DE102011116760A1 - Ophthalmic laser system and method for the laser surgical treatment of the cornea - Google Patents

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Abstract

Ophthalmologisches Lasersystem und Verfahren zur laserchirurgischen Behandlung der Cornea Bekannte ophthalmologische Lasersysteme (1) mit einem Detektionsstrahlengang (D), der einen optoelektronischen Detektor (12) zur Detektion von Licht umfasst, und einem Behandlungsstrahlengang (B), der einen Ultrakurzpuls-Laser (4) umfasst, weisen bei der Behandlung der Cornea nur eine begrenzte Genauigkeit auf. Diese kann durch einen Detektor (12) zur Detektion von Licht genau eines variabel einstellbaren Polarisationszustands und jeweils eine einstellbare Strahl-Ablenkeinheit (7/7') in den beiden Strahlengängen vergrößert werden, indem vor dem Behandeln der Cornea Streulichtintenstitäten unterschiedlicher Polarisationszustände aus derselben Richtung aufgenommen werden und ein Modell einer Cornea daran angepasst wird, um eine zu erzeugende Schnittgeometrie zu ermitteln und diese an eine anhand des Modells prognostizierte Verformung anzupassen. Das erlaubt die chirurgische Behandlung der Cornea mit hoher Genauigkeit, da der biomechanische Zustand der Cornea einschließlich ihrer inneren mechanischen Spannungen bei der Schnittführung berücksichtigt wird. Ametropie-KorrekturOphthalmic laser system and method for the laser surgical treatment of the cornea Known ophthalmic laser systems (1) with a detection beam path (D) comprising an optoelectronic detector (12) for detecting light, and a treatment beam path (B) comprising an ultrashort pulse laser (4) includes limited accuracy in the treatment of the cornea. This can be increased by a detector (12) for detecting light of exactly one variably adjustable state of polarization and in each case an adjustable beam deflection unit (7/7 ') in the two beam paths by recording stray light intensities of different polarization states from the same direction before treating the cornea and a model of a cornea is adapted to determine a cut geometry to be generated and to adapt it to a deformation predicted from the model. This allows surgical treatment of the cornea with high accuracy, taking into account the biomechanical state of the cornea, including its internal mechanical stresses in the incision. Ametropia correction

Description

Die Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Lasersystem mit einem Behandlungsstrahlengang, der einen Puls-Laser umfasst, und einem Detektionsstrahlengang, der einen optoelektronischen Detektor umfasst, sowie ein Verfahren zur laserchirurgischen Behandlung der Cornea, insbesondere zum Zwecke einer refraktiven Korrektur.The invention relates to an ophthalmic laser system having a treatment beam path comprising a pulse laser, and a detection beam path comprising an optoelectronic detector, and a method for laser surgical treatment of the cornea, in particular for the purpose of a refractive correction.

Die Cornea des menschlichen Auges weist innere mechanische Spannungen auf. Dieses Spannungsgefüge kann die Form der Cornea mitbestimmen und so beispielsweise Fehlsichtigkeiten bewirken.The cornea of the human eye has internal mechanical stresses. This tension structure can co-determine the shape of the cornea and thus cause, for example, defective vision.

Aus WO 2009/127921 A2 ist ein System und ein Verfahren bekannt, mit denen Form der Cornea verändert wird, indem eine Spannungsverteilungen der Cornea durch Schneiden des Gewebes verändert wird, wobei zunächst die Topographie der Cornea vermessen wird. Diese Art, die Form der Cornea zu verändern, weist jedoch eine begrenzte Genauigkeit auf.Out WO 2009/127921 A2 For example, a system and method is known for altering the shape of the cornea by altering a voltage distribution of the cornea by cutting the tissue, first measuring the topography of the cornea. However, this way of altering the shape of the cornea has limited accuracy.

Optisch wirken sich Verspannungen der Cornea durch Doppelbrechung durchfallenden Lichts aus. Es wurde vorgeschlagen, diese Verspannungen bei einer refraktiven Korrektur mittels eines Excimer-Lasers in die Berechnung des Ablationsprofils einzubeziehen (Alexander Bösecke: „In vivo optische Spannungsanalyse der humanen Kornea”, Diplomarbeit TU Ilmenau, 2007). Diese Vorgehensweise weist nur eine begrenzte Genauigkeit auf.Optically, tension in the cornea is caused by birefringence of incident light. It was proposed to include these tensions in a refractive correction by means of an excimer laser in the calculation of the ablation profile (Alexander Bösecke: "In vivo optical stress analysis of the human cornea", Diploma thesis TU Ilmenau, 2007). This procedure has only a limited accuracy.

In DE 10 2006 016 968 A1 ist ein Reflexionspolariskop angegeben, das von der Iris zurückgestreutes Licht auswertet. Das erlaubt jedoch keine tiefenaufgelöste Analyse der Doppelbrechung in der Cornea und ist für den Bereich der Pupille problematisch, da dort kein Licht zurückgestreut wird.In DE 10 2006 016 968 A1 a reflective polariscope is indicated, which evaluates the backscattered light from the iris. However, this does not permit a depth-resolved analysis of birefringence in the cornea and is problematic for the pupil, as there is no backscattering of light.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ophthalmologisches Lasersystem der eingangs genannten Art anzugeben, das eine laserchirurgische Behandlung der Cornea mit hoher Genauigkeit ermöglicht, insbesondere unter Berücksichtigung innerer mechanischer Spannungen der Cornea.The invention has for its object to provide an ophthalmic laser system of the type mentioned above, which allows a laser surgical treatment of the cornea with high accuracy, especially taking into account internal mechanical stresses of the cornea.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein ophthalmologisches Lasersystem, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by an ophthalmic laser system having the features specified in claim 1, and by a method having the features specified in claim 12.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist ein ophthalmologisches Lasersystem vorgesehen mit einem Detektionsstrahlengang, der einen optoelektronischen Detektor zur (tiefenselektiven) Detektion von Licht genau eines variabel einstellbaren Polarisationszustands, eine erste variabel einstellbare Strahl-Ablenkeinheit und eine Transferoptik umfasst, und einem Behandlungsstrahlengang, der einen Ultrakurz-Laser, eine zweite variabel einstellbare Strahl-Ablenkeinheit und eine Fokussieroptik umfasst, sowie einer Steuereinheit, einer Berechnungseinheit und einer Auswerteeinheit, wobei

  • – die Auswerteeinheit zur Durchführung folgender Schritte eingerichtet ist: 1. Einstellen des Detektors auf einen ersten Polarisationszustand und Ermitteln mindestens einer ersten Streulichtintensität mittels des Detektors, 2. Einstellen des Detektors auf einen zweiten Polarisationszustand, der von dem ersten Polarisationszustand verschieden ist und Ermitteln mindestens einer zweiten Streulichtintensität mittels des Detektors bei identischer Stellung der ersten Ablenkeinheit, 3. Ermitteln eines mathematischen Modells einer Cornea, welches eine Topographie und innere mechanische Spannungen beschreibt, und Anpassen an die ermittelten Streulichtintensitäten anhand unterschiedlicher Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten für die zwei Polarisationszustände,
  • – die Berechnungseinheit zur Durchführung folgender Schritte eingerichtet ist: 1. Ermitteln einer in der Cornea zu erzeugenden Schnittgeometrie und Anpassen durch Prognostizieren einer Verformung der Cornea anhand des angepassten Modells und 2. Ermitteln von Steuerdaten für einen Laserschnitt anhand der angepassten Schnittgeometrie und
  • – die Steuereinheit zur Steuerung des Lasers, der ersten Ablenkeinheit und der Fokussieroptik anhand der Steuerdaten eingerichtet ist.
According to the invention, an ophthalmic laser system is provided with a detection beam path which comprises an optoelectronic detector for (depth-selective) detection of light of precisely a variably adjustable polarization state, a first variably adjustable beam deflection unit and a transfer optic, and a treatment beam path comprising an ultrashort laser second variably adjustable beam deflection unit and a focusing optics, as well as a control unit, a calculation unit and an evaluation unit, wherein
  • - the evaluation unit is set up to carry out the following steps: 1. setting the detector to a first polarization state and determining at least a first scattered light intensity by means of the detector, 2. setting the detector to a second polarization state which is different from the first polarization state and determining at least one 3. determining a mathematical model of a cornea which describes a topography and internal mechanical stresses, and adapting to the determined scattered light intensities using different light propagation velocities for the two polarization states; second scattered light intensity by means of the detector;
  • - the calculation unit is set up to: 1. determine a corneal geometry to be cut and adjust by predicting cornea deformation using the fitted model; and 2. determine laser cut control data based on the fitted cut geometry and
  • - The control unit for controlling the laser, the first deflecting unit and the focusing optics is set up based on the control data.

