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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
sowie einen Algorithmus zum Bereitstellen einer Laserschussdatei
unter Berücksichtigung der Impulscharakteristiken eines
einzelnen Laserschusses. Die Laserschussdatei kann zum Abtragen
der Oberfläche einer Hornhaut in einem Hornhautumformungsprozess
oder zum Erzeugen einer kunden- oder patientenspezifischen Kontaktlinse
oder einer Intraokularlinse verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Gegenwärtig
verwendete Algorithmen zum Bereitstellen einer Laserschussdatei
unter Verwendung finiter Laserimpulsgrößen von
beispielsweise 1 mm oder 2 mm liefern eine Laserschussdatei, die eine
Annäherung an das beabsichtigte theoretische Ablationsprofil
darstellt. Dies basiert hauptsächlich auf der Tatsache,
dass die verwendeten Algorithmen unabhängig davon, ob eine
Standardbehandlung oder eine patientenspezifische Behandlung geplant ist,
lediglich das theoretische Gesamtablationsvolumen pro Impuls verwenden.
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Das
theoretische Ablationsprofil steht mit der gewünschten
refraktiven Korrektur in Beziehung, durch die ein bestimmter Sehfehler
eines Auges korrigiert wird. Die gewünschte refraktive
Korrektur kann auf Diagnosedaten basieren, die durch einen subjektiven
refraktiven Fehler und/oder einen gemessenen objektiven refraktiven
Fehler erhalten werden. Der gemessene refraktive Fehler kann durch
mindestens eine der folgenden Einrichtungen erhalten werden: einen
Wellenfrontsensor, eine Topografiemesseinrichtung oder eine Pachymetriemesseinrichtung. Durch
einen subjektiven refraktiven Fehler können Aberrationen
niedriger Ordnung bestimmt werden, z. B. unter Berücksichtigung
der verbalen Rückmeldung eines Patienten.
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Herkömmliche
Ablationsalgorithmen induzieren außerdem biodynamische
Effekte, die im Allgemeinen durch unbeabsichtigt induzierte Formaberrationen
dargestellt werden. Um diese unbeabsichtigt induzierten Formaberrationen
zu kompensieren, kann eine zusätzliche Abtragung oder Ablation
von Hornhautgewebe erforderlich sein, wodurch inkrementelle Modifizierungen
des gewünschten Ablationsprofil verursacht werden können.
Außerdem kann die Tatsache, dass die Impulsgröße,
d. h. der Impulsdurchmesser, nicht unendlich klein ist, dazu führen, dass
ein Übergangsbereich um dem tatsächlich relevanten
zentralen Ablationsbereich herum ausgebildet werden muss.
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Die
Endform einer Wellenfront kann durch Überlagern bekannter
zweidimensionaler Flächen mit einer bekannten Form erzeugt
werden. Für jede dieser bekannten Formen kann, z. B. durch
Software, ein Skalierungsfaktor erhalten werden, um die beste Darstellung
der Wellenfrontverformung zu erhalten. Es stehen verschiedene Funktionssätze
zur Verfügung, die die vorstehend erwähnten bekannten
zweidimensionalen Flächen erzeugen. Nachstehend wird das
Zernike-Polynomsystem kurz beschrieben.
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Die
Amplituden A von Zernike-Polynomen können mathematisch
folgendermaßen dargestellt werden: Aπn,m wobei
n den Zernike-Modus darstellt, d. h. die Hauptordnung des Polynoms,
die den primären Parameter für die Klassifizierung
des radialen Verhaltens des Polynoms darstellt. Der Parameter n
stellt mehr oder weniger die radiale Verteilung dar. Je größer
die Ordnung n ist, desto weiter außen liegt der Umfang
der Hauptcharakteristik.
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Die
Winkelcharakteristik des Polynoms ist durch den Parameter m spezifiziert,
der beschreibt, wie häufig eine bestimmte Struktur sich
in einer Azimutrichtung wiederholt, d. h. der Parameter m stellt die
azimutale Symmetrie des Polynoms dar. Je größer
der Wert m ist, desto komplizierter ist das azimutale Profil des
Polynoms, d. h., desto mehr Strukturen können antlang eines
azimutalen Kreises erfasst werden. Der Parameter π beschreibt
die Symmetrieeigenschaft des Polynoms, d. h. gerade oder ungerade.
