DE102006036085A1

DE102006036085A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem Excimer-Laser

Info

Publication number: DE102006036085A1
Application number: DE102006036085A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr. Hegels
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Technolas Perfect Vision GmbH
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-07
Also published as: WO2008015175A1; AU2007280515B2; AU2007280515A1; US9636256B2; CA2660468C; ES2337523T3; CA2660468A1; DE602007003381D1; EP2049053A1; EP2049053B1; JP2009545349A; KR20090054433A; US20090306635A1; US20150173946A1; KR101401823B1; US20160346120A9; CN101677873A; CN101677873B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem Excimer-Laser, das die Schritte aufweist: Bereitstellen von Informationen bezüglich eines gewünschten Ablationsprofils, Berechnen der Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils, Verwenden einer Kostenfunktion zum Setzen von Laserschüssen des Excimer-Lasers auf Gitterpositionen, wobei, beruhend auf der berechneten Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils, ein Schwellenwert bestimmt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem Excimer-Laser, wobei insbesondere ein Dithering-Algorithmus verwendet wird. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung der Laserschußdatei geeignet, wenn eine Laserbehandlung eines Auges durchgeführt wird oder wenn eine kundenspezifische Kontaktlinse oder eine Intraokularlinse (IOL) durch Laserablation hergestellt wird.
Beschreibung der verwandten Technik
US 6,090,100 betrifft ein Excimer-Lasersystem zur Korrektur der Sehkraft mit verminderten thermischen Auswirkungen. Es betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Excimer-Lasersystems zur Entfernung von Gewebe vom Auge, um verschiedene Arten von Korrekturen durchzuführen, wie eine Korrektur der Myopie, der Hyperopie und des Astigmatismus. In einer offenbarten Ausführungsform liefert das Excimer-Lasersystem eine verhältnismäßig große Fleckgröße, die eine verhältnismäßig große Abdeckung des Behandlungsgebiets pro Schuß liefert. Während solche großen Fleckgrößen verwendet werden, sind die Schüsse im allgemeinen nicht „aneinandergrenzend", sondern überlappen sich stattdessen, um den gewünschten Ablationsgrad an einem bestimmten Punkt zu erzeugen. Zur Berechnung des Resultats der sich überlappenden Schüsse wird ein Algorithmus verwendet. In einem Verfahren zur Berechnung von Behandlungsmustern, die große, feste Fleckgrößen verwenden, die über das Behandlungsgebiet verteilt sind, wird ein Dithering-Algorithmus verwendet. Es wird insbesondere auf ein rechtecki ges Dithering, kreisförmiges Dithering und zeilenorientiertes Dithering bezug genommen. Bei der Verwendung irgendeiner Art von Schuß-Dithering-Verfahren wird eine Anordnung von Schüssen für eine feste Fleckgröße erzeugt, die sich über ein Behandlungsgebiet ausbreitet, um auf den gewünschten Ablationsgrad zu korrigieren. Für die jeweilige Anordnung wird ein Gitter mit einer konstanten Gitterweite zwischen einzelnen Gitterpositionen verwendet. Bei den bekannten Dithering-Verfahren muß die Form des gewünschten Ablationsprofils, das üblicherweise ein kontinuierliches Profil ist, in eine ganzzahlige diskrete Dichteverteilung übertragen werden. Hier repräsentiert das kontinuierliche Profil eine geplante Ablation und die ganzzahlige diskrete Dichteverteilung repräsentiert eine Reihe von Ablations-Laserimpulsen mit fliegendem Fleck. Die restliche Struktur, d.h. der Unterschied zwischen dem geplanten und dem erreichten Profil muß minimiert werden. Es können im Prinzip numerisch exakte Lösungen gefunden werden, jedoch nicht in einer vernünftigen Zeit. Daher werden für diesen Zweck Dithering-Algorithmen verwendet. Das Profil wird auf einem gegebenen Gitter diskretisiert. Unter Verwendung einer Kostenfunktion oder Leistungsfunktion entscheidet der Algorithmus für jede Position des Gitters, ob ein Schuß platziert werden soll oder nicht. Für diese Entscheidung werden üblicherweise nur einige benachbarte Positionen des Gitters berücksichtigt. Dieser Dithering-Algorithmus spart Rechenzeit, ohne die Notwendigkeit, daß die wirkliche Größe des Flecks berücksichtigt wird. Es reicht aus, das Schußvolumen zu kennen, das mit einem Laserschuß abgetragen wird. Jedoch erzeugen die bekannten Dithering-Algorithmen unter bestimmten Umständen in Teilen des Profils Artefakte, z.B. in Regionen niedriger Dichte, wo der nächste benachbarte Schuß zu weit entfernt ist. Artefakte können auch in Regionen hoher Dichte erzeugt werden, wo an nahezu jeder Position ein Schuß gesetzt wird. Die Positionen ohne einen Schuß weisen außerdem einen zu großen Abstand für die Annahme auf, daß nur einige Nachbarpositionen benötigt werden.
