DE102005006897A1

DE102005006897A1 - Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms, Verfahren zur Ablation eines Körpers und Mittel zur Durchführung der Verfahren

Info

Publication number: DE102005006897A1
Application number: DE200510006897
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Sluyterman Van Langeweyde
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms für eine Ablation von Material von einer Oberfläche (2') eines Körpers (2) gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durch die Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls (3) auf die Oberfläche (2') wird das Ablationsprogramm aus dem Soll-Ablationsprofil in Abhängigkeit von der Form eines Strahlprofils des Laserstrahls (3) und von einer Neigung der zu ablatierenden Oberfläche (2') erstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms für die Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durch Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls auf die Oberfläche, ein Verfahren zur Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil und Mittel zur Durchführung dieser Verfahren.
Die Ablation, das heißt die Abtragung, von Material von einer Oberfläche eines Körpers mittels eines gepulsten Laserstrahls ist grundsätzlich bekannt. Bei der Ablation wird Laserstrahlung bzw. ein Laserstrahl auf die zu ablatierende Oberfläche gelenkt, an der Material des Körpers wenigstens einen Teil der Laserstrahlung absorbiert und bei hinreichender Intensität bzw. hinreichendem Energieeintrag Material von der Oberfläche entfernt wird. Die Laserablation kann daher dazu eingesetzt werden, einen Körper berührungslos mit hoher Genauigkeit, insbesondere auch bei nur geringen Abtragstiefen, zu formen.
Zur Formgebung sind verschiedene Verfahren der Laserablation bekannt. Bei einer besonders wichtigen Variante, die auch als "spot-scanning"-Verfahren bezeichnet wird, wird Material von der Oberfläche abgetragen, indem ein gepulster Laserstrahl gemäß einem vorgegebenen Ablationsprogramm über die Oberfläche geführt wird. Unter dem Ablationsprogramm wird dabei eine Folge von Zielorten auf der Oberfläche bzw. von entsprechenden die Lagen der Zielorte wiedergebende Daten verstanden, auf die jeweils wenigstens ein Puls des Laserstrahls gelenkt werden soll. Sind die Strahl- bzw. Pulseigenschaften der verwendeten Laserstrahlung veränderbar, kann das Ablationsprogramm weiter wenigstens eine Angabe enthalten, die eine Strahl- oder Pulseigenschaft, insbesondere die Energie des Pulses oder die Fluence, das heißt die Energie des Pulses bezogen auf die bestrahlte Fläche ermittelt auf einer orthogonal zu der Richtung des Laserstrahls an der Oberfläche des Körpers angeordneten Ebene, angibt. Arbeitet der Laser während einer Ablation mit einer konstanten Pulsenergie bzw. Fluence, brauchen Daten, die die Pulsenergie oder Fluence angeben, nicht für jeden Puls bzw. Zielort angegeben zu werden.
Das Ablationsprogramm wird ausgehend von einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil ermittelt, d.h. der Angabe gewünschter Ablationstiefen bzw. Tiefen des Abtrags des zu ablatierenden Materials durch die Pulse in Abhängigkeit von dem Ort auf der Oberfläche. Zur Erstellung des Ablationsprogramms wird häufig davon ausgegangen, daß jeder Puls ein Einzelpuls-Ablationsvolumen abträgt, das durch den Querschnitt des Laserstrahls an der für diesen Zweck als orthogonal zur der Strahlrichtung angenommenen Oberfläche und durch die Ablationstiefe gegeben ist. Treffen mehrere Pulse an demselben Ort auf, summieren sich die Ablationstiefen, so daß insgesamt eine größere Tiefe erzielt wird. Das Ablationsprogramm wird nun so bestimmt, daß durch Abgabe der Pulse entsprechende Ablationsvolumina an den durch das Ablationsprogramm vorgegebenen Zielorten von der Oberfläche abgetragen werden, so daß insgesamt möglichst gut das gewünschte Soll-Ablationsprofil erreicht wird.
Ein wichtiger Anwendungsbereich der Laserablation nach dem sogenannten „spot-scanning"-Verfahren ist die Laserablation von Kunststofflinsen, beispielsweise Kontaktlinsen, oder insbesondere auch von Hornhautgewebe bei der photorefraktiven Keratektomie bzw. LASIK zur Korrektur von Fehlsichtigkeit insbesondere des menschlichen Auges.
Um durch die Ablation das gewünschte Ablationsprofil, das heißt das Soll-Ablationsprofil, möglichst genau zu erhalten, ist es wesentlich, daß bei der Erstellung des Ablationsprogramms die abtragende Wirkung eines einzelnen Pulses gut bekannt ist.
Wie bereits erwähnt wird der Prozeß der Ablation durch die auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffende Energie pro Fläche bzw. die wirksame Fluence bestimmt, wobei eine Ablation typischerweise erst oberhalb eines materialabhängigen Schwellwertes für die Energie pro Fläche tatsächlich eintritt.
Bei Oberflächen, die gegenüber dem auf sie auftreffenden Laserstrahl geneigt sind, wurde beobachtet, daß die Ablation geringer ist als bei orthogonalem Auftreffen zu erwarten wäre. Dies kann teilweise dadurch erklärt werden, daß der von dem Laserstrahl auf der Oberfläche erzeugte Fleck bzw. Spot bedingt durch die Neigung eine größere Fläche aufweist als bei senkrechtem Einfall, wodurch die tatsächliche Fluence auf der Oberfläche gegenüber der Fluence bei senkrechtem Einfall herabgesetzt wird.

In WO 01/85075 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Steuerprogramms beschrieben, gemäß dem ein Laserspot räumlich und zeitlich gesteuert über eine photorefraktiv zu korrigieren de Hornhaut bzw. Cornea geführt wird, um ein vorbestimmtes Soll-Ablationsprofil von der Hornhaut abzutragen. Bei der Erstellung des Steuerprogramms wird der Einfluß des Winkels zwischen dem Laserstrahl und der Oberfläche der Hornhaut auf die Energiedichte des Laserspots, der auf die Oberfläche der Hornhaut auftrifft, und/oder des von der Oberfläche weg reflektierten Teils der auf die Oberfläche der Hornhaut auftreffenden Laserstrahlenergie berücksichtigt.

In WO 01/87201 A1 ist ein System zur Korrektur von optischen Fehlern eines Auges beschrieben, das einen Wellenfrontanalysator umfaßt, der auf eine von dem Auge ausgehenden Wellenfront zur Bestimmung einer optischen Wegdifferenz zwischen einer Referenzwelle und der Wellenfront anspricht. Ein Konverter liefert eine optische Korrektur auf der Basis der Wegdifferenz und einer radial abhängigen Ablationseffektivitätsfunktion. Die Ablationseffektivitätskorrektur verwendet ein kompensierendes Polynom der Form A + Bρ + Cρ² + Dρ³ + ... + xρⁿ, wobei ρ einen normierten Radius bezeichnet, der von einem mittleren Bereich der Hornhaut gemessen wird und einen Wert von 1 an der äußeren Kante des zu korrigierenden Bereichs annimmt. Die Koeffizienten des Polynoms werden dabei durch einen Vergleich der gewünschten und der erzielten Ablationstiefe, also experimentell, bestimmt.

Die beiden soeben erwähnten Verfahren lassen jedoch noch Raum für die Verbesserung der Genauigkeit der Ablation durch Verwendung eines verbesserten Ablationsprogramms.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms zu schaffen, das eine Ablation mit hoher Genauigkeit erlaubt, und Mittel zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines entsprechenden Verfahrens zur Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers, das eine hohe Genauigkeit der Ablation erlaubt, und von Mitteln zur Durchführung des Ablationsverfahrens.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms für eine Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durch die Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls auf die Oberfläche, wobei das Ablationsprogramm aus dem Soll-Ablationsprofil in Abhängigkeit von der Form eines Strahlprofils des Laserstrahls und von einer Neigung der zu ablatierenden Oberfläche erstellt wird.

Unter einem Ablationsprogramm, insbesondere dem mittels des erfindungsgemäßen Erstellungsverfahrens erstellten, zur Ablation zu verwendenden Ablationsprogramm wird, wie eingangs beschrieben, wenigstens eine Angabe einer Folge von Zielorten oder -richtungen verstanden, auf die bzw. in die Pulse des Laserstrahls abgegeben werden. Zusätzlich kann das Ablationsprogramm entweder für die gesamte Folge einen Wert der Pulsenergie bzw. Fluence oder für jeden Puls oder Gruppen von Pulsen jeweils einen Wert der für den Puls bzw. die Pulsgruppe zu verwendenden Pulsenergie bzw. Fluence enthalten oder vorgeben. In dem zweiten Fall können die Werte abhängig vom Zielort sein. Unter dem Ablationsprofil wird dabei eine Angabe der Tiefe der Ablation in Abhängigkeit vom Ort auf der Oberfläche oder von einer Richtung des Laserstrahls bezogen auf den Körper verstanden. Es kann sich also um ein gewünschtes, theoretisches oder tatsächliches Profil handeln.

Bei dem Verfahren wird die Neigung der Oberfläche verwendet. Darunter wird die Neigung der Oberfläche relativ zu der Richtung des Laserstrahls an der Oberfläche oder zu einer fest vorgegebenen Bezugsrichtung verstanden. Die Bezugsrichtung kann beispielsweise durch eine vorgegebene mittlere Richtung des Laserstrahls sein, von der der Laserstrahl um nur geringe Winkel ausgelenkt wird, um unterschiedliche Zielorte auf der Oberfläche des Körpers zu erreichen. Die Neigung der Oberfläche des Körpers ist im allgemeinen ortsabhängig und wird vorzugsweise wenigstens näherungsweise für jeden Puls ortsabhängig vom Zielort des Pulses berücksichtigt.

Die Erfindung beruht unter anderem auf dem Gedanken, daß die tatsächlich für die Ablation wirksame Energie pro Fläche, das heißt die wirksame Fluence, eines auf die Oberfläche des Körpers auftreffenden Pulses des gepulstes Laserstrahls nicht allein von der Neigung der Oberfläche relativ zu der Richtung des Laserstrahls an der Oberfläche abhängt, sondern auch von dem Strahlprofil des Laserstrahls, insbesondere an der Oberfläche des Körpers. Unter dem Strahlprofil wird dabei der Verlauf der Intensität bzw. der auf die Fläche bezogenen Energie oder Fluence des Pulses über den Strahlquerschnitt nahe der Oberfläche verstanden. Die Form des Strahlprofils beinhaltet dabei keine absoluten Werte der Intensität oder der Energie bzw. der auf eine zum Laserstrahl senkrechte Querschnittsfläche bezogenen Fluence, sondern nur den Verlauf dieser Größen. Insbesondere eignet sich das Verfahren daher für die Ablation mit Laserstrahlen mit einem nicht-konstanten Strahlprofil.

Unter Fluence wird im folgenden die Energie der Laserstrahlung bezogen auf eine Fläche orthogonal zu der Richtung des Laserstrahls verstanden. Davon ist die für die Ablation wirksame Fluence zu unterscheiden, die im folgenden als wirksame Fluence bezeichnet wird und die Energie pro Fläche der gegebenenfalls geneigten Oberfläche bezeichnet. Die wirksame Fluence fällt mit der Fluence nur im Falle einer orthogonal zu der Oberfläche verlaufenden Richtung des Laserstrahls zusammen. Unter der Fluence eines Pulses wird der Wert an einem vorgegeben Punkt des Strahlprofils, vorzugsweise dem Zentrum, verstanden. Da die Strahlform als bekannt vorausgesetzt wird, genügt diese Angabe zur Spezifizierung des Strahlprofils.

Eine Ablation findet häufig nur statt, wenn die wirksame Fluence lokal einen materialabhängigen Schwellwert der Fluence für eine Materialabtragung überschreitet. Teile des Strahlprofils mit Werten für die wirksame Fluence unterhalb dieses Schwellwertes führen zu keiner Ablation, so daß die tatsächlich Ablation durch einen Puls signifikant von der bei bekannten Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms angenommenen Ablation abweichen kann. Bei einer Berücksichtigung allein der Neigung der Oberfläche relativ zu dem Laserstrahl und einer entsprechenden Vergrößerung des von dem Laserstrahl erzeugten Flecks bzw. Spots auf der Oberfläche wird dieser Effekt nicht berücksichtigt und kann daher zu einer ungenauen Vorhersage des durch einen einzelnen Puls ablatierten Ablationsvolumens führen. Die Berücksichtigung der Abhängigkeit der Ablation vom Strahlprofil ist deshalb insbesondere bei Verwendung von Laserstrahlen vorteilhaft, bei denen die Fluence in Bereichen des Strahlquerschnitts den materialabhängigen Schwellwert der Fluence unterschreitet. Durch die gleichzeitige Berücksichtigung der Neigung der zu ablatierenden Oberfläche und der Form des Strahlprofils kann so ein zur Ablation zu verwendendes Ablationsprogramm erstellt werden, das bei einer Ablation gemäß dem Ablationsprogramm zu einem Ablationsprofil führt, das dem gewünschten Soll-Ablationsprofil sehr nahe kommt oder idealerweise mit diesem übereinstimmt.

Selbstverständlich kann das Ablationsprogramm noch von weiteren Größen abhängen, beispielsweise weiteren Strahlparametern wie dem Strahldurchmesser an der Oberfläche des Körpers, dem Schwellwert für die Fluence für das Einsetzen einer Ablation und weiteren Größen.

Das Erstellungsverfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms kann durchgeführt werden mittels einer erfindungsgemäßen Erstellungsvorrichtung. Die Vorrichtung zur Erstellung eines Ablationsprogramms für die Ablation von Material von einer Oberfläche gemäß einem Soll-Ablationsprofil durch Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls auf die Oberfläche weist eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Erstellungsverfahrens ausgebildet ist.

