополнительно содержать по меньшей мере один вакуумный насос, при этом каждый соединительный элемент содержит по меньшей мере один соединительный вывод, выходящий наружу кожуха и предназначенный для соединения с вакуумным насосом;

- блок управления может содержать средства, выполненные с возможностью управлять активацией вакуумного насоса, чтобы всасывать газы, содержащиеся в полой сердцевине фотонно-кристаллического волокна.

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 – схематичное представление монтажной схемы, включающей в себя заявленный аппарат разрезания;

фиг. 2 иллюстрирует распределение интенсивности лазерного пучка в его фокальной плоскости;

фиг. 3 - пример оптического соединителя аппарата разрезания, показанного на фиг. 1;

фиг. 4 - путь перемещения рисунка разрезания;

фиг. 5 - плоскости разрезания разрушаемого объема ткани;

фиг. 6 - терапевтический аппарат, содержащий шарнирный манипулятор.

Подробное описание изобретения

Изобретение относится к аппарату для разрезания человеческой или животной ткани при помощи фемтосекундного лазера. В дальнейшем изобретение будет описано в качестве примера для разрезания роговицы глаза человека или животного.

1. Аппарат разрезания

На фиг. 1 представлен вариант выполнения заявленного аппарата разрезания. Он может быть расположен перед предназначенной для обработки мишенью 7. Мишень 7 является, например, предназначенной для разрезания человеческой или животной тканью, такой как роговица или хрусталик.

Аппарат разрезания содержит:

- фемтосекундный лазер 1,

- систему 2 придания формы, расположенную на выходе фемтосекундного лазера 1,

- оптический соединитель 3 между фемтосекундным лазером 1 и системой 2 придания формы,

- оптический сканер 4, расположенный на выходе системы 2 придания формы,

- оптическую систему 5 фокусировки, расположенную на выходе оптического сканера 4,

- блок 6 управления, позволяющий управлять фемтосекундным лазером 1, системой 2 придания формы, оптическим сканером 4 и оптической системой 5 фокусировки.

Фемтосекундный лазер 1 выполнен с возможностью излучать исходный лазерный пучок в виде импульсов. Например, лазер 1 излучает свет с длиной волны 1030 нм в виде импульсов по 400 фемтосекунд. Лазер 1 имеет мощность, составляющую от 2 до 20 Вт и предпочтительно порядка 8 Вт, и частоту, составляющую от 100 до 500 кГц.

Оптический соединитель 3 позволяет передавать лазерный пучок 11, выходящий из фемтосекундного лазера 1, в систему 2 придания формы.

Система 2 придания формы расположена на пути исходного лазерного пучка 11, выходящего из фемтосекундного лазера 1. Она позволяет трансформировать исходный лазерный пучок 11 в модулированный лазерный пучок 21. В частности, система 2 придания формы позволяет модулировать фазу лазерного пучка 11 для распределения энергии лазерного пучка на множество точек облучения в его фокальной плоскости, при этом указанное множество точек облучения образует рисунок 8.

Оптический сканер 4 позволяет ориентировать модулированный лазерный пучок 21 для перемещения рисунка 8 в плоскости 71 фокусировки вдоль пути перемещения, заранее определенного пользователем.

Оптическая система 5 фокусировки позволяет перемещать плоскость 71 фокусировки, соответствующую плоскости разрезания, отклоненного лазерного пучка 41, выходящего из оптического сканера 4.

Таким образом:

- оптический соединитель 3 позволяет направлять лазерный пучок 11 между фемтосекундным лазером и системой 2 придания формы,

- система 2 придания формы позволяет генерировать одновременно несколько точек 81 облучения, образующих рисунок 8,

- оптический сканер 4 позволяет перемещать рисунок 8 в плоскости 71 фокусировки, и

- оптическая система 5 фокусировки позволяет перемещать плоскость 71 фокусировки по глубине, чтобы создавать разрезы в последовательных плоскостях, образующих объем.

Далее со ссылками на фигуры следует более подробное описание различных составных элементов аппарата разрезания.

2. Элементы аппарата разрезания

2.1. Система придания формы

Система 2 придания пространственной формы позволяет изменять волновой фронт исходного лазерного пучка 11 для получения точек 8 облучения, отделенных друг от друга в плоскости 71 фокусировки.