Zweckmäßigerweise werden erste und zweite Streulichtintensitäten aus verschiedenen Richtungen von der Cornea ermittelt, indem die erste Ablenkeinheit unterschiedlich eingestellt wird und für jede Stellung erste und zweite Streulichtintensitäten mit verschiedenen Polarisationszuständen ermittelt werden. Dadurch kann ein dreidimensionales Modell ermittelt und angepasst werden, was eine höhere Genauigkeit ermöglicht.Expediently, first and second scattered light intensities are determined from different directions by the cornea by setting the first deflection unit differently and determining, for each position, first and second scattered light intensities having different polarization states. As a result, a three-dimensional model can be determined and adapted, which allows a higher accuracy.

Im Sinne der Erfindung ist ein Ultrakurzpuls-Laser ein Laser, der Strahlungspulse mit einer Dauer im fs- oder ps-Bereich zu emittieren vermag. Mechanische Spannungen sind vorzugsweise innere Spannungen im Corneagewebe.For the purposes of the invention, an ultrashort pulse laser is a laser capable of emitting radiation pulses with a duration in the fs or ps range. Mechanical stresses are preferably internal stresses in the corneal tissue.

Entsprechend ist für das erfindungsgemäße Verfahren zum laserchirurgischen Bearbeiten einer Cornea mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers vorgesehen, folgende Schritte durchzuführen:

  • 1. tiefenselektives Ermitteln mindestens einer ersten Streulichtintensität mit einem ersten Polarisationszustand aus einer ersten Richtung von der Cornea,
  • 2. tiefenselektives Ermitteln mindestens einer zweiten Streulichtintensität mit einem zweiten Polarisationszustand, der von dem ersten Polarisationszustand verschieden ist, aus derselben Richtung,
  • 3. Ermitteln eines mathematischen Modells einer Cornea, welches eine Topographie und innere mechanische Spannungen beschreibt, und Anpassen an die ermittelten Streulichtintensitäten anhand unterschiedlicher Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten für die zwei Polarisationszustände,
  • 4. Ermitteln einer in der Cornea zu erzeugenden Schnittgeometrie und Anpassen durch Prognostizieren einer Verformung der Cornea anhand des angepassten Modells und
  • 5. Ermitteln von Steuerdaten für einen Laserschnitt anhand der angepassten Schnittgeometrie und
  • 6. Steuern des Lasers, der ersten Ablenkeinheit und der Fokussieroptik anhand der Steuerdaten.
Accordingly, for the inventive method for laser surgery a Cornea by means of an ultrashort pulse laser intended to perform the following steps:
  • 1. deep-selective determination of at least one first scattered light intensity having a first polarization state from a first direction of the cornea,
  • 2. depth-selective determination of at least one second scattered light intensity having a second polarization state, which is different from the first polarization state, from the same direction,
  • 3. Determining a mathematical model of a cornea, which describes a topography and internal mechanical stresses, and adapting to the determined scattered light intensities using different light propagation velocities for the two polarization states,
  • 4. Determine a cut geometry to be created in the cornea and adjust by predicting a corneal deformation based on the fitted model and
  • 5. Determine control data for a laser cut based on the adjusted cutting geometry and
  • 6. Controlling the laser, the first deflection unit and the focusing optics based on the control data.

Eine Ermittlung von Streulichtintensitäten ist tiefenselektiv im Sinne der Erfindung, wenn Streulichtintensitäten aus unterschiedlichen Tiefen der Cornea tiefenaufgelöst entweder simultan oder sequentiell aufgenommen werden können.A determination of scattered light intensities is highly selective in the sense of the invention if scattered light intensities from different depths of the cornea can be recorded with depth resolution either simultaneously or sequentially.

Die Erfindung erlaubt die chirurgische Behandlung der Cornea mit hoher Genauigkeit, indem der biomechanische Zustand der Cornea einschließlich ihrer inneren mechanischen Spannungen bei der Schnittführung berücksichtigt wird. Dadurch können sowohl die räumlichen Steuerparameter (Lage der bestrahlten Zielvolumina) als auch energetische Steuerparameter (Pulsintensitäten) mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Die Auswerteeinheit, die Berechnungseinheit oder die Steuereinheit können die anhand des Modells ermittelten die Spannungen derart ausgeben, dass sie von einem Bediener visuell wahrnehmbar sind. Insbesondere kann die betreffende Einheit von dem Bediener Anweisungen zur Modifikation des Modells entgegennehmen.The invention allows surgical treatment of the cornea with high accuracy by taking into account the biomechanical state of the cornea, including its internal mechanical stresses in the incision. As a result, both the spatial control parameters (position of the irradiated target volumes) and energetic control parameters (pulse intensities) can be determined with high accuracy. The evaluation unit, the calculation unit or the control unit can output the voltages determined on the basis of the model such that they can be visually perceived by an operator. In particular, the unit in question may receive instructions from the operator to modify the model.

Das mechanische Modell kann beispielsweise gemäß US 2009/0187386 A1 aus finiten Elementen zusammengesetzt sein, deren Lage und mechanische Spannungen ausgehend von einem Cornea-Standardmodell durch eine Ausgleichsrechnung an die Topographiedaten der konkret vermessenen Cornea und die Intensitäten des durch Doppelbrechung unterschiedlich gebrochenen Streulichts angepasst werden.The mechanical model can, for example, according to US 2009/0187386 A1 be composed of finite elements whose position and mechanical stresses, starting from a standard cornea model by a compensation calculation to the topography data of the concretely measured cornea and the intensities of the birefringence differently refracted scattered light are adjusted.

Die Richtung von der Cornea, aus der die Streulichtintensitäten ermittelt werden, definiert, von welchem Ort in der Cornea, das detektierte Streulicht aufgenommen wird. Von einem Ort wird also mindestens eine erste Streulichtintensität, welche (ausschließlich) den ersten Polarisationszustand aufweist, und (von demselben Ort) mindestens eine zweite Streulichtintensität, welche (ausschließlich) den zweiten Polarisationszustand aufweist, ermittelt. Vorzugsweise können erste und zweite Streulichtintensitäten von mehreren verschiedenen Orten der Cornea ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann die Richtung von der Cornea, aus der die Streulichtintensitäten ermittelt werden, beispielsweise mittels einer verstellbaren Strahl-Ablenkeinheit verstellt werden. Von dem neuen Ort können dann wiederum erste und zweite Streulichtintensitäten aufgenommen werden. Durch die Messung von mehreren Orten kann ein dreidimensionales Modell ermittelt und angepasst werden, was eine höhere Genauigkeit ermöglicht. Darüber hinaus können dritte und weitere Streulichtintensitäten für zusätzliche Polarisationszustände ermittelt und bei der Anpassung verwendet werden.The direction from the cornea, from which the scattered light intensities are determined, defines from which location in the cornea the detected scattered light is recorded. Thus, at least one first scattered light intensity, which (exclusively) has the first polarization state, and at least one second scattered light intensity, which (exclusively) has the second polarization state, is determined from a location. Preferably, first and second scattered light intensities can be determined from a plurality of different locations of the cornea. For this purpose, the direction from the cornea, from which the scattered light intensities are determined, can be adjusted, for example, by means of an adjustable beam deflection unit. In turn, first and second scattered light intensities can then be recorded by the new location. By measuring multiple locations, a three-dimensional model can be identified and adjusted, allowing greater accuracy. In addition, third and further scattered light intensities can be determined for additional polarization states and used in the adaptation.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ermittelt die Auswerteeinheit zum Anpassen des Modells an die Lichtintensitäten eine Topographie der Cornea aus den Streulichtintensitäten. Dadurch wird die Genauigkeit des Modells verbessert, und es kann auf eine separate Vermessung der Topographie verzichtet werden.In an advantageous embodiment, the evaluation unit determines a topography of the cornea from the scattered light intensities in order to adapt the model to the light intensities. This improves the accuracy of the model and eliminates the need to separately survey the topography.

In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Lasersystem eine Topographiemessvorrichtung, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, das Modell vor der Anpassung an die Lichtintensitäten an mittels einer Topographiemessvorrichtung ermittelte oder vorgegebene Topographiedaten der Cornea anzupassen. Auch auf diese Weise kann die Genauigkeit des Modells verbessert werden.In an alternative embodiment, the laser system comprises a topography measuring device, wherein the evaluation unit is set up to adapt the model to topographical data of the cornea determined or predefined by means of a topography measuring device before adaptation to the light intensities. Also in this way the accuracy of the model can be improved.