Die Datenverarbeitungseinrichtung kann insbesondere einen Prozessor zur Abarbeitung eines Computerprogramms aufweisen, mittels dessen das Ablationsprogramm entsprechend dem erfindungsgemäßen Erstellungsverfahren erstellbar ist, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird, sowie einen Speicher, in dem das Programm gespeichert ist.

Das Soll-Ablationsprofil kann in beliebiger Weise wiedergegeben werden. Beispielsweise kann es durch Punkte auf einem vorgegebenen Punktraster in einer Bezugsebene und den Punkten jeweils zugeordnete Ablationstiefenangaben gegeben sein. Es ist jedoch auch möglich das Soll-Ablationsprofil durch wenigstens eine durch wenigstens einen Funktionsparameter parametrisierte Funktion und einen Wert des Funktionsparameters anzugeben, wobei die Funktion und der Wert des Funktionsparameters so gewählt sind, daß die Funktion in Abhängigkeit von dem Wert des Funktionsparameters und vom Ort in der Bezugsebene die Ablationstiefe angibt. Bei einer Darstellung durch Funktionen können beispielsweise Polynome, Splines, Zernike-Polynome oder andere Darstellungen verwendet werden.

Die zur Erstellung des Ablationsprogramms notwendigen Oberflächendaten, aus denen die Neigung ermittelbar ist, können unmittelbar die Neigung der Oberfläche in Abhängigkeit von dem Ort, die Gradienten der Höhe der Oberfläche über einer vorgegebenen Bezugsebene, in der die Orte angegeben sind, oder auch die Höhen der Oberfläche über der Bezugsebene als Funktion des Ortes angeben, wobei insbesondere auch die in Bezug auf das Soll-Ablationsprofil erwähnten Darstellungsmöglichkeiten verwendet werden können. Falls diese Daten die Neigung, beispielsweise gegeben durch entsprechende Winkel, nicht explizit enthalten, kann diese Information durch Gradientenbildung und/oder die Verwendung trigonometrischer Beziehungen einfach ermittelt werden.

Je nach Anwendung können in der Datenverarbeitungseinrichtung das Soll-Ablationsprofil und/oder die Daten in Bezug auf die Oberflächenneigung gespeichert sein, was sich insbesondere anbietet, wenn mehrere gleiche Körper nacheinander ablatiert werden sollen. Wird bei verschiedenen Ablationen jeweils ein anderes Soll-Ablationsprofil verwendet, kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine Schnittstelle zur Erfassung des Soll-Ablationsprofils umfassen, die durch entsprechende Schaltungen und/oder durch eine Softwareschnittstelle gegeben sein kann. Das Soll-Ablationsprofil kann dann z.B. über die Schnittstelle eingegeben bzw. eingelesen werden.

Können sich auch die Oberflächendaten in Bezug auf die Neigung der Oberfläche ändern, kann die erfindungsgemäße Erstellungsvorrichtung weiterhin über eine Schnittstelle zur Erfassung von Oberflächendaten verfügen, die die Neigung der Oberfläche direkt oder indirekt wiedergeben. Die Schnittstelle kann wie die Schnittstelle zur Erfassung des Soll-Ablationsprofils ausgebildet sein.

Die Aufgabe der Bereitstellung eines Ablationsverfahrens wird gelöst durch ein Verfahren zur Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil mittels eines über die Oberfläche geführten, gepulsten Laserstrahls mit einer vorgegebenen Form des Strahlprofils des Laserstrahls, bei dem mit dem erfindungsgemäßen Erstellungsverfahren ein Ablationsprogramm erstellt wird, und Pulse des Laserstrahls entsprechend dem erstellten Ablationsprogramm auf die Oberfläche gelenkt werden.

Die Pulse können dabei vorzugsweise periodisch abgegeben werden, jedoch braucht dies nicht unbedingt der Fall zu sein.

Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers, die einen Laser zur Abgabe eines gepulsten Laserstrahls, eine Ablenkeinrichtung zur gesteuerten Ablenkung des Laserstrahls und eine erfindungsgemäße Erstellungsvorrichtung umfaßt.

Die erfindungsgemäße Ablationsvorrichtung umfaßt neben der erfindungsgemäßen Erstellungsvorrichtung einen zur Ablation geeigneten Laser und eine Ablenkeinrichtung, mittels derer ein von dem Laser abgegebener Laserstrahl auf die zu ablatierende Oberfläche gerichtet werden kann. Die Ablenkeinrichtung und der Laser sind dabei in Abhängigkeit von dem von der Erstellungsvorrichtung erstellten Ablationsprogramm steuerbar, so daß Pulse des gepulsten, von dem Laser abgegebenen Laserstrahls auf entsprechende Zielorte auf der Oberfläche gelenkt werden.

Zur Ansteuerung der Ablenkeinrichtung und/oder des Lasers kann die Erstellungsvorrichtung vorzugsweise über eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines Lasers zur Abgabe des Laserstrahls und/oder einer Ablenkeinrichtung zur Ablenkung des Laserstrahls gemäß einem erstellten Ablationsprogramm verfügen. Die Steuereinrichtung kann dabei unabhängig von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet und mit dieser durch eine Datenverbindung zur Übermittlung des Ablationsprogramms verbunden sein. Vorzugsweise ist sie wenigstens teilweise durch Einrichtungen der Datenverarbeitungseinrichtung realisiert, mittels derer durch das Ablationsprogramm in Verbindung mit entsprechenden Schaltungen der Steuereinrichtung Steuerbefehle an den Laser und/oder die Ablenkeinrichtung abgegeben werden können. Vorzugsweise ist daher bei der Ablationsvorrichtung der Laser und/oder die Ablenkeinrichtung mit der Steuereinrichtung über eine entsprechende Steuerverbindung verbunden. Hierdurch kann ein besonders einfacher Aufbau erreicht werden.

Die Berücksichtigung der Neigung der Oberfläche und der Form des Strahlprofils des Laserstrahls kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Um konventionelle Verfahren zur Erstellung von Ablationsprogrammen und insbesondere Verfahren zur Erstellung von Ablationsprogrammen, die von einem konstanten Strahlprofil, einem sogenannten „top-hat"-Profil, ausgehen, verwenden zu können, kann die Neigung der Oberfläche und der Form des Strahlprofils im Wege einer Vorkompensation der bei einfachen Erstellungsverfahren auftretenden Fehler erfolgen, bei der das Soll-Ablationsprofil in geeigneter Weise modifiziert wird. Dazu ist es bevorzugt, daß zur Berücksichtigung der Neigung der Oberfläche und der Form des Strahlprofils aus dem Soll-Ablationsprofil in Abhängigkeit von wenigstens der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche an einem jeweiligen Zielort auf der Oberfläche ein modifiziertes bzw. vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil ermittelt wird, und aus dem modifizierten bzw. vorkompensierten Soll-Ablationsprofil das Ablationsprogramm erstellt wird. Zur Ermittlung des Ablationsprogramms aus dem modifizierten bzw. vorkompensierten Soll-Ablationsprofil können einfache Erstellungsverfahren verwendet werden, unter denen im Rahmen der vorliegenden Erfindung Erstellungsverfahren verstanden werden, die zur Erstellung des Ablationsprofils nicht zugleich das Strahlprofil und die Oberflächenneigung verwenden. Beispiele für solche einfache Erstellungsverfahren sind in DE 197 27 573 C1 oder EP 1060710 A2 beschrieben, deren Inhalt hiermit insoweit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird.

Das Soll-Ablationsprofil wird dabei vorzugsweise so modifiziert, daß die Ablation gemäß dem auf der Basis des modifizierten Soll-Ablationsprofil erstellten Ablationsprogramm wenigstens näherungsweise zu dem gewünschten Soll-Ablationsprofil führt. Die Fehler, die bei Verwendung eines einfachen Erstellungsverfahrens zur Erstellung eines Ablationsprogramms durch die Nichtberücksichtigung des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche relativ zu dem Strahl auftreten, können durch eine entsprechende Modifikation des Soll-Ablationsprofils, das heißt der Ausgangsdaten zur Erstellung des Ablationsprogramms, so kompensiert werden, daß in der Folge ein einfaches Erstellungsverfahren verwendet werden kann. Dabei können die Art und der Umfang der Vorkompensation bzw. Modifikation von den Eigenschaften des verwendeten einfachen Erstellungsverfahrens bzw. von den diesem zugrundeliegenden Modellannahmen abhängen. Auf diese Art kann eine Erhöhung der Genauigkeit der Ablation erzielt werden, wobei auf bekannte einfache Erstellungsverfahren zurückgegriffen werden kann.

Dazu ist es bevorzugt, das für wenigstens zwei zu ablatierende Bereiche der Oberfläche jeweils ein Wert einer Modifikationsfunktion in Abhängigkeit von wenigstens der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche in dem jeweiligen Bereich ermittelt werden und daß das modifizierte bzw. vorkompensierte Soll-Ablationsprofil unter Verwendung des Soll-Ablationsprofils und der Werte der Modifikationsfunktion ermittelt wird. Die Erstellung des Ablationsprogramms kann dabei insbesondere durch ein einfaches Erstellungsverfahren erfolgen. Die Werte der Modifikationsfunktion werden vorzugsweise für jeden Puls bzw. für jeden Ort auf der Oberfläche, auf den ein Puls gelenkt werden soll, berechnet. Die Werte können für jeden Bereich bzw. Zielort jeweils neu berechnet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Werte nur einmal zu berechnen und dann in einer Tabelle, beispielsweise in Abhängigkeit von der Neigung, abzulegen, aus der sie dann jeweils bei Bedarf ausgelesen werden können.

Vorzugsweise hängt die Modifikationsfunktion zusätzlich von der der Intensität, der Energie oder der Fluence der bei der Ablation zu verwendenden Pulse ab. Insbesondere kann die Modifikationsfunktion auch von einem Schwellwert für die Energie oder wirksame Fluence abhän gen, der angibt, ab welcher Energie bzw. wirksamen Fluence eine Ablation des Materials auftritt.

Insbesondere kann die Modifikationsfunktion von dem dimensionslosen Verhältnis der Fluence und des Fluence-Schwellwerts und/oder dem Neigungswinkel abhängen.

Gemäß einer anderen Alternative, bei der ebenfalls einfache Verfahren zur Erstellung von Ablationsprogrammen verwendet werden können, ist vorgesehen, daß aus dem Soll-Ablationsprofil ein vorläufiges Ablationsprogramm ermittelt wird, für wenigstens einen der abzugebenden Pulse ein Soll-Wert für dessen Energie oder Fluence in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils, der Neigung der Oberfläche in dem Bereich, auf den der Puls abgegeben werden soll, und von einer Vorhersage der Ablationstiefe bei Verwendung des vorläufigen Ablationsprogramms ermittelt wird, und das erstellte Ablationsprogramm den Zielort des Pulses gemäß dem vorläufigen Ablationsprogramm und den ermittelten Soll-Wert für die Energie oder Fluence des Pulses umfaßt. Dabei wird die Pulsenergie oder Fluence nahe der Oberfläche ermittelt. Das bedeutet, daß nicht das Soll-Ablationsprofil modifiziert zu werden braucht. Vielmehr wird eine auftretende Reduktion der tatsächlichen Ablationstiefe gegenüber einer Ablationstiefe, die bei senkrechtem Auftreffen des Laserstrahls auf die Oberfläche und einem konstanten Strahlprofil angenommen wird, durch eine Änderung, beispielsweise Erhöhung, der Energie bzw. Fluence der Pulse berücksichtigt. Pulse werden also später bei der Ablation auf einen vorgegebenen Bereich mit einer dessen Neigung und dem verwendeten Strahlprofil entsprechenden Energie abgegeben. Die Angabe der Pulsenergie zusammen mit dem jeweiligen Ort, auf den der Puls zu lenken ist, ist dann ein Teil des abschließend erstellten, für die Ablation zu verwendenden Ablationsprogramms.

Die Einstellung der Energie oder Fluence eines Pulses kann dabei auf wenigstens drei Weisen erfolgen, die alternativ oder in Kombination angewandt werden können. Bei einer ersten Variante wird zur Einstellung der Energie oder Fluence eines Pulses der Laserstrahl abgeschwächt. Hierzu ist vorzugsweise die Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines den Laserstrahl schwächenden Modulators ausgebildet. Die erfindungsgemäße Ablationsvorrichtung weist dazu neben der Steuereinrichtung einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Modulator auf, der den Laserstrahl auf Ansteuerung durch die Steuereinrichtung abschwächt. Als Modulator kann dabei jegliche Einrichtung dienen, mit der die Intensität des von dem Laser abgegebenen Laserstrahls reduziert werden kann. Beispielsweise können Pockels-Zellen oder Flüssigkristallelemente mit steuerbarem Transmissionsvermögen verwendet werden. Der Modulator kann dabei beispielsweise polarisationsabhängig oder auch wellenlängenabhängig wirken. Die Verwendung von Modulatoren erlaubt eine einfache Einstellung der Pulsenergie bei beliebigen Lasertypen.

Bei der zweiten Variante kann zur Einstellung der Energie oder Fluence eines Pulses der zur Abgabe des gepulsten Laserstrahls verwendete Laser gesteuert werden. Hierzu kann insbesondere die Steuereinrichtung entsprechend zur Ansteuerung des Lasers ausgebildet sein. Bei der erfindungsgemäßen Ablationsvorrichtung ist dann vorzugsweise der Laser mittels der Steuereinrichtung steuerbar. Bei Verwendung von Excimerlasern kann die Steuereinrichtung insbesondere die Hochspannung zur Aufladung eines Kondensators bzw. mehrerer Kondensatoren zur Speicherung von Energie zur Erzeugung eines Laserpulses steuern. Die Steuerung der Pulsenergie oder Fluence des Lasers hat den Vorteil, daß weniger Energie benötigt wird.

