SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ehsan Foroozmehr
محسن بدرسمای (استاد راهنما) احسان فروزمهر (استاد راهنما)
STUDENT
MAhdi Dehghani
مهدی دهقانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
The Laser photodisruptor is one of the key ophthalmological devices which today has become a necessary medical laser tool for ophthalmology clinics. Using this device, two commom eye surgery, capsulotomy and iridotomy and more recently laser vitreolysis are performed as a non-invasive treatment of secondary cataract, angle closure glaucoma and floaters respectively. As the laser-tissue interaction mechanism which caused by said device is photodisruption, it is called laser phodisruptor. The demand for this system is high enough that in spite of the usage of foreign products in the country, it is get economically sensible to produce in the nation. In addition, fabrication of such devices considered as a key step which would lead to indigenization of related technologies. Laser photodisruptor is consisted of two main parts: Horizontal slit lamp and laser delivery pack. Slit lamp is the base for laser delivery pack and provides illumination light and microscope for iecting eye interiorly while doing surgery. In fact laser delivery pack would couple to slit lamp to ehance it with two laser sources, one for aiming and the other for treatment. The aiming laser is a red He-Ne and the treatment laser is Nd:YAG with wave length of 1064nm. In this work, the design and fabrication process of the said device was performed. In fact design, optical simulation, optical element selection, optical layout setup fabrication and testing and measurments of the laser delivery pack as well as providing suitable slit lamp in order to fabricate such device were carried out. By designing and optical simulating, the optimized layout of the laser delivery pack was determined and the proper elements were selected, purchased and mounted on the system. The design process had two phases, one which roughly gave some information for general layout of the laser system and the other which precisely determined the eligible elements and even their orientations in the layout in order to cancel optical aberrations. Additionally an optical simulation with Zemax sotware as a complement confirmed the design and also helped with extra information about the best layout. In order to evaluate different layouts, parameters of optical path difference, aberration and spot size were the ones which examined. According to simulations results, laser system elements were selected; laser source was chosen so that it met the needs for photodisruption of target tissues. Other elements were selected while their substrate, coating, geometry and laser-induced damage threshold were diagnostic criteria. Finally critical output parameters in accordance with the standards were tested and measured. Beam diameter, divergence angle, spatial profile, repetation rate, pulse duration and pulse energy were measured with corresponding measuring instruments. Measuerments and tests of adjusted layout for laser delivery pack confirmed favorable performance and safe application of the device for the purpose of expected eye surgeries. Plasma formation was observed in target at focal point of the objective lens of the laser system. Keywords: Medical laser, Capsulotomy, Iridotomy, Slit lamp, Optical design, Optical aberrations, Zemax, Laser Photodisruptor.
دستگاه فتودیسراپتر لیزری یکی از مهمترین تجهیزات حوزه چشمپزشکی است که عملاً امروزه به یک دستگاه ضروری در کلینیکها و مطبهای چشمپزشکی تبدیل شده است. با کمک این دستگاه دو عمل چشمی شایع کپسولوتومی و ایریدوتومی و اخیراً هم عمل ویتریولیزیس که به ترتیب جهت درمان غیرتهاجمی عارضههای آبمروارید ثانویه، آبسیاه زاویه بسته و ذرات شناور زجاجیه بهکار میروند، صورت میگیرد. ازآنجاییکه مکانیسم برهمکنش لیزر با بافت که توسط دستگاه فتودیسراپتر انجام میشود فتودیسراپسیون یا تخریب نوری است، نام این دستگاه از این برهمکنش برداشت شده است. هرچند این دستگاه دارای نمونههای خارجی میباشد ولی تاکنون در ایران ساخته نشده است. ساخت چنین دستگاهی قدم بزرگی در جهت بومیسازی فناوری مربوطه و جلوگیری از خروج ارز را دربر خواهد داشت. دستگاه فتودیسراپتر لیزری از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: یک اسلیت لامپ افقی و سیستم انتقال لیزر. اسلیت لامپ بستری برای سیستم انتقال لیزر بوده و سیستم روشنایی و معاینه داخلی چشم را در حین عمل فراهم میسازد. در حقیقت سیستم انتقال لیزر به اسلیت لامپ کوپل شده و آن را به دو لیزر نشانهروی و درمان مجهز کرده است. لیزر نشانهروی از نوع لیزر قرمز هلیم-نئون و لیزر درمان از نوع لیزر Nd:YAG با طولموج 1064 نانومتر میباشد. در این پایاننامه به طراحی و بخشی از فرایند ساخت دستگاه مذکور پرداخته شده است. در حقیقت در این مجال فرآیندهای طراحی، شبیهسازی اپتیکیِ کامپیوتری، انتخاب عناصر اپتیکی، تنظیم چیدمان اپتیکی طرح و آزمونها و اندازهگیریهایِ چیدمان سیستم انتقال لیزر و همچنین تهیه اسلیت لامپ جهت ساخت دستگاه فتودیسراپتر لیزری انجام گرفته است. با انجام طراحی و شبیهسازی اپتیکی بهترین چیدمان بخشهای مختلف سیستم انتقال لیزری دستگاه شناخته شده و با توجه به آن، فرایند انتخاب، تهیه و تنظیم عناصر چیدمان مذکور صورت گرفته است. فرایند طراحی در دو فاز صورت پذیرفته است: اولی که شامل یک طراحی کلی برای دستیابی به اطلاعاتی در مورد عناصر و کلیت چیدمان سیستم انتقال لیزر است و دومی که بهصورت دقیقی عناصر اپتیکی شایسته و حتی جهت قرارگیری آنها را بهمنظور حذف ابیراهی تعیین میکند. بهعلاوه یک شبیهسازی اپتیکی با نرمافزار زیمکس بهعنوان یک متمم نتایج بخش طراحی را تأیید کرده و برخی اطلاعات دیگری همچون اندازه فواصل عناصر را در اختیار قرار میدهد. پارامترهای اختلاف راه نوری، ابیراهی و وضعیت لکه جهت شبیهسازی و برآورد چیدمانهای مختلف موردنظر قرار گرفتهاند. با توجه به طراحیها و شبیهسازیهای مذکور، فرایند انتخاب عناصر سیستم انتقال لیزر انجام گرفته است؛ منبع لیزر بهگونهای انتخابشده که توانایی ایجاد ایمن برهمکنش تخریب نوری را در بافتهای هدف داشته باشد. عناصر اپتیکی دیگر با توجه به ماده، پوشش، هندسه و آستانه تخریب لیزری انتخاب شدهاند. درنهایت پارامترهای بحرانی و مهم خروجی آن با توجه به استانداردها تحت آزمون و اندازهگیری قرار گرفتهاند. قطر پرتو، زاویه واگرایی، مد فضایی، نرخ تکرارشوندگی، مدت پالس و انرژی پالس با تجهیزات اندازهگیری مربوطه اندازهگیری شده است. اندازهگیریها و آزمایش چیدمان تنظیمی برای مجموعه انتقال لیزر تأییدکننده کارایی مطلوب و کاربرد ایمنِ دستگاه مذکور برای انجام عملهای چشمیِ موردانتظار میباشد. همچنین تشکیل پلاسما در نقطه هدف و در کانون عدسی نهایی سیستم انتقال لیزر مشاهده گردید. کلمات کلیدی لیزر پزشکی، کپسولوتومی، ایریدوتومی، اسلیت لامپ، طراحی اپتیکی، ابیراهی نوری، زیمکس، فتودیسراپتر لیزری.