Was den allgemeinen Hintergrund der Dithering-Algorithmen angeht, wird auf US 6,271,936 31 bezug genommen, das das Gebiet der digitalen Bildbearbeitung betrifft. Es betrifft insbesondere ein Verfahren zur digitalen Mehrstufenrasterung eines Bildes mit kontinuierlichen Tönen mittels Fehlerverteilungs-, Dithering- und Übermodulationsverfahren. Es wird auf das Problem bezug genommen, daß ein Artefakt wie Würmer auftreten kann, die gebildet werden, wenn sich die schwarzen oder weißen Ausgangspixel in einem Gebiet miteinander zu verketten scheinen, das andernfalls einheitlich sein sollte. Wobei dieses US-Patent eine detaillierte Beschreibung dieser bekannten Verfahren gibt, betrifft es ein völlig anderes technisches Gebiet. Neben anderen Unterschieden verwenden bekannte Laserdruckersysteme eine jeweilige feste Auflösung, die als eine Anzahl von Punkten pro Inch angegeben wird, d.h. eine höhere Anzahl von Punkten pro Inch führt zu einer besseren Auflösung. Überdies hat ein bekannter Laserdrucker kein Problem mit sich überlappenden und berührenden Punkten, da dies nicht zu einer zusätzlichen Schwärzung führt, wenn eine Stelle zweimal oder häufiger getroffen wird. Um ein Bild zu erzeugen, kann vielmehr ein bestimmter lokaler Bereich des Bildes mit einem bestimmten Graupegel erzeugt werden, indem eine entsprechende Anzahl von Punkten in diesem lokalen Bereich aufgetragen wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem refraktiven Excimer-Laser bereitzustellen, wobei die Differenz zwischen dem geplanten und dem erzielten Profil minimiert wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Ein gewünschtes Ablationsprofil zur Korrektur zum Beispiel der Myopie weist im mittleren Teil der Behandlungszone eine maximale Schußdichte auf, wohingegen längs der Umfangsbegrenzung der Behandlungszone eine minimale Schußdichte vorhanden ist. Folglich ist die Anzahl der Laserschüsse, die auf den mittleren Teil der Behandlungszone angewendet werden soll, höher als in anderen Teilbereichen insbesondere längs der Begrenzung der Behandlungszone.
Für die Korrektur zum Beispiel der Hyperopie ist die minimale Schußdichte im mittleren Teil der Behandlungszone vorhanden. Hingegen benötigt das Ablationsprofil längs einer Umfangsbegrenzung der Behandlungszone eine höhere Anzahl von Laserschüssen.
Die Erfindung ist im allgemeinen für jedes Ablationsprofil anwendbar, wobei Teilbereiche mit unterschiedlichen Schußdichten untersucht werden, um jeden Teilbereich mit einer maximalen Schußdichte und/oder jeden Teilbereich mit einer minimalen Schußdichte zu bestimmen.
Das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung beruht auf der Idee, den Dithering-Algorithmus anzupassen, der zum Platzieren von Laserschüssen des Excimer-Lasers verwendet wird, wenn ein gegebenes Ablationsprofil auf ein gegebenes Gitter diskretisiert wird. Unter Verwendung einer Kostenfunktion entscheidet der Dithering-Algorithmus für jede Position eines Gitters, ob ein Schuß gesetzt werden soll. Insbesondere wird zuerst die Schußdichte zum Erhalten eines vorgegebenen gewünschten Ablationsprofils berechnet. Abhängig von der berechneten Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils wird der Dithering-Algorithmus angepaßt, indem ein dynamischer Schwellenwert verwendet wird, der in einer Kostenfunktion zur Schußberechnung verwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Schwellenwert abhängig von der minimalen Schußdichte und/oder der maximalen Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils aus mindestens zwei unterschiedlichen Schwellenwerten ausgewählt. Im allgemeinen wird für ein gewünschtes Ablationsprofil mit niedrigen Schußdichten ein niedriger Schwellenwert verwendet. Für ein gewünschtes Ablationsprofil mit hohen Schußdichten wird ein höherer Schwellenwert verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein erster Schwellenwert ein Wert innerhalb des Bereichs von 0% bis 20% der maximalen Schußdichte des Ablationsprofils. Alternativ oder zusätzlich ist ein zweiter Schwellenwert ein Wert innerhalb des Bereichs von 20% bis 80% der maximalen Schußdichte. Alternativ oder zusätzlich ist ein dritter Schwellenwert ein Wert innerhalb des Bereichs von 80% bis 100% der maximalen Schußdichte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mehr als drei unterschiedliche Schwellenwerte verwendet und bevorzugter hängt der Schwellenwert „TV(x, y)" mit der Schußdichte „D(x, y)" gemäß der folgenden Gleichung (1) zusammen: TV(x, y) = f(D(x, y)) (1)
Bevorzugter gibt es eine lineare Beziehung zwischen dem Schwellenwert „TV(x, y)" und „D(x, y)" gemäß der folgenden Gleichung (2): TV(x, y) = a·D(x, y) (2)wobei „a" ein positiver Faktor innerhalb des Bereichs von 0 < a ≤ 1,5 ist und wobei „x" und „y" die Koordinaten der Gitterposition sind, für die die Berechnung vorgenommen wird.