Als dritte Variante kann zur Einstellung der Fluence eines Pulses der Strahlquerschnitt des Laserstrahls an der Oberfläche geändert werden. Die erfindungsgemäße Ablationsvorrichtung kann hierzu eine entsprechende strahlformende optische Einrichtung besitzen, die von der Steuereinrichtung angesteuert wird.

Soll eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Ablation, das heißt eine möglichst geringe Abweichung zwischen Soll-Ablationsprofil und Ist-Ablationsprofil, erreicht werden, ist es bevorzugt, daß aus dem Soll-Ablationsprofil ein vorläufiges Ablationsprogramm ermittelt wird, unter Verwendung des vorläufigen Ablationsprogramms ein vorhergesagtes Ablationsprofil in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche vorhergesagt wird, und unter Verwendung des vorhergesagten Ablationsprofils das zu verwendende Ablationsprogramm erstellt wird. Die Vorhersage des Ablationsprofils bzw. der Ablationstiefe kann dabei mit einem geeigneten Modell erfolgen. Dieses Vorgehen erlaubt eine hohe Genauigkeit, da ein Vergleich des vorhergesagten Ablationsprofils und des Soll-Ablationsprofil erfolgen kann.

Insbesondere bei Verwendung einer Modifikationsfunktion oder einer geänderten Fluence oder Pulsenergie kann die Modifikationsfunktion bzw. die Fluence oder Pulsenergie vorzugsweise für jeweils einen Zielort eines Pulses und damit den gesamten Puls ermittelt werden. Die Modifikationsfunktion wird dann als für den gegebenen Puls räumlich konstant angenommen, was eine gute Näherung darstellt, wenn die Änderung der Neigung relativ zu der Größe des Abstands benachbarter Auftreffpunkte von Laserpulsen gering ist. Dies fügt sich insbesondere in das Vorgehen bei einfachen Erstellungsverfahren ein, bei denen nur Einzelpuls-Ablationsvolumina betrachtet werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil einfach zu sein. Insbesondere bei starken Änderungen der Oberflächenneigung ist es jedoch bevorzugt, daß das vorhergesagte Ablationsprofil an wenigstens zwei Punkten ermittelt wird, die weniger als der Durchmesser des Laserstrahls auf der Oberfläche des Körpers voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten wird das vorhergesagte Ablationsprofil mit einer Ortsauflösung ermittelt, die besser ist als der Durchmesser des Laserstrahls auf der Oberfläche des Körpers. Das vorhergesagte Ablationsprofil kann beispielsweise für Punkte eines Punktgitters verwendet werden, dessen Gitter abstand kleiner als der Durchmesser des Laserstrahls ist. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, daß jegliche Änderung der Neigung der Oberfläche berücksichtigt werden kann.

Bei der Verfahrensvariante, bei der ein Ablationsprofil vorhergesagt wird, wird vorzugsweise unter Verwendung des vorhergesagten Ablationsprofils und des vorgegebenen Soll-Ablationsprofils ein vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil ermittelt und das zu verwendende Ablationsprogramm aus dem vorkompensierten Soll-Ablationsprofil erstellt. Dies Alternative hat den Vorteil, daß nach Erstellung des vorkompensierten Soll-Ablationsprofil ein einfaches, beispielsweise bekanntes Erstellungsverfahren zur Erstellung des zu verwendenden Ablationsprogramms verwendet werden kann. Die bei einfachen Erstellungsverfahren nicht berücksichtigten Einflüsse der Form des Strahlprofils und/oder der Neigung der Oberfläche werden durch die entsprechende Vorkompensation, die von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche abhängt, berücksichtigt, so daß bei Ablation gemäß dem zu verwendenden Ablationsprogramm wenigstens näherungsweise das Soll-Ablationsprofil ablatiert wird.

Das geschilderte Vorgehen unter Verwendung eines vorhergesagten Ablationsprofils erlaubt bereits eine gute Vorkompensation. Zur Erzielung einer besonders hohen Genauigkeit erfolgt bevorzugt die Erstellung des zu verwendenden Ablationsprogramms iterativ, indem in wenigstens einer aktuellen Iterationsschleife aus einem in einer vorhergehenden Iterationsschleife ermittelten modifizierten Soll-Ablationsprofil ein vorläufiges Ablationsprogramm ermittelt wird, ausgehend von dem vorläufigen Ablationsprogramm in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche ein aktuelles vorhergesagtes Ablationsprofil vorhergesagt wird, unter Verwendung des aktuellen vorhergesagten Ablationsprofils ein aktuelles modifiziertes Soll-Ablationsprofil ermittelt wird und nach der letzten Iterationsschleife das zu verwendende Ablationsprogramm in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil und wenigstens einem der modifizierten Soll-Ablationsprofile erstellt wird. Bei diesem iterativen Verfahren kann eine sukzessive Verbesserung des Ablationsprogramms und damit eine besonders hohe Genauigkeit erzielt werden. In der ersten Iterationsschleife kann statt eines modifizierten Soll-Ablationsprofils das Soll-Ablationsprofil verwendet werden.

Vorzugsweise wird bei der Verwendung eines vorkompensierten bzw. modifizierten Soll-Ablationsprofils für wenigstens zwei zu ablatierende Bereiche der Oberfläche jeweils ein Wert einer Modifikationsfunktion in Abhängigkeit von wenigstens dem Wert des vorhergesagten Ablationsprofils und des vorgegebenen Soll-Ablationsprofils ermittelt. Das vorkompensierte Soll-Ablationsprofil wird dann unter Verwendung des vorgegebenen Soll-Ablationsprofils und der Werte der Modifikationsfunktion ermittelt. Bei einem iterativen Vorgehen kann die Modifikationsfunktion insbesondere in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil und den modifizierten Ablationsprofilen ermittelt werden, so daß nach der letzten Iterationsschleife zu nächst das vorkompensierte Soll-Ablationsprofil unter Verwendung der Modifikationsfunktion und über die Modifikationsfunktion in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil und den modifizierten Soll-Ablationsprofilen ermittelt und dann aus dem vorkompensierten Soll-Ablationsprofil das zu verwendende Ablationsprogramm, beispielsweise unter Verwendung eines einfachen Erstellungsverfahrens, erstellt wird. Die Verwendung einer Modifikationsfunktion erlaubt eine besonders einfache Berücksichtigung der Einflüsse der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche. Die Modifikationsfunktion kann dabei in analytischer Form gegeben sein und dann insbesondere explizit von der Intensität, der Energie oder der Fluence der bei der Ablation zu verwendenden Pulse abhängen oder durch Werte an Stützstellen des Soll-Ablationsprofils oder Stützstellen zur Beschreibung der Oberfläche, die numerisch ermittelt werden.

Die Iteration kann beispielsweise nach einer vorgegebenen Anzahl von Iterationsschleifen abgebrochen werden. Vorzugsweise wird jedoch in wenigstens einer Iteration als Abbruchkriterium geprüft, ob das in der einer vorhergehenden Iteration ermittelte vorhergesagte Ablationsprofil gemäß einem vorgegebenen Kriterium mit dem in der aktuellen Iterationsschleife vorhergesagten Ablationsprofil übereinstimmt, und bei Feststellung einer Übereinstimmung werden keine weiteren Iterationsschleifen durchlaufen. Als Kriterium kann dabei beispielsweise geprüft werden, ob das Verhältnis aus den vorhergesagten Ablationsprofilen für alle Orte in dem zu ablatierenden Bereich in zwei aufeinanderfolgenden Iterationsschleifen um weniger als ein vorgegebener Grenzwert von 1 abweicht. Alternativ kann beispielsweise geprüft werden, ob die Differenzen der vorhergesagten Ablationsprofile für alle Orte in dem zu ablatierenden Bereich in zwei aufeinanderfolgenden Iterationsschleifen geringer als ein anderer vorgegebener Grenzwert sind.

Das vorhergesagte Ablationsprofil ist unter Umständen, bedingt durch die Berechnung an diskreten Orten, beispielsweise auf einem Gitter, nicht glatt, sondern weist Spitzen auf, die Artefakte darstellen. Es ist daher bevorzugt, daß vor der Erstellung des aktuellen Ablationsprogramms das entsprechende vorhergesagte Ablationsprofil oder eine aus diesem ermittelte Funktion, insbesondere das vorkompensierte Soll-Ablationsprofil oder die durch die Werte der Modifikationsfunktion gegeben Funktion, geglättet wird. Hierzu können insbesondere entsprechende Ausgleichsverfahren oder Tiefpaßfilter verwendet werden.

Um den Einfluß der Form des Strahlprofils und der Oberflächenneigung, z.B. in Form der Modifikationsfunktion oder der Ermittlung des vorhergesagten Ablationsprofils, möglichst genau berücksichtigen zu können, wird bevorzugt ein Modell verwendet, mittels dessen für einen Puls in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils der Verlauf der Ablationstiefe vorhersagbar ist. Dabei können Modelle Verwendung finden, die entweder das gesamte durch einen Puls abla tierte Volumen oder sogar lokal die Ablationstiefe als Funktion wenigstens der Fluence an dem Ort mit einer Auflösung besser als der Strahlquerschnitt wiedergeben. Solche Modelle sind grundsätzlich bekannt.

Insbesondere in dem Fall, daß die Erstellung des Ablationsprogramms mit dem erfindungsgemäßen verfahren im Vergleich zu der Dauer der eigentlichen Ablation relativ viel Zeit erfordert, empfiehlt es sich, daß das Ablationsprogramm vor Beginn der Ablation erstellt wird. Das Ablationsprogramm, das heißt die Folge der Zielorte, auf die Pulse gelenkt werden sollen, und gegebenenfalls die entsprechenden Pulsenergien, kann dann zwischengespeichert werden, um später zur Durchführung der eigentlichen Ablation sukzessive ausgelesen zu werden.

Erfolgt eine Änderung der Fluence bzw. Energie der Pulse in Abhängigkeit von der Neigung der Oberfläche und der Form des Strahlprofils, ist es bevorzugt, daß für wenigstens zwei Pulse deren Energie oder Fluence in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche in dem jeweiligen Bereich, auf den der jeweilige Puls abgegeben wird, während der Ablation ermittelt wird. Insbesondere kann zunächst nur ein vorläufiges, beispielsweise mit einem einfachen Erstellungsverfahren erstelltes Ablationsprogramm vorliegen, das die Zielorte, auf die Pulse zu lenken sind, angibt. Für jeden der Zielorte kann dann entsprechend die Pulsenergie bzw. Fluence ermittelt und die Pulsenergie bzw. Fluence gesteuert werden. Das Ablationsprogramm umfaßt also die Zielorte des vorläufigen Ablationsprogramms ergänzt durch die entsprechenden Vorgaben für die Pulsenergien bzw. Fluencewerte. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß sie eine teilweise Erstellung des zu verwendenden Ablationsprogramms während der Ablation ermöglicht, wobei insbesondere auch Formänderungen des Strahlprofils während der Ablation berücksichtigt werden können.

Das Strahlprofil braucht nicht unbedingt zeitlich variabel zu sein. Vielmehr kann die Form des Strahlprofils für eine gegebene Ablationsvorrichtung gleichbleibend sein, so daß bei dem Erstellungsverfahren immer die gleiche Form des Strahlprofils verwendet werden kann, die dann z.B. in der Erstellungsvorrichtung gespeichert sein kann. Es ist alternativ möglich, daß die funktionale Form des Strahlprofils, beispielsweise entsprechend einer parametrisierten Gauß-Funktion, fest vorgegeben ist, wobei jedoch ein die Form bestimmender Parameter, beispielsweise bei einer Gauß-Funktion die Halbwertsbreite, eingelesen wird. Um jedoch eine beliebige Variabilität der Form des Strahlprofils während der Ablation oder auch bei aufeinanderfolgenden Ablationen berücksichtigen zu können, ist es bei der erfindungsgemäßen Erstellungsvorrichtung bevorzugt, daß die Datenverarbeitungseinrichtung eine Schnittstelle zur Eingabe von Daten, die die Form des Strahlprofils des Laserstrahls charakterisieren, umfaßt. Auch hier kann die Schnittstelle eine physische und/oder Software-Schnittstelle umfassen. Das Strahlprofil kann dabei wiederum entweder in Form von Werten für die Intensität, Energie oder Fluence in Ab hängigkeit von der Lage im Strahlprofil oder durch Angabe von Werten von Formparametern einer durch die Formparameter parametrisierten Funktionen, die die Form des Strahlprofils wiedergibt, beschrieben werden. Die Schnittstelle kann insbesondere zur manuellen Eingabe von Daten und/oder zur automatischen Übertragung von Daten über eine Datenverbindung ausgebildet sein.