Zweckmäßigerweise kann in den Detektionsstrahlengang ein Beleuchtungsstrahlengang mit einer Lichtquelle eingekoppelt sein und die Auswerteeinheit eingerichtet sein zur Durchführung folgender Schritte vor dem Ermitteln der ersten Streulichtintensität:

  • – Beleuchten einer in einem Untersuchungsbereich angeordneten Cornea mittels der Lichtquelle und
  • – Fokussieren des Detektionsstrahlengangs auf die Cornea.
Dadurch kann die Genauigkeit der Messung der Streulichtintensitäten verbessert werden, insbesondere durch eine konfokale Beleuchtung.Expediently, an illumination beam path can be coupled into the detection beam path with a light source and the evaluation unit can be set up to carry out the following steps before determining the first scattered light intensity:
  • Illuminating a cornea arranged in an examination area by means of the light source and
  • - Focusing the detection beam path on the cornea.
Thereby, the accuracy of the measurement of the scattered light intensities can be improved, in particular by a confocal illumination.

Besonders vorteilhaft sind Ausgestaltungen, in denen der Detektionsstrahlengang eine (Vorsatz-)Optik aufweist, welche Licht der Lichtquelle, das mittels der ersten Ablenkeinheit auf die Cornea gerichtet ist, unabhängig von einer Stellung der ersten Ablenkeinheit senkrecht auf die Cornea lenkt, insbesondere mit Anordnung der Optik auf einer von dem Laser abgewandten Seite der Transferoptik. Eine solche Vorsatzoptik kann beispielsweise ein diffraktives oder refraktives Element sein und aus einer Linse oder einer Linsenkombination bestehen. Ihre Brennweite entspricht vorzugsweise ihrem Abstand zur Cornea zuzüglich etwa 8 mm, also beispielsweise 20 mm. Der senkrechte Einfall des Beleuchtungslichts und die senkrechte Detektion an jedem Ort der Cornea vereinfachen die Anpassung des Modells, da die Doppelbrechung so nur entlang einer minimale Weglänge durch die Cornea stattfindet.Particularly advantageous embodiments are those in which the detection beam path has a (intentional) optics, which light of the light source, the is directed by the first deflection on the cornea, regardless of a position of the first deflector perpendicular to the cornea directs, in particular with the arrangement of the optics on a side facing away from the laser side of the transfer optics. Such an attachment optics can be, for example, a diffractive or refractive element and consist of a lens or a lens combination. Their focal length preferably corresponds to their distance from the cornea plus about 8 mm, so for example 20 mm. The vertical incidence of the illumination light and the vertical detection at each location of the cornea simplify the adaptation of the model, since the birefringence thus takes place only along a minimum path length through the cornea.

Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit eingerichtet zur Durchführung folgender Schritte:

  • – Aktivieren einer Fixiervorrichtung an der Cornea vor dem Steuern des Lasers und
  • – Desaktivieren der Fixiervorrichtung nach dem Steuern des Lasers.
So kann die Gefahr von Fehlbehandlungen durch Augenbewegungen minimiert werden.The control unit is expediently designed to carry out the following steps:
  • - Activating a fixation device on the cornea before controlling the laser and
  • Deactivate the fixing device after controlling the laser.
Thus, the risk of mistreatment by eye movements can be minimized.

Besonders vorteilhaft sind Ausgestaltungen, in denen die Auswerteeinheit eingerichtet ist zur Durchführung folgender Schritte:

  • – Aktivieren einer verformenden Fixiervorrichtung in Kontakt mit der Cornea vor dem Ermitteln der Streulichtintensitäten und
  • – Desaktivieren der Fixiervorrichtung nach dem Ermitteln der Streulichtintensitäten.
Dadurch können die Spannungszustände der Cornea in einem definiert verformten Zustand der Cornea gemessen werden. Die Verformung kann beispielsweise ein Applanation durch ein planes Kontaktglas sein. Vorteilhafterweise kann eine Messung von Lichtintensitäten mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ohne äußere Verformung und vorher oder hinterher eine entsprechende Messung mit äußerer Verformung durchgeführt werden und die Lichtintensitäten aus beiden Messungen bei der Anpassung des Modells verwendet werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise in dem Modell dieselbe definierte Verformung simuliert werden. Durch Berücksichtigung einer definierten Verformung kann die Festigkeit der Cornea mit höherer Genauigkeit ermittelt werden.Embodiments in which the evaluation unit is set up to carry out the following steps are particularly advantageous:
  • - Activating a deforming fixing device in contact with the cornea before determining the scattered light intensities and
  • Deactivate the fixing device after determining the scattered light intensities.
Thereby, the stress states of the cornea can be measured in a defined deformed state of the cornea. The deformation may be, for example, a applanation through a plane contact glass. Advantageously, a measurement of light intensities with different states of polarization without external deformation and before or after a corresponding measurement with external deformation can be carried out and the light intensities from both measurements can be used in the adaptation of the model. For this purpose, for example, the same defined deformation can be simulated in the model. By taking into account a defined deformation, the strength of the cornea can be determined with higher accuracy.

Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, in denen

  • – das Anpassen des mathematischen Modells an die ermittelten Streulichtintensitäten von der Berechnungseinheit oder der Steuereinheit durchgeführt wird und/oder
  • – das Ermitteln und Anpassen der Schnittgeometrie von der Auswerteeinheit oder der Steuereinheit durchgeführt wird.
The invention includes embodiments in which
  • The adaptation of the mathematical model to the determined scattered light intensities is carried out by the calculation unit or the control unit and / or
  • - The determination and adjustment of the cutting geometry is performed by the evaluation unit or the control unit.

Vorzugsweise ist der Detektor ein optischer Kohärenztomograph (OCT) oder zur mit der zweiten Fokussieroptik konfokalen Detektion ausgebildet. Diese Detektoren erlauben die Tiefendiskriminierung mit hoher axialer Auflösung. Ein System mit einem konfokalen Detektor kann beispielsweise gemäß 3 der WO 2010/07020 A2 mit anderer Programmierung der dortigen Steuereinheit ausgebildet sein, deren Offenbarungsgehalt hier in vollem Umfang einbezogen wird. Ein System mit einem OCT als Detektor kann beispielsweise gemäß 5 oder 6 der WO 2009/033111 A2 mit anderer Programmierung der dortigen Steuereinheiten ausgebildet sein.Preferably, the detector is an optical coherence tomograph (OCT) or designed to confocal with the second focusing optic detection. These detectors allow depth discrimination with high axial resolution. A system with a confocal detector can, for example, according to 3 of the WO 2010/07020 A2 be formed with other programming of the local control unit, the disclosure of which is incorporated here in full. A system with an OCT as a detector can, for example, according to 5 or 6 of the WO 2009/033111 A2 be formed with other programming of the local control units.

Die Auswerteeinheit kann vorteilhafterweise anhand der ermittelten Streulichtintensitäten eine Länge des Auges und eine Dicke der Linse ermitteln. Anhand dieser Daten kann in derselben Behandlung eine Kataraktoperation durchgeführt werden, beispielsweise in Form einer anterioren oder posterioren Kapsulorhexis mittels des Ultrakurzpuls-Lasers, der Zertrümmerung der biologischen Linse oder Bestrahlung der äquatorial im Kapselsack angeordneten Epithelzellen.The evaluation unit can advantageously determine a length of the eye and a thickness of the lens on the basis of the determined scattered light intensities. Based on these data, a cataract operation can be performed in the same treatment, for example in the form of an anterior or posterior capsulorhexis by means of the ultra-short pulse laser, the destruction of the biological lens or irradiation of the epithelial cells arranged equatorially in the capsular bag.

Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, in denen

  • – die Auswerteeinheit, die Berechnungseinheit und die Steuereinheit dieselbe Einheit sind und/oder
  • – die erste und zweite Ablenkeinheiten dieselbe Ablenkeinheit sind und/oder
  • – die Transferoptik und die Fokussieroptik dieselbe Optik sind.
The invention includes embodiments in which
  • The evaluation unit, the calculation unit and the control unit are the same unit and / or
  • The first and second deflection units are the same deflection unit and / or
  • - The transfer optics and the focusing optics are the same look.