Vorzugsweise wird der Schwellenwert für jede Gitterposition gemäß der Dichtefunktion eingestellt. Bevorzugter wird der Schwellenwert auf einen Wert eingestellt, der gleich oder nahe dem Wert der Dichtefunktion an einer jeweiligen Gitterposition ist.
Der Schwellenwert ist vorzugsweise mindestens ein Wert innerhalb des Bereichs von 80% bis 110%, bevorzugter von 90% bis 100% des Werts der Dichtefunktion an einer jeweiligen Gitterposition. Folglich ist der Faktor „a" der Gleichung (1) ein Wert, der vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,1, bevorzugter von 0,9 bis 1,0 liegt. Die besten Ergebnisse können mit a = 1 erzielt werden.
Eine lokale Schußdichte D(x, y) innerhalb eines Teilbereichs um eine Gitterposition P(x, y) wird aus einem Ablationsprofil z(x, y) innerhalb des jeweiligen Teilbereichs mittels des Ablationsvolumens eines einzelnen Laserschusses V_Shot und einer gegebenen Weite G berechnet, wobei die folgende Gleichung verwendet wird: D(x, y) = z(x, y)·G2/VShot (3)
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Dithering-Algorithmus zur Berechnung der Plazierung der Laserschüsse des Excimer-Lasers auf Gitterpositionen verwendet. Der Dithering-Algorithmus wird an das gewünschte Ablationsprofil angepaßt, indem die optimierte Gitterweite für das Gitter bestimmt wird, das für den Dithering-Algorithmus verwendet werden soll. Für eine detailliertere Beschreibung dieses Aspekts, die Gitterweite zu optimieren, wird auf die mitanhängige Patentanmeldung des gegenwärtigen Anmelders mit dem Titel „Method and apparatus for calculating a laser shot file for use in a refractive excimer laser" verwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird mit der folgenden Gleichung die Gitterweite für einen Maximalwert des Profils z_max(x, y) und für eine gewünschte Maximaldichte D_max(x, y) gefunden:
Mit der Gleichung 3 wird die lokale Schußdichte um das Minimum des gewünschten Profils mit einer gegebenen Gitterweite berechnet. Vorzugsweise wird die Gitterweite mit der Gleichung 4 berechnet. Der Einfluß der dynamischen Schwelle wird mittels zweier Beispiele erläutert. Als erstes Beispiel wird eine Behandlung mittels einer Behandlungszone von etwa 5,5 mm für eine gewünschte Korrektur von +4 dpt ausgewählt. Diese Hyperopiekorrektur weist das Maximum der Ablation längs eines ringförmigen Abschnitts auf, der das Zentrum umgibt. Die gewünschte Tiefe beträgt annähernd 26 μm. Es werden etwa 445 Laserschüsse benötigt, um mit einem typischen Excimer-Behandlungslaser ein Ergebnis zu erzielen. Um längs des ringförmigen Abschnitts Schußdichten von etwa 18% zu erhalten, wird eine Gitterweite von 98 μm gewählt. In diesem Beispiel wird eine Ablation mittels einer konstanten Schwelle berechnet. In einem zweiten Beispiel einer Ablation beträgt die Behandlungszone wieder 5,5 mm und die Korrektur beträgt +4 dpt. Die gewünschte maximale Tiefe beträgt ebenfalls etwa 126 μm, und es werden etwa 445 Laserschüsse benötigt. Für das zweite Beispiel wird eine dynamische Schwelle verwendet. Das zweite Beispiel zeigt den Vorteil, eine dynamische Schwelle zu verwenden, wenn die Ablation berechnet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein gewünschtes Ablationsprofil in mindestens zwei Ablationsteilprofile unterteilt. Dann wird für jedes Ablationsteilprofil die jeweilige Schußdichte berechnet, und es wird beruhend auf der jeweiligen berechneten Dichte des Ablationsteilprofils eine jeweilige Gitterweite bestimmt. Jedes Teilprofil wird mittels der dynamischen Schwelle berechnet. Folglich wird für ein gewünschtes Ablationsprofil, wo der Kontrast zu hoch ist, d.h. eine Differenz zwischen der maximalen Schußdichte und der minimalen Schußdichte zu hoch ist, die Berechnung der Laserschußdatei in zwei oder mehr Durchläufen vorgenommen, wobei vorzugsweise unterschiedliche Gitterkonstanten oder Gitterweiten für jedes jeweilige Ablationsteilprofil verwendet werden, die zu einer entsprechenden Laserschußdatei führen. Danach können die zwei oder mehreren Laserschußdateien zu einer einzigen Laserschußdatei kombiniert werden.