Um die Erfassung eines Strahlprofils zu erleichtern, ist es bevorzugt, daß die Erstellungsvorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der Form des Strahlprofils des Laserstrahls umfaßt. Diese Vorrichtung erfaßt nicht nur die Form des Strahlprofils, sondern ermöglicht vorzugsweise auch die Erfassung wenigstens eines weiteren Strahlparameters, beispielsweise des Querschnitts des Laserstrahls. Bei dem Verfahren ist es dann bevorzugt, daß zur Erstellung des Ablationsprogramms das Strahlprofil, vorzugsweise automatisch, vermessen wird, wozu die Einrichtung zur Erfassung des Strahlprofils verwendet werden kann. Die Erfassung oder Vermessung kann vor der Erstellung des Ablationsprogramms oder auch, wenn die Erstellung des Ablationsprogramms schnell genug erfolgt, während der Erstellung des Ablationsprogramms bzw. während der Ablation durchgeführt werden. Wird ein Computerprogramm zur Durchführung des Erstellungsverfahrens verwendet, weist dieses hierzu entsprechende Befehle zur Ansteuerung der Einrichtung zur Erfassung des Strahlprofils und zum Einlesen entsprechender Daten auf.

Besonders bevorzugt verfügt die Einrichtung hierzu über einen mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbundenen ortsauflösenden Detektor für die Laserstrahlung und einen in dem Strahlengang des Laserstrahls angeordneten Strahlteiler, der einen Teil des Laserstrahls auf den Detektor ablenkt.

Alternativ können Erfassungsverfahren mit einer bewegter Schlitz-, Loch- oder Kantenblende verwendet werden, die in geeigneter Weise vor einem dahinter befindlichen Strahlungsdetektor scannend bewegt wird, wobei aus den Meßwerten dann das Strahlprofil ermittelt wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in US 6,666,855 beschrieben.

Zur Erstellung des Ablationsprogramms ist es notwendig, die Neigung der Oberfläche in dem zu ablatierenden Bereich zu kennen. Liegen Oberflächen mit einfacher Geometrie vor, so ist eine manuelle Eingabe entsprechender Parameter der Oberfläche, aus denen die Neigung ortsabhängig ermittelbar ist, möglich. Beispielsweise können bei einer Kugelgeometrie, wie sie bei der Cornea vorliegt, der Krümmungsradius, bei einer torischen Fläche die beiden Hauptkrümmungen, bei einem lateralen Versatz der oben genannten Flächen auch die Koordinaten der Mittenpositionen (Kugel- bzw. Torusachse), bei einer einfachen geneigten ebenen Fläche Neigungswinkel und Neigungsrichtung und bei asphärischen Flächen wie Oberflächenbereichen eines Ellipsoids ein Asphärizitätsparameter angegeben werden.

Die entsprechenden Daten können einfach über die entsprechende Schnittstelle eingelesen werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß bei dem erfindungsgemäßen Erstellungsverfahren zur Erstellung des Ablationsprogramms Topographiedaten der Oberfläche erfaßt werden. Die erfaßten Oberflächentopographiedaten geben die Neigung der Oberfläche direkt wieder oder erlauben eine Ermittlung der Neigung. Grundsätzlich kann die Schnittstelle zur Erfassung der Oberflächendaten zur manuellen Eingabe der Daten oder zum Einlesen der Daten von einem vorgegebenen Datenträger bzw. einer entsprechenden Einrichtung ausgebildet sein. Vorzugsweise werden die Daten jedoch automatisch erfaßt. Dies hat den Vorteil, daß es dann leichter möglich ist, ein Koordinatensystem, in dem das Soll-Ablationsprofil vorgegeben ist, und ein Koordinatensystem, in dem die Oberflächendaten angegeben sind, zueinander in Beziehung zu setzen. Die Erstellungsvorrichtung weist hierzu vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung von Topographiedaten der zu ablatierenden Oberfläche auf. Diese kann von der Datenverarbeitungseinrichtung angesteuert werden, um die Daten automatisch zu erfassen. Insbesondere ist die Einrichtung zur Erfassung von Topographiedaten zur Erfassung von Daten in Bezug auf die Neigung der zu ablatierenden Oberfläche geeignet. Oberflächentopographiedaten bzw. Neigungen können beispielsweise mit Placido-Ring-Verfahren bzw. -Einrichtungen, Streifenprojektionsverfahren bzw. -einrichtungen oder auch mit optischen Kohärenztomographen ermittelt werden.

Das Soll-Ablationsprofil kann, wie die Oberflächentopographiedaten auch, grundsätzlich nach vorheriger Ermittlung manuell, von einem Datenträger oder über eine Datenverbindung eingelesen werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß zur Erstellung des Ablationsprogramms Daten zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils, vorzugsweise automatisch, erfaßt werden. Die Erstellungsvorrichtung umfaßt hierzu vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung von Daten zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils. Diese wird vorzugsweise von der Datenverarbeitungseinrichtung angesteuert. Hierbei können beispielsweise im Fall der Korrektur von Fehlsichtigkeit entsprechende diagnostische Geräte und Verfahren zur Ermittlung der Brechkraft des Auges und insbesondere auch Aberrometer bzw. Wellenfrontanalysatoren, beispielsweise nach Hartmann-Shack, verwendet werden. Berechnungen können entweder über einen separaten, geeignet programmierten Prozessor oder vorzugsweise unter Verwendung der ohnehin in der Vorrichtung vorhandenen Datenverarbeitungseinrichtung mittels entsprechender Computerprogrammmodule ausgeführt werden.

Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn Daten eingelesen werden, die die Lage eines Bezugspunkts eines Koordinatensystems für die zu ablatierende Oberfläche und/oder eines Bezugspunkts eines Koordinatensystems für das Soll-Ablationsprofil wiedergeben. Insbesondere können auch Relativlagen dieser Bezugspunkte zueinander oder die Lagen in einem ge meinsamen Koordinatensystem angegeben werden. Vorzugsweise werden als Bezugspunkte die entsprechenden Koordinatenursprünge verwendet. Die Vorrichtung umfaßt hierzu vorzugsweise eine Eingabeschnittstelle, mittels derer ein Bezugspunkt eines Koordinatensystems für die zu ablatierenden Oberfläche und/oder ein Bezugspunkt eines Koordinatensystems für das Soll-Ablationsprofil eingebbar sind. Ist die zu ablatierende Form nicht rotationssymmetrisch, können darüber hinaus gegebenenfalls auch noch Daten in Bezug auf die Ausrichtung der Koordinatensysteme aufeinander eingelesen werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Daten des Soll-Ablationsprofils bzw. der Oberflächentopographie bzw. -neigung in ein gemeinsames Koordinatensystem zu überführen.

Werden die die Oberflächentopographie bzw. -neigung wiedergebenden Daten und die Soll-Ablationsprofildaten automatisch ermittelt, kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch bei Ablationsverfahren verwendet werden, bei denen während der Ablation die Oberflächentopographie und optische Eigenschaften der Oberfläche ermittelt und in Abhängigkeit davon ein temporäres Soll-Ablationsprofil ermittelt und wenigstens teilweise ablatiert wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der WO 01/12113 A1 beschrieben, deren Inhalt insoweit hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird.

Zur Erstellung des Ablationsprogramms eignet sich ein Computerprogramm mit Programmcode, um das erfindungsgemäße Erstellungsverfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.

Darüber hinaus ist Gegenstand der Erfindung ein Computerprodukt mit Programmcode, der auf einem computerlesbarem Datenträger gespeichert ist, um das erfindungsgemäße Erstellungsverfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer ausgeführt wird. Unter einem Datenträger wird hierbei ein beliebiger Datenträger verstanden, insbesondere ein magnetische Datenträger, wie beispielsweise eine Diskette oder Festplatte, ein magnetooptische Datenträger, ein optische Datenträger wie beispielsweise ein CD, DVD oder Blue-Ray-Disc, oder auch ein anderer nicht-flüchtige Speicher, wie beispielsweise ein sogenannter Flash-ROM.

Unter einem Computer wird hierbei eine beliebige Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Datenverarbeitungseinrichtung der Erstellungsvorrichtung, verstanden, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann, wenn das Programm darauf ausgeführt wird. Insbesondere kann diese einen digitalen Signalprozessor und/oder einen programmierbaren Mikroprozessor aufweisen, mit dem das Verfahren ganz oder in Teilen ausgeführt wird. Der Prozessor kann mit einer Speichereinrichtung verbunden sein, in der das Computerprogramm und/oder Daten zur Ausführung des Computerprogramms gespeichert sind.

Wie eingangs bemerkt, kann beispielsweise bei Verwendung eines Laserstrahls mit einem stark variierenden Strahlprofil, beispielsweise einem Gaußschen Strahlprofil, in einigen Bereichen, beispielsweise an den Rändern, des durch den Laserstrahl auf der Oberfläche erzeugten Laserspots bzw. des Strahlprofils ein nicht unerheblicher Teil der Fluence unter dem Schwellwert für die Ablation von Material liegen. Diese Pulsanteile führen dann nicht zur Ablation, sondern nur zu einer häufig unerwünschten Erwärmung des Materials.

Es ist daher bevorzugt, daß bei dem erfindungsgemäßen Ablationsverfahren ein Laserstrahl verwendet wird, der wenigstens nahe der Oberfläche des Körpers ein Strahlprofil aufweist, das über den gesamten Querschnitt eine vorgegebene Mindestintensität oder -fluence nicht unterschreitet. Vorzugsweise wird als Mindestintensität bzw. Mindestfluence näherungsweise der Schwellwert für die Ablation von Material des zu bearbeitenden Körpers verwendet. Besonders bevorzugt, da einfach zu erzeugen, wird ein Strahlprofil mit einer Gaußschen Form verwendet, das an den Flanken abgeschnitten ist, und auch als „Truncated-Gauß"-Profil bezeichnet wird. Die Ablationsvorrichtung weist dazu vorzugsweise eine strahlformende Einrichtung auf, mittels derer das Strahlprofil des Laserstrahls so formbar ist, daß wenigstens nahe der Oberfläche des Körpers das Strahlprofil über den gesamten Querschnitt die vorgegebene Mindestintensität oder Mindestfluence nicht unterschreitet.

Ein Verfahren zur Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil mittels eines über die Oberfläche geführten, gepulsten Laserstrahls mit einem solchen Strahlprofil und eine Ablationsvorrichtung zur Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers, die einen Laser zur Abgabe eines gepulsten Laserstrahls, eine Ablenkeinrichtung zur gesteuerten Ablenkung des Laserstrahls und eine erfindungsgemäße Erstellungsvorrichtung sowie eine strahlformende Einrichtung, mittels derer ein Strahlprofil des von dem Laser abgegebenen Laserstrahls so formbar ist, daß wenigstens nahe der Oberfläche des Körpers das Strahlprofil über den gesamten Querschnitt den vorgegebenen Mindestintensitätswert nicht unterschreitet, umfaßt, stellt auch unabhängig von dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms und eines entsprechenden Ablationsverfahrens für sich genommen eine Erfindung dar.

