DE102009042709A1

DE102009042709A1 - Gerät zum Ablatieren von Gewebe sowie Verfahren zum Erkennen einer Hornhautkappe

Info

Publication number: DE102009042709A1
Application number: DE102009042709A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hollerbach; Thomas Wendler; Samuel Arba-Mosquera; Kurt Geiss; Thomas Magnago
Original assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Current assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-04-07

Abstract

Ein Gerät zum Ablatieren von Gewebe an einem Auge (10) mittels Laserstrahlenpulsen (14) im Rahmen einer Laser-in-situ-Keratomileusis, bei der eine Hornhautkappe (24) von dem Auge (10) weggeklappt wird, umfasst eine Kamera (22) und Bilderkennungsmittel (20) zum Auswerten der von der Kamera aufgenommenen Bilder, um zu verhindern, dass Laserstrahlenpulse (14) auf der umgeklappten Hornhautklappe (24) auftreffen. Erfindungsgemäß umfasst ein solches Gerät (100, 100') eine fest integrierte Lampe (32, 44), um Auge (10) zielgenau beleuchten zu können. Eine Lampe (32) bestrahlt das Auge (10) mit Streiflicht. Alternativ kann eine Schlitzlampe (44) eingesetzt werden, die entlang eines Bogens (48) verfahrbar ist, sodass nacheinander unterschiedliche Bereiche des Auges bestrahlbar und einer Bilderkennung unterwerfbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Ablatieren von Gewebe an einem Auge mittels Laserstrahlenpulsen, mit einer Kamera und mit Bilderkennungsmitteln zum Auswerten von mit der Kamera aufgenommenen Bildern. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Erkennen der Kontur eines Bereichs eines Auges, von dem eine Hornhautkappe weggeklappt ist.
Hintergrund der Erfindung ist die Problemstellung, die bei der Laser-in-situ-Keratomileusis (LASIK) auftritt. Bei einem solchen LASIK-Verfahren wird zunächst, sei es händisch, sei es mit Hilfe eines Lasers, die Hornhaut des zu behandelnden Patientenauges aufgeschnitten und hinterschnitten, sodass eine Hornhautkappe umgeklappt werden kann. Nachfolgend wird bei einem LASIK-Verfahren dann das freigesetzte Gewebe mit Hilfe des genannten Gerätes ablatiert, indem Laserstrahlenpulse zielgenau auf das zu ablatierende Gewebe gesendet werden, welches sodann verbrennt.
In dem Artikel „Laser in situ Keratomileusis for Hyperopia and Hyperopic and Mixed Astigmatism With LADARVision Using 7 to 10-mm Ablation Diameters" von Francesco Carones et al. aus dem Journal of Refractive Surgery, Vol. 19, 9-10/2003, S. 548–554 ist beschrieben, dass bei einer LASIK-Behandlung zum Zwecke der Verhinderung, dass eine solche umgeklappte Hautkappe selbst von Laserstrahlenpulsen getroffen wird, mittels Software ein Schutzmechanismus bereitgestellt wird. Hierbei werden Bilder des Auges mit Hilfe einer Kamera aufgenommen und einer Bilderkennung unterzogen. Die Bilderkennungssoftware erkennt, wo sich genau die umgeklappte Hornhautkappe befindet und bewirkt, dass eine Ansteuerung in dem Gerät so arbeitet, dass keine Laserstrahlenpulse auf die Hornhautkappe geschossen werden.
Eine solche Bilderkennung arbeitet nicht ohne Weiteres zuverlässig: Da die Hornhautkappe aus transparentem Material, eben aus Hornhautgewebe, besteht, ist sie nur schlecht vom Rest des Auges zu unterscheiden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erkennung einer Hornhautkappe bei einer LASIK-Behandlung zu erleichtern.
Die Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch die Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 und 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Gerät ist somit durch eine Lampe zum Beleuchten eines von der Kamera aufzunehmenden Auges gekennzeichnet.
Es hat sich erwiesen, dass eine Beleuchtung die Bilderkennung deutlich verbessert; dies gilt insbesondere dann, wenn die Beleuchtung auf ganz bestimmte Art und Weise erfolgt. Zu diesem Zweck ist die Lampe als Teil des Geräts zum Ablatieren bereitgestellt.