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Nachstehend
wird auf 15 Bezug genommen, die das Verhalten
einer grafischen Darstellung von Zernike-Polynomen mit entsprechenden
Parametern zeigt. Die in den 14 und 15 verwendete
OSA-Standard-Notation (Thibos et al., 2000) für die
Zernike-Polynome Z ist folgendermaßen definiert: Zπ·mn
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Der
ursprüngliche Wellenfrontfehler W des Auges kann durch
eine Linearkombination der berechneten Zernike-Polynome Z unter
Berücksichtigung ihrer individuellen Amplituden A π / n,m unter
Verwendung der folgenden Gleichung rekonstruiert werden:
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Der
Ausdruck Z π / n,m entspricht dem Ausdruck Z π·m / n der OSA-Standard-Notation.
Die Parameter ρ, φ stellen Koordinatenwer te dar.
Nachstehend wird die Bausch&Lomb-Notation
(B&L-Notation)
verwendet.
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Patentdokument
US-6090100 betrifft ein
Excimer-Lasersystem zum Korrigieren eines Sehfehlers mit verminderten
thermischen Effekten. Es betrifft insbesondere eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Steuern des Excimer-Lasersystems zum Entfernen
von Gewebe vom Auge zum Ausführen verschiedenartiger Korrekturen,
z. B. einer Kurzsichtigkeits(Myopie)korrektur, einer Weitsichtigkeits(Hyperopie)korrektur
und einer Astigmatismuskorrektur. In einer dargestellten Ausführungsform
stellt das Excimer-Lasersystem eine relativ große Impulsgröße
bereit, wodurch eine relativ große Behandlungsflächenabdeckung
pro Schuß erhalten wird. Weil derart große Impulsgrößen
verwendet werden, sind die Schüsse im Allgemeinen nicht
einander ”benachbart”, sondern die Impulse überlappen
sich, wodurch der gewünschte Ablationsgrad an einer bestimmten Stelle
erzeugt wird. Zum Berechnen des Ergebnisses der sich überlappenden
Impulse wird ein Algorithmus verwendet. Gemäß einem
Verfahren zum Berechnen von Behandlungsmustern unter Verwendung
großer, fester Impulsgrößen, die über
den gesamten Behandlungsbereich verteilt sind, wird ein Dither-Algorithmus
verwendet. Insbesondere wird verwiesen auf rechteckiges Dithern,
kreisförmiges Dithern und zeilenweise ausgerichtetes Dithern.
Unter Verwendung verschiedenartiger Schuss-Dither-Verfahren wird
für eine feste Impulsgröße eine Anordnung
von Schüssen erzeugt, die über einen Behandlungsbereich
verteilt sind, um eine Korrektur mit dem gewünschten Ablationsgrad
zu erhalten. Für die jeweilige Anordnung wird ein Gitter
mit einer konstanten Gitterbreite zwischen einzelnen Gitterpositionen
verwendet. Mit den bekannten Dither-Verfahren muss die Form des gewünschten
Ablationsprofils, das normalerweise ein kontinuierliches Profil
ist, in eine ganzzahlige diskrete Dichteverteilung umgewandelt werden. Hierbei
stellen das kontinuierliche Profil eine geplante Ablation und die
ganzzahlige diskrete Dichteverteilung eine Folge von zur Ablation
beitragenden Flying-Spot-Laserimpulsen dar. Die Reststruktur, d.
h. die Differenz zwischen dem geplanten und dem erhaltenen Profil, muss
minimiert werden. Zwar können exakte Lösungen
prinzipiell numerisch gefunden werden, allerdings nicht in einer
angemessenen Zeit. Daher werden für diesen Zweck Dither-Algorithmen
verwendet. Das Profil wird auf einem vorgegebenen Gitter diskretisiert.
Unter Verwendung einer Kostenfunktion und einer Nutzenfunktion entscheidet
der Algorithmus für jede Position des Gitters, ob ein Schuss
platziert werden soll oder nicht. Für diese Entscheidung werden
normalerweise nur wenige benachbarte Positionen des Gitters berücksichtigt.
