DE10157906A1

DE10157906A1 - Device and method for removing surface material

Info

Publication number: DE10157906A1
Application number: DE2001157906
Authority: DE
Inventors: Thomas Magnago
Original assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Current assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-26
Also published as: WO2003045291A1; AU2002358492A1; EP1448125A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere Vorrichtung zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit mindestens einer Laservorrichtung, bestehend aus mindestens einer Laserlichtquelle (12) und mindestens einem Umlenkspiegel (14) zur Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle (12) erzeugten und ausgehenden Laserstrahls (16) in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials (22), wobei der Umlenkspiegel (14) aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln (20) besteht und die Stellung der Einzelspiegel (20) jeweils individuell regel- und steuerbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere ein Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit folgenden Verfahrensschritten: (a) Erzeugung eines Laserstrahls (16) mittels einer Laserlichtquelle (12; (b) Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle (12) erzeugten und ausgehenden Laserstrahls (16) in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials (22) mittels mindestens einem Umlenkspiegel (14), wobei der Umlenkspiegel (14) aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln (20) besteht und die Stellung der Einzelspiegel (20) jeweils individuell regel- und steuerbar ist; und (c) Abtragung von Oberflächenmaterial (22) nach einem vorbestimmten, aus der Stellung der Einzelspiegel (20) des gesamten Umlenkspiegels (14) oder eines Teilbereichs davon resultierenden ...The invention relates to a device for removing surface material, in particular a device for removing human or animal tissue, with at least one laser device consisting of at least one laser light source (12) and at least one deflecting mirror (14) for deflecting at least a part of the Laser light source (12) generated and outgoing laser beam (16) in the direction of the surface material (22) to be removed, wherein the deflecting mirror (14) consists of a plurality of individual mirrors (20) and the position of the individual mirrors (20) can be individually regulated and controlled , The invention further relates to a method for removing surface material, in particular a method for removing human or animal tissue, with the following method steps: (a) generating a laser beam (16) by means of a laser light source (12; (b) deflecting at least part of the Laser beam (16) generated and emitted by the laser light source (12) in the direction of the surface material (22) to be removed by means of at least one deflecting mirror (14), the deflecting mirror (14) consisting of a large number of individual mirrors (20) and the position of the individual mirrors ( 20) can be regulated and controlled individually in each case; and (c) removal of surface material (22) after a predetermined ... resulting from the position of the individual mirrors (20) of the entire deflecting mirror (14) or a partial area thereof ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere Vorrichtung zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit mindestens einer Laservorrichtung bestehend aus mindestens einer Laserlichtquelle und mindestens einem Umlenkspiegel zur Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle erzeugten und ausgehenden Laserstrahls in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe und die Verwendung der Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial. The present invention relates to a device for removing Surface material, in particular device for removing human or animal tissue, comprising at least one laser device at least one laser light source and at least one deflecting mirror for Redirection of at least part of the generated and by the laser light source outgoing laser beam in the direction of the surface material to be removed. The present invention further relates to a method for removing Surface material, in particular methods for removing human or animal tissue and the use of the ablation device Surface material.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE 41 03 615 A1 eine Vorrichtung zur chirurgischen Behandlung einer Augenhornhautoberfläche mit einer Laserlichtquelle, bei der zur Homogenisierung der Lichtintensitätsverteilung im Strahlquerschnitt ein Integrator verwendet wird, der den Strahlquerschnitt in mehrere Strahlsegmente aufteilt. Dabei werden die Strahlsegmente in einer Bildebene, in welcher eine Blendeneinrichtung angeordnet ist, abgebildet. Aus der EP 0 714 646 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Abtragen von Gewebe an einer Augenhornhaut mit einem Laserstrahlgenerator zur Erzeugung einer Laserstrahlung bekannt. Dabei weist die bekannte Vorrichtung zudem eine optische Einrichtung auf, durch welche bei der Gewebeabtragung die Laserstrahlung mit einem etwa kreisrunden Bestrahlungsquerschnitt und einem bestimmten Abtragungsprofil auf das abzutragende Hornhautgewebe gerichtet wird. Zur Umlenkung der Laserstrahlung in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials werden üblicherweise mindestens zwei Umlenkspiegel für den Laserstrahl verwendet. Such devices and methods are known. For example, the DE 41 03 615 A1 a device for the surgical treatment of a Cornea surface with a laser light source, in order to homogenize the Light intensity distribution in the beam cross section an integrator is used, which Splits the beam cross section into several beam segments. The Beam segments in an image plane in which an aperture device is arranged is shown. EP 0 714 646 A1 also describes a device for Removal of tissue from an cornea with a laser beam generator Generation of laser radiation is known. The known device also an optical device through which the tissue removal Laser radiation with an approximately circular radiation cross section and one certain ablation profile is directed to the corneal tissue to be removed. For deflecting the laser radiation in the direction of the material to be removed Surface material are usually at least two deflecting mirrors for the laser beam used.

Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist jedoch, dass jeweils nur eine punktförmige Fläche des Laserstrahls auf dem abzutragenden Oberflächenmaterial auftritt. Dies bedeutet, dass bis zur gewünschten Abtragung des Materials eine Vielzahl von Laserpunkten gesetzt werden müssen, was in einem deutlich langsameren Abtragungsvorgang resultiert. Insbesondere bei dem Abtragen von Hornhautgewebe oder anderem menschlichen oder tierischen Gewebe resultiert daraus eine zusätzliche Belastung für den zu behandelnden Patienten. A disadvantage of the known devices and methods, however, is that each only a punctiform surface of the laser beam on the surface to be removed Surface material occurs. This means that until the desired removal of the Materials a variety of laser points must be set, which in one significantly slower removal process results. Especially when removing results from corneal tissue or other human or animal tissue this creates an additional burden for the patient to be treated.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial bereitzustellen, die eine schnelle und präzise Abtragung von Oberflächenmaterial gewährleistet. It is therefore an object of the present invention to provide a generic device to remove surface material that is quick and precise Removal of surface material guaranteed.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtragen von Oberflächenmaterial bereitzustellen welches einen schnellen und präzisen Abtrag von Oberflächenmaterial erlaubt. It is also an object of the present invention, a generic To provide a method for removing surface material which one allows fast and precise removal of surface material.

Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8. These tasks are solved by a device and a method with the Features according to independent claims 1 and 8.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Advantageous refinements are described in the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere eine Vorrichtung zum Abtragen von menschlichem oder tierischem Gewebe, weist mindestens einen Umlenkspiegel auf, wobei der Umlenkspiegel aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln besteht und die Stellung der Einzelspiegel jeweils individuell regel- und steuerbar ist. Vorteilhafterweise besteht der Umlenkspiegel dabei aus mindestens 50 Einzelspiegeln. Durch die Aufteilung des Umlenkspiegels in eine Vielzahl von Einzelspiegeln wird der auf den Umlenkspiegel treffende breite Laserstrahl vorteilhafterweise in mehrere Strahlen aufgeteilt, die den Laserstrahl nach vorbestimmter Art und Weise reflektieren. Durch die Aufteilung des Laserstrahls in mehrere Strahlen, die gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig auf die abzutragende Materialoberfläche auftreffen, erfolgt ein schneller und präziser Abtrag des Oberflächenmaterials. Dabei ist es möglich, die Anzahl der auf das Oberflächenmaterial auftreffenden Laserstrahlen einzustellen und etwaige nicht benötigte Laserstrahlen in andere Bereiche abzulenken, so daß sie nicht auf die abzutagende Materialoberfläche auftreffen. Vorteilhafterweise genügt es, dass der Umlenkspiegel in mindestens einem Teilbereich mit dem von einer Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahl bestrahlt wird. A device according to the invention for removing surface material, in particular a device for removing human or animal Fabric has at least one deflecting mirror, the deflecting mirror being made of there is a large number of individual mirrors and the position of the individual mirrors in each case can be individually regulated and controlled. The deflection mirror advantageously exists with at least 50 individual mirrors. By dividing the deflecting mirror the wide area that meets the deflecting mirror is reflected in a large number of individual mirrors Laser beam advantageously divided into several beams that the laser beam reflect in a predetermined manner. By dividing the Laser beam into multiple beams that are simultaneously or almost simultaneously on the material surface to be removed is removed quickly and precisely of the surface material. It is possible to count the number of Adjust surface material incident laser beams and any not deflect needed laser beams in other areas so that they do not affect the material surface to be removed. It is advantageously sufficient that the Deflecting mirror in at least one partial area with that of a laser light source generated laser beam is irradiated.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellung der Einzelspiegel elektronisch regel- und steuerbar. Somit ist unter anderem gewährleistet, dass eine Umlenkung des Laserstrahls eine Abtragung von Oberflächenmaterial nach einem vorbestimmten und aus der Stellung der Einzelspiegel des gesamten Umlenkspiegels oder eines Teilbereichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmusters ergibt. Dadurch ist es zum Beispiel bei der Behandlung von Fehlsichtigkeiten oder Augenirregularitäten möglich, frei programmierbare Muster für verschiedenste Behandlungsarten, wie zum Beispiel Myopie, myoper Astigmatismus, hyperoper Astigmatismus, gemischter Astigmatismus, Hyperopie und andere patienten-spezifische Behandlungen bereitzustellen und einen entsprechenden Abtrag der Hornhaut gemäß diesen vorbestimmten Mustern zu gewährleisten. Für den Hornhautabtrag erzeugt die Laserlichtquelle einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von üblicherweise 193 nm. Zudem wird mindestens einem Einzelspiegel vorteilhafterweise eine Reflexionsstufe des abzulenkenden Laserstrahls zugeordnet. Daraus resultiert eine hohe Präzision der Abtragung des gewünschten Oberflächenmaterials. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the position of the Individual mirrors electronically controllable. Thus, among other things ensures that a deflection of the laser beam removes Surface material according to a predetermined and from the position of the Individual mirror of the entire deflecting mirror or a partial area thereof resulting radiation and ablation pattern. This makes it Example in the treatment of ametropia or eye irregularities possible, freely programmable patterns for various types of treatment, such as Myopia, myoper astigmatism, hyperoper astigmatism, mixed Astigmatism, hyperopia and other patient-specific treatments provide and a corresponding removal of the cornea according to this to ensure predetermined patterns. For corneal ablation, the Laser light source a laser beam with a wavelength of usually 193 nm. In addition, at least one individual mirror advantageously becomes a reflection level assigned to the deflected laser beam. This results in high precision the removal of the desired surface material.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere ein Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe umfasst folgende Verfahrensschritte: a) Erzeugung eines Laserstrahls mittels einer Laserlichtquelle; b) Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle erzeugten und ausgehenden Laserstrahls in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials mittels mindestens einem Umlenkspiegel, wobei der Umlenkspiegel aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln besteht und die Stellung der Einzelspiegel jeweils individuell regel- und steuerbar ist; und c) Abtragung von Oberflächenmaterial nach einem vorbestimmten, aus der Stellung der Einzelspiegel des gesamten Umlenkspiegels oder eines Teilbereichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster. Durch dieses Verfahren ist ein schneller und präziser Abtrag von Material einer Oberfläche gewährleistet. A method according to the invention for the removal of surface material, in particular a method for removing human or animal Tissue comprises the following process steps: a) Generation of a laser beam by means of a laser light source; b) redirection of at least part of that of the Laser light source generated and outgoing laser beam in the direction of surface material to be removed by means of at least one deflecting mirror, the deflecting mirror consists of a plurality of individual mirrors and the The position of the individual mirrors can be individually regulated and controlled; and c) Removal of surface material according to a predetermined, from the position of the Individual mirror of the entire deflecting mirror or a partial area thereof resulting radiation and ablation patterns. Through this procedure is a ensures fast and precise removal of material from a surface.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das Oberflächenmaterial eine menschliche oder tierische Augenhornhaut und die im Verfahrensschritt c) nach vorbestimmten Bestrahlungs- und Abtragungsmuster erfolgende Abtragung der Augenhornhaut erfolgt zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten oder zur Behandlung von Augenirregularitäten. In an advantageous embodiment of the method, the surface material is a human or animal cornea and after in process step c) predetermined irradiation and ablation patterns Cornea is used to correct ametropia or to treat Augenirregularitäten.