Bei einer Ausführungsform ist die Lampe eine Schlitzlampe, welche in eine Vielzahl von Stellungen verfahrbar ist. Durch das Verfahren der Schlitzlampe kann insgesamt ein größeres Gebiet beleuchtet werden, als es der von der Lampe bestrahlte Bereich ist. Dadurch kann man zumindest einen Teil eines Bildbereichs der Kamera erfassen.
Durch die Verwendung einer Schlitzlampe wird eine besonders starke Beleuchtung des Auges ermöglicht. Es kann in Kauf genommen werden, dass eine solche Schlitzlampe nur einen kleinen Teil des Auges auf einmal bestrahlt, denn durch die Verfahrbarkeit können unterschiedliche Orte im Zielbereich der Kamera nacheinander beleuchtet werden.
Bevorzugt ist das Verfahren der Schlitzlampe mit der Aufnahme von Bildern der Kamera koordiniert, und zwar durch eine Steuereinheit. Diese kann dann bewirken, dass die Bilderkennungsmittel zu einzelnen von der Kamera aufgenommenen Bildern Konturpunkte oder Konturabschnitte ableiten, die sich insgesamt zu einer Kontur zusammensetzen lassen, d. h. eine Kontur wird aus diesen Konturpunkten bzw. Konturabschnitten abgeleitet.
Alternativ zur Verwendung einer Schlitzlampe kann die fest zu dem Gerät zum Ablatieren zugehörige Lampe passend zu einer Kamera mit strahlungsempfindlichen Detektorelementen, die in einer Ebene angeordnet sind, wie dies beispielsweise bei einer CCD-Kamera der Fall ist, so angeordnet sein oder in eine solche Stellung verbringbar sein, dass das von ihr ausgestrahlte Licht in einem Winkel aus dem Winkelbereich von 60° bis 90° zu der auf den Ebene stehenden Normalen eingestrahlt wird. Mit anderen Worten wird ein Streiflicht verwendet, um das Auge zu beleuchten, weil dann ein besonders hoher Kontrast erzielbar ist.
In an sich bekannter Weise weist das Gerät bevorzugt eine Steuereinheit auf, die im Betrieb Steuerbefehle zur Abgabe von Laserstrahlenpulsen durch das Gerät in vorbestimmte Richtungen erzeugt. Sinn der Bilderkennungsmittel ist es insbesondere, die Kontur eines Bereichs der Hornhaut eines Auges eines Patienten zu erkennen, und die Steuereinheit benutzt von diesen Bilderkennungsmitteln bereitgestellte Informationen über eine solche Kontur dann bei der Festlegung von Steuerbefehlen. Insbesondere kann hierdurch gewährleistet werden, dass eine umgeklappte Hornhautkappe nicht von Laserstrahlenpulsen getroffen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 6 dient zum Erkennen der Kontur eines Bereichs eines Auges, von dem eine Hornhautkappe weggeklappt ist. Hierbei wird das Auge mit einer Schlitzlampe beleuchtet, und zwar beleuchtet die Schlitzlampe nacheinander unterschiedliche Oberflächenbereiche des Auges. Hierbei wird jeweils ein Bild des Auges mit einer Kamera aufgenommen. Durch Bilderkennung werden jeweils ein oder zwei Punkte oder Abschnitte als der zu erkennenden Kontur zugehörig erfasst. Aus der Gesamtheit der so erhaltenen Punkte bzw. Abschnitte wird dann die Kontur abgeleitet.
Durch das Verwenden einer Schlitzlampe können somit die Oberflächenbereiche des Auges jeweils unter intensiver Beleuchtung untersucht werden, gewissermaßen abgetastet werden, denn eine solche intensive Beleuchtung, wie sie eine Schlitzlampe bietet, erleichtert die Erkennung der Punkte oder Abschnitte, die der zu erkennenden Kontur zugehörig sind.