Erfindungsgemäß werden die berechneten, platzierten Laserschüsse in einem weiteren Schritt des Sortierens verarbeitet, um eine Laserschußabfolge zu erhalten. Das Sortieren wird unter Berücksichtigung dessen durchgeführt, daß jegliche thermischen Effekte vermieden werden sollten, d.h. es werden vorzugsweise zwei aufeinanderfolgende Laserschüsse auf unterschiedlichen Gitterpositionen in der Behandlungszone platziert, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:
1A ein Diagramm, das die Lage von Laserflecken für einen ersten Test zeigt, wobei ein konstanter Schwellenwert verwendet wird,
1B ein Diagramm, das das geplante und das erzielte Profil als Querschnitt längs der horizontalen Achse der 1A zeigt,
1C ein Diagramm, das das geplante und das erzielte Profil als Querschnitt längs der vertikalen Achse der 1A zeigt,
2A ein Diagramm, das die Lage von Laserflecken für einen zweiten Test zeigt, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein dynamischer Schwellenwert verwendet wird,
2B ein Diagramm, das das geplante und das erzielte Profil als einen Querschnitt längs der horizontalen Achse der 2A zeigt,
2C ein Diagramm, das das geplante und das erzielte Profil als einen Querschnitt längs der vertikalen Achse der 2A zeigt,
3 ein Ablaufdiagramm mit einer Berechnung von Laserimpulsmustern mit einem Dithering-Algorithmus, und
4 ein Beispiel eines Teilgitters mit Gewichtungsfaktoren, die zur Gewichtung benachbarter Fehlerwerte verwendbar sind.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die 1A, 1B und 1C zeigen die simulierte Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem Excimer-Laser zur Korrektur einer Hyperopie mit einem Wert von etwa +4 Dioptrien, wobei ein typischer Excimer-Laser für refraktive Behandlungen verwendet wird, innerhalb einer Behandlungszone mit einem Durchmesser von 5,5 mm und wobei ein Laserfleck mit einem Durchmesser von 1 mm verwendet wird. In diesem simulierten ersten Test beträgt die Gitterweite 98 μm. Folglich beträgt der Abstand zwischen zwei Nachbargitterpunkten 98 μm. In diesem Beispiel sind die Gitterpunkte in Reihen und Spalten angeordnet. Insgesamt werden 445 Laserschüsse zum Erzielen der Ablation verwendet. Abhängig vom Ablationsvolumen eines einzelnen Schusses wird erwartet, daß die resultierende Behandlung eine Refraktion der besagten etwa +4 Dioptrien aufweist. Das Diagramm der 1A zeigt die jeweilige Mittenposition jedes der 445 Laserschüsse, die zu einer der Gitterpositionen gehört, die jeweils mit einem „+"-Zeichen markiert sind. In der oberen rechten Ecke der 1A wird schematisch das Gitter gezeigt, das eine Gitterweite von 98 μm aufweist. Jede der gezeigten Laserschußmittenpositionen ist auf einem Gitterpunkt dieses Gitters angeordnet. Das Diagramm der 1B zeigt als eine gestrichelte Linie das gewünschte Ablationsprofil, d.h. die Ablationstiefe in μm bezüglich einer jeweiligen X-Position. Die Ablationstiefe beträgt in einem Ringabschnitt der Behandlungszone an etwa den x-Positionen -2 und +2 annähernd 26 μm und ist im Mittelabschnitt und an beiden Seiten kleiner. Die Ablationstiefe ist im Mittelabschnitt fast null. Es zeigt ferner das simulierte resultierende Ablationsprofil als eine durchgezogene Linie als einen Querschnitt, der längs der horizontalen Achse durch den Punkt 0-0 in 1A aufgenommen ist. Entsprechend zeigt 1C das gewünschte Ablationsprofil als gestrichelte Linie, die als ein Querschnitt längs der vertikalen Achse durch den Punkt 0-0 in 1A aufgenommen ist. 1C zeigt ferner das resultierende Ablationsprofil als eine kontinuierliche Linie, die als ein Querschnitt längs der vertikalen Achse durch den Punkt 0-0 der 1A aufgenommen ist. In 1 beträgt die durchschnittliche Schußdichte innerhalb der Behandlungszone, die in diesem Beispiel einen Durchmesser von 5,5 mm aufweist, etwa 18% (1A). Die jeweiligen Mittenpositionen der Laserschüsse sind innerhalb eines Bereichs von ±2,7 mm in die X-Richtung und ±2,7 mm in die Y-Richtung platziert.
