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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden von Schnittflächen in einem transparenten Material, insbesondere in der Augenhornhaut, durch Erzeugen optischer Durchbrüche im Material mittels ins Material fokussierter Laserstrahlung, wobei der Fokuspunkt vorzugsweise dreidimensional verstellt wird, um die Schnittfläche durch Aneinanderreihung der optischen Durchbrüche zu bilden. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zum Ausbilden von Schnittflächen in einem transparenten Material, insbesondere in der Augenhornhaut, mit einer Laserstrahlungsquelle, die Laserstrahlung in das Material fokussiert und dort optische Durchbrüche bewirkt, wobei eine Scaneinrichtung, die den Fokuspunkt dreidimensional verstellt, und eine Steuereinrichtung vorgesehen sind, die die Scaneinrichtung ansteuert, um die Schnittfläche durch Aneinanderreihen der optischen Durchbrüche im Material zu bilden.
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Diese Schnittflächen innerhalb eines transparenten Materials werden insbesondere bei laserchirurgischen Verfahren und dort insbesondere bei augenchirurgischen Eingriffen erzeugt.
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Dabei wird Behandlungs-Laserstrahlung innerhalb des Gewebes d.h. unterhalb der Gewebeoberfläche derart fokussiert, dass optische Durchbrüche im Gewebe entstehen.
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Im Gewebe laufen dabei zeitlich hintereinander mehrere Prozesse ab, die durch die Laserstrahlung initiiert werden. Überschreitet die Leistungsdichte der Strahlung einen Schwellwert, kommt es zu einem optischen Durchbruch, der im Material eine Plasmablase erzeugt. Diese Plasmablase wächst nach Entstehen des optischen Durchbruches durch sich ausdehnende Gase. Wird der optische Durchbruch nicht aufrechterhalten, so wird das in der Plasmablase erzeugte Gas vom umliegenden Material aufgenommen, und die Blase verschwindet wieder. Dieser Vorgang dauert allerdings sehr viel länger, als die Entstehung der Blase selbst. Wird ein Plasma an einer Materialgrenzfläche erzeugt, die durchaus auch innerhalb einer Materialstruktur liegen kann, so erfolgt ein Materialabtrag von der Grenzfläche.
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Man spricht dann von Photoablation. Bei einer Plasmablase, die vorher verbundene Materialschichten trennt, ist üblicherweise von Photodisruption die Rede. Der Einfachheit halber werden alle solchen Prozesse hier unter dem Begriff optischer Durchbruch zusammengefasst, d.h. dieser Begriff schließt nicht nur den eigentlichen optischen Durchbruch sondern auch die daraus resultierenden Wirkungen im Material ein.
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Für eine hohe Genauigkeit eines laserchirurgischen Verfahrens ist es unumgänglich, eine hohe Lokalisierung der Wirkung der Laserstrahlen zu gewährleisten und Kollateralschäden in benachbartem Gewebe möglichst zu vermeiden. Es ist deshalb im Stand der Technik üblich, die Laserstrahlung gepulst anzuwenden, so dass der zur Auslösung eines optischen Durchbruchs nötige Schwellwert für die Leistungsdichte nur in den einzelnen Pulsen überschritten wird. Die
US 5 984 916 A zeigt diesbezüglich deutlich, dass der räumliche Bereich des optischen Durchbruchs (in diesem Fall der erzeugten Wechselwirkung) stark von der Pulsdauer abhängt.
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Eine hohe Fokussierung des Laserstrahls in Kombination mit sehr kurzen Pulsen erlaubt es damit, den optischen Durchbruch sehr punktgenau in einem Material einzusetzen.
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Der Einsatz von gepulster Laserstrahlung hat sich in der letzten Zeit besonders zur laserchirurgischen Fehlsichtigkeitskorrektur in der Ophthalmologie durchgesetzt.
