專利名稱：外科治療散光用的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于眼科醫(yī)學領域，更確切地說屬于治療散光(近視性、遠視性和混合性)用的設備。
與近視及遠視一起存在的散光，乃是世界上最流行的視覺缺陷，借助于眼鏡來矯正散光，并不總能保證足夠的矯正質量，而利用隱形眼鏡則會給病人造成一定的不方便。矯正散光最有前途的方法是利用外科手術來改變眼睛的折光度。與現(xiàn)有的利用傳統(tǒng)外科方法治療散光的方法不同，激光外科具有一些實質性優(yōu)點-完全無菌性、手術的結果可通過數(shù)學進行計算、精確度高。
當前最重要的任務，就是要建立理想的，使用方便而且制做并不復雜的借助激光對散光進行外科治療的設備。
已知一種外科治療散光用的設備，它包括紫外光脈沖激光器，以及設備在激光行進路程中的用以在光束橫截面上形成一定的輻射能量密度分布的整形器(參見Reportofthe“CentreScientifiqueIBM”，paris，F(xiàn)rance，Dok，NF104，1986K，Hannaetal“ExcimerLaserRefractiveKeratoplasty”)。
這種外科治療散光設備中采用的輻射能量密度分布整形器，被做成轉盤的形式，上面帶有預定形狀的狹縫。當激光脈沖出現(xiàn)的時刻與狹縫相對病人眼球主軸的角度之間保持某種關系時，在許多激光脈沖的作用下，角膜表面形狀將會發(fā)生必要的改變，從而對散光進行校正。
但是在利用這種已有設備時，同時被輻照的只是由狹縫的形狀及其在該瞬間所處的角度位置所決定的那部分角膜，這樣就很難獲得給定斷面的光滑表面，因為每一個脈沖激光能從角膜的垂直方向上剝除一層，而其形狀與狹縫的形狀是一致的，因此所獲得的角膜表面為階梯狀。而為了得到光滑的表面就要求剝除的層深很淺而層數(shù)很多，這就會使手術時間延長，而且使手術難于進行，因為要求長時間地將病人的眼睛精確地對準激光光線。在這種情況下，激光能量的利用率不高，于是進一步延長了手術時間。這種設備制造復雜，因為狹縫及其旋轉機構的制造精度要求精確，而且要求準確地測定狹縫的角度位置及其在激光脈沖出現(xiàn)時與其匹配。
上述因素會使手術結果的精度降低，并使出現(xiàn)并發(fā)癥的病率增大。
作為本發(fā)明基楚提出的任務是要建立一種外科治療散光設備，其中采用在激光束橫截面上對輻射能量密度分布進行整形的整形器，它能夠保證角膜的全部表面同時受到輻射，以便獲得給定斷面的光滑表面，從而縮短外科手術的時間、提高激光的利用率。
本發(fā)明的實質在于，外科治療散光用的設備中包括有紫外光脈沖激光器以及設置在該激光束行進路程中用以在光束橫截面上形成所需要的輻射能量密度分布的整形器，按照本發(fā)明，此輻射能量密度分布整形器就是一個光學器皿，其中的第一光窗和第二光窗均由透激光的材料制成、它們位于激光束行進路程中，并可繞光束的光軸旋轉。
光窗的內表面為二次圓柱曲面，其中每個曲面的主方向均與激光束的對稱軸垂直，此時的光學器皿中應充以部分吸收激光的介質。
最適宜的作法是將該器皿內充以流動的吸收介質，并與配備有能改變吸收介質光學密度設備的吸收介質循環(huán)系統(tǒng)相聯(lián)通。
為了治療近視性散光，希望將器皿中兩個光窗的內表面做成拋物線形柱面形狀，并凸向器皿內部。
為了治療遠視性散光，希望將器皿中兩個光窗的內表面做成圓柱面形狀，并凸向器皿的外部。
為了治療混合性散光，希望將器皿中兩個光窗的內表面做成雙曲線形柱面形狀，其中一表面凸向容器的內部，而另一個則凸向容器的外部。
根據本發(fā)明制做的外科治療散光的設備，能夠將進行手術的時間大大縮短，并能保證激光能量有很高的利用率，有可能通過手術結果而獲得所需斷面的光滑表面。
隨后本發(fā)明將通過具體的實施例及附圖加以說明，其中

圖1表示本發(fā)明所述外科治療散光設備;
圖2為治療近視性散光情況下此光學器皿中兩個光窗制作方案的等軸畫法圖;