Die 2A, 2B und 2C zeigen die Ergebnisse eines ähnlichen zweiten Tests wie in den 1A, 1B und 1C mit der Ausnahme der Verwendung einer dynamischen Schwelle. Insbesondere ist in diesem Test die Schußdichte D(x, y) als der Schwellenwert TV(x, y) verwendet worden. Folglich wird der Faktor „a" in der obigen Gleichung (2) als a = 1 ausgewählt.
Die Verwendung eines konstanten Schwellenwerts für den ersten Test verursacht Artefakte wie die zeilenweise Anordnung von Laserschußpositionen im unteren Teil der Ablation (1A). Wie zum Beispiel gezeigt, sind mehrere Laserschüsse an Gitterpositionen vorgesehen, die längs einer horizontalen unteren Linie mit einem engeren Abstand angeordnet sind. Ferner sind Laserschüsse an Gitterpositionen vorgesehen, die an einem größeren Abstand von dieser horizontalen unteren Linie angeordnet sind. Folglich sind die Laserschüsse nicht in einer gleichen Weise angeordnet, was zu einer Abweichung vom gewünschten Ablationsprofil führt (siehe 1C).
Ein Vergleich der Figuren für den ersten Test und den zweiten Test zeigt, daß das resultierende Ablationsprofil im zweiten Test besser ist, d.h. die Kurve des resultierenden Ablationsprofils folgt der Kurve des gewünschten Ablationsprofils besser (siehe 2B und 2C). Insbesondere zeigt 1C, daß das resultierende Ablationsprofil vom gewünschten Ablationsprofil abweicht, d.h. es gibt eine Verschiebung bezüglich des rechten Teils des gewünschten Ablationsprofils. Der Dithering-Algorithmus erzeugt Artefakte in Teilen des resultierenden Ablationsprofils, die von der Reihenfolge der Berechnung der Laserschüsse für jeweilige Gitterpositionen abhängen können. In Regionen mit Gradienten der Schußdichte werden die Schüsse verschoben. Die Verschiebung hängt von der Tiefe der gewünschten Ablation ab. Zusätzlich können als Würmer bezeichnete Artefakte eingeführt werden.
Indem ein Dithering-Algorithmus verwendet wird, sind die Eingabeparameter das Schußvolumen eines Laserschusses und das gewünschte Ablationsprofil. Es gibt keine Notwendigkeit, den Strahldurchmesser zu berücksichtigen, da der Dithering-Algorithmus unabhängig davon arbeitet. Der Dithering-Algorithmus liefert eine Laserschußdatei als Ausgabe. Insbesondere wird der Dithering-Algorithmus für die Platzierung von Laserschüssen des Excimer-Lasers auf Gitterpositionen verwendet. Vorzugsweise wird eine Kostenfunktion verwendet, um für jede Gitterposition zu entscheiden, ob ein Laserschuß platziert wird oder nicht. Hierin wird die Entscheidung vorzugsweise in Hinblick darauf getroffen, ob ein oder mehrere Laserschuß (schüsse) an einer Gitterposition(en) in der Nachbarschaft der gegebenen Gitterposition platziert wird (werden). Vorzugsweise wird ein Dithering-Algorithmus verwendet, wie er in US 6,090,100 offenbart wird.
Im folgenden wird ein bevorzugter Dithering-Algorithmus unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, die ein Ablaufdiagramm zeigt, das ein Beispiel für die Fehlerverteilung darstellt. Dieser Dithering-Algorithmus beruht auf dem Konzept der Fehlerverteilung. Vor dem Schritt der Fehlerverteilung wird das gewünschte Ablationsprofil z.B. beruhend auf der gewünschten Korrektur des Auges eines Patienten oder der Modifikation von Kontaktlinsen oder IOLs berechnet. Dieses Profil wird in einem Gitter mit einer spezifischen Gitterweite gespeichert. Zum Beispiel weist ein solches Gitter 256 × 256 Werte auf, die eine Fläche von 15² mm² abdecken. Die Fehlerverteilung kann dann an einer Kante innerhalb des Gitters begonnen werden und folgt im zeilenweise.
In einem ersten Schritt S1 werden das Ablationsprofil und die dynamische Schwelle mittels der Gleichung 1 bestimmt, und die aktive Dithering-Position wird auf einen Punkt an einer der Kanten des Gitters eingestellt. Optional wird eine gewünschte Gitterweite berechnet. Die aktive Dithering-Position repräsentiert die tatsächliche Position innerhalb des Gitters, die bearbeitet wird.
