DE102019122166A1

DE102019122166A1 - Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers und Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019122166A1
Application number: DE102019122166.8A
Authority: DE
Inventors: Samuel Arba-Mosquera
Original assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Current assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-02-25
Also published as: CN112386398A; US20210052424A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers (18) für die Abtrennung eines Volumenkörpers (12) aus einer Kornea, durch Steuern des Lasers (18) mittels einer Steuereinrichtung (20) derart, dass dieser gepulste Laserpulse in einer Schussabfolge in einem vordefinierten Muster in die Kornea abgibt, wobei Grenzflächen (14, 16) des abzutrennenden Volumenkörpers (12) durch das vordefinierte Muster definiert sind und die Grenzflächen (14, 16) die Erzeugung einer Vielzahl durch Photodisruption erzeugter Kavitationsblasen (40) erzeugt werden, wobei die Vielzahl von Kavitationsblasen (40) entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn (42, 44) erzeugt wird und die Steuereinrichtung (20) die Schussabfolge des Lasers (18) zur Erzeugung eines vorgegebene Glattheitswerts derart steuert, dass zumindest zwischen benachbarten, auf der gleichen Kavitationsblasenbahn (42, 44) liegenden Kavitationsblasen (40) ein gemeinsamer Überlappungsbereich (46) der Kavitationsblasen (40) in Abhängigkeit einer Geometrie der jeweiligen Kavitationsblase (40) erzeugt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Behandlungsvorrichtung (10), ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit einer vordefinierten posterioren Grenzfläche und einer vordefinierten anteriorien Grenzfläche aus einer menschlichen oder tierischen Kornea. Ferner betrifft die Erfindung eine Behandlungsvorrichtung mit zumindest einem chirurgischen Laser für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit vordefinierten Grenzflächen eines menschlichen oder tierischen Auges mittels Photodisruption und mit zumindest einer Steuereinrichtung für den oder die Laser. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium.
Trübungen und Narben innerhalb der Hornhaut (Kornea), die durch Entzündungen, Verletzungen oder angeborene Erkrankungen entstehen können, beeinträchtigen das Sehvermögen. Insbesondere für den Fall, dass diese krankhaften und/oder unnatürlich veränderten Bereiche der Hornhaut in der Sehachse des Auges liegen, wird eine klare Sicht erheblich gestört. In bekannter Art und Weise werden die so veränderten Bereiche durch eine sogenannte phototherapeutische Keratektomie (PTK) mittels eines ablativ wirkenden Lasers, zum Beispiel einem Excimer-Laser, beseitigt. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die krankhaften und/oder unnatürlich veränderten Bereiche der Hornhaut in den oberflächlichen Schichten der Hornhaut liegen. Tieferliegende Bereiche, insbesondere innerhalb der Stroma, sind mittels ablativer Laserverfahren nicht erreichbar. Hier müssen zusätzliche Maßnahmen, wie zum Beispiel die Freilegung der tieferliegenden Bereiche, mittels eines zusätzlichen Hornhautschnitts ergriffen werden. Durch die zusätzlichen Maßnahmen wird nachteiligerweise die Behandlungsdauer deutlich erhöht. Zudem besteht die Gefahr, dass es durch die zusätzlichen Hornhautschnitte zu weiteren Komplikationen, wie zum Beispiel dem Auftreten von Entzündungen, an den Schnittstellen kommt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Behandlungsvorrichtung zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit einer vordefinierten posterioren Grenzfläche und einer vordefinierten anterioren Grenzfläche aus einer menschlichen oder tierischen Kornea bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Behandlungsvorrichtung, ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Behandlungsvorrichtung, des Computerprogramms und des computerlesbaren Mediums und umgekehrt anzusehen sind.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit einer vordefinierten posterioren Grenzfläche und einer vordefinierten anterioren Grenzfläche aus einer menschlichen oder tierischen Kornea, wobei das Verfahren das Steuern des Lasers mittels einer Steuereinrichtung umfasst, derart, dass dieser gepulste Laserpulse in einer Schussabfolge in einem vordefinierten Muster in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen des abzutrennenden Volumenkörpers durch das vordefinierte Muster definiert sind und die Grenzflächen mittels einer Wechselwirkung der einzelnen Laserpulse mit der Kornea durch die Erzeugung einer Vielzahl von durch Photodisruption erzeugter Kavitationsblasen erzeugt werden, wobei die Vielzahl von Kavitationsblasen entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn erzeugt wird und die Steuereinrichtung die Schussabfolge des Lasers zur Erzeugung eines vorgegebenen Glattheitswerts derart steuert, dass zumindest zwischen benachbarten, auf der gleichen Kavitationsblasenbahn liegenden Kavitationsblasen ein gemeinsamer Überlappungsbereich der Kavitationsblasen in Abhängigkeit einer Geometrie der jeweiligen Kavitationsblase erzeugt wird.