圖3為治療遠視性散光情況下此光學器皿中兩個光窗制作方案的等軸畫法圖;
圖4為治療混合性散光情況下此光學器皿中兩個光窗制作方案的等軸畫法圖;
圖5a及5b為示意性表示治療近視性散光過程中，在互相垂直的散光方向上的眼球截面圖;
圖6a及6b為示意性表示治療遠視性散光過程中，在互相垂直的散光方向上的眼球截面圖;
圖7a及7b為示意性表示治療混合性散光過程中，在互相垂直的散光方向上的眼球截面圖。
圖1表示的外科治療散光(近視性、遠視性和混合性)用的設備，它包括紫外光脈沖激光器1以及按先后順序設置在激光束2行進路程中的橫截面上的輻射能量密度分布整形器3和用來決定病人眼球角膜6上手術區(qū)直徑的光門4及透鏡5。
輻射能量密度分布整形器3乃是一個光學器皿7，其位于激光器1的光束2行進路程中的光窗8和9，是由透激光材料，例如石英，制成的。光窗的內表面為二次圓柱曲面，在這里我們是將光窗8和9的內表面一同理解為器皿7的內腔和光窗8和9材料之間的界面。器皿7中充以部分吸收激光的流動性介質10，并與吸收介質10的循環(huán)系統(tǒng)相連通，為此需在器皿的圓柱形外殼11的壁上安裝輸入管道接頭12和輸出管道接頭13。輸入管道接頭12則借助導管14，經過作為改變介質10光學密度(氣體壓力)用的設備的氣體感壓器158被壓縮后吸收氣體(例如氨氣)的蓄氣并16相通。
依次接在管道接頭13上的是氣閥17和氣體吸附器18。
在使用液體吸收介質的情況下，例如可以利用NaCl的水溶液作為吸收介質，此循環(huán)系統(tǒng)(圖中末畫出)需包括裝液體的容器以及將此液體閉路經過器皿70即送用的泵。
作為激光器11可以利用光束橫截面上輻射能量密度為均勻分布的紫外光受激準分子激光器。
光窗8和9分別固定在套管19和20中，而套管19和20裝在圓柱形外殼11中并與其同軸，其中的每個套管都能繞著外殼11的軸線旋轉，而該旋轉軸與激光束2的軸線重合在一起。在套管19和20的外表面的端部刻有度盤，以進行轉角讀數(shù)。
器皿7的內腔需要借助公知的密封手段例如借助氟塑料填塞使其與周圍的介質密封(圖中末作示意性表示)。
可以利用望遠鏡作為光窗8和9，其表面為二次圓柱曲面-拋物線形、雙曲線形、橢圓形或圓柱形面，這些表面將器皿的內腔予以限定。
圖2中表示治療近視性散光情況下光學器皿的光窗8、9的制做方案，其中的內表面22及23具有拋物線形柱面形狀，凸向器皿內部。表面22和23的主方向24和25分別與光束的對稱軸21垂直。
作為曲面的主方向，我們將其理解為質向截面的曲率為最大值的表面方向。
圖3中表示治療遠視性散光情況下光學器皿中光窗8、9的制做方案，其中的內表面26及27具有圓柱面形狀，凸向器皿的外部。這時表面26和27的主方向28和29同樣分別與光束的對稱軸21垂直。
圖4中表示治療混合性散光時光學器皿中光窗8、9的制做方案，其中的內表面30和31具有雙曲線形柱面形狀，主面32及33分別與光束的對稱軸21垂直。這時的表面30凸向器皿內部，而表面31則凸向器皿外部。
在圖2、3、4表示的光窗8、9實施例中，也還可以采用其他的二次圓柱曲面，例如在圖2表示的實例中，光窗8、9也可以具有雙曲線形、橢圓形柱面或圓柱面，只不過這些表面要凸向器皿的內部，其主面要與光束的對稱軸21垂直。上述情況同樣適用于圖3及圖4所示的實施例，其差別僅在于光窗8、9的內表面凸出方向也應與圖3及圖4方案中表示的方向相對應。
對于每種具體情況來說，選擇器皿7的實施方案取決于病人眼睛散光的度數(shù)和類型，所使用的吸收介質10的參數(shù)以及設備的制造工藝和使光學系統(tǒng)的象差最小的要求。
本外科治療散光設備的工作方式如下現(xiàn)在我們以治療近視性散光為例看看該設備如何工作。
眾所周知，正常眼球的角膜表面可以用旋轉拋物面方程進行描述在近視性散光的情況下，人眼的角膜表面需要用橢圓拋物面方程進行描述，其所有截面上頂部的曲率半徑均比正常眼球的相應半徑為小。
為了對近視性散光進行治療，需要從眼球角膜上除掉由兩個拋物面-即橢圓拋物面的表面35和旋轉拋物面的表面36(正常眼球的角膜表面)之間所限定的那部分區(qū)間34(圖5a及5b)。