Dieser Dither-Algorithmus spart Rechenzeit, ohne dass die reale
Größe der Impulse berücksichtigt werden
muss. Es ist ausreichend, das durch einen Laserschuß abgetragene
Volumen zu kennen. Unter bestimmten Bedingungen erzeugen die bekannten
Dither-Algorithmen jedoch Artefakte in Teilen des Profils, z. B.
in Bereichen geringer Dichte, wo der nächste benachbarte Schuss
zu weit entfernt ist. Artefakte können auch in Bereichen
mit hoher Dichte erzeugt werden, wo ein Schuß nahezu an
jeder Position platziert wird. Die Positionen, an denen kein Schuss
platziert wird, haben ebenfalls einen zu großen Abstand
für die Annahme, dass nur wenige benachbarte Positionen
erforderlich sind.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die Leistungsfähigkeit
für die Erzeugung einer Laserschussdatei zu verbessern,
die eine Annäherung an das theoretische Ablationsprofil
bis zu einem vorgegebenen Grad darstellt. Es ist eine andere Aufgabe
der Erfindung, eine Laserschußdatei, die eine Annä herung
an das theoretische Ablationsprofil darstellt, für Laser
zu erhalten, die einen großen Bereich von Impulscharakteristiken
aufweisen, z. B. verschiedene Formen und/oder Größen
und/oder Energieverteilungen über den Laserimpuls. Dieser
Bereich von Impulscharakteristiken kann zu einem entsprechenden
Bereich von Strahlprofilen führen. Es ist eine andere Aufgabe der
Erfindung, Aberrationen höherer Ordnung eines Auges effektiver
zu korrigieren.
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Die
vorstehenden Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche
gelöst. Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren,
einen Algorithmus und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Laserschussdatei
zur Verwendung in einem Laser sowie ein Laserbehandlungssystem,
in dem die Laserschussdatei verwendet wird. Die Laserschussdatei kann
in einem Laser, z. B. in einem Excimer-Laser, zum Ausführen
einer refraktiven Laserbehandlung eines Auges oder zum Erzeugen
einer patienten- oder kundenspezifischen Kontaktlinse oder einer
Intraokularlinse verwendet werden. Das Konzept der vorliegenden
Erfindung basiert auf einer iterativen Verarbeitung von Eingangsdaten
zum Erzeugen der angenäherten Laserschussdatei, in der
Information über eine oder mehrere Impulscharakteristiken
eines einzelnen Laserschusses berücksichtigt ist. Daher
ist die Impulscharakteristik zum Bestimmen einer Laserschussdatei
keine theoretische Annahme, die beispielsweise nur auf dem pro Schuss
abgetragenen Volumen basiert. Die Impulscharakteristik eines einzelnen
Laserschusses kann durch unabhängiges Anwenden eines einzelnen
Testschusses oder einer Folge von Testschüssen auf ein
Referenzmaterial erhalten werden, z. B. einmal während
der Lebensdauer eines Lasers oder nach einer Inspektion eines Lasers,
z. B. eines Excimer-Lasers. Die Analyse der Wirkung der vorstehend
erwähnten Testschüsse liefert unabhängige
Information für eine oder mehrere Impulscharakteristiken,
z. B. das Ablationsvolumen. Die tatsächlichen Impulscharakteristiken
des Laserschusses können ebenfalls in vorgegebenen Zeitintervallen
oder vor jeder Behandlung, vor jeder Teilbehandlung oder zum Prüfen
des Strahlprofils gemessen werden.
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In
Verbindung mit der Anmeldung bezeichnet der Ausdruck ”Impuls” die
räumliche Verteilung der Intensität mit einem
entsprechenden Strahlprofil, und der Ausdruck ”Schuss” bezeichnet
die Mittenposition, d. h. Zielposition, des Lasers.
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Aufgrund
der Merkmale der Erfindung ist es unter anderem möglich,
eine Laserschussdatei, die eine Annäherung an das theoretische
Ablationsprofil darstellt, für einen großen Bereich
von Laserimpulscharakteristiken, z. B. mit verschiedenen Laserimpulsgrößen,
z. B. Durchmessern, zu erhalten. Dies ist dahingehend vorteilhaft,
dass ein Laser mit einer relativ großen Impulsgröße
zum Abtragen relativ kleiner Strukturen verwendet werden kann, d.