Das alternative Verfahren zum Erkennen der Kontur eines Bereichs des Auges, von dem eine Hornhautkappe weggeklappt ist, umfasst, dass das Auge mit einer Lampe derart beleuchtet wird, dass das Licht der Lampe in einem Winkel aus dem Winkelbereich von 0° bis 30° auf die Ebene gestrahlt wird, in der die Oberfläche der Iris des Auges angeordnet ist, dass also das Auge mit Streiflicht bestrahlt wird. Bei so bestrahltem Auge wird ein Bild desselben mittels einer in einem Winkel von zwischen 85° und 95° auf die Ebene gerichteten Kamera aufgenommen, die Kamera nimmt das Auge also frontal auf. Das Bild wird dann einer Bilderkennung zur Ableitung der Kontur unterzogen. Die Kombination einer frontalen Aufnahme des Auges mit der Beleuchtung desselben durch Streiflicht führt zum Gewinnen eines besonders kontrastreichen Bildes, das besonders gut einer Bilderkennung zur Ableitung einer Kontur unterziehbar ist.
Wie vorliegend werden auch bei den beiden erfindungsgemäßen Verfahren Daten zur Angabe der abgeleiteten Kontur an eine Steuereinheit eines Gerätes zum Ablatieren übermittelt, die zum Ansteuern eines Lasers oder auch einer dem Laser nachgeordneten Zieleinrichtung dient. Eine solche Zieleinrichtung lenkt den Laserstrahl auf vorbestimmte Stellen des Auges. Die Steuereinrichtung kann dann entweder den Laser selbst so ansteuern, dass verhindert wird, dass Laserstrahlenpulse auf die Hornhautkappe auftreffen, nämlich bei entsprechenden Befehlen an die Zieleinrichtung z. B. den Laser ausschalten. Alternativ kann die Zieleinrichtung so gesteuert werden, dass Laserstrahlenpulse die tatsächlich von der Laserstrahlenquelle abgegeben werden, nur außerhalb der Hornhautkappe auf dem Auge oder gar überhaupt nicht auf dem Auge auftreffen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in der
1 schematisch ein Gerät zum Ablatieren von Gewebe an einem Auge gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
2 ein Prinzipschema zur Erläuterung des Geräts aus 1 ist,
3 schematisch ein Gerät zum Ablatieren von Gewebe an einem Auge gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, und
4 ein Prinzipschema zur Erläuterung des Geräts aus 3 ist.
Ein im Ganzen mit 100 bezeichnetes Gerät zum Ablatieren von Gewebe an einem symbolische gezeigten Auge 10 eines Patienten vermag dies mit Hilfe eines Laserstrahls, genauer mit Hilfe einer Folge von Laserstrahlenpulsen. Zu diesem Zweck umfasst das Gerät 100 eine Laserquelle 12. Die Laserstrahlenpulse 14 werden über eine als Zieleinrichtung fungierende Scannereinrichtung 16, welche für zwei unterschiedliche Ablenkrichtungen zwei unterschiedliche Spiegel aufweist, und über einen Auskoppelspiegel 18 zum Patientenauge 10 geleitet. Die Laserquelle 12 und die Zieleinrichtung 16 werden von einer Steuereinheit 20 angesteuert. Die Steuerung erfolgt vorliegend unter Kontrolle, und zwar werden Bilder mit einer Kamera 22 aufgenommen und in der Steuereinrichtung 20 verarbeitet.
2 zeigt das Auge 10 genauer: von der Oberfläche des Auges 10 ist eine Hornhautkappe 24 weggeklappt. In 2 ist neben der seitlichen Ansicht gleichzeitig eine Draufsicht dargestellt. In der Draufsicht erkennbar ist die Iris 26 des Auges, die eine in der seitlichen Ansicht im Schnitt gezeigte Ebene 28 definiert. Zu dieser Ebene 28 lässt sich eine Normale 30 definieren. Eine Bildebene 32a der Kamera 22 steht senkrecht zu dieser Normalen 30. Die Kamera nimmt das Auge 10 also frontal auf. Eine Lampe 32 strahlt Licht in einem Einfallswinkel zwischen β₁ und β₂ zur Ebene 28 der Iris 26 des Auges 10 auf das Auge 10. Diese Winkel liegen zwischen 0° und 30°, die Komplementärwinkel α zur Flächennormalen 30 also zwischen 60° und 90°. Dadurch, dass Streiflicht verwendet wird, kann die Kamera 22 besonders gut eine Kontur 34 des freigelegten Teils des Auges 10 erkennen, von dem die Hornhautkappe 24 weggeklappt ist. Insbesondere lässt sich eine Klapplinie 36 als Teil der Kontur 34 besonders gut erkennen.