Eine erfindungsgemäße Verwendung einer Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial ist die Abtragung menschlicher oder tierischer Augenhornhaut oder der Stroma-Gewebes der Augenhornhaut zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten oder zur Behandlung von Augenirregularitäten. An inventive use of a device for removing Surface material is the removal of human or animal corneas or the stroma of the cornea to correct ametropia or to treat eye irregularities.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Other objects, advantages and features of the present invention will be apparent from that described below and shown in the drawings Embodiment.

Es zeigen Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial mit einem durch einen Laserstrahl im gesamten Bereich bestrahlten Umlenkspiegel; und Figure 1 is a schematic representation of an inventive device for removing surface material with a deflecting mirror irradiated by a laser beam in the entire area. and

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial mit einem durch den Laserstrahl in einem Teilbereich bestrahlten Umlenkspiegel. Fig. 2 is a schematic representation of the device according to the invention for the removal of surface material with an irradiated by the laser beam in a partial region deflection mirror.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 von Abtragen von Oberflächenmaterial 22 mit einer Laservorrichtung bestehend aus einer Laserlichtquelle 12 und einem Umlenkspiegel 14 zur Umlenkung des von der Laserlichtquelle 12 erzeugten und ausgehenden Laserstrahls 16 in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials 22. Die Laserlichtquelle erzeugt dabei gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 193 nm und ist ein Excimer-Laser. Man erkennt, dass der Umlenkspiegel 14 aus einer Vielzahl von Einzelspiegel 20 besteht, insbesondere besteht der Umlenkspiegel 14 aus mindestens 50, insbesondere aus 100 bis 100000 Einzelspiegeln 20. Dabei ist die Stellung der Einzelspiegel 20 jeweils individuell regel- und steuerbar, insbesondere elektronisch regel- und steuerbar. Es wird deutlich, dass der ankommende Laserstrahl 16 in eine Vielzahl von Einzelstrahlen aufgeteilt wird, die jeweils individuell auf die gewünschten Bereiche der abzutragenden Oberfläche umgelenkt bzw. reflektiert werden. Nicht benötigte Strahlen werden dabei aus dem Strahlengang durch eine entsprechende Stellung der entsprechenden Einzelspiegel 20 ausgelenkt. Bei der in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Materialoberfläche handelt es sich um die Oberfläche einer Hornhaut 18 eines Auges 24. In Fig. 1 wird die Vorrichtung 10 mit einem durch den Laserstrahl 16 in seinem ganzen Bereich bestrahlten Umlenkspiegel 14 dargestellt. Es ist aber auch möglich, dass der Umlenkspiegel 14 nur in einem Teilbereich durch den Laserstrahl 16 bestrahlt wird. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Die dort verwendeten Bezugszeichen entsprechen den Bezugszeichen und Merkmalen gemäß Fig. 1. Fig. 1 is a schematic representation showing a device 10 of removal of surface material 22 with a laser device comprising a laser light source 12 and a mirror 14 for deflecting the laser beam 16 generated by the laser light source 12 and emitted in the direction of the ablated surface material 22. According to the exemplary embodiment, the laser light source generates a laser beam with a wavelength of 193 nm and is an excimer laser. It can be seen that the deflecting mirror 14 consists of a multiplicity of individual mirrors 20 , in particular the deflecting mirror 14 consists of at least 50, in particular 100 to 100,000 individual mirrors 20 . The position of the individual mirrors 20 can be individually regulated and controlled, in particular electronically regulated and controlled. It is clear that the incoming laser beam 16 is divided into a large number of individual beams, each of which is individually deflected or reflected onto the desired areas of the surface to be removed. Rays that are not required are deflected from the beam path by a corresponding position of the corresponding individual mirrors 20 . The material surface shown in the exemplary embodiment is the surface of a cornea 18 of an eye 24 . In Fig. 1, the apparatus 10 is shown with an irradiated by the laser beam 16 in its whole range mirror 14. However, it is also possible for the deflecting mirror 14 to be irradiated by the laser beam 16 only in a partial area. This embodiment is shown in FIG. 2. The reference symbols used there correspond to the reference symbols and features according to FIG. 1.