Die Erfindung kann vorteilhaft zur Ablation eines Soll-Ablationsprofils von Werkstücken, insbesondere Brillengläsern, Kontaktlinsen und Linsenimplantaten, und vorzugsweise zur laserchirurgischen Behandlung einer Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges eingesetzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden noch näher beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Patienten während einer Behandlung mit einem laserchirurgischen Instrument mit einer Ablationsvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Blockdarstellung der Ablationsvorrichtung in 1,
3 eine schematische Darstellung eines sphärischen, zu bearbeitenden Körpers,
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erstellung eines Ablationsprogramms für das Instrument in 2 nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
5 eine Darstellung einer Modifikationsfunktion in Abhängigkeit vom Ort im rotationssymmetrischen Strahlprofil eines Laserstrahls für drei verschiedene Erstellungsverfahren,
6 eine Blockdarstellung einer Ablationsvorrichtung nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für ein laserchirurgisches Instruments,
7. eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Erfassung einer Form eines Strahlprofils eines von dem Laser der Ablationsvorrichtung in 6 abgegebenen Laserstrahls,
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erstellung eines Ablationsprogramms nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
9 eine Blockdarstellung eines laserchirurgischen Instruments mit einer Ablationsvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Erstellung eines Ablationsprogramms nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält,
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erstellung eines Ablationsprogramms nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
11a und b Diagramme zum Vergleich von Ablationstiefen, die bei Ablation mit dem Verfahren nach 10 und mit einem bekannten Verfahren erhalten werden, und
12 ein Diagramm, in dem ein Verhältnis aus einer Fluence und einem Schwellwert für die Fluence in Abhängigkeit vom Radius in dem Laserstrahl für ein Gaußsches Strahlprofil und ein abgeschnittenes Gaußsches Strahlprofil gezeigt sind.
In 1 ist ein laserchirurgisches Instrument 1 zur Behandlung eines Auges 2 eines Patienten gezeigt, das zur Ausführung einer refraktiven Korrektur des Auges dient. Das Instrument 1 gibt dazu einen gepulsten Laserstrahl 3 auf das Auge 1 des Patienten ab, dessen Kopf in einem Kopfhalter 4, der fest mit dem Instrument 1 verbunden ist, fixiert ist.
2 zeigt genauer den Aufbau des Instruments, das eine Ablationsvorrichtung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Instrument umfaßt eine Datenverarbeitungseinrichtung 5 mit einer integrierten Steuereinrichtung 6, einen von der Steuereinrichtung 6 angesteuerten Laser 7 und eine ebenfalls von der Steuereinrichtung angesteuerte Ablenkeinrichtung 8, mittels derer der von dem Laser 7 abgegebene gepulste Laserstrahl 3 entsprechend einem vorgegebenen Ablationsprogramm auf Zielorte auf der Hornhaut des Auges 2 gelenkt und fokussiert werden kann.
Das Instrument verfügt weiter über eine Einrichtung 9 zur Erfassung von Topographiedaten der Oberfläche eines zu behandelnden Bereichs des Auges 2 und eine Einrichtung 10 zur Ermittlung eines Soll-Ablationsprofils. Beide Einrichtungen sind mit der Datenverarbeitungseinrichtung 5 verbunden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 5, die Steuereinrichtung 6, die Einrichtung 9 zur Erfassung der Oberflächentopographie und die Einrichtung 10 zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils bilden eine Vorrichtung zur Erstellung eines Ablationsprogramms nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 mit der integrierten Steuereinrichtung 6 dient zur Erstellung eines Ablationsprogramms unter Verwendung von Daten, die die Oberflächentopographie des zu behandelnden Bereichs wiedergeben, Daten in Bezug auf Eigenschaften des Laserstrahls 3 und Daten in Bezug auf das zu ablatierende Soll-Ablationsprofil. Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 verfügt hierzu über einen Prozessor und einen Speicher zur Abspeicherung von Daten, in dem insbesondere auch ein Computerprogramm mit Programmcode abgelegt ist, mittels dessen bei Ausführung des Programms auf dem Prozessor das Ablationsprogramm erstellt und unter Verwendung der integrierten Steuereinrichtung 6 die eigentliche Ablation durchgeführt wird. Der Speicher und der Prozessor sind in der Blockdarstellung teilweise durch den Block "Erstellung des Ablationsprogramms" dargestellt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 besitzt hierzu Schnittstellen zur Eingabe von Daten, nämlich eine Schnittstelle 11 für manuelle Eingabe der Oberflächentopographie, eine Schnittstelle 11' für das Einlesen von Oberflächentopographiedaten von der Einrichtung zur Erfassung von Oberflächentopographiedaten und eine Eingabeschnittstelle 11" zur Eingabe der Koordinaten eines Bezugspunkts des Koordinatensystems, in dem die Oberflächentopographiedaten angegeben werden, im Beispiel die Koordinaten des Koordinatensystemursprungs, eine Schnittstelle 12 zur manuellen Eingabe des Soll-Ablationsprofils, eine Schnittstelle 12' zum Einlesen von Daten in Bezug auf das Soll-Ablationsprofil von der Einrichtung 10 zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofil und eine Schnittstelle 12'' zur Eingabe der Koordinaten eines Bezugspunkts des Koordinatensystem, in dem das Soll-Ablationsprofil gegeben ist, im Beispiel des Koordinatensystemursprungs. Darüber hinaus sind eine Schnittstelle 13 zur manuellen Eingabe von Strahlparametern und eine Schnittstelle 13' zum Einlesen von Daten in Bezug auf Strahlparameter für den Laserstrahl 3 von einer Datenquelle vorgesehen. Wenigstens einer der Strahlparameter kann zur Beschreibung der Form des Strahlprofils dienen.
Bei den Schnittstellen für eine manuelle Eingabe und insbesondere auch den Schnittstellen zur Eingabe der Koordinaten der Bezugspunkte kann es sich in physischer Hinsicht um eine einzige Schnittstelle handeln, an die, in den Figuren nicht gezeigt, eine Tastatur und ein Monitor, auf dem ein Eingabeprompt darstellbar ist, wenn entsprechende Daten eingelesen werden sollen, angeschlossen sind. Die Schnittstellen umfassen weiter entsprechende Module des Computerprogramms zum Einlesen der Daten von der Tastatur.
Die anderen Schnittstellen 11', 12' und 13' sind konventionelle Schnittstellen für Datenströme, die neben entsprechenden elektronischen Modulen auch Softwaremodule umfassen.
Die Steuereinrichtung 6 ist in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 integriert und verfügt weiter über in den Figuren nicht gezeigte Schnittstellen zur Ansteuerung des Lasers 7 und der Ablenkeinrichtung 8. Solche Steuereinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.
Der Laser 7 ist mit der Steuereinrichtung 6 verbunden und gibt in Abhängigkeit von dem Ablationsprogramm einen gepulsten Laserstrahl mit vorgegebenen Pulsenergien ab. Beispielsweise kann ein Eximerlaser mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 193 nm verwendet werden. Der von dem Laser 7 abgegebene Laserstrahl 3 hat ein in 12 durch eine gestrichelte Linie dargestelltes Strahlprofil mit Gaußform.
Die Ablenkeinrichtung 8 ist ebenfalls über eine Datenverbindung mit der Steuereinrichtung 6 verbunden und lenkt entsprechend Steuersignalen von der Steuereinrichtung 6 gemäß dem abzuarbeitenden Ablationsprogramm den von dem Laser 7 abgegebenen, gepulsten Laserstrahl 3 auf vorgegebene Zielorte auf der Oberfläche des Auges 2. Hierzu verfügt die Ablenkein richtung 8 über eine Fokussierungseinrichtung 14 zur Fokussierung des Laserstrahls entlang seiner Ausbreitungsrichtung und zur Ablenkung quer zu dem Laserstrahl über zwei um jeweils orthogonal zueinander verlaufende Achsen dreh- bzw. schwenkbare Spiegel 15, die im Strahlengang nach der Fokussiereinrichtung 14 angeordnet sind.
Sowohl bei dem Laser 7 als auch bei der Ablenkeinrichtung 8 kann es sich um konventionelle, bekannte Einrichtungen eines laserchirurgischen Instruments handeln.
Zur Darstellung der Oberflächentopographie werden zwei parallel zueinander ausgerichtete kartesische Koordinatensysteme verwendet, deren x-y-Ebenen zusammenfallen. Die z-Achse ist dabei möglichst in guter Näherung parallel zu der optischen Achse des Auges ausgerichtet. In 3 ist dies für einen sphärischen Körper bzw. eine Kugel mit einer Oberfläche 2' als vereinfachtes Modell für das Auge 2 dargestellt, wobei der Übersicht halber die z-Achse zur Darstellung des Soll-Ablationsprofils nicht gezeigt ist. Die Festlegung der z-Achsen erfolgt bei der Ausrichtung des Auges 2 relativ zu dem Instrument 1.
Die Einrichtung 9 zur Erfassung von Oberflächentopographiedaten umfaßt im Beispiel einen optischen Kohärenztomographen, der in dem Instrument 1 so angeordnet ist, daß mit diesem die Oberflächentopographie des Auges 2 im zu behandelnden Bereich erfaßt werden kann. Von dem optischen Kohärenztomographen werden Oberflächentopographiedaten in Form von Höhen in z-Richtung an Gitterpunkten in der in Bezug auf das Instrument 1 festen näherungsweise orthogonal zu dem Laserstrahl 3 verlaufenden x-y-Ebene erfaßt. Die Daten werden in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 über die Schnittstelle 11' eingelesen.
Die Einrichtung 10 zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils umfaßt im vorliegenden Beispiel einen Wellenfrontanalysator vom Hartmann-Shack-Typ sowie gegebenenfalls Einrichtungen zur Ermittlung der Brechkraft des Auges 2, aus dem bzw. denen nach bekannten Verfahren ein Soll-Ablationsprofil D_Soll für den zu behandelnden Bereich des Auges 2 ermittelt werden kann. Das Soll-Ablationsprofil wird dabei so bestimmt, daß eine möglichst weitgehende Korrektur von Abbildungsfehlern durch das Auge 2 durch die noch durchzuführende Ablation erreicht werden kann. Ein Beispiel für das Soll-Ablationsprofil ist 3 entnehmbar. Es ist durch die Abstände in z-Richtung zwischen der anfänglichen Oberfläche, der Kugelkappe 2', und einer gewünschten Oberfläche 2'', die durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, als Funktion des Ortes in der x-y-Ebene gegeben.
Zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils kann die Einrichtung 10 über einen entsprechenden Prozessor verfügen, der die Daten in Bezug auf die Brechkraft des Auges 2 und die Wellenfrontdaten auswertet, um daraus im vorliegenden Beispiel wiederum in Form von Soll- Ablationstiefen für Punkte eines Punktegitters in der x-y Ebene des entsprechenden Koordinatensystems, die mit der x-y Ebene des Koordinatensystems zur Angabe der zusammenfällt, das Soll-Ablationsprofil zu ermitteln. Soweit die Koordinatenursprünge nicht übereinstimmen, kann die Lage eines der Bezugspunkte bzw. Koordinatenursprünge in dem jeweils anderen Koordinatensystem angegeben werden, so daß im späteren Verfahrensverlauf die Daten durch eine einfache Verschiebung in ein gleiches Koordinatensystem transformiert werden können. Dies kann sich dann als günstig erweisen, wenn das Zentrum des Soll-Ablationsprofils, das heißt ein Punkt, relativ zu dem das Soll-Ablationsprofil näherungsweise symmetrisch ist, von dem Zentrum der Oberfläche des Auges 2, das heißt einem Punkt, relativ zu dem die Oberfläche des Auges näherungsweise symmetrisch ist, abweicht. Ein Verfahren zur Erstellung eines Soll-Ablationsprofils ist beispielsweise in der WO 01/08075 A1 beschrieben, deren Inhalt insoweit hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird.
Das Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms des ersten Ausführungsbeispiels beruht auf folgenden Überlegungen.
Um das Soll-Ablationsprofil D_Soll von dem Auge 2 zu ablatieren, werden entsprechend einem erstellten Ablationsprogramm auf vorgegebene Zielorte auf dem Auge 2 Laserpulse einer vorgegeben Pulsenergie abgegeben, die jeweils einzeln zu einem Abtrag von Material führen. Die Tiefe des Abtrags kann durch verschiedene Modelle beschrieben werden. Im vorliegenden Beispiel wird das sogenannte „Blow-Off"-Modell verwendet, das beispielsweise in „Refraktive Chirurgie der Hornhaut", Herausgeber Theo Seiler, 1. Auflage, ENKE im Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York, 2000 (ISBN 3-13-118071-4), Kapitel 6.1, S.150 oder in R. Srinivasan: „Ablation of Polymers and Biological Tissue by Ultraviolet Lasers", Science vol. 234, p.559-565, 31. Oct. 1986 beschrieben ist. Danach wird an einem Ort mit den Koordinaten (x, y) durch eine an diesem Ort auftreffende Laserstrahlung mit einer wirksamen Fluence F(x, y), das heißt Energie pro Fläche, Material bis in eine Tiefe D_Ist gemäß folgender Formel abgetragen:
Dabei bezeichnet μ einen materialabhängigen Ablationskoeffizienten und F_thr einen ebenfalls materialabhängigen Ablationsschwellwert für die Fluence, unterhalb dessen Laserstrahlung keinen Abtrag von Material von dem Auge 2 mehr bewirkt.
Bei dem im Folgenden verwendeten einfachen Erstellungsverfahren für ein Ablationsprogramm wird davon ausgegangen, daß das Soll-Ablationsprofil in Einzelpuls-Ablationsvolumina, die bei Auftreffen eines Pulses entstehen, zerlegt werden kann. Die Erstellung des Ablationsprogramms beinhaltet dann die Bestimmung der Zielorte (x, y), auf die Pulse einer vorgegebenen Pulsenergie gelenkt werden müssen.
Zur Erstellung eines Ablationsprogramms wird davon ausgegangen, daß ein Laserpuls ein Einzelpuls- bzw. Spot-Ablationsvolumen V_Puls abträgt, das sich als Integral der Ablationstiefe D_Ist über die gesamte Pulsfläche ergibt:
Das Integral erstreckt sich dabei über die mit "Spot" bezeichnete Fläche, in der D_Ist > 0 ist.
Während bei konventionellen Verfahren die wirksame Fluence F (x, y) als konstant über die Fläche des Pulses bzw. Spots angenommen wird, werden erfindungsgemäß zwei Einflüsse gleichzeitig berücksichtigt. Zum einen wird berücksichtigt, daß durch die Neigung der zu bearbeitenden Oberfläche die wirksame Fluence entsprechend der Neigung gegenüber der Fluence des Laserstrahls 3 herabgesetzt wird. Wird die zu bearbeitende Oberfläche durch eine Höhenfunktion f(x, y), die die Höhe der Oberfläche über der x-y-Ebene angibt, beschrieben, kann der Neigungswinkel θ der Oberfläche relativ zu der z-Achse und damit näherungsweise zu dem auf die Oberfläche 2' einfallenden Laserstrahl 3 gemäß der Formel θ(x, y) = arctan(|grad f(x, y|)ermittelt werden. Die bei der Ablation wirksame Fluence F(x, y) auf der Oberfläche ergibt sich damit zu F(x, y) = FP(x, y)·cosθ(x, y)wobei F_P(x, y) die Fluence bei senkrechtem Einfall des Laserstrahls 3 auf die Oberfläche, d.h. bei einem Winkel θ = 0 bezeichnet. F_P entspricht daher der Fluence bzw. dem Strahlprofil des Laserstrahls 3.
Als zweiter Effekt wird berücksichtigt, daß die wirksame Fluence entsprechend dem Intensitäts- bzw. Energieprofil des Pulses in einer Ebene orthogonal zur Richtung des Laserstrahls 3 variiert und dabei insbesondere auch den Schwellwert F_thr unterschreiten kann.
Damit ergibt sich das tatsächliche Einzelpuls-Ablationsvolumen aus der folgenden Formel:
Das Einzelpuls-Ablationsvolumen hängt daher nichtlinear vom Neigungswinkel der Oberfläche und dem Fluenceprofil F_P(x, y) ab.
Bei bekannten Einzelpuls-Ablationsvolumina kann mit bekannten einfachen Erstellungsverfahren wie sie beispielsweise in DE 197 27 573 C1 oder EP 1060710 A2 beschrieben sind, ein Ablationsprogramm erstellt werden, gemäß dem sich die mittlere Ablationstiefe D_M gleichmäßig oder langsam variierend unter einem Abstand a auf die Oberfläche gelenkter Laserstrahlpulse gemäß
ergibt. c ist hierbei ein Proportionalitätsfaktor der sich aus der Anordnung der Auftreffpunkte der Pulse des Laserstrahls ergibt. Beispielsweise gilt bei einem näherungsweise quadratischen Muster c = 1, während bei einem näherungsweise hexagonalen Muster c = 2/√3 gilt.
In folgenden wird davon ausgegangen, daß sich das Ablationsprofil räumlich langsam gegenüber der Länge des Abstands a oder die Neigung langsam gegenüber dem Durchmesser des Laserstrahls 3 an der Oberfläche verändert. Zur Beschreibung der räumlichen Abhängigkeit dieser räumlich langsam veränderlichen Größen werden im folgenden Koordinaten u und v verwendet, die in einem u-v-Koordinatensystem gegeben sind, das mit dem x-y-Koordinatensystem zusammenfällt. Das Einzelpuls-Ablationsvolumen ist damit ebenso wie die sich aus den nebeneinandergesetzten Pulsen ergebende mittlere Tiefe D_M als Funktion von u und v aufzufassen.
Es kann dann eine von u und v abhängige Modifikationsfunktion K berechnet werden, die sich zu
ergibt. Dabei bezeichnet der Index "E" Größen, die bei Verwendung eines einfachen Erstellungsverfahrens, d.h. ohne Berücksichtigung der Neigung und der Form des Strahlprofils, ermittelt werden. Der Faktor cos(θ(u, v) kommt dadurch zustande, daß sich der Abstand a in der x-y-Ebene aufgrund der Neigung der Oberfläche in einer Richtung um 1/cos(θ(u, v) vergrößert. V_Puls,Ist(u, v) kann selbst von cos(θ(u, v)) abhängen. K hängt über V_Puls,Ist, von der Form des Strahlprofils ab.
Würde mit einem der geschilderten einfachen Erstellungsverfahren ausgehend von dem Soll-Ablationsprofil D_Soll ein Ablationsprogramm ermittelt, ergäbe sich ein Ist-Ablationsprofil, das entsprechend der Modifikationsfunktion K gegenüber dem Soll-Ablationsprofil reduziert ist: DIst(u, v) = K(u, v) × DSoll
Daher wird, um diesen Fehler vorweg zu kompensieren, das zu ablatierende Soll-Ablationsprofil D_Soll durch die Modifikationsfunktion K dividiert und damit ein modifiziertes oder vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil D_Mod erhalten:
Dieses führt mit dem einfachen Erstellungsverfahren zu einem Ablationsprogramm, das bei Ausführung das Soll-Ablationsprofil D_Soll ergibt. Wird aus dem vorkompensierten bzw. modifizierten Soll-Ablationsprofil ein Ablationsprogramm mit den konventionellen einfachen Erstellungsverfahren ermittelt, ergibt sich auch bei zu dem Laserstrahl geneigten Oberflächen und einem nicht konstant verlaufenden Strahlprofil in sehr guter Nährung bei Ablation das Soll-Ablationsprofil.
Zu Ermittlung der Orte, auf die Laserpulse abzugeben sind, können verschiedene bekannte Verfahren verwendet werden, beispielsweise die in DE 19727573 C1 und EP 1060710 A2 beschriebenen Verfahren. In DE 19727573 C1 erfolgt die Ablation schichtweise, das heißt es werden Auftrefforte für Pulse schichtweise ermittelt, wobei sich das gewünschte Profil dann durch Überlagerung dieser Schichten ergibt. Bei dem Verfahren in EP 1060710 A2 wird der Spotabstand quasi- kontinuierlich variiert, um die gewünschte Ablationstiefe zu erreichen.
Die Berechnung der Modifikationsfunktion sei am Beispiel der Ablation von einer sphärischen Oberfläche mit einem Laserstrahl mit einem Strahlprofil mit Gauß-Form erläutert (vgl. 3).
Das Strahlprofil bzw. die Fluence ist durch die Formel
beschrieben, wobei F₀ der Spitzenwert der Fluence, r der radiale Abstand zum Zentrum des Strahlprofils und w der Abstand ist, nach dem das Profil relativ zu dem Wert im Zentrum auf 1/e abgefallen ist.
Damit ergibt sich für das Ist-Ablationsprofil eines Laserpulses, der orthogonal auf eine ebene Fläche auftrifft:
so daß sich das Einzelpuls-Ablationsvolumen für diesen Puls zu
berechnet. Als mittlere Tiefe des gewünschten Profils bei einem quadratischen Muster der Auftreffpunkte der Pulse bzw. Spot-Muster mit Kantenlänge a ist eine mittlere Tiefe der Ablation gemäß
zu erwarten. Setzte man nun D_E gleich D_Soll so könnte a als Funktion des Ortes ermittelt werden. Tatsächlich ist die sphärische Oberfläche jedoch außer im Zentrum gegenüber dem als in hinreichend guter Näherung parallel zur z-Achse einfallend angenommen Laserstrahl 3 geneigt. Wie sich aus 3 ergibt, kann der Neigungswinkel in Abhängigkeit von dem Abstand ρ eines Ortes auf der Oberfläche des Auges 2 folgendermaßen berechnet werden:
Die Neigung der Oberfläche am Ort ρ führt nun dazu, daß sowohl der Spotabstand in der Neigungsrichtung als auch die Spotbreite w in Neigungsrichtung um den Faktor 1/cos(θ(ρ)) vergrößert werden. Daher ändert sich das Verhältnis w/a in der Gleichung für D nicht mit der Neigung. Es ändert sich jedoch die Fluence in dieser Gleichung. Man erhält für das zu erwartende Tiefenprofil auf der sphärischen Fläche daher folgendes Ergebnis:
Die Modifikationsfunktion K(ρ) berechnet sich dann zu
Systematisch kann dieses Resultat auch dadurch erhalten werden, daß in der Formel für das Einzelpuls-Ablationsvolumen cos(θ) als über die Spotfläche konstant angesehen wird.
Zur Ermittlung des Ablationsprogramms werden die in dem Ablaufdiagramm in 4 skizzierten Verfahrensschritte durchgeführt.
Zunächst wird in Schritt S10 die Oberflächentopographie des zu behandelnden Bereichs mittels der Einrichtung 9 zu Erfassung der Oberflächentopographiedaten ermittelt. Die entsprechenden Daten können beispielsweise über einem Punktraster in der x-y-Ebene erfaßte Höhen der Oberfläche gegenüber der x-y-Ebene umfassen.
In Schritt S12 werden diesen Daten dann über die Schnittstelle 11' für die Oberflächentopographiedaten in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 eingelesen. Aus den Höhendaten werden dann Oberflächenneigungen durch numerische Ermittlungen von Gradienten und die oben angegebene Formel für den Neigungswinkel ermittelt. Die entsprechenden Daten werden dann in dem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung 5 gespeichert.
Im Beispiel nach den Schritten S10 und S12, in anderen Ausführungsbeispielen aber auch vor diesen Schritten, wird in Schritt S14 das Soll-Ablationsprofil D_Soll unter Verwendung der Einrichtung 10 zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils ermittelt. Hierzu werden aus Wellenfrontdaten Abbildungsfehler ermittelt. Mit bekannten Verfahren wird errechnet, an welchen Stellen der Oberfläche des Auges Material bis zu welcher Tiefe abzutragen ist. Im vorliegenden Beispiel ist das Soll-Ablationsprofil D_Soll durch die Angabe der Soll-Ablationstiefe als Funktion des Ortes auf einem Gitter in der x-y-Ebene gegeben.
Diese Daten werden dann in Schritt S16 über die Schnittstelle 12' in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 eingelesen und dort in deren Speicher abgespeichert.
In Schritt S18 werden dann über die Schnittstelle 13 Strahlparameter des zu verwendenden Laserstrahls 3 eingelesen. In diesem Ausführungsbeispiel wird dazu nur der Durchmesser oder die Halbwertsbreite eines Gaußschen Strahlprofils des Laserstrahls 3 eingegeben. Die Gauß-Form des Laserstrahls 3 wird als fest vorgegeben angenommen und ist in Form entsprechender Formeln in dem auf dem Prozessor der Datenverarbeitungseinrichtung 5 ablaufenden Programm berücksichtigt.
In Schritt S20 wird dann noch die zu verwendende Pulsenergie pro Fläche bzw. die zu verwendende Fluence eingelesen und gespeichert. Genauer wird der Spitzenwert F₀ der Fluence für das Gauß-Profil eingelesen.
In dem Schritt S22 werden dann Werte der Modifikationsfunktion K für das gesamte Soll-Ablationsprofil ermittelt, wobei gegebenenfalls Werte des Neigungswinkels auf dem Raster, das zur Angabe des Soll-Ablationsprofil verwendet wird, durch Interpolation bestimmt werden. Hierzu wird die oben angegebene Formel für die Funktion K verwendet. Die entsprechenden Werte werden dann wiederum abgespeichert.
In dem Schritt S24 wird daraufhin ein modifiziertes bzw. vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil D_Mod ermittelt, indem die durch das eingelesene Soll-Ablationsprofil gegebenen Soll-Ablationstiefen für jeweilige Rasterpunkte durch den für den jeweiligen Rasterpunkt ermittelten Wert der Modifikationsfunktion K dividiert werden. Das modifizierte Soll-Ablationsprofil wird dann abgespeichert.
In dem folgenden Schritt S26 wird auf der Basis des modifizierten Soll-Ablationsprofils D_Mod, der eingelesenen Fluence und des Strahlparameters ein Ablationsprogramm erstellt, wozu ein Verfahren verwendet wird, das nicht gleichzeitig die Oberflächenneigung und die Form des Strahlprofils berücksichtigt. Beispielsweise kann das in DE 19727573 C1 beschriebene Verfahren verwendet werden. Das so erstellte Ablationsprogramm umfaßt dabei eine Folge von Zielorten in der x-y-Ebene, das heißt entsprechende Koordinaten, auf die Laserpulse mit der durch die eingelesene Fluence bestimmten Pulsenergie gelenkt werden müssen, um das gewünschte Soll-Ablationsprofil zu erreichen. Das Ablationsprogramm wird in der Datenverarbeitungsein richtung 5 gespeichert. Mit diesem Schritt ist die eigentliche Erstellung des Ablationsprogramms beendet.
In dem folgenden Schritt S28 werden dann von der Datenverarbeitungseinrichtung 5 mit der integrierten Steuereinrichtung 6 Steuerbefehle an den Laser 7 und die Ablenkeinrichtung 8 abgegeben, um entsprechend dem erstellten Ablationsprogramm Material von dem Auge 2 abzutragen.
Das Ablationsverfahren eignet sich sowohl für die photorefraktive Keratektomie als auch LASIK. Da bei diesen Verfahren Material in unterschiedlichen Schichten des Auges abgetragen wird, müssen entsprechend gegebenenfalls unterschiedliche Soll-Ablationsprofile verwendet werden.
Bei einer anderen Variante des soeben beschriebenen Verfahrens kann der benötigte Speicherplatz reduziert werden, indem die Schritte S22 und S24 zusammen gefaßt werden und die Modifikationsfunktion für jede Stützstelle des Soll-Ablationsprofils berechnet wird, ohne nach der Ermittlung des entsprechenden modifizierten Soll-Ablationsprofilwertes gespeichert zu werden.
5 zeigt den Modifikationsfaktor als Funktion des Radius ρ anhand eines konvexsphärischen Ablationsprofils auf einem kreisförmigen Gebiet mit einem Durchmesser von 8 mm, das auf einer Oberfläche mit 7,86 mm Krümmungsradius durch Ablation gebildet wurde. Die durchgezogene Linie zeigt dabei einen Korrekturfaktor, der mit dem in WO 01/85075 A1 angegebenen Verfahren, das heißt insbesondere ohne Berücksichtigung der Form des Strahlprofils, erhalten wird. Die gestrichelte Linie stellt das mit dem soeben beschriebenen Verfahren erzielte Ergebnis dar. Man erkennt leicht, daß mit zunehmendem radialem Abstand von dem Zentrum der Kugelkappe und damit zunehmender Neigung die Korrekturen mit dem vorliegenden Verfahren an Bedeutung gewinnen und sich erheblich von denen nach dem Stand der Technik unterscheiden.
6 zeigt ein Instrument nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das sich von dem Instrument des ersten Ausführungsbeispiels dadurch unterscheidet, daß nun eine Einrichtung 16 zur Ermittlung des Strahlprofils des Laserstrahls 3 in dem Strahlgang des Laserstrahls 3 zwischen dem Laser 7 und der Ablenkeinrichtung 8 angeordnet ist, mittels derer das Strahlprofil des Laserstrahls 3 ermittelbar und über eine entsprechende Datenverbindung über die Schnittstelle 13' für die Strahlparameter der Datenverarbeitungseinrichtung 5 zuführbar ist, die zur Durchführung der im folgenden geschilderten Variante des Erstellungsverfahrens programmiert ist.