В частности, система 2 придания формы позволяет модулировать фазу исходного лазерного пучка 11, выходящего из фемтосекундного лазера 1, для формирования пиков интенсивности в плоскости 71 фокусировки, при этом каждый пик интенсивности образует соответствующую точку облучения в фокальной плоскости, соответствующей плоскости разрезания. Согласно представленному варианту выполнения, система 2 придания формы представляет собой пространственный модулятор света на жидких кристаллах, известный под аббревиатурой SLM, которая является сокращением от английского “Spatial Light Modulator”.

Модулятор SLM позволяет модулировать конечное распределение энергии лазерного пучка, в частности, в плоскости 71 фокусировки, соответствующей плоскости разрезания ткани 7. В частности, модулятор SLM выполнен с возможностью изменять пространственный профиль волнового фронта первичного лазерного пучка 11, выходящего из фемтосекундного лазера 1, чтобы распределить энергию лазерного пучка в разные пятна фокусировки в плоскости 71 фокусировки.

Фазовую модуляцию волнового фронта можно рассматривать как явление интерференции в двух измерениях. Каждый участок исходного лазерного пучка 11, выходящего из источника 1, задерживают или ускоряют по отношению к исходному волновому фронту, перенаправляя каждый из этих участков таким образом, чтобы получить усиливающую интерференцию в N разных точках в фокальной плоскости линзы. Это перераспределение энергии на множество точек 81 облучения происходит только в одной плоскости (то есть в плоскости 71 фокусировки), а не вдоль всего пути распространения модулированного лазерного пучка. Таким образом, наблюдение модулированного лазерного пучка до или после плоскости фокусировки не позволяет идентифицировать перераспределение энергии на множество разных точек 81 облучения, поскольку это явление можно уподобить усиливающей интерференции (которая имеет место в одной плоскости, а не вдоль всего пути распространения, как в случае разделения исходного лазерного пучка на множество вторичных лазерных пучков).

Чтобы лучше понять это явление фазовой модуляции волнового фронта, на фиг. 2 схематично показаны профили 72а-72е интенсивности, полученные для трех примеров разных оптических схем. Как показано на фиг. 2, исходный лазерный пучок 11, излучаемый лазерным источником 1, производит пик 72а интенсивности гауссовой формы в точке 73а облучения в плоскости 71 фокусировки. Введение делителя 9 пучка между источником 1 и плоскостью 71 фокусировки приводит к появлению множества вторичных лазерных пучков 91, при этом каждый вторичный лазерный пучок 91 создает соответствующую точку 73b, 73с облучения в плоскости 71 фокусировки вторичных лазерных пучков 91. Наконец, введение между источником 1 и плоскостью 71 фокусировки модулятора SLM 2, программируемого при помощи фазовой маски, формирующей правило модуляции, приводит к модуляции фазы волнового фронта исходного лазерного пучка 11, выходящего из источника 1. Лазерный пучок 21, фаза волнового фронта которого была модулирована, позволяет получить несколько пиков 73d, 73e интенсивности, разделенных в пространстве в плоскости 71 фокусировки, при этом каждый пик 72d, 72е соответствует соответствующей точке 73d, 73е облучения, производящей разрезание. Технология модуляции фазы волнового фронта позволяет генерировать в ткани-мишени одновременно несколько газовых пузырьков без разделения исходного лазерного пучка 11, генерируемого фемтосекундным лазером 1.

Модулятор SLM является устройством, содержащим слой жидких кристаллов с регулируемой ориентацией, позволяющий динамично изменять форму волнового фронта и, следовательно, фазу лазерного пучка. Слой жидких кристаллов модулятора SLM скомпонован в виде решетки (или матрицы) пикселей. Оптическую толщину каждого пикселя регулируют электрическим способом посредством ориентации молекул жидкого кристалла, принадлежащих к поверхности, соответствующей пикселю. Модулятор SLM использует принцип анизотропии жидких кристаллов, то есть изменение показателя преломления жидких кристаллов в зависимости от их пространственной ориентации. Таким образом, изменение показателя преломления жидких кристаллов приводит к изменению волнового фронта лазерного пучка.