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Fehlsichtigkeiten des Auges rühren oftmals daher, dass die Brechungseigenschaften von Hornhaut und Linse keine optimale Fokussierung auf der Netzhaut bewirken.
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Die erwähnte
US 5 984 916 A sowie die
US 6 110 166 A beschreiben gattungsgemäße Verfahren zur Schnitterzeugung mittels geeigneter Erzeugung optischer Durchbrüche, so dass im Endeffekt die Brechungseigenschaften der Hornhaut gezielt beeinflusst werden. Eine Vielzahl von optischen Durchbrüchen wird so aneinandergesetzt, dass innerhalb der Hornhaut des Auges ein linsenförmiges Teilvolumen isoliert wird. Das vom übrigen Hornhautgewebe getrennte linsenförmige Teilvolumen wird dann über einen seitlich öffnenden Schnitt aus der Hornhaut herausgenommen. Die Gestalt des Teilvolumens ist so gewählt, dass nach Entnahme die Form und damit die Brechungseigenschaften der Hornhaut so geändert sind, dass die erwünschte Fehlsichtigkeitskorrektur bewirkt ist. Die dabei geforderten Schnittflächen sind gekrümmt, was eine dreidimensionale Verstellung des Fokus nötig macht. Dafür wird deshalb eine zweidimensionale Ablenkung der Laserstrahlung mit gleichzeitiger Fokusverstellung in einer dritten Raumrichtung kombiniert.
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Eine andere Anwendung der Schnittbildung mittels gepulster Laserstrahlung in der Hornhaut ist die Erzeugung eines sogenannten Flaps, d.h. eines Schnitts, welcher ein dünnes Scheibchen der Hornhaut teilweise abtrennt, so dass es zurückgeklappt werden kann und das darunter liegende Gewebe einer Ablation mittels eines Excimerlasers zugänglich ist. Hierbei wird das gewünschte Hornhautprofil durch die Ablation erzeugt und nach der Behandlung der Flap wieder in die ursprüngliche Position gebracht.
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Die zweidimensionale Ablenkung der Laserstrahlung ist wie die Fokusverstellung gleichermaßen für die Genauigkeit, mit der die Schnittfläche erzeugt werden kann, ausschlaggebend. Bei der zweidimensionalen Strahlführung, d.h. bei der Bewegung des Fokus im Wesentlichen in der Ebene des Schnittes wurden bisher zwei Strategien angewendet. In der
DE 103 34 110 A1 wird vorgeschlagen, den Fokus im Wesentlichen in einer geschlossenen Bahn zu bewegen und nach jedem Umlauf den Bahnradius um einen Wert, der ungefähr dem Durchmesser des Fokus entspricht zu vergrößern bzw. zu verkleinern. Die Erzeugung der Schnittfläche kann also alternativ von innen nach außen oder von außen nach innen erfolgen. Auch die Führung des Fokus auf einer Spiralbahn wird beschrieben. In der
EP 1 591 087 A1 wird vorgeschlagen, den Schnitt außen zu beginnen und mittels einer spiralförmigen Bahn mit stetig geringer werdendem Radius nach innen zu führen. Die
US 7 101 364 B2 schlägt vor, das gesamte Ablationsgebiet mit einer verschachtelten Auswärts- und Einwärtsspirale abzuscannen.
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In der Praxis hat sich herausgestellt, dass beide Strategien nicht zu optimalen Ergebnissen führen. Während beim Schnitt von innen nach außen durch die Blasenbildung im Zentrum das Sehvermögen des Patienten sofort nachlässt, so dass er die üblicherweise vorhandene Fixiermarke nicht mehr anvisieren kann und damit störende Augenbewegungen auftreten können, gibt es beim Schnitt von außen nach innen Probleme, den notwendigen Öffnungsschnitt korrekt an die Schnittfläche anzusetzen, da der Fokus wieder in den Peripheriebereich positioniert werden muss und dort aber noch Blasen von der vorhergehenden Schnittführung im Gewebe vorhanden sind, welche die genaue Positionierung des Fokus erschweren.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die Erzeugung einer Schnittfläche mit verbesserter Qualität erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Fokuspunkt so geführt wird, dass die Schnittführung in mindestens zwei Teilschritte aufgeteilt wird, und wobei in mindestens einem der Teilschritte die Schnittbildung mit kleiner werdendem Bahnradius und in einem der Teilschritte die Schnittbildung mit größer werdenden Bahnradius erfolgt.