h. ein Ablationsprofil erzeugen kann, das mit den Ergebnissen vergleichbar
ist, die mit relativ kleinen Impulsen erhalten werden. Laserimpulse
mit einer relativ großen Größe können
mehr Gewebe pro Schuss abtragen und können eine relativ
niedrige Laserschusswiederholungsrate aufweisen, was im Vergleich
zu Laserimpulsen mit einer relativ kleinen Größe
zu einer Verminderung der Betriebszeit führen kann. Die
Möglichkeit der Verwendung einer Laservorrichtung mit einer relativ
großen Impulsgröße ist außerdem
dahingehend vorteilhaft, dass vorhandene Laservorrichtungen verwendet
werden können und keine Laservorrichtung mit einer kleinen
Impulsgröße verwendet werden muss.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Laserschussprofil durch Berechnen
einer ersten Folge von Laserschusspositionen basierend auf einem gewünschten
Ablationsprofil bereitgestellt. Die erste Folge von Laserschusspositionen
wird zum Erzeugen eines simulierten Ablationsprofils verwendet,
wobei in der Simulation die für die refraktive Behandlung verwendeten
tatsächlichen Laserimpulscharakteristiken berücksichtigt
werden. Auf diese Weise kann eine hohe Genauigkeit hinsichtlich
des Ergebnisses der Laserbehandlung sowie eine hohe Leistungsfähigkeit
der Näherung an das gewünschte Ablationsprofil
gewährleistet werden. Aufgrund dieses Merkmals kann eine
Laserschussdatei für Laser mit verschiedenen Impulscharakteristiken
bestimmt werden, z. B. mit verschiedenen Ablationsvolumen und/oder
Formen und/oder Größen und/oder Energieverteilungen über
den Laserimpuls.
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Es
wird die durch Zernike-Koeffizienten oder Seidel-Abberationen dargestellte
Differenz zwischen dem simulierten Ablationsprofil und dem gewünschten
Ablationsprofil bestimmt. Eine zweite Folge von Laserschusspositionen
wird basierend sowohl auf dem gewünschten Ablationsprofil
als auch auf den der bestimmten Differenz entsprechenden Reststrukturen
berechnet. Durch die zweite Folge von Laserschusspositionen wird
die erste Folge von Laserschusspositionen optimiert und werden die
Reststrukturen minimiert, zumindest in einem Bereich von Interesse,
der einem Behandlungsbereich entsprechend kann.
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Ähnlich
wie in der ersten Simulation kann ein zweites simuliertes Ablationsprofil
unter Verwendung der zweiten Folge von Laserschusspositionen erzeugt
werden, in dem Information über die Impulscharakteristiken
eines einzelnen Laserschusses verwendet wird. Das zweite simulierte
Ablationsprofil kann mit dem gewünschten Ablationsprofil
verglichen werden, und die Reststrukturen können bestimmt werden.
Es kann eine weitere Folge von Laserschusspositionen basierend auf
dem gewünschten Ablationsprofil und den bestimmten weiteren
Reststrukturen berechnet werden, und die Verarbeitung kann iterativ
wiederholt werden, bis eine vorgegebene Genauigkeit erreicht wird,
z. B. bis die Reststruk turen einen oder mehrere vorgegebene Werte
nicht überschreiten.
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Die
Reststruktur kann gefiltert werden, z. B. in Strukturen mit einer
hohen räumlichen Frequenz und Strukturen mit einer niedrigen
räumlichen Frequenz geteilt werden, um die Eingabe für
die folgende Berechnung zu modifizieren und bessere Ergebnisse zu
erhalten. Dies kann durch Entwickeln der Reststruktur in Zernike-Koeffizienten
bis zu einer bestimmten Ordnung implementiert werden, so dass die
Restwellenfront analog zur Originalwellenfront erzeugt wird. Die
Anteile hoher räumlicher Frequenz können aufgrund
der iterativen Berechnung Artefakte in den Anteilen niedrigerer
räumlicher Frequenz induzieren. Diese Artefakte können
vermieden werden, indem vorausgesetzt wird, dass die Anteile hoher räumlicher
Frequenz aufgrund der Begrenzung durch die Laserimpulsgröße
gut genug sind.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung können durch biodynamische Effekte
unbeabsichtigt induzierte Formaberrationen bei der Bestimmung der
Laserschussdatei kompensiert werden. Gemäß einem weiteren
Aspekt der Erfindung wird bei der Bestimmung mindestens einer der
Laserschusspositionen ein Dither-Algorithmus verwendet.