Как известно, модулятор SLM применяет фазовую маску, то есть карту, определяющую, как изменить фазу пучка, чтобы получить заданное распределение интенсивности в плоскости 71 фокусировки. Фазовая маска является двухмерным изображением, в котором каждая точка связана с соответствующим пикселем модулятора SLM. Эта фазовая маска позволяет управлять показателем преломления каждого жидкого кристалла модулятора SLM, преобразуя значение, связанное с каждой точкой маски, представленное уровнями серого от 0 до 225 (то есть от черного до белого), в значение для управления, представленное в виде фазы, составляющей от 0 до 2π. Таким образом, фазовая маска является правилом модуляции, выведенным на SLM, чтобы при отражении вызывать неодинаковое пространственное фазовое смещение лазерного пучка, освещающего модулятор SLM. Разумеется, специалисту в данной области понятно, что диапазон уровня серого может меняться в зависимости от используемой модели модулятора SLM. Например, в некоторых случаях диапазон уровня серого может составлять от 0 до 220. Как правило, фазовую маску вычисляют при помощи итеративного алгоритма, основанного на преобразовании Фурье или на различных алгоритмах оптимизации, таких как генетические алгоритмы, или на моделируемом отжиге. Для модулятора SLM можно применять различные фазовые маски в зависимости от числа и положения искомых точек облучения в фокальной плоскости лазерного пучка. Во всех случаях специалист в данной области сможет вычислить значение в каждой точке фазовой маски для распределения энергии лазерного пучка в разные пятна фокусировки в фокальной плоскости.

Таким образом, на основе гауссова лазерного пучка, генерирующего единственную точку облучения, и при помощи фазовой маски модулятор SLM позволяет распределять его энергию посредством фазовой модуляции таким образом, чтобы одновременно генерировать несколько точек облучения в плоскости фокусировки, на основе единственного лазерного пучка, формируемого посредством фазовой модуляции (только один пучок на входе и на выходе модулятора SLM).

Кроме сокращения времени разрезания роговицы, технология модуляции фазы лазерного пучка обеспечивает другие преимущества, такие как более высокое качество поверхности после разрезания или сокращение эндотелиальной смертности. Например, различные точки облучения рисунка могут быть равномерно распределены по двум измерениям фокальной плоскости лазерного пучка, чтобы получить сетку лазерных пятен.

Таким образом, система 2 придания формы позволяет быстро и эффективно осуществлять хирургическую операцию разрезания. Модулятор SLM позволяет динамично профилировать волновой фронт лазерного пучка, так как он является параметризуемым в цифровом виде. Эта модуляция позволяет динамично и воспроизводимым образом придавать форму лазерному пучку.

Модулятор SLM может быть выполнен с возможностью придавать форму волновому фронту лазерного пучка другим способом. Например, каждая точка облучения может иметь любую геометрическую форму, отличную от круглой (например, в виде эллипса и т.д.). Это может дать некоторые преимущества в зависимости от предполагаемого применения, такие как повышение скорости и/или качества разрезания.

2.2. Оптический соединитель

Оптический соединитель 3 обеспечивает передачу лазерного пучка 11 между фемтосекундным лазером 1 и системой 2 придания формы.

Как показано на фиг. 3, предпочтительно оптический соединитель 3 содержит оптическое волокно 31. Это позволяет оптическому соединителю 3 выполнять роль «оптического предохранителя». Действительно, если направление лазерного пучка 11 (то есть его точка визирования) резко меняется, например, в случае удара по устройству разрезания, то лазерный пучок 11 больше не проникает в волокно, что ограничивает риски ошибок при лечении пациента. Этого нельзя было добиться с оптической схемой, включающей в себя отражающие зеркала и линзы для передачи лазерного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера.

Предпочтительно оптическое волокно 31 может быть фотонно-кристаллическим волокном. Фотонно-кристаллическое волокно или “PCF” (сокращение от англосаксонского выражения “Photonic-Crystal Fiber”) образует волноводы в виде двухмерной периодической сети включений, которые простираются по всей длине волокна. Передача лазерного пучка через такое волокно основано на свойствах фотонных кристаллов. Благодаря своим структурам, эти волокна обеспечивают изолирование электромагнитных волн в сердцевине волокна. Эти фотонно-кристаллические волокна представляют большой выбор возможностей для направления за счет регулирования их опто-геометрических параметров, например, таких как диаметр включений, распределение включений, периодичность (шаг между двумя включениями), число слоев, показатель преломления используемых материалов.