Die Umlenkung des Laserstrahls 16 ergibt eine Abtragung von Oberflächenmaterial 22 nach einem vorbestimmten und aus der Stellung des Einzelspiegels 20 des gesamten Umlenkspiegels 14 (vergleiche Fig. 1) oder eines Teilbereichs davon (vergleiche Fig. 2) resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster. Zudem ist es möglich, dass jedem Einzelspiegel 20 eine Umlenkrichtung und eine individuelle Reflexionsstufe des abzulenkenden Laserstrahls 16 zugeordnet wird. The deflection of the laser beam 16 results in an ablation of surface material 22 according to a predetermined and resulting from the position of the individual mirror 20 of the entire deflecting mirror 14 (see FIG. 1) or a partial area thereof (see FIG. 2). In addition, it is possible for each individual mirror 20 to be assigned a deflection direction and an individual reflection level of the laser beam 16 to be deflected.

Claims

1. Device for removing surface material, in particular device for removing human or animal tissue, with at least one laser device consisting of at least one laser light source ( 12 ) and at least one deflecting mirror ( 14 ) for deflecting at least part of the laser light source ( 12 ) generated and outgoing laser beam ( 16 ) in the direction of the surface material ( 22 ) to be removed, characterized in that the deflecting mirror ( 14 ) consists of a plurality of individual mirrors ( 20 ), the position of the individual mirrors ( 20 ) being individually controllable and controllable ,

2. Device according to claim 1, characterized in that the deflecting mirror ( 14 ) consists of at least 50 individual mirrors ( 20 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the position of the individual mirror ( 20 ) is electronically controllable.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the deflecting mirror ( 14 ) is irradiated in at least one partial area with the laser beam ( 16 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a deflection of the laser beam ( 16 ) removal of surface material ( 22 ) after a predetermined and from the position of the individual mirrors ( 20 ) of the entire deflecting mirror ( 14 ) or a portion thereof resulting Irradiation and ablation patterns result.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one individual mirror ( 20 ) is assigned a reflection level of the laser beam ( 16 ) to be deflected.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser light source ( 12 ) generates a laser beam ( 16 ) with a wavelength of 193 nm.

8. A method for removing surface material, in particular a method for removing human or animal tissue, characterized in that the method comprises the following steps:

a) generation of a laser beam ( 16 ) by means of a laser light source ( 12 );

b) deflection of at least part of the laser beam ( 16 ) generated and emitted by the laser light source ( 12 ) in the direction of the surface material ( 22 ) to be removed by means of at least one deflecting mirror ( 14 ), the deflecting mirror ( 14 ) comprising a plurality of individual mirrors ( 20 ) exists and the position of the individual mirrors ( 20 ) can be individually regulated and controlled; and

c) removal of surface material ( 22 ) according to a predetermined radiation and removal pattern resulting from the position of the individual mirrors ( 20 ) of the entire deflecting mirror ( 14 ) or a partial region thereof.

9. The method according to claim 8, characterized in that the surface material ( 22 ) is a human or animal cornea ( 18 ) and the ablation of the cornea ( 18 ) in step c) according to predetermined radiation and ablation patterns to correct ametropia or for Treatment of eye irregularities is done.

10. Use of a device for removing surface material after one of claims 1 to 7 for the removal of human or animal Cornea or stroma of the cornea for correction ametropia or to treat eye irregularities.