In einem nächsten Schritt S2 wird ein gewünschter Ablationswert für die aktive Dithering-Position erhalten. Im Schritt S3 wird dieser gewünschte Ablationswert mit einem Skalierungsfaktor f multipliziert. Der Skalierungsfaktor f berücksichtigt die unterschiedliche Größe des Laserimpulses und des Positionierungsschritts, d.h. die Gitterweite. Insbesondere wird der Skalierungsfaktor wie folgt berechnet, um die gewünschte Schußdichte an dieser Position zu erhalten (siehe Gleichung 3):
Für das oben erwähnte Gitter, das 256 × 256 Werte aufweist, die eine Fläche von 15² mm² abdecken, beträgt die Gitterweite 15 mm/256 = 58 μm. Folglich beträgt die Fläche des kleinsten Quadrats, um das der Laserstrahl geschickt werden kann, (58 μm)². Folglich wird die Anzahl der berechneten Impulse reduziert, um die Überlappung von Laserimpulsen zu berücksichtigen.
In einem nächsten Schritt S4 werden gewichtete benachbarte Fehler zum skalierten gewünschten Ablationswert für die aktive Dithering-Position addiert. Diese gewichteten benachbarten Fehler sind vorzugsweise die gewichtete Fehlersumme angrenzender Gitterpunkte, die schon verarbeitet worden sind. Es wird später ein Beispiel beschrieben.
In einem weiteren Schritt S5 wird eine Entscheidung getroffen, ob der erhaltene Wert größer als eine vorgegebene Schwelle ist. Folglich wird die Summe des Werts für den jeweiligen Gitterpunkt und der gewichteten Fehler der angrenzenden Gitterpunkte mit diesem Schwellenwert verglichen. Wenn der Wert nicht größer als die dynamische Schwelle T(x, y) ist, folgt Schritt S9. Wenn der Wert größer als die Schwelle ist, wird ein Laserimpuls für diese Gitterposition in Schritt S6 gesetzt. Es wird ein Laserimpuls von diesem Dichtewert subtrahiert. Dann wird im Schritt S7 festgestellt, ob ein neuer Wert immer noch größer als die Schwelle ist. Falls der neue Wert im Schritt S8 größer als die dynamische Schwelle ist, wird festgestellt, daß ein Schußüberlauffehler aufgetreten ist. Wenn es mit anderen Worten an einer Gitterposition notwendig wäre, mehr als einen Laserimpuls setzen, muß der Algorithmus mit einem Fehler abbrechen. Durch die Gitterweite, die mit der Gleichung 4 berechnet wird, kann dieser Fehler vermieden werden. In dieser exemplarischen Ausführung der Fehlerverteilung ist ein Maximum von einem Laserimpuls für jede Gitterposition zulässig.
Wenn hingegen der neue Wert im Schritt S9 nicht größer als eine dynamische Schwelle ist, wird dieser neue Wert als ein Fehler für diese besondere Gitterposition gespeichert. Er wird verwendet, wenn für die Berechnung bezüglich weiterer Dithering-Positionen benachbarte Positionen verarbeitet werden.
Im nächsten Schritt S10 wird entschieden, ob die Zeile vollständig ist; wenn nicht, wird im Schritt S11 ein nächster Punkt in derselben Zeile als eine aktive Position ausgewählt, und die obenerwähnte Verarbeitung wird wiederholt. Falls die Zeile vollständig ist, dann muß in Schritt S12 eine Entscheidung getroffen werden, ob es eine neue Zeile gibt; wenn ja, dann wird in Schritt S13 ein erster Punkt in der neuen Zeile als aktive Position ausgewählt und die Verarbeitung wird wiederholt. Wenn es anderseits keine neue Zeile gibt, dann endet die Verarbeitung mit Schritt S14. Der obenerwähnte Gitterpunktfehler repräsentiert den Ablationsfehler, der an einem besonderen Gitterpunkt geschehen ist. Für jeden verarbeiteten Gitterpunkt ist dieser Fehler die Summe des gewünschten Ablationswerts plus die gewichteten benachbarten Fehler minus die Laserimpulsablationstiefe (wenn ein Laserimpuls für diese Position gesetzt worden ist).