Предпочтительно оптическое волокно 31 является фотонно-кристаллическим волокном с полой сердцевиной. Фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной является оптическим волокном, которое проводит свет в основном внутри полой области (сердцевины волокна) таким образом, что только незначительная часть оптической мощности распространяется в твердом материале волокна (как правило, кварце). При стандартном физическом механизме для направления света в волокне это является невозможным: обычно показатель преломления сердцевины волокна должен быть выше, чем показатель преломления окружающего материала оболочки, и нет никакого способа получить показатель преломления стекла ниже, чем показатель преломления воздуха или вакуума, по крайней мере в оптической области. Однако можно использовать другой механизм направления, основанный на фотонной запрещенной зоне, что можно реализовать в фотонно-кристаллическом волокне. Такие волокна называют также волокнами с фотонной запрещенной зоной. Привлекательность фотонно-кристаллических волокон с полой сердцевиной в основном связана с тем, что первичное направление в полой зоне минимизирует нелинейные эффекты лазерного пучка 11 и обеспечивает повышенный порог повреждения.

Например, в документе FR 3 006 774 описан волновод в виде фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной, содержащего оболочку, при этом отсутствие капилляра в центральной части образует полую сердцевину. Использование фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной позволяет фильтровать лазерный пучок 11, выходящий из фемтосекундного лазера 1, чтобы облегчить его формирование при помощи системы 2 придания формы. В частности, использование фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной позволяет ограничить расхождение лазерного пучка 11 (то есть расширяющийся профиль) за счет улучшения его направленности (что делает лазерный пучок 11 более надлежащим, ограничивая расширение его профиля). Действительно, фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной позволяет более эффективно изолировать свет, чем классическое волокно со сплошной сердцевиной. Фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной содержит:

- полую сердцевину 311,

- внутреннюю оболочку 312 на основе кварца, окружающую полую сердцевину, при этом внутренняя оболочка имеет показатель преломления n1<nc, где nc является эффективным показателем преломления полой сердцевины,

- наружную оболочку 313, окружающую внутреннюю оболочку 312.

Предпочтительно в полой области 311 фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной можно создать вакуум, чтобы ограничить потери распространения лазерного пучка 11, выходящего из фемтосекундного лазера 1. В варианте в полую область можно нагнетать газ, чтобы использовать высокую интенсивность оптического излучения в волокне, например, для генерирования высокой гармоники лазерного пучка 11, выходящего из фемтосекундного лазера 1. Для этого оптический соединитель 3 содержит первый и второй соединительные элементы 32, 33, герметично установленные на каждом конце фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной.

Каждый соединительный элемент 32, 33 содержит:

- наружный кожух 321, 331,

- канал 322, 332 передачи, расположенный в кожухе 321, 331, при этом канал 322, 332 передачи обеспечивает прохождение лазерного пучка 11 внутри кожуха 321, 331,

- окно 323, 333, прозрачное для лазерного излучения, на конце канала 322, 332 передачи для входа (или выхода) лазерного пучка 11,

- разъем (не показан) на другом конце канала передачи, при этом разъем герметично соединен с концом оптического волокна 31,

- соединительный вывод 324, 334, выходящий наружу кожуха 321, 331 и предназначенный для соединения с вакуумным насосом Р.

Активация вакуумного насоса Р позволяет создавать вакуум в полой сердцевине 311 оптического волокна 31 посредством откачивания на уровне соединительных элементов 32, 33, находящихся на двух концах оптического волокна 31. Вакуумное откачивание на каждом конце оптического волокна 31 облегчает создание вакуума в полой сердцевине по всей длине оптического волокна 31.

2.3. Оптический сканер

Оптический сканер 4 позволяет отклонять фазово-модулированный лазерный пучок 21, чтобы перемещать рисунок 8 во множество положений 43а-43с в плоскости 71 фокусировки, соответствующей плоскости разрезания.