在這種情況下角膜表面被去除部分34的厚度變化，是用橢圓拋物面方程來描述的，在光束的對稱軸21上為最大。在相互垂直的散光方向(即眼睛的最大及最小折光方向)上那部分區(qū)間34的截面，表示在圖5a及5b中。在借助本設備對近視性散光進行治療時，為了去除那部分區(qū)間34，按照本發(fā)明，在考慮介質10(圖1)吸收系數(shù)的前提下，要予先算出光寬8和9(圖1)的主方向24和25(圖2)之間的夾角大小，并通過套管19和20的旋轉來使光寬8、9轉動，以使主方向24(圖2)及25之間的夾角等于計算值，而此角度的平分線則與散光方向之一相重合，具體說就是要和眼睛的最大折光方向重合。然后接通激光器1(圖1)，由激光器1輸出的光束截面能量密度分布為均勻的激光束2，將要通過器皿7的光寬8、光寬8.9之間充有吸收介質10的空間、光寬9、光門4和透鏡5并射在眼睛角膜6上。由于光寬8.9的內表面為曲面，所以激光束2行進路程上介質層10的厚度是不均勻的，且由器皿7的中央到外緣逐漸增加，而且存在著最大的厚度增加方向和與其垂直的最小厚度增加方向。與此相應，激光在介質10中的吸收也是從光束2的中央到外緣按不同的方向以不同的速度增加的。通過器皿7之后在其輸出端的激光束37是不均勻的，但相對兩個互相垂直的能量分布平面是對稱的，其形狀和參數(shù)則取決于1.光寬8和9內表面的形狀;
2.介質10的吸收系數(shù)，它可以進行變化，例如通過改變吸收氣體的壓力或溶液(在使用液體介質時)的濃度來進行。在整個光束37橫截面上的能量密度分布，可以用接近于橢圓拋物面方程的方程式加以描述，在光束2的對稱軸21上密度最大，并從光束2外緣向中心的方向上逐漸增大，而趨近于大值。
隨后光束37將通過光門4和透鏡5(在激光束發(fā)散度足夠小的情況下也可以不用)并射在眼球的角膜6上。
在手術進行過程中吸收介質10都是借助循環(huán)系統(tǒng)不斷地經過器皿7內腔壓送的，為的是避免在激光1連續(xù)作用下介質10發(fā)生分解。
眾所周知，生物組織在遠紫外輻射的作用下將會產生光消蝕作用(即光汽化作用)，而且在一定的輻射能量密度范圍內，被消蝕層的厚度與輻照的能量密度成正比。
光束37中的能量分布如上所述可以用橢圓拋物面方程作近似描述，最大的能量密度位于光束的對稱軸上，而光束37與角膜6的相互作用則將導致角膜的一部分區(qū)間34(圖5)被除去，它是由橢圓拋物面的表面和旋轉拋物面的表面所限定的，其中前一個表面就是病人在治療前的角膜起始表面，而后一個表面就是激光1輻射作用之后(圖1)的角膜表面。輻射一直作用到近視性散光消除為止。
在遠視性散光的情況下，人眼角膜的表面可以用橢圓拋物面方程加以描述，在所有截面上頂部的曲率半徑均比正常眼球的相應半徑為大。為對遠視性散光進行治療，需要把由兩個拋物面-即橢圓拋物面的表面39和旋轉拋物面的表面40(正常眼的角膜表面)所限定的那部分區(qū)間38(圖6a、b)從角膜上去除。實現(xiàn)遠視性散光的治療與近視性散光情況下的描述類似，其差別僅在于，作為光束2橫截面輻射能量密度分布整形器3(圖1)，所選擇的器皿7的光窗8.9方案為圖3。其結果是器皿7輸出端的光束37(圖1)所具有的能量密度分布，可以用橢圓拋物面方程加以描述，光束2對稱軸21上最小。此光束與角膜的相互作用(圖6a、6b)可導致區(qū)間部分38從角膜表面上去除。
在混合性散光的情況下，人眼角膜的表面可以用橢圓拋物面方程加以描述，在最大折光方向上的曲率半徑要比正常眼的曲率半徑小，而在最小折光方向上的曲率半徑要比正常眼的曲率半徑大。為對混合性散光進行治療，需要從角膜上將區(qū)間部分41(圖7a、7b)去除，它在角膜面上的厚度變化可以用雙曲線形拋物面方程加以描述。混合性散光的治療也與近視性和遠視性散光的治療類似，其差別僅在于，作為光束2橫截面輻射能量密度分布的整形器3(圖1)，所選擇的器皿7的光寬8.9的方案為圖4。其結果是器皿7輸出端的光束37(圖1)所具有的能量密度分布，可以近似地用雙曲線形拋物面方程加以描述。此光束與角膜6的相互作用，可以導致區(qū)間部分41(圖7a、7b)從角膜表面上去除。