Bei der Ansteuerung kann dann verhindert werden, dass Laserstrahlenpulse außerhalb des von der Kontur 34 eingegrenzten Bereichs auftreffen, insbesondere auf die Hornhautkappe 24 auftreffen. Wenn die Laserstrahlenpulse gemäß einem vorgegebenen Ablationsschema abgegeben werden, bei dem verschiedenen Zielorten, die über die Scannereinrichtung 16 festgelegt werden, jeweils eine bestimmte Anzahl von von der Laserquelle 12 abgegebenen Laserstrahlenpulsen 14 zugeordnet ist, kann die Steuereinrichtung 20 entweder bei Laserstrahlenpulsen abgebender Laserquelle 12 die Scannereinrichtung 16 anders ansteuern als vorgesehen, wenn bei der Realisierung des vorgesehenen Plans ein Laserstrahlenpuls auf der Hornhautkappe 24 auftreffen würde, oder es kann bei gegebenenfalls eingestellter Scannereinrichtung 16 die Laserquelle abgeschaltet werden bzw. die Abgabe von Pulsen dann in der vorgesehenen Laserstrahlenpulsfolge unterbrochen werden.
Die Lampe 32 ist fester Bestandteil des Geräts 100, wie in 1 gezeigt. Bei einem Grundkörper 38 des Geräts und einem Arm 40 an dem Grundkörper 38, an dem die Laserstrahlenpulse 14 ausgekoppelt werden, ist an dem Arm 40 eine Einrichtung 42 befestigt, die die Lampe 32 festhält. (Der Einstrahlwinkel stimmt nicht mit dem in 2 gezeigten Einstrahlwinkel überein, da 1 lediglich die schematische Anordnung verdeutlichen soll.) Die Stellung des Auges 10 ist eine Sollstellung, wie sie durch in der Zeichnung nicht gezeigte Abstützmittel für den Patienten definiert ist. Die Lampe 32 kann an der Einrichtung 42 verstellbar sein. Die Einrichtung 42 mit der Lampe 32 kann auch verstellbar sein.
Bei einem alternativ bereitgestellten Gerät 100' ist anstatt der fest installierten Lampe 32 eine Schlitzlampe 44 vorgesehen, die entsprechend dem Pfeil 46 an einem Bogen 48 verfahrbar ist, gegebenenfalls in einem weiteren Freiheitsgrad gemäß dem Pfeil 50 verkippbar ist. Wie in 4, bestrahlt die Schlitzlampe 44 lediglich einen Streifen 50a von vernachlässigbarer Breite. Der Steifen 50a wandert gemäß dem Pfeil 46' bei der Bewegung der Schlitzlampe 44 gemäß dem Pfeil 46 über das von der Kamera 22 aufzunehmende Feld. Die Oberfläche des Auges 10 wird gewissermaßen abgetastet. Auch hier kann eine Erkennung der Kontur 34 erfolgen, und zwar können einzelne Konturpunkte 52a, 52b paarweise abgeleitet werden. Erfolgt die Bewegung gemäß dem Pfeil 46 stufenweise, wobei bei jeder Stufe ein Bild durch die Kamera 22 aufgenommen wird, erhält man mit ausreichender Dichte solche Punktpaare 52a, 52b der Kontur 34, sodass auch hier die Kontur 34 abgeleitet werden kann. Nach Erkennung der Kontur durch die Steuereinrichtung 20 erfolgt eine Kontrolle bei der Ansteuerung der Laserquelle 12 bzw. der Scannereinrichtung 16 zum Gerät 100 in der oben beschriebenen Weise.