Оптический сканер 4 содержит:

- входное отверстие, соединенное с оптическим соединителем 3, для пропускания модулированного по фазе лазерного пучка 21, выходящего из блока 2 придания формы,

- одно (или несколько) зеркало(зеркал), поворачивающееся(иеся) вокруг по меньшей мере двух осей для отклонения фазово-модулированного лазерного пучка 21, и

- выходное отверстие для пропускания отклоненного модулированного лазерного пучка 41 в оптическую систему 5 фокусировки.

В оптическом сканере 4 используют, например, сканирующую головку IntelliScan III компании SCANLAB AG. Входное и выходное отверстия такого оптического сканера 4 имеют диаметр порядка 10-20 миллиметров, и достигаемые скорости сканирования составляют от 1 м/с до 10 м/с в зависимости от фокусного расстояния используемой оптики.

Зеркало (или зеркала) соединено(ы) с приводом (или приводами) для обеспечения их поворота. Этим(ими) приводом(ами) для поворота зеркала (или зеркал) предпочтительно управляет блок 6 управления, который будет более подробно описан ниже.

Блок 6 управления с программным управлением для управления оптическим сканером 4 таким образом, чтобы перемещать рисунок 8 вдоль пути 42 перемещения, находящегося в плоскости 71 фокусировки. В некоторых вариантах выполнения путь 42 перемещения содержит множество сегментов 42а-42с разрезания. Предпочтительно путь 42 перемещения может иметь зубчатую форму, спиральную форму и т.д.

Сканирование пучка имеет большое значение для получаемого результата разрезания. Действительно, применяемая скорость сканирования, а также шаг сканирования являются параметрами, влияющими на качество разрезания.

Использование оптического соединителя, содержащего фотонно-кристаллическое волокно 31 с полой сердцевиной (а не оптической схемы, состоящей из зеркал, для направления лазерного пучка 11), позволяет во время использования многоточечной формы 81 улучшить равномерность распределения энергии между точками в пограничном случае очень близких друг к другу точек облучения (расстояние между центрами двух сформированных точек меньше диаметра точки).

В варианте выполнения аппарат разрезания дополнительно содержит призму Дове. Предпочтительно она расположена между оптическим соединителем 3 и оптическим сканером 4. Призма Дове позволяет осуществлять вращение рисунка 8, которое может понадобиться в некоторых вариантах применения или для ограничения размера зоны начала каждого сегмента 42а-42с разрезания.

Предпочтительно блок 6 управления может быть программируемым для активации фемтосекундного лазера 1, когда скорость сканирования оптического сканера 4 превышает пороговое значение. Это позволяет синхронизировать излучение лазерного пучка 11 со сканированием оптического сканера 4. В частности, блок 6 управления активирует фемтосекундный лазер 1, когда скорость поворота зеркала (или зеркал) оптического сканера 4 является постоянной. Это позволяет повысить качество разрезания за счет равномерной обработки поверхности плоскости разрезания.

2.4. Оптическая система фокусировки

Оптическая система 5 фокусировки позволяет перемещать плоскость 71 фокусировки модулированного и отклоняемого лазерного пучка 41 в определенной пользователем плоскости разрезания ткани 7.

Оптическая система 5 фокусировки содержит:

- входное отверстие для пропускания фазово-модулированного и отклоненного лазерного пучка, выходящего из оптического сканера 4,

- линзу (или несколько линз), оснащенную(ых) приводом(ами) для обеспечения ее(их) поступательного перемещения вдоль оптического пути фазово-модулированного и отклоненного лазерного пучка, и

- выходное отверстие для пропускания сфокусированного лазерного пучка в направлении обрабатываемой ткани 7.

Линза (или линзы), используемая(ые) с оптической системой 5 фокусировки, может(гут) быть линзой(ами) с плоским полем. Линзы с плоским полем позволяют получать плоскость фокусировки на всем поле XY в отличие от стандартных линз, которые являются вогнутыми. Это позволяет гарантировать постоянный размер сфокусированного пучка на всем поле.

Блок 6 управления запрограммирован для управления перемещением линзы или линз оптической системы 5 фокусировки вдоль оптического пути лазерного пучка таким образом, чтобы перемещать плоскость 71 фокусировки по меньшей мере в три соответствующие плоскости 72а-72е разрезания и чтобы сформировать набор плоскостей разрезания ткани 7. Это позволяет производить разрезание в объеме 74, например, в рамках рефракционной хирургии.