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Eingabedaten
für das erfindungsgemäße Verfahren, den
erfindungsgemäßen Algorithmus bzw. die erfindungsgemäße
Vorrichtung können Diagnosedaten sein, vorzugsweise ein
subjektiver refraktiver Fehler und/oder ein gemessener refraktiver Fehler.
Der gemessene refraktive Fehler kann durch einen Wellenfrontsensor
und/oder eine topografische Messeinrichtung und/oder eine Pachymetriemesseinrichtung
erhalten werden. Durch einen subjektiven refraktiven Fehler, z.
B. unter Berücksichtigung der verbalen Rückmeldung
eines Patienten, können Aberrationen niedriger Ordnung
bestimmt werden, die typischerweise beispielsweise als Aberrationen
des Zernike- Typs 2. Ordnung verstanden werden, die in Sphäre,
Zylinder und entsprechender Achse dargestellt werden. Aberrationen
höherer Ordnung, die typischerweise beispielsweise als
Aberrationen des Zernike-Typs 3. und höherer Ordnung verstanden werden,
z. B. Coma und Trefoil (3. Ordnung) und sphärische Aberration
und sekundärer Astigmatismus (4. Ordnung), können
durch eine Messeinrichtung und/oder durch mathematisch vorgegebene Formänderungsparameter
bestimmt werden. Die mathematisch vorgegebenen Formänderungsparameter
können unbeabsichtigte Sehfehler darstellen, die durch
eine Sehkorrekturbehandlung induziert werden, wie beispielsweise
eine durch einen Excimer-Laserablationsprozess induzierte sphärische Aberration.
Erfindungsgemäß können Eingabedaten kombiniert
werden, um beispielsweise auf einer Topografie, einer Wellenfront
oder empirischen Ergebnissen basierende zweidimensionale Karten
oder Matrizen zu erhalten.
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Die
Ausgabedaten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
des erfindungsgemäßen Algorithmus bzw. der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können zum Steuern eines Laserbehandlungssystems
zum Ausführen einer Laser-Sehkorrekturbehandlung für ein
Auge oder zum Herstellen einer patienten- oder kundenspezifischen
Kontaktlinse oder einer Intraokularlinse verwendet werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend
werden zur Erläuterung dienende, nicht einschränkende
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben,
in denen die gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren
gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen; es zeigen:
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1 eine
Tabelle mit Zernike-Koeffizienten und Zernike-Amplituden, die mit
einer zu korrigierenden Wellenfront in Beziehung stehen, für
einen Pupillenradius von 2,5;
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2 eine
Querschnittansicht eines Impulses eines einzelnen Laserschusses
mit einem Durchmesser von 1,0 mm;
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3 eine
Querschnittansicht eines simulierten Ablationsprofils mit dem Impuls
von 2 in einer x-Richtung nach einem ersten Iterationsschritt;
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4 das
simulierte Ablationsprofil von 3 nach einem
zweiten Iterationsschritt;
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5 eine
Querschnittansicht eines simulierten Ablationsprofils mit dem Impuls
von 2 in einer y-Richtung nach einem ersten Iterationsschritt;
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6 das
simulierte Ablationsprofil von 5 nach dem
zweiten Iterationsschritt;
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7 eine
Tabelle mit Zernike-Koeffizienten, die mit der Restwellenfront in
Beziehung stehen, nach dem in den 3 bis 6 dargestellten
ersten und zweiten Iterationsschritt;
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8 eine
Querschnittansicht eines Impulses eines einzelnen Laserschusses
mit einem Durchmesser von 1,6 mm;
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9 eine
Querschnittansicht eines simulierten Ablationsprofils mit dem Impuls
von 8 in einer x-Richtung nach dem ersten Iterationsschritt;
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10 das
simulierte Ablationsprofil von 9 nach dem
zweiten Iterationsschritt;
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11 eine
Querschnittansicht eines simulierten Ablationsprofils mit dem Impuls
von 8 in einer y-Richtung nach einem ersten iterationsschritt;
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12 das
simulierte Ablationsprofil von 11 nach
einem zweiten Iterationsschritt;
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13 eine
Tabelle mit Zernike-Koeffizienten, die mit der Restwellenfront in
Beziehung stehen, nach dem in den 9 bis 12 dargestellten
ersten und zweiten Iterationsschritt;
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14 eine
Tabelle der Zernike-Polynom-Notation, der jeweiligen Sehstörung
und der Bausch&Lomb-Notation;
und
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15 ein
Dichtediagramm der Zernike-Polynome bis zur siebenten Ordnung.