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Die Aufgabe wird weiter mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Steuereinrichtung die Scaneinrichtung so ansteuert, dass der Fokuspunkt in einem ersten Teilgebiet mit kleiner werdendem Bahnradius und in einem zweiten Teilgebiet mit größer werdenden Bahnradius geführt wird.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, zuerst den Schnitt im inneren Teilbereich von außen nach innen durchzuführen und anschließend den zweiten Teilbereich von innen nach außen zu schneiden, wobei zwischen erstem und zweiten Teilbereich auch eine überlappende Zone vorgesehen sein kann.
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An den Schnitt des zweiten Teilbereiches kann sich erfindungsgemäß auch sofort der Öffnungsschnitt anschließen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Patienten während einer laserchirurgischen Behandlung mit einem laserchirurgischen Instrument,
- 2 die Fokussierung eines Strahlenbündels auf das Auge des Patienten beim Instrument der 1,
- 3 ein beispielhaftes Schnittbild
- 4 einen Ausschnitt eines Schnittbildes ähnlich dem der 3 zur Verdeutlichung des Übergangs zwischen aufeinanderfolgenden Schnittlinien,
- 5 ähnlich der 4 mit einer weiteren Möglichkeit für einen Übergang zwischen den Schnittlinien im wesentlichen in Form einer Spirale,
- 6 eine schematische Ansicht der Cornea zur Einordnung der Teilbereiche,
- 7a, 7b und 7c eine Draufsicht auf die Teilbereiche der Schnittfläche.
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In
1 ist ein laserchirurgisches Instrument zur Behandlung eines Auges
1 eines Patienten gezeigt, wobei das laserchirurgische Instrument
2 zur Ausführung einer refraktiven Korrektur dient. Das Instrument
2 gibt dazu einen Behandlungs-Laserstrahl
3 auf das Auge des Patienten
1 ab, dessen Kopf in einen Kopfhalter
4 fixiert ist. Das laserchirurgische Instrument
2 ist in der Lage, einen gepulsten Laserstrahl
3 zu erzeugen, so dass beispielsweise das in
US 6.110.166 beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann.
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Das laserchirurgische Instrument 2 weist dazu, wie in 2 schematisch dargestellt ist, eine Strahlquelle S auf, deren Strahlung in die Hornhaut 5 des Auges 1 fokussiert wird. Mittels des laserchirurgischen Instrumentes 2 kann eine Fehlsichtigkeit des Auges 1 des Patienten dadurch behoben werden, dass aus der Hornhaut 5 Material so entfernt wird, dass sich die Brechungseigenschaften der Hornhaut um ein gewünschtes Maß ändern. Das Material wird dabei dem Stroma der Hornhaut entnommen, das unterhalb von Epithel und Bowmanscher Membran oberhalb der Decemetschen Membran und des Endothels liegt. Alternativ kann mit dem Instrument 2 auch nur ein Schnitt in der Hornhaut zur Präparation eines Flaps vorgenommen werden.
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Die Materialentfernung bzw. -trennung erfolgt, indem durch Fokussierung des hochenergetischen gepulsten Laserstrahls 3 mittels eines objektiven Teleskops 6 in einem in der Hornhaut 5 liegenden Fokus 7 in der Hornhaut Gewebeschichten getrennt werden. Jeder Puls der gepulsten Laserstrahlung 3 erzeugt dabei einen optischen Durchbruch im Gewebe, welcher eine Plasmablase 8 initiiert.