為了更好地理解本發(fā)明的實質，現(xiàn)援引如下的具體實施例。
曾經根據本發(fā)明對制造了該設備中的一個方案并進行了試驗。為了改變家兔眼睛的折光，所利用的激光1(λ＝193nμ)為橫截面上能量分布均勻并整形為直徑6毫米的平行光束2，它所經過的能量密度分布整形器3具有兩個同樣的光寬8和9，均由光學石英玻璃做成望遠透鏡的形式，其表面為圓形柱面。真空密實固定以使其中一塊透鏡凸向器皿7內部，而另一塊透鏡凸向器皿7外部(如圖4中表示的那樣)。光寬8、9被固定在套管19、20中，而套管可以在由不銹鋼制做的園柱形外殼11中轉動。整形器3則經過管道接頭12、13接在用以保證1×105-3×106帕斯卡壓力作用下使一氧化氮N2O流通的系統(tǒng)中。激光1脈沖的重復頻率為10周，脈沖能量為100～300兆焦耳(МДЖ)。為了進行實驗，曾經在四只家兔的八只眼上采用熱凝固及使用金鋼石刀刻出切向刻痕的方法得到人工混合散光。借助本發(fā)明推薦的設備依靠激光的作用曾經在以下范圍內對于人工制造的混合性散光實現(xiàn)了矯正近視在0-3屈光度;遠視在0-2.5屈光度，而且在激光作用后得到了光滑的角膜表面。
采用本發(fā)明推薦的設備，能夠提高獲得給定形狀的角膜表面的精度并使治療時間大為縮短。
本發(fā)明所述的設備能夠廣泛地應用在近視性、遠視性和混合性散光的外科治療。
權利要求
1.一種外科治療散光用的設備，它包括紫外光脈沖激光器(1)以及設置在激光束(2)行進路程中的光束(2)橫截面輻射能量密度分布整形器(3)，其特征在于此能量密度分布整形器(3)，乃是一個光學器皿(7)，位于激光束行進路程上的該器皿(7)的光窗(8，9)可繞著光束(2)的軸線(21)旋轉，并且由透激光材料制做，其內表面為二次旋轉柱面，其中每個表面的主方向均與激光束(2)的軸線21垂直，器皿(7)由部分透過激光的介質(10)所充填。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于器皿(7)中充以流動的吸收介質(10)，并與配備有改變吸收介質(10)光學密度設備的吸收介質(10)循環(huán)系統(tǒng)相通。
3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，器皿(7)光窗(8，9)的內表面具有拋物線形柱面形狀，而且凸面朝向器皿(7)內部。
4.如權利要求1所述設備，其特征在于，器皿(7)光窗(8，9)的內表面具有圓柱面形狀，而且凸面朝向器皿(7)的外部。
5.如權利要求1所述的設備，其特征在于，器皿(7)光窗(8，9)的內表面具有雙曲線形柱面形狀，這時的內表面之一凸向器皿(7)之內部，而另一內表面凸向器皿(7)外部。
全文摘要
外科治療散光的設備，它包括準分子激光器(1)和激光束(2)橫截面上輻射能量分布整形器(3)。按照本發(fā)明，此整形器就是一個光學器皿(7)，其光窗(8，9)設置成可繞著光束(2)的軸線(21)旋轉，而且光窗(8，9)的內表面為二次柱面。器皿(7)中充以部分吸收激光的介質(10)。此設備能夠用來同時輻照角膜的整個表面，并且通過輻照來獲得給定斷面的光滑表面。
文檔編號A61F9/00GK1035769SQ89101550
公開日1989年9月27日 申請日期1989年1月28日 優(yōu)先權日1988年1月29日
發(fā)明者斯法湯拉維·尼考拉維克·法德勞維, 阿爾賓娜·伊凡奧維娜·伊凡什娜, 萊昂德·法德斯, 維克·利恩克, 埃菲姆·娜塔維克·柏利恩, 維拉蒂米·斯太帕奧維克·尤利, 米克哈爾·尤利維克·奧勞維, 瓦萊爾·瓦拉蒂米拉維克·勞蒂諾, 達維蒂·阿格維克·瑪格拉莫維, 伊高·安陶麗維克·絲克維斯維, 維拉蒂米·帕勞維克·埃高勞維, 安陶麗·伊凡奧維克·茨爾克 申請人:跨行業(yè)的“眼顯微外科”科技綜合體公司