Блок 6 управления может управлять перемещением оптической системы 5 фокусировки, чтобы перемещать плоскость 71 фокусировки между первым крайним положением 72а и вторым крайним положением 72е в этом порядке. Предпочтительно второе крайнее положение 72е находится ближе к фемтосекундному лазеру 1, чем первое крайнее положение 72а.

Таким образом, плоскости 72а-72е разрезания формируют, начиная с наиболее глубокой плоскости 72а разрезания в ткани и наслаивая последовательные плоскости разрезания вплоть до самой верхней плоскости 72е разрезания в ткани 7. Это позволяет избежать проблем, связанных с проникновением лазерного пучка в ткань 7. Действительно, газовые пузырьки образуют непрозрачный пузырьковый барьер (известный под сокращением “OBL” от английского выражения “Opaque Bubble Layer”), препятствующий распространению энергии лазерного пучка под пузырьками. Следовательно, предпочтительно начинать с генерирования наиболее глубоких газовых пузырьков, чтобы повысить эффективность аппарата разрезания.

Предпочтительно использование оптического соединителя, содержащего фотонно-кристаллическое оптическое волокно 31 с полой сердцевиной (а не оптической схемы, состоящий из зеркал для направления лазерного пучка 11), он позволяет фильтровать лазерный сигнал 11, выходящий из фемтосекундного лазера, устраняя возможные аберрации. Это позволяет сократить расстояние между двумя последовательными плоскостями разрезания (расстояние между последовательными плоскостями разрезания меньше диаметра точки облучения) для осуществления разрезания с высокой точностью в объеме 74.

2.5. Блок управления

Как было указано выше, блок 6 управления позволяет контролировать различные элементы, входящие в состав аппарата разрезания, а именно фемтосекундный лазер 1, систему 2 придания формы, оптический сканер 4 и оптическую систему 5 фокусировки.

Блок 6 управления соединен с этими различными элементами через одну или несколько шин связи, которые обеспечивают:

- передачу сигналов управления, таких как:

- фазовая маска в систему придания формы,

- сигнал активации в фемтосекундный лазер и заданные значения мощности,

- скорость сканирования в оптический сканер,

- положение оптического сканера вдоль пути перемещения,

- глубина разрезания в оптическую систему фокусировки.

- получение данных измерения от различных элементов системы, таких как

- скорость сканирования, достигнутая оптическим сканером, или

- положение оптической системы фокусировки, и т.д.

Блок 6 управления может состоять из одного или нескольких рабочих постов, и/или из одного или нескольких компьютеров, или может быть блоком любого другого типа, известного специалисту в данной области. Например, блок управления 6 может содержать мобильный телефон, электронный планшет (такой как IPAD®), персональный цифровой помощник (или “PDA”, сокращение от англо-саксонского выражения “Personal Digital Assistant”), и т.д. Во всех случаях блок 6 управления содержит процессор, запрограммированный для обеспечения управления фемтосекундным лазером 1, системой 2 придания формы, оптическим сканером 4, оптической системой 5 фокусировки и т.д.

2.6. Шарнирный манипулятор

Благодаря использованию оптического соединителя (3), содержащего фотонно-кристаллическое оптическое волокно (31), описанный выше аппарат разрезания можно установить в терапевтическом приборе, содержащем шарнирный манипулятор 200, показанный на фиг. 6.

Манипулятор 200 содержит несколько секций 201-204 манипулятора, соединенных шарнирами 205-207 (поворотными или шаровыми), оснащенными приводами для обеспечения автоматического поворотного перемещения различных секций 201-204 относительно друг друга. В частности, манипулятор выполнен шарнирным для обеспечения перемещения свободного конца манипулятора по трем ортогональным осям Х, Y и Z:

- по оси Х, определяющей горизонтальное продольное направление,

- по оси Y, определяющей горизонтальное поперечное направление, которое вместе с осью Х образует горизонтальную плоскость XY,

- по оси Z, определяющей вертикальное направление, перпендикулярное к горизонтальной плоскости XY.

Свободный конец манипулятора 200 может содержать элемент иммобилизации, оснащенный всасывающим кольцом, которое присасывается к глазной ткани и надежно удерживает ее на месте.