Die Erfindung umfasst auch einen OCT, der eine Topographie der Cornea ermittelt, entweder anhand von mittels einer integrierten Topographiemessvorrichtung (beispielsweise anhand von Placidoringen) gemessenen Topographiedaten oder anhand von aus den gemessenen OCT-Intensitäten ermittelten Topographiedaten. In Ausführungsformen mit oder ohne Topographieermittlung kann ein erfindungsgemäßer OCT anhand von Streulichtintensitäten unterschiedlicher Polarisationszustände die Spannungen innerhalb einer Cornea ermitteln. Ein solcher OCT kann insbesondere bei den obengenannten Anwendungen in Vor- und/oder Nachuntersuchungen eingesetzt werden.The invention also encompasses an OCT which determines a topography of the cornea, either by means of topographical data measured by means of an integrated topography measuring device (for example using Placidoringen) or by means of topographical data determined from the measured OCT intensities. In embodiments with or without topography determination, an OCT according to the invention can determine the stresses within a cornea on the basis of scattered light intensities of different polarization states. Such an OCT can be used in particular in the abovementioned applications in preliminary and / or follow-up examinations.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung eine ophthalmologische Messvorrichtung zur Aufnahme von Streulicht von einer Cornea, mit einem Beleuchtungsstrahlengang, der eine Lichtquelle umfasst, und einem mit dem Beleuchtungsstrahlengang gekoppelten Detektionsstrahlengang, der einen optoelektronischen Detektor zur (tiefenselektiven) Detektion von Licht genau eines variabel einstellbaren Polarisationszustands, eine variabel einstellbare Strahl-Ablenkeinheit und eine Transferoptik umfasst, wobei der hinter der Koppelstelle gemeinsame Strahlengang gekennzeichnet ist durch eine Optik, welche Licht der Lichtquelle, das mittels der Ablenkeinheit auf die Cornea gerichtet ist, unabhängig von einer Stellung der Ablenkeinheit senkrecht auf die Cornea lenkt, insbesondere mit Anordnung der Optik zwischen der Koppelstelle und einem Abschlusselement nach außen, beispielsweise einem Abschlussglas.In addition, the invention comprises an ophthalmological measuring device for recording scattered light from a cornea, having an illumination beam path comprising a light source, and a detection beam path coupled to the illumination beam path, comprising an optoelectronic detector for (depth-selective) detection of light of precisely a variably adjustable polarization state, a variably adjustable jet Deflection unit and a transfer optics comprises, wherein the common behind the coupling point beam path is characterized by an optics, which directs light from the light source, which is directed by means of the deflection on the cornea, regardless of a position of the deflection perpendicular to the cornea, in particular with arrangement of Optic between the coupling point and a closing element to the outside, for example, a glass.

Die Erfindung kann insbesondere in folgenden Anwendungen eingesetzt werden:

  • – Bei biomechanikabhängige Behandlungen der Cornea, insbesondere innerhalb einer Katarakt-Operation (für limbale Relaxationsschnitte oder transparente Corneaschnitte).
  • – Bei der Extraktion eines refraktiven Lentikels (ReLEx) zur Verbesserung der Behandlungsgenauigkeit (Vermeidung von Unterschieden bei der Korrektur höhere Ordnungen von Abbildungsfehlern durch unterschiedliche Spannungszustände zwischen fixiertem und unfixiertem Zustand der Cornea) und -effizienz und auch vorab zu Patientenauswahl insbesondere durch Ermittlung eines Eignungswertes anhand der ermittelten mechanischen Spannungen oder weiterer biomechanischer Eigenschaften.
  • – Zur Behandlungsplanung bei einer Keratoplastik, beispielsweise zur Festlegung der Keratoplastie-Zone.
  • – Bei refraktiven Behandlungen wie Femtosekunden-LASIK oder innerhalb einer Katarakt-Operation (jeweils für limbale Relaxationsschnitte, transparente Corneaschnitte und/oder zur Reduktion von kornealem Astigmatismus).
  • – Zur Vermeidung oder Behandlung von Keratokonus.
  • – ICR-Implantation: Zur Auswahl der ICR und/oder Optimierung der ICR-Position.
The invention can be used in particular in the following applications:
  • - For biomechanically dependent treatments of the cornea, especially within a cataract operation (for limbal relaxation incisions or transparent corneal incisions).
  • - In the extraction of a refractive lenticle (ReLEx) to improve the accuracy of treatment (avoiding differences in the correction of higher orders of aberrations due to different voltage states between fixed and unfixed state of the cornea) and efficiency and also in advance to patient selection in particular by determining a fitness value the determined mechanical stresses or other biomechanical properties.
  • - For treatment planning in a keratoplasty, for example, to determine the keratoplasty zone.
  • - For refractive treatments such as femtosecond LASIK or cataract surgery (for limbal relaxation incisions, transparent corneal incisions and / or to reduce corneal astigmatism).
  • - To prevent or treat keratoconus.
  • - ICR implantation: To select the ICR and / or optimize the ICR position.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 ein erstes Lasersystem bestehend aus einer Messvorrichtung, einer Berechnungsvorrichtung und einer Bestrahlungsvorrichtung, 1 a first laser system consisting of a measuring device, a calculating device and an irradiation device,

2 ein zweites Lasersystem, in dem die drei Vorrichtungen in einer kombiniert sind und 2 a second laser system in which the three devices are combined in one and

3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur laserchirurgischen Behandlung der Cornea. 3 a flowchart of a method for laser surgical treatment of the cornea.

In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.In all drawings, like parts bear like reference numerals.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein ophthalmologisches Lasersystem 1, das aus separaten Geräten, nämlich einer Messvorrichtung 1.1, einer Berechnungsvorrichtung 1.2 und einer Bestrahlungsvorrichtung 1.3, besteht, die untereinander über Schnittstellen zur Datenübertragung miteinander verbindbar sind. Sie können auch permanent miteinander verbunden bleiben. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Patientenauge 2 zunächst zur Vermessung der Cornea 3 im Untersuchungsbereich vor der Messvorrichtung 1.1 platziert und später zur Bestrahlung im Behandlungsbereich vor der Bestrahlungsvorrichtung 1.3. 1 shows a schematic representation of an ophthalmic laser system 1 consisting of separate devices, namely a measuring device 1.1 , a calculation device 1.2 and an irradiation device 1.3 , which are interconnectable via interfaces for data transmission. They can also stay connected permanently. For carrying out the method according to the invention, the patient's eye 2 first to measure the cornea 3 in the examination area in front of the measuring device 1.1 placed and later for irradiation in the treatment area in front of the irradiation device 1.3 ,

Die Messvorrichtung 1.1 umfasst einen Detektor 12, beispielsweise einen Spektralraum-OCT (engl. „spectral-domain OCT”), der in Verbindung mit einem Polarisationsstrahlteiler 5 und einer beispielsweise motorisch definiert um die optische Achse des Systems 1 drehbaren λ/2-Platte 15 einstellbar polarisationsdiskriminierend ist, eine Scanoptik 6, eine x-y-Ablenkeinheit 7 (engl. „scanner unit”), eine beispielsweise z-fokussierbare Transferoptik 8 und ein Abschlussglas 9, die zusammen einen Detektionsstrahlengang D bilden, der zum Untersuchungsbereich führt. In den Detektionsstrahlengang D ist mittels des Strahlteilers 5 ein Beleuchtungsstrahlengang C eingekoppelt, in dem eine Lichtquelle 10 angeordnet ist, die unpolarisiertes IR-Licht emittiert. Zwischen dem Lasersystem 1 und dem Auge 2 ist eine Vorsatzoptik 13 angeordnet die alle auf die Cornea 3 fokussierten Strahlen unabhängig von ihrem Auftreffwinkel senkrecht auf die Cornea 3 lenkt. Der Detektor 12 empfängt entsprechend in umgekehrter Richtung Streulicht von der Cornea 3 und wandelt dessen Intensität in eine digitale Größe, die an die Auswerteeinheit 11.1 ausgegeben wird. Mittels der Ablenkeinheit 7 und die Transferoptik 8 kann die Auswerteeinheit 11.1 die Richtung, aus der Licht von der Cornea 3 aufgenommen wird, einstellen. Sie kann zudem die Lichtquelle 10 hinsichtlich der emittierten Intensität und die Wellenplatte 15 hinsichtlich des einzigen zum Detektor 12 übertragenen Polarisationszustandes (hier: der Polarisationsrichtung) steuern.The measuring device 1.1 includes a detector 12 For example, spectral space OCT (OCT) associated with a polarization beam splitter 5 and one, for example, motor defined around the optical axis of the system 1 rotatable λ / 2 plate 15 is adjustable polarization discriminating, a scanning optics 6 , an xy deflector 7 ("scanner unit"), an example z-focusable transfer optics 8th and a graduation glass 9 which together form a detection beam path D leading to the examination area. In the detection beam D is by means of the beam splitter 5 a lighting beam C coupled, in which a light source 10 is arranged, which emits unpolarized IR light. Between the laser system 1 and the eye 2 is an attachment optics 13 All arranged on the cornea 3 focused rays, regardless of their angle of incidence perpendicular to the cornea 3 directs. The detector 12 accordingly receives in the reverse direction stray light from the cornea 3 and converts its intensity into a digital size that is sent to the evaluation unit 11.1 is issued. By means of the deflection unit 7 and the transfer optics 8th can the evaluation unit 11.1 the direction from which light from the cornea 3 is set, adjust. It can also be the light source 10 in terms of emitted intensity and wave plate 15 in terms of the only one to the detector 12 transmit polarization state (here: the polarization direction).