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Ausführliche Beschreibung der
Erfindung
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In
der folgenden ausführlichen Beschreibung wird die Erfindung
auf der Basis zweier verschiedener Laserimpulse mit einer in den 2 und 8 dargestellten
Impulscharakteristik eines einzelnen Laserschusses beschrieben. 1 zeigt
eine exemplarische Wellenfront, die mit den beiden verschiedenen
Laserimpulsen korrigiert werden soll. Die in 1 dargestellte
Wellenfront ist in einer Zernike-Notation für einen Pupillenradius
von 2,5 mm dargestellt. Hinsichtlich der Zernike-Koeffizienten,
die in der Bausch&Lomb-Notation
(B&L-Notation)
angegeben sind, und des jeweiligen Sehfehlers wird auf 14 Bezug
genommen.
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2 zeigt
eine Querschnittansicht einer Ablation durch einen einzelnen Laserschuss,
wobei der Laserimpuls einen Durchmesser von 1,0 mm hat. Insbesondere
ist die Ablationstiefe (y-Achse) entlang eines mittigen Querschnitts
des Laserimpulses dargestellt. Im vorliegenden Beispiel beträgt
eine maximale Ablationstiefe in der Mitte des Laserimpulses, die
als 0 μm auf der x-Achse bezeichnet ist, etwa 0,4 μm.
Jeder Laser kann individuelle Impulscharakteristiken aufweisen,
z. B. eine asymmetrische Impulscharakteristik, die sich über
die Lebensdauer des Lasers ändern kann. Die Impulscharakteristik
eines einzelnen Laserschusses, z. B. die Ablation, kann beispielsweise
durch eine fotosensitive Einrichtung oder einen Testschuss oder
eine Folge von Testschüssen in einem Material, das mindestens
teilweise die gleichen Ei genschaften haben kann wie das abzutragende
Material, basierend auf der erhaltenen Laserschussdatei gemessen
werden. Im Fall einer refraktiven Augenchirurgie kann das Testmaterial
Polymethylmethacrylat (PMMA) sein. Der durch diesen Testlaserschuss
erzeugte Impuls wird analysiert, um die Impulscharakteristiken des
Lasers, z. B. die Laserstrahlfleckgröße, die Laserstrahlfleckform
und die Energieverteilung, usw. zu erhalten.
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In 3 ist
ein theoretisch bestimmtes Ablationsprofil, d. h. ein gewünschtes
Ablationsprofil, durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die
x-Achse in 3 steht mit der x-Richtung des
Ablationsquerschnitts in Beziehung, und die y-Achse steht mit der Ablationstiefe
in Beziehung. Ziel der Bestimmung der Laserschusspositionen ist
es, eine möglichst enge Näherung oder zumindest
eine Näherung bis zu einem vorgegebenen Grad an das gewünschte
Ablationsprofil zu erhalten. Erfindungsgemäß wird
die Bestimmung der Laserschusspositionen unter Verwendung von Information über
die tatsächlich verwendeten Laserimpulscharakteristiken
eines einzelnen Laserschusses ausgeführt. Der in 3 nicht
schattierte Abschnitt steht mit einem Pupillendurchmesser von 5,0
mm in Beziehung, der den Behandlungsbereich darstellen kann. Die
im schattierten Abschnitt, der den Übergangsbereich darstellen
kann, erzeugten Daten müssen bei der Bestimmung der Laserschusspositionen
im Behandlungsbereich nicht berücksichtigt werden.
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Basierend
auf dem gewünschten Ablationsprofil wird eine erste Folge
von Laserschusspositionen berechnet, und unter Verwendung der ersten Folge
von Laserschusspositionen wird ein simuliertes Ablationsprofil erzeugt.