Auch die Schlitzlampe ist als fester Bestandteil des Geräts 100' vorgesehen, bei dem für das Auge 10 eine Sollstellung durch Abstützmittel für den Patienten definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Laser in situ Keratomileusis for Hyperopia and Hyperopic and Mixed Astigmatism With LADARVision Using 7 to 10-mm Ablation Diameters” von Francesco Carones et al. aus dem Journal of Refractive Surgery, Vol. 19, 9-10/2003, S. 548–554 [0003]

Claims

Gerät (100, 100') zum Ablatieren von Gewebe an einem Auge (10) mittels Laserstrahlenpulsen (14), mit einer Kamera (22) und mit Bilderkennungsmitteln (20) zum Auswerten von mit der Kamera aufgenommenen Bildern, gekennzeichnet durch eine Lampe (32, 44) zum Beleuchten eines von der Kamera (22) aufzunehmenden Auges (10).
Gerät (100') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe eine Schlitzlampe (44) ist, die in eine Vielzahl von Stellungen verfahrbar ist, um Orte über zumindest einen Teil eines Bildbereichs der Kamera beleuchten zu können, wobei der Teil des Bildbereiches der Kamera (22) größer als der von der Lampe (44) bestrahlte Bereich ist.
Gerät (100') nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (20), welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren der Schlitzlampe (44) und die Aufnahme von Bildern mit der Kamera zu koordinieren und zu bewirken, dass die Bilderkennungsmittel (20) zu einzelnen von der Kamera (22) aufgenommenen Bildern Konturpunkte (52a, 52b) oder Konturabschnitte ableitet und aus den Konturpunkten (52a, 52b) bzw. Konturabschnitten eine Kontur ableitet.
Gerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (22) strahlungsempfindliche Detektorelemente umfasst, die in einer Ebene (32a) angeordnet sind, und dass die Lampe (32) so angeordnet ist oder in eine solche Stellung verbringbar ist, dass das von ihr ausgestrahlte Licht in einem Winkel aus dem Winkelbereich 60° bis 90° zu der auf der Ebene (32a) stehenden Normalen (30) eingestrahlt wird.
Gerät (100, 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Steuereinheit (20), die im Betrieb durch Steuerbefehle die Abgabe von Laserstrahlenpulsen durch das Gerät in vorbestimmte Richtungen bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderkennungsmittel (20) zum Erkennen der Kontur (34) eines Bereichs der Hornhaut eines Auges eines Patienten ausgebildet sind und die Steuereinheit (20) von den Bilderkennungsmitteln (20) bereitgestellte Informationen über eine solche Kontur bei der Festlegung von Steuerbefehlen berücksichtigt.
Verfahren zum Erkennen der Kontur (34) eines Bereichs eines Auges, von dem eine Hornhautkappe (24) weggeklappt ist, bei dem das Auge (10) mit einer Schlitzlampe (44) beleuchtet wird, wobei die Schlitzlampe (44) nacheinander unterschiedliche Oberflächenbereiche (50a) des Auges (10) beleuchtet, hierbei jeweils ein Bild des Auges mit einer Kamera (22) aufgenommen wird und durch Bilderkennung jeweils zumindest ein oder zwei Punkte (52a, 52b) oder Abschnitte als der Kontur (34) zugehörig erfasst werden, und wobei abschließend aus der Gesamtheit der so erhaltenen Punkte bzw. Abschnitte eine Kontur (34) abgeleitet wird.
Verfahren zum Erkennen der Kontur (34) eines Bereichs eines Auges, von dem eine Hornhautkappe weggeklappt ist, bei dem das Auge (10) mit einer Lampe (32) derart beleuchtet wird, dass das Licht der Lampe in einem Winkel aus dem Winkelbereich von 0° bis 30° auf die Ebene (28) gestrahlt wird, in der die Oberfläche der Iris des Auges angeordnet ist, und wobei bei so bestrahltem Auge ein Bild desselben mittels einer in einem Winkel von zwischen 85° und 95° auf die Ebene (28) gerichteten Kamera aufgenommen wird, und wobei das Bild einer Bilderkennung zur Ableitung der Kontur (34) unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem Daten zur Angabe der abgeleiteten Kontur (34) an eine Steuereinheit (20) eines Geräts zum Ablatieren übermittelt werden, die zum Ansteuern einer Laserquelle (12) und/oder einer der Laserquelle (12) nachgeordneten Zieleinrichtung (16) dient.