Sobald der Behandler die Messung ausgelöst hat, schaltet die Auswerteeinheit 11.1 die Lichtquelle 10 ein und stellt den Detektor 12 auf einen ersten Polarisationszustand ein, indem sie die Wellenplatte 15 entsprechend dreht und mittels der Ablenkeinheit 7 eine erste Einfallsrichtung für Licht von der Cornea 3 einstellt. Dann ermittelt sie simultan erste Intensitäten von in verschiedenen Tiefen in der Cornea rückgestreutem Beleuchtungslicht aus der ersten Richtung. In alternativen Ausführungsformen, beispielsweise mit konfokalem Detektor oder mit Ortsraum-OCT (engl. „time-domain OCT”) als Detektor, kann die Ermittlung aus verschiedenen Tiefen sequentiell erfolgen. Anschließend stellt sie die Ablenkeinheit 7 auf eine andere Einfallsrichtung des von der Cornea 3 rückgestreuten Lichtes ein. Dann ermittelt sie simultan weitere erste Intensitäten von in verschiedenen Tiefen in der Cornea rückgestreutem Beleuchtungslicht aus der zweiten Richtung. Dieser Abtastvorgang wird für eine Vielzahl von Einfallsrichtungen wiederholt. Von der Retina wird kein Falschlicht in den Detektionsstrahlengang D gestreut, da sie außerhalb des Kohärenzbereiches des OCT liegt. Bei alternativen Ausführungsformen (nicht abgebildet) mit konfokaler Detektion liegt die Retina außerhalb des konfokalen Bereiches.As soon as the practitioner has triggered the measurement, the evaluation unit switches 11.1 the light source 10 and sets the detector 12 to a first state of polarization by the wave plate 15 rotates accordingly and by means of the deflection unit 7 a first direction of incidence for light from the cornea 3 established. Then it simultaneously determines first intensities of in different Depths in the cornea backscattered illumination light from the first direction. In alternative embodiments, for example with a confocal detector or with space-time OCT as the detector, the determination can be performed sequentially from different depths. Then she sets the deflection unit 7 to another direction of incidence of the cornea 3 backscattered light. Then, it simultaneously detects further first intensities of illumination light backscattered at different depths in the cornea from the second direction. This scanning is repeated for a variety of incident directions. No stray light is scattered by the retina into the detection beam path D because it lies outside the coherence range of the OCT. In alternative embodiments (not shown) with confocal detection, the retina is outside the confocal area.

Dann stellt die Auswerteeinheit 11.1 den Detektor 12 auf einen zweiten Polarisationszustand ein, der von dem ersten Polarisationszustand verschieden ist, indem sie die Wellenplatte 15 in eine andere Stellung dreht, beispielsweise um 90°, und stellt die Ablenkeinheit 7 beispielsweise wieder auf die erste (Einfalls-)Richtung ein. Sie ermittelt dann simultan zweite Intensitäten von in verschiedenen Tiefen in der Cornea rückgestreutem Beleuchtungslicht aus der ersten Richtung von der Cornea.Then the evaluation unit stops 11.1 the detector 12 to a second polarization state, which is different from the first polarization state, by the wave plate 15 rotates to another position, for example, 90 °, and provides the deflection unit 7 For example, again in the first (incidence) direction. It then simultaneously detects second intensities of illumination light backscattered at different depths in the cornea from the first direction of the cornea.

Anschließend stellt sie die Ablenkeinheit 7 beispielsweise auf die zweite Einfallsrichtung von der Cornea 3 ein. Dann ermittelt sie simultan weitere zweite Intensitäten von in verschiedenen Tiefen in der Cornea rückgestreutem Beleuchtungslicht aus der zweiten Richtung. Dieser Abtastvorgang wird beispielsweise für alle zuvor eingestellten Einfallsrichtungen wiederholt.Then she sets the deflection unit 7 for example, on the second direction of incidence of the cornea 3 one. Then, it simultaneously detects further second intensities of illuminating light backscattered at different depths in the cornea from the second direction. This scanning is repeated, for example, for all previously set directions of incidence.

Sind alle ersten und zweiten Streulichtintensitäten ermittelt, ermitteln die Auswerteeinheit 11.1 ein mathematisches (Standard-)Modell einer Cornea 3, welches eine Topographie und mechanische Spannungen beschreibt, beispielsweise, indem sie es von der Berechnungseinheit 112 entgegennimmt. Sie passt das Modell anhand unterschiedlicher Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten für die zwei Polarisationszustände an die ermittelten Streulichtintensitäten an. Zu diesem Zweck kann sie beispielsweise mittels Strahlverfolgung (engl. „ray tracing”) die Doppelbrechung von Licht unter den gemessenen Einfallsrichtungen simulieren und eine Ausgleichsrechnung mit Strahlverfolgungsparametern durchführen.Once all first and second scattered light intensities have been determined, the evaluation unit determines 11.1 a mathematical (standard) model of a cornea 3 which describes a topography and mechanical stresses, for example, by taking it from the calculation unit 112 answers. It adjusts the model to the detected scattered light intensities using different light propagation velocities for the two polarization states. For this purpose, for example, it can simulate the birefringence of light under the measured directions of incidence by means of ray tracing ("ray tracing") and perform a compensation calculation with ray tracing parameters.

Die Berechnungsvorrichtung 1.2 ist als Berechnungseinheit 11.2 beispielsweise ein handelsüblicher Rechner mit einer Zentralverarbeitungseinheit, einem Arbeitsspeicher und einer Anzeige, der über zwei Schnittstellen einerseits mit der Auswerteeinheit 11.1 und andererseits mit der Steuereinheit 11.3 verbunden ist. Die Berechnungseinheit 11.2 kann der Auswerteeinheit 11.1 beispielsweise Daten zur Anpassung des patientenindividuell angepassten Modells der Cornea 3 vorgeben, beispielweise einen intraokulären Druck und allgemeine mechanische Eigenschaften der Cornea 3. Diese Daten kann die Berechnungseinheit 11.2 beispielsweise von einem Behandler über eine Eingabevorrichtung entgegennehmen oder aus einer Datenbank auslesen.The calculation device 1.2 is as a calculation unit 11.2 For example, a commercial computer with a central processing unit, a working memory and a display, via two interfaces on the one hand with the evaluation 11.1 and on the other hand with the control unit 11.3 connected is. The calculation unit 11.2 can the evaluation unit 11.1 For example, data for adjusting the patient-customized model of the cornea 3 specify, for example, an intraocular pressure and general mechanical properties of the cornea 3 , This data can be the calculation unit 11.2 for example, by a practitioner via an input device to receive or read from a database.

Von der Auswerteeinheit 11.1 nimmt die Berechnungseinheit 11.2 das patientenindividuell angepasste Modell entgegen. Sie ermittelt zunächst eine in der Cornea zu erzeugenden Schnittgeometrie, beispielweise durch Entgegennahme vom Behandler oder aus einer Datenbank, und passt diese anhand dieses Modells durch Prognostizieren einer Verformung der Cornea anhand des patientenindividuell angepassten Modells der Cornea 3 iterativ an bis ein vorgegebenes Zielkriterium, beispielsweise eine vorgegebene refraktive Wirkung oder eine vorgegebene Topographie, erreicht ist. Anschließend ermittelt die Berechnungseinheit 11.2 Steuerdaten für einen Laserschnitt anhand der zuvor angepassten Schnittgeometrie und gibt diese an die Steuereinheit 11.3 aus.From the evaluation unit 11.1 takes the calculation unit 11.2 the patient-customized model contrary. It first determines a cut geometry to be generated in the cornea, for example by receiving it from the practitioner or from a database, and adapts it on the basis of this model by predicting a deformation of the cornea on the basis of the customized model of the cornea 3 iteratively until a predetermined target criterion, for example a predetermined refractive effect or a given topography, is reached. The calculation unit then determines 11.2 Control data for a laser cut based on the previously adapted cutting geometry and passes this to the control unit 11.3 out.