Die erste Folge von Laserschusspositionen kann auf der extrapolierten
Wellenfront basieren, wie vorstehend beschrieben wurde. In der Simulation
wird Information über eine oder mehrere Impulscha rakteristiken
eines einzelnen Laserschusses verwendet, wie in 2 dargestellt
ist. Das auf der ersten Folge von Laserschusspositionen basierende
simulierte Ablationsprofil, das der ersten Iteration entspricht,
ist in 3 durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
Erfindungsgemäß wird das simulierte Ablationsprofil
mit dem gewünschten Ablationsprofil verglichen. Basierend
auf dem Vergleich werden Reststrukturen bestimmt. Wie anhand von 3 ersichtlich
ist, wird durch die erste Bestimmung von Laserschusspositionen unter
Verwendung von Information über die Impulscharakteristiken
eines einzelnen Laserschusses bereits ein Ergebnis erhalten, das
dem gewünschten Ablationsprofil im Bereich von Interesse,
d. h. dem Pupillenbereich, ziemlich nahe kommt.
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Die
mit der zu korrigierenden Wellenfront in Beziehung stehende Information
kann als eine Wellenfront n-ter Ordnung, z. B. 5. Ordnung, wie in 1 dargestellt,
gegeben sein, und die erste Folge von Laserschusspositionen kann
basierend auf der Wellenfront n-ter Ordnung berechnet werden.
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Eine
zweite Folge von Laserschusspositionen wird basierend auf dem gewünschten
Ablationsprofil und den bestimmten Reststrukturen für eine weitere
Optimierung der Laserschusspositionen und das entsprechende Ergebnis
der Laserbehandlung berechnet. Unter Verwendung der zweiten Folge
von Laserschusspositionen kann ein in 4 dargestelltes
zweites simuliertes Ablationsprofil erzeugt werden. Wie in 3 steht
die x-Achse mit der x-Richtung des Ablationsquerschnitts in Beziehung,
und die y-Achse steht mit der Ablationstiefe in Beziehung. Die verbleibenden
Differenzen zwischen dem gewünschten Ablationsprofil und
dem simulierten Ablationsprofil, d. h. weitere Reststrukturen, können durch
Vergleichen des zweiten simulierten Ablationsprofils mit dem gewünschten
Ablationsprofil bestimmt werden. Basierend auf dem gewünschten
Ablationsprofil und den bestimmten weiteren Reststrukturen kann
eine weitere Folge von Laserschusspositionen bestimmt werden.
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Bei
der Bestimmung von Reststrukturen basierend auf dem Vergleich zwischen
dem simulierten Ablationsprofil und dem gewünschten Ablationsprofil kann
die Wellenfront des simulierten Ablationsprofils zur Wellenfront
des gewünschten Ablationsprofils addiert werden, oder die
Zernike-Koeffizienten können addiert werden. Die Addition
der Zernike-Koeffizienten ist weniger kompliziert und kann zu einer
verbesserten Rechenleistung führen.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann iterativ wiederholt werden,
bis eine vorgegebene maximale Abweichung zwischen dem simulierten Ablationsprofil
und dem gewünschten Ablationsprofil erreicht wird, d. h.
eine bestimmte Behandlungsgenauigkeit, wobei die weitere Folge von
Laserschusspositionen als zweite Folge von Laserschusspositionen
verwendet wird. In einer folgenden Iteration kann die Restwellenfront
zur zuvor berechneten Wellenfront addiert werden.
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Die
Differenz zwischen der simulierten und der gewünschten
Wellenfront kann durch Berechnen von Zernike-Koeffizienten bis zur
Ordnung N' gefiltert werden, um niedrige und/oder hohe räumliche
Frequenzen zu erhalten, wobei in jedem Iterationsschritt eine jeweilige
N'-te Ordnung der Zernike-Koeffizienten verwendet wird, und wobei N' = n – 2·iteration_counterist.
Hierbei bezeichnet n die Ordnung der Wellenfrontinformation, und
'iteration_counter' entspricht der Nummer der Iteration.
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Entsprechend
den 3 und 4, die das Ergebnis des simulierten
Ablationsprofils bezüglich des gewünschten Ablationsprofils
in x-Richtung zeigen, zeigen die 5 und 6 die
Näherung des simulierten Ablationsprofils in y-Richtung.
Die x-Achse in den 5 und 6 steht
mit der y-Richtung des Ablationsquerschnitts in Beziehung, und die y-Achse
steht mit der Ablationstiefe in Beziehung.