Die Einrichtung 16 zur Ermittlung des Strahlprofils ist in 7 genauer dargestellt. Der Laserstrahl 3 wird, bevor er die Arbeitsebene 17, das heißt die Ebene, in der die Ablation stattfindet, erreicht, mit Hilfe eines Strahlteilers 18 in Form einer Keilplatte in einen Bearbeitungsstrahl 19 und einen Meßstrahl 20 aufgeteilt. Die Keilplatte 18 erzeugt durch Reflexion an Ihrer zweiten Oberfläche noch einen weiteren Strahl 21, der durch eine Blende 22 aufgefangen wird.
Der Meßstrahl 20 wird von einem Spiegel 23 umgelenkt, trifft auf einen optionalen Abschwächer 24 und fällt dann auf eine Mattscheibe oder, bei Verwendung von UV-Licht, eine Fluoreszenzscheibe 25. Der Spiegel 23 und die Mattscheibe 25 sind dabei so angeordnet, daß der Meßstrahl 20 näherungsweise die gleiche Weglänge durchläuft wie der Bearbeitungsstrahl 19 auf seinem Weg von dem Strahlteiler 18 zu der Arbeitsebene 17.
Mit einer Video-Kamera 26 als ortsauflösendem Detektor, beispielsweise einer CCD-Kamera, wird das Bild des Streulichts der Mattscheibe bzw. des Fluoreszenzlichts ortsaufgelöst aufgenommen und elektronisch ausgewertet. Die Video-Kamera 26 ist dabei so gewählt, daß deren Aufnahmerate größer ist als die verwendete Repetitionsrate des Lasers 7, so daß eine Vermessung des Strahlprofils auch während des Ablationsvorgangs möglich ist. Bei langsamen Veränderungen des Strahlprofils kann auch eine langsame Analyse des Strahlprofils vor Durchführung des Ablationsvorgangs erfolgen.
Ein entsprechendes Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms unterscheidet sich von dem entsprechenden Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels darin, daß in dem Schritt S18 nicht die Breite des Gaußschen Strahls eingelesen wird, sondern das mit der Einrichtung 16 ermittelte Strahlprofil.
Darüber hinaus werden in Schritt S22 die Werte der Modifikationsfunktion durch numerische Integration ermittelt gemäß folgender Formel
wobei angenommen wird, daß das Strahlprofil rotationssymmetrisch ist, und r den Radius quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls bezeichnet.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms ist in 8 dargestellt. Ein entsprechendes Instrument unterscheidet sich von dem Instrument des ersten Ausführungsbeispiels in der Programmierung der Datenverarbeitungseinrichtung 5 derart, daß diese das im folgenden geschilderte Verfahren zur Ablation durchführen kann.
Das Ablationsverfahren, das das Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms einschließt, weist einige Schritte auf, die denen des in 4 beschriebenen Verfahrens entsprechen. Diese werden daher im folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals näher beschrieben.
In den Schritten S10 und S12 werden also Daten zur Oberflächenneigung und in den Schritten S14 und S16 zu dem Soll-Ablationsprofil ermittelt und gespeichert.
In dem dann folgenden Schritt S30 werden unter der Vorgabe eines Gaußschen Strahlprofils dessen Breite und ein voreingestellter Anfangsfluencewert, d.h. ein voreingestellter Anfangsspitzenwert, eingelesen.
In dem folgenden Schritt S32 wird dann ein vorläufiges Ablationsprogramm auf der Basis des eingelesenen Soll-Ablationsprofils, der eingelesenen voreingestellten Fluence und der Strahlparameter erstellt, wobei das hierzu verwendete einfache Erstellungsverfahren die Form des Strahlprofils zusammen mit der Neigung nicht berücksichtigt. Insbesondere kann das oben erwähnte Verfahren aus DE 197 27 573 C1 verwendet werden. Das vorläufige Ablationsprogramm, das wiederum aus einer Folge von Koordinaten für Orte auf der Oberfläche des Auges 2, auf die Pulse zu lenken sind, umfaßt, wird dann abgespeichert.
Daraufhin werden in Schritt S34 zur Erstellung des schließlich zu verwendenden Ablationsprogramms gegenüber dem voreingestellten Fluence-Spitzenwert modifizierte Fluence-Werte bzw. Pulsenergien für jeden Puls ermittelt. Geht das verwendete einfache Verfahren zur Erstellung des vorläufigen Ablationsprogramms von einem Einzelpuls-Ablationsvolumen V_S,E aus, so ergibt sich, wie oben bereits ausgeführt, folgende Beziehung zwischen dem tatsächlichen Einzelpuls-Ablationsvolumen V_S,Ist für einen Puls und dem zur Erstellung des vorläufigen Ablationsprogramm verwendeten Einzelpuls-Ablationsvolumens V_S,E:
V_Puls,Ist und V_Puls,E sind dabei Funktionen des dimensionslosen Verhältnisses F₀/F_THR·V_Puls,Ist hängt darüber hinaus noch unmittelbar von der Neigung bzw. dem Winkel θ an dem entsprechenden Ort ab.
Für jeden Puls und damit einen entsprechenden Ort auf der Oberfläche ist die Neigung bekannt, so daß diese Beziehung als Gleichung zur Bestimmung einer für den Puls zu verwendenden Fluence bzw. eines Spitzenwerts F₀ oder einer entsprechenden Pulsenergie aufgefaßt werden kann, von denen die Einzelpuls-Ablationsvolumina bzw. die Modifikationsfunktion K abhängt. Für jeden Puls wird nun diese Gleichung, beispielsweise unter Verwendung eines dem Fachmann bekannten Newton-Verfahrens, numerisch für das Verhältnis F₀/F_THR gelöst und abgespeichert. Damit ergibt sich ein zu verwendendes Ablationsprogramm, das eine Folge von Zielorten, auf die Pulse des Laserstrahls 3 zu lenken sind, gemäß dem vorläufigen Ablationsprogramm und für jeden der Zielorte einen entsprechenden orts- bzw. koordinatenabhängigen Fluence-Spitzenwert F₀ bzw. eine entsprechende Pulsenergie enthält.
Durch entsprechende Ansteuerungen einer Hochspannungsversorgung des Eximerlasers 7 und damit der Aufladung von Kondensatoren, in denen jeweils die Energie für einen Puls gespeichert wird, entsprechend dem Ablationsprogramm und gleichzeitige Ansteuerung der Ablenkeinrichtung 8 kann nun in Schritt S36 die Ablation mit Laserpulsen mit einer orts- bzw. koordinatenabhängigen Pulsenergie und damit Fluence erfolgen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann dabei die Ermittlung des Spitzenwertes der Fluence gegebenenfalls auch während der eigentlichen Ablation erfolgen.
Eine Variante dieses Ausführungsbeispiels ist in 9 gezeigt. Das hier schematisch dargestellte Instrument unterscheidet sich von dem Instrument des vorhergehenden Ausführungsbeispiels dadurch, daß im Strahlengang des Laserstrahls 3 zwischen dem Laser 7 und der Ablenkeinrichtung 8 ein Modulator 27, im Beispiel ein von der Steuereinrichtung 6' in seiner Transmission steuerbares Flüssigkristall-Element, aufweist. Darüber hinaus weist die Steuereinrichtung 6' gegenüber der Steuereinrichtung 6 einen Ausgang zur Ansteuerung des Modulators 27 auf und das in der Datenverarbeitungseinrichtung 5 abgearbeitete Computerprogramm ist zur Steuerung der Fluence nicht durch Ansteuerung des Lasers 7, sondern durch Änderung der Transmission des Modulators 27 ausgebildet.
Die Fluence des Lasers 7 wird nun so eingestellt, daß bei maximaler Transmission des Modulators 27 die maximal erforderliche Fluence zur Ablation gemäß dem Ablationsprogramm erreicht werden kann. Der Modulator 27 wird bei der Ablation entsprechend dem Ablationsprogramm so gesteuert, daß die auf die Oberfläche auftreffenden Pulse die gewünschte Energie bzw. Fluence besitzen.
In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms dargestellt, daß mit einem Instrument ausgeführt werden kann, das sich von dem Instrument 1 nur in der Programmierung der Datenverarbeitungseinrichtung 5 unterscheidet.
Das Verfahren ist in den Schritten S10 bis S20 identisch mit dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels, sodaß für diese Schritte die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und die Erläuterungen entsprechend gelten. Die Erstellung des Ablationsprogramms erfolgt hier jedoch iterativ und unter Berücksichtigung der Form des Strahlprofils mit einer Ortsauflösung, die größer ist als der Strahlquerschnitt.
Ausgehend von einem auf der Basis des Soll-Ablationsprofils erstellten vorläufigen Ablationsprogramm wird mit hoher Ortsauflösung ein vorhergesagtes Ist-Ablationsprofil D_I vorhergesagt. Die N Einzelpulskoordinaten seien beschrieben durch die Koordinaten (x_Pi, y_Pi, i = 1 .. N. Auf einem feinen Punktraster von M × M Punkten (x_m, y_m, m = 1, .. , M, für das x_m – x_m-1 << w und ebenso y_m – y_m-1 << w gilt, wird der Beitrag zur Ablationstiefe von jedem der N Einzelpulsen mit einer Ortsauflösung besser als der Strahlprofildurchmesser berechnet:
Es wird also an jeder Stelle des Abtragsprofils der korrekte lokale Neigungswinkel θ berücksichtigt und die Fluence um cos θ reduziert. Gleichzeitig wird die Form des Strahlprofils berücksichtigt. Dieses vorhergesagte Ablationsprofil wird nach weiteren Schritten zur Erstellung eines weiteren vorläufigen Ablationsprogramms verwendet. Genauer werden folgende Schritte durchgeführt.
In Schritt S38 wird zunächst ein Schleifenzähler j auf den Wert 1 für die erste Iterationsschleife gesetzt.
In Schritt S40 wird dann in der ersten Iterationsschleife j = 1 aus dem Soll-Ablationsprofil D_Soll,1 und in folgenden Iterationsschleifen j = 2, 3, ... aus modifizierten Soll-Ablationsprofilen D_Soll,j aus der vorhergehenden Iterationsschleife ein vorläufiges Ablationsprogramm in der aktuellen Iterationsschleife j mittels eines einfachen Erstellungsverfahrens erstellt, wobei bei der Erstellung des Ablationsprogramms nicht zugleich die Form des Strahlprofils und die Neigung der Oberfläche berücksichtigt werden. Beispielsweise kann dazu das oben genannte Verfahren DE 197 27 573 C1 verwendet werden.
In Schritt S42 wird dann unter Verwendung des „Blow-Off"-Modells ein Ist-Ablationsprofil D_Ij auf der Basis des vorläufigen Ablationsprogramms wie zuvor beschrieben vorhergesagt. Dazu wird ein Gitter von Stützpunkten in der x-y-Ebene verwendet, das wesentlich feiner ist, als die Ausdehnung des Laserstrahls, so daß dessen Form aufgelöst werden kann. Für jeden Puls wird dann an einem entsprechendem Stützpunkt entsprechend dem „Blow-off"-Model und entsprechend der dort tatsächlich wirksamen Fluence, das heißt der Fluence des Laserstrahls korrigiert um die Oberflächenneigung, eine Ablationstiefe berechnet, wobei in dem Fall, daß Teile mehrerer Pulse auf den gleichen Ort fallen, diese Ablationstiefen summiert werden.
In dem folgenden Schritt S44 werden dann an den Stützstellen des vorgegebenen Soll-Ablationsprofils Werte einer Teilmodifikationsfunktion K_j = D_Ij/D_Soll,1 ermittelt, die wiedergibt, wie weit das vorhergesagte Ist-Ablationsprofil D_Ij von dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil D_Soll,1 abweicht. Die Werte werden dann zwischengespeichert. Die durch die Werte gegebene Funktion wird nach der ersten Berechnung nochmals rechnerisch unter Verwendung eines Tiefpaßfilters geglättet.
In dem folgendem Schritt S46 wird dann überprüft, ob die in Schritt S44 ermittelten Werfe der Modifikationsfunktion und damit das Verhältnis der Ablationsprofile für alle betrachteten Orte bzw. Stützstellen (x, y) um weniger als ein vorgegebener Fehler e, beispielsweise 0,05, von 1 abweicht.
Tritt eine solche Abweichung auf, wird eine weitere Iterationsschleife durchlaufen, indem zunächst in einem Schritt S48 ein neues, modifiziertes Soll-Ablationsprofil D_{Soll, j+1} = D_Soll,j/K_j gebildet wird. Dieses dient dann in dem folgendem Schritt S40 als Grundlage zur Erstellung eines neuen vorläufigen Ablationsprogramms.
In Schritt S50 wird der Schleifenzähler j um 1 erhöht. Danach wird die nächste Iterationsschleife mit Schritt S40 begonnen.
Ist die Teilmodifikationsfunktion K_j hinreichend genau konstant 1, so wird dagegen nach Schritt S46 das Verfahren mit Schritt S52 fortgesetzt, in dem für jeden Ort bzw. jede Stützstelle (x, y) aus allen in den Iterationsschleifen ermittelten Werfen der Teilmodifikationsfunktionen K_j durch Produktbildung der Wert einer Modifikationsfunktion K(x, y) = K₁(x, y) ... K_j(x, y) ermittelt wird.
In Schritt S54 wird aus dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil D_Soll, durch Division der durch D_Soll,1, vorgegebenen Soll-Ablationstiefe an allen Stützstellen (x, y) durch den entsprechenden Wert der Modifikationsfunktion K für den Ort ein vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil D_Soll,mod ermittelt.
In Schritt S56 wird aus dem vorkompensierten Soll-Ablationsprofil D_Soll,mod wie in Schritt S26 in dem ersten Ausführungsbeispiel das zu verwendende Ablationsprogramm mit einem einfachen Erstellungsverfahren erstellt. Durch die Vorkompensation, d.h. die Modifikation mit der Modifikationsfunktion K, ist das vorgegebene Soll-Ablationsprofil derart verändert, daß Fehler, die bei der Verwendung des einfachen Erstellungsverfahrens zur Erstellung eines Ablationsprogramms unmittelbar aus dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durch Vernachlässigung der Einflüsse der Form des Strahlprofils und der Oberflächenneigung entstehen würden, schon vor Erstellung kompensiert werden, d.h. das erstellte, zu verwendende Ablationsprogramm führt bei Ablation entsprechend dem Programm in sehr guter Näherung zu dem gewünschten Soll-Ablationsprofil.
In Schritt S58 können dann entsprechende Steuerbefehle an den Laser 7 und/oder die Ablenkeinrichtung 8 gemäß dem Ablationsprogramm ausgegeben werden, um das gewünschte Soll-Ablationsprofil von der Oberfläche abzutragen.
In 11a ist eine horizontale Schnittkurve durch das Zentrum des sphärischen Ablationsprofils auf einem Gebiet mit 8 mm Durchmesser dargestellt, das von einer Kugel mit Radius 7,86 mm ablatiert werden soll. Die durchgezogene Linie gibt dabei das vorhergesagte Ist-Profil D_E wieder, das sich bei einer gegenüber dem Laserstrahl 3 nicht geneigten Oberfläche ergeben würde, die gestrichelte Linie dagegen das Ist-Ablationsprofil D_I,1 bei Berücksichtigung der Neigung und der Form des Strahlprofils. 11 b zeigt die Differenz zwischen diesen beiden Kurven.