Die Bestrahlungsvorrichtung 1.3 umfasst neben der Steuereinheit 11.3 einen Ultrakurzpuls-Laser 4, beispielsweise einen Yb-Faserlaser eine Scanoptik 6, eine zweite x-y-Ablenkeinheit 7' (engl. „scanner unit”), eine z-Fokussieroptik 8' und ein Abschlussglas 9, die zusammen einen Behandlungsstrahlengang B bilden, der zum Behandlungsbereich der Vorrichtung 1.3 führt. Zwischen dem Lasersystem 1 und dem Auge 2 ist eine Fixiervorrichtung 14 mit einem Kontaktglas für das Auge 2 angeordnet. Das Kontaktglas kann an seiner dem Auge 2 zugewandten Seite eine sphärische, eine plane, eine augengleich gekrümmte oder eine andere um die optische Achse rotationssymmetrische Oberfläche aufweisen. Beispielsweise handelt es sich um eine sphärische Krümmung, bei der die Cornea 3 im fixierten (z. B. angesaugten) Zustand applaniert ist.The irradiation device 1.3 includes next to the control unit 11.3 an ultrashort pulse laser 4 For example, a Yb fiber laser scanning optics 6 , a second xy deflection unit 7 ' ("scanner unit"), a z-focusing optics 8th' and a graduation glass 9 , which together form a treatment beam path B, which is the treatment area of the device 1.3 leads. Between the laser system 1 and the eye 2 is a fixing device 14 with a contact lens for the eye 2 arranged. The contact glass can be at his the eye 2 facing side have a spherical, a plane, an eye-like curved or another about the optical axis rotationally symmetric surface. For example, it is a spherical curvature in which the cornea 3 is applanated in the fixed (eg aspirated) state.

Die Steuereinheit 11.3 nimmt die Steuerdaten von der Berechnungseinheit 11.2 entgegen, fixiert auf ein Signal des Behandlers hin das Auge 2 in der Fixiervorrichtung 14 und steuert den Laser 4, die Ablenkeinheit 7' und die Fokussieroptik 8' anhand dieser Steuerdaten so, dass der angepasste Laserschnitt in der Cornea 3 erzeugt wird. Anschließend löst sie die Fixiervorrichtung 14. Schließlich entnimmt der Behandler das mittels der Strahlungspulse abgetrennte Gewebe.The control unit 11.3 takes the control data from the calculation unit 11.2 contrary, fixed on a signal from the practitioner's eye 2 in the fixing device 14 and controls the laser 4 , the deflection unit 7 ' and the focusing optics 8th' based on this control data so that the adjusted laser cut in the cornea 3 is produced. Then it releases the fixing device 14 , Finally, the practitioner removes the separated by means of the radiation pulses tissue.

Anstelle der Kombination aus Polarisationsstrahlteiler 5 und Wellenplatte 15 kann jedes andere einstellbare polarisationsselektive Element verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, die ersten Streulichtintensitäten in einem linearen Polarisationszustand und die zweiten Streulichtintensitäten einem zirkularen Polarisationszustand zu ermitteln. In alternativen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann der Detektionsstrahlengang faseroptisch ausgeführt sein. Die Einstellung des jeweils zu detektierenden Polarisationszustandes kann dann beispielsweise über variable faseroptische Elemente erfolgen.Instead of the combination of polarization beam splitter 5 and wave plate 15 Any other adjustable polarization-selective element can be used. For example, it is possible to determine the first scattered light intensities in a linear polarization state and the second scattered light intensities to determine a circular polarization state. In alternative embodiments (not shown), the detection beam path can be designed fiber-optically. The setting of the respectively to be detected polarization state can then be done for example via variable fiber optic elements.

In alternativen Ausgestaltungen (nicht abgebildet) kann die Vorsatzoptik 13 innerhalb der Messvorrichtung 1.1 angeordnet sein, beispielsweise zwischen der Transferoptik 8 und dem Abschlussglas 9. In alternative embodiments (not shown), the attachment optics 13 within the measuring device 1.1 be arranged, for example between the transfer optics 8th and the graduation glass 9 ,

In 2 ist schematisch ein alternatives Lasersystem 1 dargestellt, in dem alle drei Vorrichtungen in einer vereinigt sind. Die Funktionsweise entspricht aber der zu 1 beschriebenen soweit nachstehend nichts anderes beschrieben ist. Der Detektionsstrahlengang D ist mittels des Polarisationsstrahlteilers 5 in den Behandlungsstrahlengang B eingekoppelt, der gleichzeitig als Beleuchtungsstrahlengang C dient, indem ein Strahlabschwächer 17 in den Behandlungsstrahlengang B einschwenkbar ist. Im eingeschwenkten Zustand kann der Laser 4 als Lichtquelle 10 dienen, im ausgeschwenkten Zustand dient er der Bearbeitung der Cornea 3. Die Steuereinheit 11 ist gleichzeitig Auswerte-Berechnungseinheit. Das kann beispielsweise durch entsprechende Softwaremodule realisiert sein, die miteinander über Schnittstellen interagieren.In 2 is schematically an alternative laser system 1 represented in which all three devices are combined in one. The mode of operation corresponds to that too 1 described so far nothing else is described below. The detection beam D is by means of the polarization beam splitter 5 coupled into the treatment beam path B, which serves as the illumination beam C at the same time by a Strahlabschwächer 17 in the treatment beam B can be pivoted. In the swung-in state, the laser can 4 as a light source 10 Serve in the swung out state, it serves to edit the cornea 3 , The control unit 11 is at the same time evaluation calculation unit. This can for example be realized by appropriate software modules that interact with each other via interfaces.

3 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. Es wird aufgeteilt von den Einzeleinheiten 11.1, 11.2 und 11.3 ausgeführt, kann aber beispielsweise auch von der kombinierten Steuereinheit 11 ausgeführt werden. 3 shows the sequence of a method according to the invention in the form of a flow chart. It is divided by the individual units 11.1 . 11.2 and 11.3 executed, but may for example also by the combined control unit 11 be executed.

Zunächst werden die ersten und zweiten Streulichtintensitäten für unterschiedliche Polarisationszustände und mittels der Ablenkeinheit 7 aus verschiedenen Richtungen von der Cornea, also von verschiedenen Orten der Cornea, ermittelt. Optional kann in alternativen Ausführungsformen (nicht abgebildet) mittels einer Topographiemessvorrichtung, die beispielsweise in den Detektionsstrahlengang eingekoppelt ist, die Topographie der Cornea vermessen und in Form von Topographiedaten bereitgestellt werden. Alternativ können Topographiedaten beispielsweise aus den mittels des Detektors 12 ermittelten Streulichtintensitäten ermittelt werden. Zweckmäßigerweise wird auf diese Weise auch eine Dicke der Cornea 3 (Pachymetrie) ermittelt.First, the first and second scattered light intensities for different polarization states and by means of the deflection unit 7 from different directions of the cornea, ie from different locations of the cornea, determined. Optionally, in alternative embodiments (not shown), the topography of the cornea can be measured by means of a topography measuring device, which is coupled into the detection beam path, for example, and provided in the form of topographical data. Alternatively, topography data can be obtained, for example, from the means of the detector 12 determined scattered light intensities are determined. Appropriately, in this way, a thickness of the cornea 3 (Pachymetry).

Ein vorgegebenes mechanisches Modell einer allgemeinen Cornea wird gemäß der Dicke der Cornea ermittelt und anhand der Topographiedaten an die Topographie und anhand der ermittelten Streulichtintensitäten aufgrund von Doppelbrechung an die mechanischen Spannungen patientenindividuell angepasst, beispielsweise mittels einer Finite-Elemente-Methode (FEM) und einer Simulation von Strahlverfolgung in dem Modell mit unterschiedlichen Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten für die zwei Polarisationszustände. Zur Anpassung des Modells werden beispielsweise ein vorgegebener intraokulärer Druck und vorgegebene allgemeine mechanische Eigenschaften verwendet.A predefined mechanical model of a general cornea is determined according to the thickness of the cornea and adapted to the topography on the basis of the topographical data and based on the determined scattered light intensities due to birefringence to the mechanical stresses, for example by means of a finite element method (FEM) and a simulation of ray tracing in the model with different light propagation velocities for the two polarization states. To adapt the model, for example, a predetermined intraocular pressure and given general mechanical properties are used.