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Dadurch umfasst die Gewebeschichttrennung ein größeres Gebiet, als der Fokus 7 der Laserstrahlung 3. Durch geeignete Ablenkung des Laserstrahls 3 werden nun während der Behandlung viele Plasmablasen 8 aneinandergereiht. Die aneinanderliegenden Plasmablasen 8 bilden dann eine Schnittfläche 16.
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Das laserchirurgische Instrument 2 wirkt durch die Laserstrahlung 3 wie ein chirurgisches Messer, das, ohne die Oberfläche der Hornhaut 5 zu verletzen, direkt Materialschichten im Inneren der Hornhaut 5 trennt. Führt man den Schnitt durch weitere Erzeugung von Plasmablasen 8 bis an die Oberfläche der Hornhaut 5 (Öffnungsschnitt), kann ein durch die Schnittfläche 9 isoliertes Material der Hornhaut 5 seitlich herausgezogen und somit entfernt werden, bzw. der Flap teilweise abgehoben und zurückgeklappt werden
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Die Erzeugung der Schnittfläche 16 mittels des laserchirurgischen Instrumentes 2 ist in 3 schematisch dargestellt. Durch Aneinanderreihung der Plasmablasen 8 in Folge stetiger Verschiebung des Fokus 7 des gepulsten fokussierten Laserstrahls 3 entlang der Schnittlinie 17 wird die Schnittfläche 16 gebildet.
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Die Fokusverschiebung erfolgt dabei zum einen in einer Ausführungsform mittels einer in 2 nicht dargestellten Ablenkeinheit in x und y, zum anderen wird das Teleskop 6 zur Ansteuerung in z-Richtung geeignet verstellt. Dadurch kann der Fokus 7 entlang dreier orthogonaler Achsen verstellt werden.
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Zum Erzeugen der Schnittfläche 16 wird nun der Fokus 7 entsprechend der Schnittlinien 17 durch die Ablenkeinheit verstellt, wobei die Zoom-Optik 6 für jede Schnittlinie 17 eine entsprechende z-Koordinate für den Fokus 7 einstellen kann. Während der Fokus 7 über eine Schnittlinie 17 läuft, kann das Teleskop 6 fest eingestellt bleiben und lediglich während der in 3 gestrichelt eingezeichneten Übergängen 18 zwischen benachbarten Schnittlinien 17 ist ggf. eine Verstellung notwendig.
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4 zeigt einen Ausschnitt des Schnittlinienbildes 16. Jede Schnittlinie 17 wird dabei als fast vollständig geschlossene Kurve vom Fokus 7 abgefahren, wobei der Abstand zwischen Anfang und Ende einer Schnittlinie 17 den durch einen Grenzwert definierten zulässigen maximalen Abstand zwischen zwei Plasmablasen 8 nicht überschreitet. Am Ende einer jeden Schnittlinie 17 (in 4 sind drei Schnittlinien 17.1, 17.2 und 17.3 angedeutet) erfolgt ein Übergang 18 zur jeweils nächsten Schnittlinie. Zwischen den Schnittlinien 17.1 und 17.2 liegt dadurch ein Übergang 18.1, zwischen den Schnittlinien 17.2 und 17.3 ein Übergang 18.2. Dies setzt sich für alle Schnittlinien fort. Durch den derart gewählten Übergang können die Schnittlinien 17 als zusammenhängende Spur geschrieben werden.