Das Ergebnis des Verfahrens des letzten Ausführungsbeispiels ist in 5 den Ergebnissen der beiden zuvor beschrieben Verfahren gegenübergestellt. Dabei wurde die Modifikationsfunktion nach vollständigem Durchlaufen einer ersten Iteration durch schwarze Quadrate dargestellt. Man erkennt, daß in größerer Entfernung von dem Zentrum der Kugelkappe, das heißt bei größeren Neigungswinkeln, die Abweichungen von dem Modifikationsfaktor, der die Form des Strahlprofils nicht berücksichtigt, nochmals deutlich größer sind, so daß für dieses Verfahren bessere Ablationsergebnisse zu erwarten sind.
Es zeigt sich, daß eine hinreichend gute Vorkompensation von Fehlern bereits erreicht wird, wenn nur eine Iteration durchgeführt wird, d.h. j = 1 gesetzt wird. Bei einer modifizierten Ausführungsform werden daher die Schritte S38 und S46 bis S52 fortgelassen, wobei in Schritt S44 unmittelbar die Werte der Modifikationsfunktion K ermittelt werden, die dann der ersten Teilmodifikationsfunktion entspricht. Die Erstellung des Ablationsprogramms erfolgt dann besonders schnell. Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 und damit die Erstellungsvorrichtung ist entsprechend zur Durchführung des Verfahrens programmiert.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, daß die Neigungsdaten und die Daten für das Soll-Ablationsprofil in dem gleichen Koordinatensystem gegeben sind. Dies ist jedoch nicht notwendig, vielmehr können bei einem modifizierten Verfahren zu Beginn Daten eingegeben werden, die die Relativlage der Ursprünge der entsprechenden Koordinatensysteme wiedergeben, so daß nach dem Einlesen der entsprechenden Daten durch eine einfache Verschiebung die Neigungsdaten und das Soll-Ablationsprofil in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Strahl mit einer besonders günstigen Strahlprofilform an der zu ablatierenden Oberfläche verwendet. Das Strahlprofil ist so geformt, daß alle Bereiche der zweidimensionalen Fluence- bzw. Energieverteilung oberhalb des Schwellwertes F_thr für die Ablation liegen. Ein Beispiel für ein solches Strahlprofil ist in 12 gezeigt. Das Strahlprofil geht aus einem Gaußprofil hervor, bei dem die Flanken entsprechend dem genannten Kriterium abgeschnitten sind.
Bei Verwendung eines solchen Strahlprofils wirkt der gesamte Strahlquerschnitt an der Oberfläche ablatierend, so daß eine thermische Belastung benachbarter Bereiche minimiert werden kann.
Die Formung eines solchen Strahlprofils kann durch eine Blende bewirkt werden, die die gewünschten Teile eines Ausgangsstrahlprofils abschneidet. In einem solchen Fall wird der auf die Blende fallende Teil der Laserenergie nicht genutzt, was in energiekritischen Anwendungen nachteilig ist. Der Effekt der geringeren thermischen Belastung der zu bearbeitenden Oberfläche ist hier allerdings auch gegeben.
Vorzugsweise wird zur Strahlformung ein mikrooptisches Element verwendet, das auf diffraktive oder refraktive Weise direkt die gewünschte Intensitätsverteilung erzeugt. In WO99/20429 A1 und DE 196 23 749 A1 sind entsprechende mikrooptische Elemente zur Erzeugung einer gaußförmigen Intensitätsverteilung beschrieben. Beispielsweise kann ein statisches refraktives Mikrolinsenarray verwendet werden, bei dem durch die Größenverteilung der Mikrolinsen eine vorgegebene Winkelverteilung der Strahlung festgelegt wird. Das mikrooptische Element ordnet den einfallenden Laserstrahl mit hoher Effektivität so um, daß das resultierende, umgeformte Strahlprofil der gewünschten Intensitätsverteilung entspricht, jedoch dabei keine Energie- bzw. Leistungsanteile verloren gehen.
Damit kann nicht nur die thermische Belastung der zu bearbeitenden Oberfläche reduziert, sondern auch erheblich Energie gespart werden, was besonders bei Anwendungen, bei denen die Strahlenergie des Lasers kritisch ist, vorteilhaft ist. Bei einem abgeschnittenen („truncated") Gaußprofil, dessen Spitzenfluence das vierfache der Schwellfluence beträgt und dessen Fluence-Anteile unterhalb der Schwellfluence wegfallen, können gegenüber dem vollständigen Gaußprofil etwa 25 % der Energie bei gleicher Ablationswirkung eingespart werden. Dies bedeutet gleichzeitig, daß die thermische Erwärmung der zu bearbeitenden Oberfläche bzw. im Fall einer Behandlung des Auges, des Gewebes, nicht in Wärme umgesetzt wird, was besonders im Bereich der Hornhautchirurgie ein großer Vorteil sein kann. Solche Strahlprofile können für beliebige Spot-Scanning-Ablationsverfahren und insbesondere auch die erfindungsgemäßen Ablationsverfahren eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms für eine Ablation von Material von einer Oberfläche (2') eines Körpers (2) gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durch die Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls (3) auf die Oberfläche (2'), wobei das Ablationsprogramm aus dem Soll-Ablationsprofil in Abhängigkeit von der Form eines Strahlprofils des Laserstrahls (3) und von einer Neigung der zu ablatierenden Oberfläche (2') erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Berücksichtigung der Neigung der Oberfläche (2') und der Form des Strahlprofils aus dem Soll-Ablationsprofil in Abhängigkeit von wenigstens der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche (2') an einem jeweiligen Zielort auf der Oberfläche (2') ein vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil ermittelt wird, und aus dem vorkompensierten Soll-Ablationsprofil das Ablationsprogramm erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem für wenigstens zwei zu ablatierende Bereiche der Oberfläche (2') jeweils ein Wert einer Modifikationsfunktion in Abhängigkeit von wenigstens der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche (2') in. dem jeweiligen Bereich ermittelt werden und das vorkompensierte Soll-Ablationsprofil unter Verwendung des Soll-Ablationsprofils und der Werte der Modifikationsfunktion ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Modifikationsfunktion zusätzlich von der Intensität, der Energie oder der Fluence der bei der Ablation zu verwendenden Pulse abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus dem Soll-Ablationsprofil ein vorläufiges Ablationsprogramm ermittelt wird, für wenigstens einen der abzugebenden Pulse ein Soll-Wert für dessen Energie oder Fluence in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils, der Neigung der Oberfläche (2') in dem Bereich, auf den der Puls abgegeben werden soll, und von einer Vorhersage der Ablationstiefe bei Verwendung des vorläufigen Ablationsprogramms ermittelt wird, und das erstellte Ablationsprogramm den Zielort des Pulses gemäß dem vorläufigen Ablationsprogramm und den ermittelten Soll-Wert für die Energie oder Fluence des Pulses umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus dem Soll-Ablationsprofil ein vorläufiges Ablationsprogramm ermittelt wird, unter Verwendung des vorläufigen Ablationsprogramms ein vorhergesagtes Ablationsprofil in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche (2') vorhergesagt wird, und unter Verwendung des vorhergesagten Ablationsprofils das zu verwendende Ablationsprogramm erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das vorhergesagte Ablationsprofil an wenigstens zwei Punkten ermittelt wird, die weniger als der Durchmesser des Laserstrahls (3) auf der Oberfläche (2') des Körpers (2) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem unter Verwendung des vorhergesagten Ablationsprofils und des vorgegebenen Soll-Ablationsprofils ein vorkompensiertes Soll-Ablationsprofil ermittelt und das zu verwendende Ablationsprogramm aus dem vorkompensierten Soll-Ablationsprofil erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Erstellung des zu verwendenden Ablationsprogramms iterativ erfolgt, indem in einer aktuellen Iterationsschleife aus einem in einer vorhergehenden Iterationsschleife ermittelten modifizierten Soll-Ablationsprofil ein vorläufiges Ablationsprogramm ermittelt wird, ausgehend von dem vorläufigen Ablationsprogramm in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche (2') ein aktuelles vorhergesagtes Ablationsprofil vorhergesagt wird, unter Verwendung des aktuellen vorhergesagten Ablationsprofils ein aktuelles modifiziertes Soll-Ablationsprofil ermittelt wird und nach der letzten Iterationsschleife das zu verwendende Ablationsprogramm in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil und wenigstens einem der modifizierten Soll-Ablationsprofile erstellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Modell verwendet wird, mittels dessen für einen Puls in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils der Verlauf der Ablationstiefe vorhersagbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Erstellung des Ablationsprogramms das Strahlprofil vermessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Erstellung des Ablationsprogramms Topographiedaten der Oberfläche (2') erfaßt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Erstellung des Ablationsprogramms Daten zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils erfaßt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Daten eingelesen werden, die die Lage eines Bezugspunkts eines Koordinatensystems für die zu ablatierende Oberfläche (2') und/oder eines Bezugspunkts eines Koordinatensystems für das Soll-Ablationsprofil wiedergeben.
Verfahren zur Ablation von Material von einer Oberfläche (2') eines Körpers (2) gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil mittels eines über die Oberfläche (2') geführten, gepulsten Laserstrahls (3) mit einer vorgegebenen Form des Strahlprofils, bei dem mit einem Erstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ein Ablationsprogramm erstellt wird, und Pulse des Laserstrahls (3) entsprechend dem erstellten Ablationsprogramm auf die Oberfläche (2') gelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem zur Einstellung der Energie oder Fluence eines Pulses der Laserstrahl (3) abgeschwächt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zur Einstellung der Energie oder Fluence eines Pulses der zur Abgabe des gepulsten Laserstrahls (3) verwendeten Laser gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem für wenigstens zwei Pulse deren Energie oder Fluence in Abhängigkeit von der Form des Strahlprofils und der Neigung der Oberfläche (2') in dem jeweiligen Bereich, auf den der jeweilige Puls abgegeben wird, während der Ablation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem ein Laserstrahl (3) verwendet wird, der nahe der Oberfläche (2') des Körpers (2) ein Strahlprofil aufweist, das über den gesamten Querschnitt eine vorgegebene Mindestintensität oder Mindestfluence nicht unterschreitet.
Vorrichtung zur Erstellung eines Ablationsprogramms für die Ablation von Material von einer Oberfläche (2') gemäß einem Soll-Ablationsprofil durch Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls (3) auf die Oberfläche (2'), wobei die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung (5) aufweist, die zur Durchführung eines Erstellungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, mit einer Steuereinrichtung (6; 6'), mittels derer ein Lasers (7) zur Abgabe des Laserstrahls (3) und/oder eine Ablenkeinrichtung (8) zur Ablenkung des Laserstrahls (3) gemäß einem erstellten Ablationsprogramm ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Steuereinrichtung (6') zur Ansteuerung eines den Laserstrahl (3) schwächenden Modulators ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei der Datenverarbeitungseinrichtung (5) eine Schnittstelle (13, 13') zur Eingabe von Daten, die die Form des Strahlprofils des Laserstrahls (3) charakterisieren, umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, mit einer Einrichtung (16) zur Erfassung des Strahlprofils des Laserstrahls (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, mit einer Einrichtung (9) zur Erfassung von Topographiedaten der zu ablatierenden Oberfläche (2').
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, mit einer Einrichtung (10) zur Erfassung von Daten zur Ermittlung des Soll-Ablationsprofils.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, die eine Eingabeschnittstelle umfaßt, mittels derer ein Bezugspunkt eines Koordinatensystems für die zu ablatierenden Oberfläche (2') und/oder ein Bezugspunkt eines Koordinatensystems für das Soll-Ablationsprofil eingebbar sind.
Vorrichtung zur Ablation von Material von einer Oberfläche (2') eines Körpers (2), die einen Laser zur Abgabe eines gepulsten Laserstrahls (3), eine Ablenkeinrichtung zur gesteuerten Ablenkung des Laserstrahls (3) und eine Erstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27 umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 28, die eine Erstellungsvorrichtung nach Anspruch 22 oder nach Anspruch 22 und einem der Ansprüche 23 bis 27 und einen mit der Steuereinrichtung (6') verbundenen Modulator (27), der den Laserstrahl (3) auf Ansteuerung durch die Steuereinrichtung (6') schwächt, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, die eine strahlformende Einrichtung aufweist, die ein Strahlprofil des Laserstrahls (3) so formt, daß wenigstens nahe der Oberfläche (2') des Kör pers (2) das Strahlprofil über den gesamten Querschnitt eine vorgegebene Mindestintensität oder Mindestfluence nicht unterschreitet.
Computerprogramm mit Programmcode, um ein Erstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprodukt mit Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist, um ein Erstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.