Манипулятор 200 является, например, манипулятором TX260L, выпускаемым компанией STAUBLI. Предпочтительно система 2 придания формы, оптический сканер 4 и оптическая система 5 фокусировки могут быть установлены в концевой секции 204 манипулятора 200, при этом фемтосекундный лазер 1 может быть интегрирован в подвижный корпус 210 терапевтического аппарата, оптический соединитель 3 может быть расположен между корпусом 210 и концевой секцией 204 для передачи лазерного пучка 11, выходящего из фемтосекундного лазера 1, в систему 2 придания формы.

3. Выводы

Таким образом, изобретение позволяет получить эффективный и точный инструмент разрезания. Воспроизводимая модуляция волнового фронта лазерного пучка позволяет генерировать одновременно множество точек 81 облучения, каждая из которых имеет регулируемые размер и положение в плоскости 71 фокусировки. Эти различные точки 81 облучения образуют рисунок 8 в фокальной плоскости 71 модулированного лазерного пучка.

Использование оптического соединителя 3, содержащего фотонно-кристаллическое волокно 31 с полой сердцевиной 311, позволяет уменьшить расстояние между точками облучения, образующими рисунок. Действительно, благодаря ограничению расширения спектрального диапазона излучения, оптический соединитель, содержащий фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной, позволяет получить «чистый» фазово-модулированный лазерный пучок.

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

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

- фемтосекундный лазер (1) для излучения исходного лазерного пучка в виде импульсов,

- систему (2) придания формы, такую как пространственный модулятор света (SLM), расположенную на выходе фемтосекундного лазера (1), для преобразования исходного лазерного пучка в фазово-модулированный лазерный пучок, при этом система придания формы выполнена с возможностью модулировать фазу волнового фронта исходного лазерного пучка в соответствии с правилом модуляции, вычисленным для распределения энергии лазерного пучка по меньшей мере в две точки (81) облучения, образующие рисунок (8) в плоскости (71) фокусировки,

- оптический сканер (4), расположенный на выходе системы (2) придания формы, для перемещения рисунка (8) в плоскости (71) фокусировки вдоль заранее определенного пути перемещения,

- оптическую систему (5) фокусировки, расположенную на выходе оптического сканера (4), для перемещения плоскости (71) фокусировки модулированного лазерного пучка в определенную плоскость разрезания ткани (7),

- блок (6) управления, позволяющий управлять системой (2) придания формы, оптическим сканером (4) и оптической системой (5) фокусировки,

отличающийся тем, что аппарат дополнительно содержит по меньшей мере один вакуумный насос и оптический соединитель между фемтосекундным лазером и системой придания формы, при этом оптический соединитель содержит

- фотонно-кристаллическое с полой сердцевиной оптическое волокно для фильтрации лазерного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера, причем указанное фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной включает в себя полую сердцевину, находящуюся под вакуумом, и по меньшей мере одну оболочку, окружающую полую сердцевину;

- первый соединительный элемент для соединения оптического соединителя с фемтосекундным лазером, причем указанный первый соединительный элемент содержит по меньшей мере один соединительный вывод, выходящий наружу кожуха и соединенный с вакуумным насосом, и

- второй соединительный элемент для соединения оптического соединителя с системой придания формы, причем указанный второй соединительный элемент содержит по меньшей мере один соединительный вывод, выходящий наружу кожуха и соединенный с вакуумным насосом.

2. Аппарат разрезания по п. 1, в котором каждый соединительный элемент (32, 33) установлен герметично на соответствующем конце фотонно-кристаллического волокна (31).

3. Аппарат разрезания по п. 1, в котором каждый соединительный элемент (32, 33) содержит:

- наружный кожух (321, 331),

- канал (322, 332) передачи, расположенный в кожухе (321, 331), при этом канал (322, 332) передачи обеспечивает прохождение лазерного пучка (11) внутри кожуха (321, 331),

- окно (323, 333), прозрачное для лазерного излучения, на конце канала (322, 332) передачи, при этом окно находится напротив фемтосекундного лазера (1) или системы (2) придания формы.

4. Аппарат разрезания по п. 1, в котором блок управления содержит средства, выполненные с возможностью управлять активацией вакуумного насоса, чтобы всасывать газы, содержащиеся в полой сердцевине фотонно-кристаллического волокна (31).