4 zeigt ein Beispiel für die Gewichtung von Fehlern benachbarter Gitterpunkte. Insbesondere zeigt 4 ein Teilgitter von 7 × 7 Gitterpunkten, wobei die aktive Dithering-Position in der Mitte gezeigt wird. In diesem Fall wird die Gewichtungsfunktion als 8/Abstand bestimmt, mit einem in Einheiten von Gitterpunkten gemessenen Abstand. Die Fehlersumme wird dann durch eine Division durch 70,736 normiert, was die Summe aller verwendeten Gewichtungsfaktoren ist. Wie aus 4 deut lich wird, zeigen die weißen Positionen Gitterpositionen an, die noch nicht verarbeitet sind. Bevor folglich entschieden wird, ob ein Laserimpuls an eine gegebene Gitterposition gesetzt werden soll, müssen die während der Verarbeitung angrenzender Gitterpunkte induzierten Fehler zum theoretischen Ablationswert für jenen Gitterpunkt addiert werden. Die Fehler der benachbarten Gitterpunkte werden nicht einfach addiert, sondern aufgrund ihres Abstands zum aktiven Gitterpunkt gewichtet. Die jeweiligen Gewichtungsfaktoren werden in 4 gezeigt. Es sollte beachtet werden, daß dies nur ein mögliches Verfahren zum Summieren der umgebenden Fehler ist, das ausgezeichnet arbeitet.
Es sollte beachtet werden, daß der oben beschriebene Dithering-Algorithmus nur ein Beispiel der Verwendung der vorliegenden Erfindung ist.
Es kann danach durch Verwendung eines getrennten Sortieralgorithmus eine Laserschußabfolge bestimmt werden. Es kann eine Sortierung durchgeführt werden, um thermische Effekte zu vermeiden. Folglich sollten alle zwei aufeinanderfolgenden Laserschüsse vorzugsweise an zwei Gitterpositionen in einem Abstand voneinander platziert werden. Vorzugsweise wird alle vier Schüsse ein Laserschuß in derselben Region wie der erste Schuß platziert.
Die vorhergehende Offenbarung und Beschreibung der Erfindung sind für sie veranschaulichend und erläuternd, und es können Änderungen im Aufbau und in der Arbeitsweise vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem Excimer-Laser vorzugsweise zur Durchführung einer refraktiven Laserbehandlung eines Auges oder zur Herstellung einer kundenspezifischen Kontaktlinse oder einer Intraokularlinse, das die Schritte aufweist: Bereitstellen von Informationen bezüglich eines gewünschten Ablationsprofils und Verwenden eines Dithering-Algorithmus, wobei der Dithering-Algorithmus durch Verwendung einer dynamischen Schwelle zur Berechnung der Laserschußdatei an das gewünschte Ablationsprofil angepaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte aufweist: Verwenden des Dithering-Algorithmus zum Diskretisieren des gewünschten Ablationsprofils auf ein gegebenes Gitter und Entscheiden für jede Gitterposition, ob ein Laserschuß des Excimer-Lasers auf dieser Gitterposition platziert werden soll.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Dithering-Algorithmus eine Kostenfunktion verwendet, um für jede Gitterposition festzustellen, ob ein Laserschuß des Excimer-Lasers auf die Gitterposition platziert werden soll.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner den Schritt des Berechnens einer Schußdichte zum Erhalten des gewünschten Ablationsprofils aufweist und wobei die dynamische Schwelle abhängig von der berechneten Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils definiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei abhängig vom gewünschten Ablationsprofil mindestens zwei unterschiedliche Schwellenwerte verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein erster Schwellenwert für ein gewünschtes Ablationsprofil mit niedrigen Schußdichten verwendet wird, und/oder ein zweiter Schwellenwert für ein gewünschtes Ablationsprofil mit hohen Schußdichten verwendet wird, wobei der erste Schwellenwert niedriger als der zweite Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Schwellenwert ein Wert innerhalb eines Bereichs von 0% bis 20% einer maximalen Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils ist, und/oder der zweite Schwellenwert ein Wert innerhalb eines Bereichs von 20% bis 80% der maximalen Schußdichte ist, und/oder ein dritter Schwellenwert ein Wert innerhalb eines Bereichs von 80% bis 100% der maximalen Schußdichte ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwert TV(x, y) mit der Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils D(x, y) gemäß der folgenden Gleichung in Beziehung steht: TV(x, y) = f(D(x, y))
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwert TV(x, y) mit der Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils D(x, y) gemäß der folgenden Gleichung linear in Beziehung steht: TV(x, y) = a·D (x, y)wobei a ein Faktor innerhalb des Bereichs von 0< a ≤ 1,5, bevorzugter von 0,8 ≤ a ≤ 1,1 und am bevorzugtesten a = 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schwellenwert auf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder nahe dem Wert der Schußdichte ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gitterweite des gegebenen Gitters beruhend auf der berechneten Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei im Entscheidungsschritt, ob ein Schuß auf eine gegebene Gitterposition platziert werden soll, eine entsprechende Entscheidung hinsichtlich der Gitterpositionen in der Nachbarschaft der gegebenen Gitterposition berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner den Schritt aufweist: Unterteilen eines gewünschten Ablationsprofils in mindestens zwei Ablationsteilprofile, Berechnen der Schußdichte jedes der Ablationsteilprofile und Festlegen einer jeweiligen Gitterweite beruhend auf der jeweiligen berechneten Schußdichte jedes der Ablationsteilprofile.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, das ferner den Schritt des Sortierens der berechneten platzierten Laserschüsse aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Excimer-Laser einen Laserstrahl mit einer festen Fleckgröße zwischen 0,5 mm und 3,5 mm Durchmesser, vorzugsweise mit einer festen Fleckgröße zwischen 1,0 und 2,0 mm Durchmesser liefert.