Das die Topographie und die mechanischen Spannungen umfassende FEM-Modell wird dann verwendet, um eine vorgegebene Schnittgeometrie iterativ durch eine Ausgleichsrechnung optimiert: Zu diesem Zweck wird der Schnitt im patientenindividuell angepassten Modell simuliert und eine Verformung des Modells gemäß der ermittelten mechanischen Spannungen simuliert. Dann wird eine Abweichung des Modells von einem vorgegebenen Zielkriterium (refraktive Wirkung oder Topographie) ermittelt. Ist die Abweichung größer als ein vorgegebener Schwellwert, wird die Schnittgeometrie modifiziert und im ursprünglichen patientenindividuell angepassten Modell simuliert und eine Verformung ermittelt. Diese Iterationen werden fortgesetzt, bis der Schwellwert unterschritten ist. Falls dieses Ziel nicht erreicht wird, wird das Verfahren abgebrochen.The FEM model comprising the topography and the mechanical stresses is then used to iteratively optimize a given cutting geometry by means of a compensation calculation. For this purpose, the cut is simulated in the patient-specific adapted model and a deformation of the model is simulated in accordance with the determined mechanical stresses. Then a deviation of the model from a given target criterion (refractive effect or topography) is determined. If the deviation is greater than a predefined threshold value, the cutting geometry is modified and simulated in the original patient-specific adapted model and a deformation is determined. These iterations continue until the threshold is exceeded. If this goal is not achieved, the procedure is aborted.

Konnte eine optimierte Schnittgeometrie ermittelt werden, werden entsprechende Steuerdaten ermittelt, die räumliche Steuerdaten für eine Ablenkeinheit 7' und eine Fokussiereinheit 8' umfassen, um beispielsweise Gasblasenfelder mittels optischer Durchbrüche als Schnittflächen zu erzeugen. Der Patient muss sein Auge 2 dann im Behandlungsbereich platzieren. Mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers 4 und der Ablenkeinheit 7' und der Fokussiereinheit 8' werden Strahlungspulse in Zielvolumina V eingetragen, die die vorberechneten optischen Durchbrüche in den Zielvolumina V bewirken.If an optimized cutting geometry could be determined, appropriate control data is determined, the spatial control data for a deflection unit 7 ' and a focusing unit 8th' include, for example, to generate gas bubble fields by means of optical breakthroughs as cut surfaces. The patient must have his eye 2 then place in the treatment area. By means of an ultrashort pulse laser 4 and the deflection unit 7 ' and the focusing unit 8th' Radiation pulses are entered into target volumes V, which cause the precalculated optical breakthroughs in the target volumes V.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ophthalmologisches LasersystemOphthalmic laser system
1.11.1
Messvorrichtungmeasuring device
1.21.2
Berechnungsvorrichtungcalculator
1.31.3
Bestrahlungsvorrichtungirradiator
22
Augeeye
33
Corneacornea
44
Ultrakurzpuls-LaserUltra short pulse laser
55
PolarisationsstrahlteilerPolarization beam splitter
66
Scanoptikscan optics
7(')7 ( ')
Abtasteinheitscanning
88th
Transferoptiktransfer optics
8'8th'
Fokussieroptikfocusing optics
99
Abschlussglascover glass
1010
Lichtquellelight source
1111
Auswerte-, Berechnungs- und SteuereinheitEvaluation, calculation and control unit
11.111.1
Auswerteeinheitevaluation
11.211.2
Berechnungseinheitcalculation unit
11.311.3
Steuereinheitcontrol unit
1212
Detektordetector
1313
Vorsatzoptikoptical head
1414
Fixiervorrichtungfixing
1515
λ/2-Platte mit Antriebλ / 2 plate with drive
1616
Optisches VerzögerungselementOptical delay element
1717
Strahlabschwächer mit AntriebBeam attenuator with drive
BB
BehandlungsstrahlengangTreatment beam path
C C
BeleuchtungsstrahlengangIllumination beam path
DD
DetektionsstrahlengangDetection beam path
RR
OCT-ReferenzstrahlengangOCT reference beam path
VV
Zielvolumentarget volume

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2009/127921 A2 [0003] WO 2009/127921 A2 [0003]
  • DE 102006016968 A1 [0005] DE 102006016968 A1 [0005]
  • US 2009/0187386 A1 [0015] US 2009/0187386 A1 [0015]
  • WO 2010/07020 A2 [0024] WO 2010/07020 A2 [0024]
  • WO 2009/033111 A2 [0024] WO 2009/033111 A2 [0024]

Claims (14)