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In 4 liegen die Übergänge 18 im wesentlichen auf Fallinien der gekrümmten Schnittfläche 16. 5 zeigt diesbezüglich andere Übergänge 18.1 bis 18.3, bei denen ein gleitender Übergang zwischen dem Ende einer Schnittlinie und dem Beginn der unmittelbar benachbarten Schnittlinie erfolgt. Zur Verdeutlichung ist die vom Fokus 7 nicht verfolgte Fortsetzung der entsprechenden Schnittlinien in 7 gestrichelt eingezeichnet. Wie zu sehen ist, wird am Ende einer Höhenlinie 17 ein gleitender Übergang auf die nächste Schnittlinie, wodurch die Schnittfläche 16 in Form einer Spirale abgefahren wird. Zur Bildung gekrümmter Schnittflächen wird synchron das Teleskop 6 während der dadurch erreichten Übergänge 18.1, 18.2 und 18.3 verstellt. Alternativ kann die Teleskopverstellung auch während der gesamten Schnittführung im Wesentlichen kontinuierlich erfolgen.
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Erfolgt die Schnittführung mit größer werdendem Radius der Schnittlinie in Bezug auf die vorhergehende Schnittlinie, so wird diese Schnittführung als von „innen nach außen“ bezeichnet, alternativ bei kleiner werdendem Radius als von „außen nach innen“.
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In 6 ist die Hornhaut (Cornea) eines Auges schematisch dargestellt. Die Hornhaut 5 weist einen Hornhautvorderseite 9 und eine Hornhautrückseite 10 auf. Zum Schneiden eines Flaps 11 werden üblicherweise zwei Schnittflächen geschnitten, der Flapboden 12 und die Flapkante 13. Dabei verläuft die Schnittfläche des Flapbodens 12 im etwa parallel der Hornhautvorderseite 9 und damit mit geringer Verstellung des Fokus in z-Richtung. Bei der Flapkante 13 wird eine größere Verstellung des Fokus in z-Richtung vorgenommen um den Fokus in mehreren Schnittlinien vom Flapboden 12 auf die Hornhautvorderseite 9 zu führen (Öffnungsschnitt).
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Beim Stand der Technik wurde der Schnitt des Flapbodens immer in einer Richtung, entweder von innen nach außen oder von außen nach innen, vorgenommen.
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Die erfindungsgemäße Aufteilung des Flapboden-Schnitts in zwei Teilbereiche ist in 7a gezeigt. Der Flapboden 12 wird durch eine gedachte Unterteilung 14 in zwei Bereiche 19 (innerer Bereich) und 20 (äußerer Bereich) aufgeteilt. Dabei verläuft die Unterteilung 14 ca. 0,5 bis 1,5 mm innerhalb der Flapkante 13. Der Schnitt der Flapkante 13 wird nicht komplett ausgeführt, es bleibt ein Hinge 15 stehen, der die Verbindung zwischen dem Flap 11 und der Hornhaut 5 bildet, so dass der Flap 11 nach einer Behandlung bei weggeklappten Flap wieder zurückgeklappt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jetzt wie in 7b gezeigt ausgehend von der Unterteilung 14 der Flapboden 12 im inneren Bereich 19 von außen nach innen geschnitten (Richtungspfeil 23), anschließend wie in 7c gezeigt, der äußere Bereich 20 von innen nach außen (Richtungspfeil 24). Dabei kann der Schnitt für den äußeren Teilbereich an der Unterteilung 14 angesetzt werden. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser Schnitt etwas innerhalb der Unterteilung 14 begonnen wird, so dass ein Überlappungsbereich 22 entsteht. Wenn der Fokus 8 jetzt den Ort der Flapkante 13 erreicht hat kann diese sofort anschließend geschnitten werden, indem der Fokus 8 entsprechend in z-Richtung gesteuert wird.
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Es können auch mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen sein, auch kann die Schnittrichtung variiert werden, ohne dass dadurch das Wesen der Erfindung verlassen wird.
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Das Prinzip der Erfindung lässt sich auch beim Schneiden von so genannten Lentikeln in der Hornhaut anwenden, d.h. wenn mehr als ein Schnitt etwa parallel zur Hornhautvorderseite 9 geführt wird um ein linsenförmiges Gewebeteil zu extrahieren.