Vorrichtung zur Berechnung einer Laserschußdatei zur Verwendung in einem Excimer-Laser vorzugsweise zur Durchführung einer refraktiven Laserbehandlung eines Auges oder zur Herstellung einer kundenspezifischen Kontaktlinse oder einer Intraokularlinse, die eine Einrichtung zum Bereitstellen von Informationen bezüglich eines gewünschten Ablationsprofils und zum Verwenden eines Dithering-Algorithmus aufweist, wobei der Dithering-Algorithmus durch Verwendung einer dynamischen Schwelle zur Berechnung der Laserschußdatei an das gewünschte Ablationsprofil angepaßt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner, wenn der Dithering-Algorithmus verwendet wird, eine Einrichtung zum Diskretisieren des gewünschten Ablationsprofils auf ein gegebenes Gitter und eine Einrichtung zum Entscheiden für jede Gitterposition aufweist, ob ein Laserschuß des Excimer-Lasers auf dieser Gitterposition platziert werden soll, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Dithering-Algorithmus eine Kostenfunktion verwendet, um für jede Gitterposition festzustellen, ob ein Laserschuß des Excimer-Lasers auf die Gitterposition platziert werden soll.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, die ferner eine Einrichtung zum Berechnen einer Schußdichte zum Erhalten des gewünschten Ablationsprofils aufweist und wobei die dynamische Schwelle abhängig von der berechneten Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils definiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, die ferner eine Einrichtung aufweist, um abhängig vom gewünschten Ablationsprofil mindestens zwei unterschiedliche Schwellenwerte auszuwählen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei ein erster Schwellenwert für ein gewünschtes Ablationsprofil mit niedrigen Schußdichten ausgewählt wird, und/oder ein zweiter Schwellenwert für ein gewünschtes Ablationsprofil mit hohen Schußdichten ausgewählt wird, wobei der erste Schwellenwert niedriger als der zweite Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der erste Schwellenwert ein Wert innerhalb eines Bereichs von 0% bis 20% einer maximalen Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils ist, und/oder der zweite Schwellenwert ein Wert innerhalb eines Bereichs von 20% bis 80% der maximalen Schußdichte ist, und/oder ein dritter Schwellenwert ein Wert innerhalb eines Bereichs von 80% bis 100% der maximalen Schußdichte ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, die ferner eine Einrichtung zum Bestimmen des Schwellenwerts TV(x, y) in Bezug auf die Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils D(x, y) gemäß der Gleichung aufweist: TV(x, y) = f(D(x, y))
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, die ferner eine Einrichtung zum Bestimmen des Schwellenwerts TV(x, y) als eine lineare Beziehung zur Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils D(x, y) gemäß der folgenden Gleichung aufweist: TV(x, y) = a·D(x, y),wobei a ein Faktor innerhalb des Bereichs von 0 < a ≤ 1,5, bevorzugter von 0,8 ≤ a ≤ 1,1 und am bevorzugtesten a = 1 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, die ferner eine Einrichtung zum Setzen des Schwellenwerts auf einen Wert gleich oder nahe dem Wert der Schußdichte aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, die ferner eine Einrichtung zum Bestimmen einer Gitterweite des gege benen Gitters beruhend auf der berechneten Schußdichte des gewünschten Ablationsprofils aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei die Einrichtung zum Entscheiden, ob ein Schuß auf eine gegebene Gitterposition platziert werden soll, eine entsprechende Entscheidung hinsichtlich der Gitterpositionen in der Nachbarschaft der gegebenen Gitterposition verwendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, die ferner eine Einrichtung zum Unterteilen eines gewünschten Ablationsprofils in mindestens zwei Ablationsteilprofile, eine Einrichtung zum Berechnen der Schußdichte jedes der Ablationsteilprofile und eine Einrichtung zum Bestimmen einer jeweiligen Gitterweite beruhend auf der jeweiligen berechneten Schußdichte jedes der Ablationsteilprofile aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, die ferner eine Einrichtung zum Sortieren der berechneten platzierten Laserschüsse aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 29, wobei der Excimer-Laser einen Laserstrahl mit einer festen Fleckgröße zwischen 0,5 mm und 3,5 mm Durchmesser, vorzugsweise mit einer festen Fleckgröße zwischen 1,0 und 2,0 mm Durchmesser liefert.