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Die
Tabelle von 7 zeigt die Restwellenfronten
hinsichtlich Amplituden von Zernike-Koeffizienten nach der 1. und
der 2. Iteration. Ein Vergleich der Amplituden beispielsweise des
Zernike-Koeffizienten Z110 von 1 (Z110
= 0,512) mit der ersten Iteration (Z110 = 0,112) und der zweiten
Iteration (Z110 = –0,004) zeigt die Leistungsfähigkeit
der erfindungsgemäßen Näherung der simulierten
Wellenfront an die gewünschte Wellenfront.
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8 zeigt
eine Querschnittansicht einer Ablation durch einen einzelnen Laserschuss,
wobei der Laserimpuls einen Durchmesser von 1,6 mm hat. Die in 8 dargestellte
Ablation durch einen einzelnen Laserschuss hat im Vergleich zu derjenigen
von 2 einen größeren Durchmesser
und ist weniger tief. Wie in 2 ist die
Ablationstiefe (y-Achse) entlang eines Querschnitts des Laserimpulses
dargestellt. In diesem Beispiel beträgt die maximale Ablationstiefe
in der auf der x-Achse durch 0 μm bezeichneten Mitte des
Laserimpulses etwa 0,175 μm.
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Die
in den 9 bis 12 dargestellte Näherung
basiert auf der in 1 angegebenen Wellenfront, d.
h. die gewünschte Wellenfront (gestrichelte Linien) in
den 9 bis 12 entspricht der in den 3 bis 6 dargestellten
Wellenfront.
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Gemäß der
vorstehenden Beschreibung basiert das simulierte Ablationsprofil
(durchgezogene Linie) in 9 auf einer ersten Folge von
Laserschusspositionen, wobei Information über die Impulscharakteristik
eines einzelnen Laserschusses gemäß 8 verwendet
wurde. Durch einen Vergleich zwischen dem simulierten Ablationsporofil
und dem gewünschten Ablationsprofil (gestrichelte Linie)
werden Reststrukturen bestimmt. Die Differenz zwischen dem simulierten
Ablati onsprofil und dem gewünschten Ablationsprofil ist
größer als die 3 entsprechende
Differenz, in der ein Laserimpuls mit einem Durchmesser von 1,0
mm verwendet wurde. Diese Differenzen, d. h. die Leistungsfähigkeit
der Näherung, kann nicht nur durch einen Laserstrahl mit
anderen Impulscharakteristiken, sondern auch durch den verwendeten
Dither-Algorithmus zum Bestimmen der Laserschusspositionen, sowie
durch die zu korrigierende Wellenfront beeinflusst werden, z. B. eine
Wellenfront, die im Wesentlichen Aberrationen niedriger Ordnung
oder Aberrationen höherer Ordnung aufweist.
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10 zeigt
den 2. Iterationsschritt in x-Richtung und entspricht 4,
und die 11 und 12 entsprechen
den 5 bzw. 6.
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Die
Tabelle von 13 zeigt die Restwellenfronten
hinsichtlich der Amplituden von Zernike-Koeffizienten nach der 1.
Iteration und der 2. Iteration und entspricht 7.
Ein Vergleich der Amplituden, z. B. des Zernike-Koeffizienten Z110
in 1 (Z110 = 0,512) mit der ersten Iteration (Z110
= 0,283) und der zweiten Iteration (Z110 = –0,024) zeigt,
dass die Leistungsfähigkeit der Näherung unter
Verwendung der Laserimpulscharakteristik gemäß 8 im
Vergleich zu derjenigen von 2 geringer
ist. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Leistungsfähigkeit
von der Laserimpulscharakteristik und/oder dem verwendeten Dither-Algorithmus
zum Bestimmen der Laserschusspositionen und/oder der zu korrigierenden Wellenfront
abhängen.
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Wie
anhand der vorstehenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich ist,
kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Bereiche von Laserbehandlungen
angewendet werden, und die Figuren und die entsprechende Beschreibung,
die mit der Behandlung eines Auges in Beziehung stehen, stellen lediglich
ein Beispiel dar. Vorzugsweise wird durch die vor liegende Erfindung
die Grundlage dafür bereitgestellt, dass durch Laser, die
große Impulsdurchmesser verwenden, ein Ablationsprofil
erhalten wird, das mit Ergebnissen vergleichbar ist, die durch Laser mit
kleinen Strahlflecken erzielt werden. Die Erfindung ist durch die
beigefügten An spräche definiert und nicht durch
die Beschreibung eingeschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Thibos et
al., 2000 [0008]