Ophthalmologisches Lasersystem (1) mit einem Detektionsstrahlengang (D), der einen optoelektronischen Detektor (12) zur Detektion von Licht genau eines variabel einstellbaren Polarisationszustands, eine erste variabel einstellbare Strahl-Ablenkeinheit (7) und eine Transferoptik (8) umfasst, und einem Behandlungsstrahlengang (B), der einen Ultrakurzpuls-Laser (4), eine zweite variabel einstellbare Strahl-Ablenkeinheit (7') und eine Fokussieroptik (8') umfasst, sowie einer Steuereinheit (11[.3]), einer Berechnungseinheit (11[.2]) und einer Auswerteeinheit (11[.1]), wobei – die Auswerteeinheit (11[.1]) zur Durchführung folgender Schritte eingerichtet ist: 1. Einstellen des Detektors (12) auf einen ersten Polarisationszustand und Ermitteln mindestens einer ersten Streulichtintensität mittels des Detektors (12), 2. Einstellen des Detektors (12) auf einen zweiten Polarisationszustand, der von dem ersten Polarisationszustand verschieden ist und Ermitteln mindestens einer zweiten Streulichtintensität mittels des Detektors (12) und 3. Ermitteln eines mathematischen Modells einer Cornea, welches eine Topographie und mechanische Spannungen beschreibt, und Anpassen an die ermittelten Streulichtintensitäten anhand unterschiedlicher Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten für die zwei Polarisationszustände, – die Berechnungseinheit (11[.2]) zur Durchführung folgender Schritte eingerichtet ist: 1. Ermitteln einer in der Cornea zu erzeugenden Schnittgeometrie und Anpassen durch Prognostizieren einer Verformung der Cornea anhand des angepassten Modells und 2. Ermitteln von Steuerdaten für einen Laserschnitt anhand der angepassten Schnittgeometrie und – die Steuereinheit (11[.3]) zur Steuerung des Lasers (4), der zweiten Ablenkeinheit (7') und der Fokussieroptik (8') anhand der Steuerdaten eingerichtet ist.Ophthalmic laser system ( 1 ) with a detection beam path (D) which has an optoelectronic detector ( 12 ) for detecting light of exactly one variably adjustable polarization state, a first variably adjustable beam deflection unit ( 7 ) and a transfer optics ( 8th ) and a treatment beam path (B), which is an ultrashort pulse laser ( 4 ), a second variably adjustable beam deflection unit ( 7 ' ) and a focusing optics ( 8th' ) and a control unit ( 11 [.3] ), a calculation unit ( 11 [.2] ) and an evaluation unit ( 11 [.1] ), where - the evaluation unit ( 11 [.1] ) is set up to carry out the following steps: 1. Setting the detector ( 12 ) to a first polarization state and determining at least a first scattered light intensity by means of the detector ( 12 ), 2. Setting the detector ( 12 ) to a second polarization state, which is different from the first polarization state, and determining at least a second scattered light intensity by means of the detector ( 12 ) and 3. determining a mathematical model of a cornea which describes a topography and mechanical stresses, and adapting to the determined scattered light intensities using different light propagation velocities for the two polarization states, - the calculation unit ( 11 [.2] ) for the following steps: 1. determining a corneal geometry to be cut and fitting by predicting corneal deformation based on the fitted model; and 2. determining laser cut control data based on the adjusted geometry of the cut and - the control unit ( 11 [.3] ) for controlling the laser ( 4 ), the second deflection unit ( 7 ' ) and the focusing optics ( 8th' ) is set up based on the control data. Lasersystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit (11[.1]) zum Anpassen des Modells an die Lichtintensitäten eine Topographie der Cornea aus den Streulichtintensitäten ermittelt.Laser system ( 1 ) according to claim 1, wherein the evaluation unit ( 11 [.1] ) to adapt the model to the light intensities a topography of the cornea from the scattered light intensities determined. Lasersystem (1) nach Anspruch 1, umfassend eine Topographiemessvorrichtung, wobei die Auswerteeinheit (11[.1]) eingerichtet ist, das Modell vor der Anpassung an die Lichtintensitäten an mittels einer Topographiemessvorrichtung ermittelte oder vorgegebene Topographiedaten der Cornea (3) anzupassen.Laser system ( 1 ) according to claim 1, comprising a topography measuring device, wherein the evaluation unit ( 11 [.1] ), the model, before adaptation to the light intensities, is determined by means of a topography measurement device or predetermined topography data of the cornea (FIG. 3 ). Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Detektionsstrahlengang (D) ein Beleuchtungsstrahlengang (C) mit einer Lichtquelle (10) eingekoppelt ist und die Auswerteeinheit (11[.1]) eingerichtet ist zur Durchführung folgender Schritte vor dem Ermitteln der ersten Streulichtintensität: – Beleuchten einer in einem Untersuchungsbereich angeordneten Cornea (3) mittels der Lichtquelle (10) und – Fokussieren des Detektionsstrahlengangs (D) auf die Cornea (3).Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein in the detection beam path (D) an illumination beam path (C) with a light source ( 10 ) and the evaluation unit ( 11 [.1] ) is set up to carry out the following steps before determining the first scattered light intensity: illuminating a cornea arranged in an examination area ( 3 ) by means of the light source ( 10 ) and - focusing the detection beam path (D) on the cornea ( 3 ). Lasersystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Detektionsstrahlengang (D) eine Optik (13) aufweist, welche Licht der Lichtquelle (10), das mittels der ersten Ablenkeinheit (7) auf die Cornea (3) gerichtet ist, unabhängig von einer Stellung der ersten Ablenkeinheit (7) senkrecht auf die Cornea (3) lenkt, insbesondere mit Anordnung der Optik auf einer von dem Laser (4) abgewandten Seite der Transferoptik (8).Laser system ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the detection beam path (D) is optics ( 13 ), which light of the light source ( 10 ), which by means of the first deflection unit ( 7 ) on the cornea ( 3 ), regardless of a position of the first deflection unit ( 7 ) perpendicular to the cornea ( 3 ), in particular with arrangement of the optics on one of the laser ( 4 ) facing away from the transfer optics ( 8th ). Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (11[.3]) eingerichtet ist zur Durchführung folgender Schritte: – Aktivieren einer Fixiervorrichtung (14) an der Cornea vor dem Steuern des Lasers (4) und – Desaktivieren der Fixiervorrichtung (14) nach dem Steuern des Lasers (4).Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the control unit ( 11 [.3] ) is arranged to carry out the following steps: activating a fixing device ( 14 ) on the cornea before controlling the laser ( 4 ) and - deactivating the fixing device ( 14 ) after controlling the laser ( 4 ). Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (11[.1]) eingerichtet ist zur Durchführung folgender Schritte: – Aktivieren einer verformenden Fixiervorrichtung (14) in Kontakt mit der Cornea vor dem Ermitteln der Streulichtintensitäten und – Desaktivieren der Fixiervorrichtung (14) nach dem Ermitteln der Streulichtintensitäten.Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 11 [.1] ) is arranged to carry out the following steps: activating a deforming fixing device ( 14 ) in contact with the cornea before determining the scattered light intensities and - deactivating the fixing device ( 14 ) after determining the scattered light intensities. Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Anpassen des mathematischen Modells an die ermittelten Streulichtintensitäten von der Berechnungseinheit (11.2) oder der Steuereinheit (11.3) durchgeführt wird und/oder – das Ermitteln und Anpassen der Schnittgeometrie von der Auswerteeinheit (11.1) oder der Steuereinheit (11.3) durchgeführt wird.Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein - the adaptation of the mathematical model to the determined scattered light intensities by the calculation unit ( 11.2 ) or the control unit ( 11.3 ) is carried out and / or - the determination and adaptation of the cutting geometry of the evaluation unit ( 11.1 ) or the control unit ( 11.3 ) is carried out. Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor (12) ein optischer Kohärenztomograph ist oder zur mit der Fokussieroptik (8') konfokalen Detektion ausgebildet ist.Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the detector ( 12 ) is an optical coherence tomograph or with the focusing optics ( 8th' ) Confocal detection is formed. Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (11[.3]) anhand der ermittelten Streulichtintensitäten eine Tiefe einer Vorderkammer des Auges (2), eine Länge des Auges (2) und eine Dicke der Linse des Auges (2) ermittelt.Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 11 [.3] ) on the basis of the determined scattered light intensities a depth of an anterior chamber of the eye ( 2 ), a length of the eye ( 2 ) and a thickness of the lens of the eye ( 2 ). Lasersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (11.1), die Berechnungseinheit (11.2) und die Steuereinheit (11.3) dieselbe Einheit (11) sind und/oder wobei die erste und zweite Ablenkeinheit (7, 7') dieselbe Ablenkeinheit (7) sind und/oder wobei die Transferoptik (8) und die Fokussieroptik (8') dieselbe Optik (8) sind.Laser system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 11.1 ), the calculation unit ( 11.2 ) and the control unit ( 11.3 ) the same unit ( 11 ) and / or wherein the first and second deflection units ( 7 . 7 ' ) the same deflection unit ( 7 ) and / or wherein the transfer optics ( 8th ) and the focusing optics ( 8th' ) the same look ( 8th ) are. Verfahren zum laserchirurgischen Bearbeiten einer Cornea, insbesondere zum Zwecke einer refraktiven Korrektur, mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers, umfassend folgende Schritte: 1. tiefenselektives Ermitteln mindestens einer ersten Streulichtintensität mit einem ersten Polarisationszustand aus einer ersten Richtung von der Cornea, 2. tiefenselektives Ermitteln mindestens einer zweiten Streulichtintensität mit einem zweiten Polarisationszustand, der von dem ersten Polarisationszustand verschieden ist, aus derselben Richtung, 3. Ermitteln eines mathematischen Modells einer Cornea, welches eine Topographie und mechanische Spannungen beschreibt, und Anpassen an die ermittelten Streulichtintensitäten anhand unterschiedlicher Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten für die zwei Polarisationszustände, 4. Ermitteln einer in der Cornea zu erzeugenden Schnittgeometrie und Anpassen durch Prognostizieren einer Verformung der Cornea anhand des angepassten Modells und 5. Ermitteln von Steuerdaten für einen Laserschnitt anhand der angepassten Schnittgeometrie und 6. Steuern des Lasers (4), der ersten Ablenkeinheit (9) und der Fokussieroptik (8) anhand der Steuerdaten eingerichtet ist.Method for laser-surgical processing of a cornea, in particular for the purpose of a refractive correction, by means of an ultrashort pulse laser, comprising the following steps: 1. deep-selective determination of at least a first scattered light intensity with a first polarization state from a first direction of the cornea, 2. depth-selective determination of at least one 3. Determining a mathematical model of a cornea, which describes a topography and mechanical stresses, and adapting to the determined scattered light intensities by means of different light propagation velocities for the two polarization states. The second scattered light intensity has a second polarization state, which is different from the first polarization state, from the same direction. 4. Determine a cut geometry to be created in the cornea and adjust by predicting a cornea deformation based on the fitted model and determining control data for a laser cut based on the adjusted cutting geometry and 6. controlling the laser ( 4 ), the first deflection unit ( 9 ) and the focusing optics ( 8th ) is set up based on the control data. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei – zum Anpassen des Modells an die Lichtintensitäten eine Topographie der Cornea aus den Streulichtintensitäten ermittelt wird oder – vor dem Anpassen des Modells an die Lichtintensitäten das Modell an vorgegebene oder mittels einer Topographiemessvorrichtung ermittelte Topographiedaten der Cornea (3) angepasst wird.Method according to the preceding claim, wherein - to adapt the model to the light intensities, a topography of the cornea is determined from the scattered light intensities, or - before the model is adapted to the light intensities, the model is adjusted to predetermined or topographical data of the cornea ( 3 ) is adjusted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Cornea (3) vor dem Ermitteln der Streulichtintensitäten mittels einer Fixiervorrichtung (14) verformt wird, insbesondere mit zusätzlicher Ermittlung erster und zweiter Streulichtintensitäten vor dem Verformen der Cornea und/oder nach einem Ende des Verformens.Method according to one of the preceding method claims, wherein the cornea ( 3 ) before determining the scattered light intensities by means of a fixing device ( 14 ) is deformed, in particular with additional determination of first and second scattered light intensities before the deformation of the cornea and / or after an end of the deformation.
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