Dadurch ist es ermöglicht, dass die Glattheit des „Schnitts“ zur Erzeugung des Volumenkörpers verbessert werden kann. Die Glattheit kann auch als sogenannte „Smoothness“ bezeichnet werden. Insbesondere kann dadurch die Behandlungsdauer deutlich verkürzt werden, mögliche Komplikationen durch die üblicherweise erforderlichen zusätzlichen Hornhautschnitte werden vermieden. Insbesondere gibt somit die Glattheit an, je glatter der Volumenkörper erzeugt ist, desto sauberere Schnittflächen und sauberere Schnittkanten werden am Volumenkörper erzeugt. Insbesondere beschreibt somit der Glattheitswert, wie sauber die Schnittkanten und die Schnittflächen des Volumenkörpers erzeugt werden. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, je glatter der Schnitt sein soll, desto größer ist der vorgegebene Glattheitswert zu wählen.
Insbesondere kann beispielsweise die Glattheit als die Abwesenheit von Rauheit bezeichnet werden. Die Rauheit kann beispielsweise in Längeneinheiten, beispielsweise Mikrometer, angegeben werden. Vorliegende kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Rauheit zwischen Nanometer und mehrere Mikrometer liegen kann. Je kleiner die Rauheit, desto besser ist die Glattheit. Die Rauheit kann beispielsweise als Effektivwert der Abweichungen berechnet werden, oder als Standard Abweichung eines Profils. Ebenfalls möglich ist, dass die Rauheit auch als Mittelwert der absoluten Abweichungen betrachtet werden kann.
Insbesondere wird somit in Abhängigkeit der Geometrie einer jeweiligen Kavitationsblase ein Abstand zwischen einer jeweiligen Kavitationsblase derart erzeugt, dass der vorgegebene Glattheitswert beim Erzeugen des Volumenkörpers eingehalten wird.
Beispielsweise ist es dann durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, krankhafte und/oder unnatürlich veränderte Bereiche in der Stroma der Kornea, das heißt in tieferliegenden Bereichen der Hornhaut, welche als Kornea bezeichnet wird, zuverlässig zu entfernen. Eine zusätzliche Freilegung der Kornea mittels zusätzlicher Hornhautschnitte ist grundsätzlich nicht notwendig.
Mit anderen Worten ist insbesondere vorgesehen, dass sich die Kavitationsblasen überlappen und keine Brücken zwischen den Kavitationsblasen entstehen, jedoch die Kavitationsblasen so weit entfernt voneinander sind, sodass eine Behandlung schneller durchgeführt werden kann und auch eine unnötige Belastung in Form von Energie für die Kornea verhindert wird. Durch das Überlappen der Kavitationsblasen kann somit eine konfluente Blase mit der vorgegebenen Glattheit beziehungsweise dem vorgegebenen Glattheitswert erzeugt werden. Dadurch kann der Volumenkörper erzeugt werden, welcher dann wiederum entfernt werden kann.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Laser derart gesteuert wird, dass mindestens ein Schnitt oder mindestens eine Öffnung in einem vordefinierten Winkel und mit einer vordefinierten Geometrie in der Kornea erzeugt wird, wobei der Schnitt oder die Öffnung eine Grenzfläche des Volumenkörpers schneidet und bis zu einer Oberfläche der Kornea ausgebildet ist, sodass der Volumenkörper über den Schnitt oder die Öffnung aus der Kornea entfernbar ist.
Unter dem Begriff „Grenzflächen“ ist auch zu verstehen, dass der Volumenkörper gegebenenfalls mittels einer einzigen in der Hornhaut liegenden Grenzfläche definiert und abgetrennt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit einerseits phototherapeutische Keratektomie-Verfahren in tiefen Bereichen der Hornhaut, insbesondere der Kornea, insbesondere der Stroma, durchgeführt werden. Andererseits wird die Behandlungsdauer für die Abtrennung des Volumenkörpers verkürzt, zudem wird auch der Energieeintrag in die Hornhaut des Patienten signifikant reduziert.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, wenn das vordefinierte Muster anhand eines oder mehrerer Steuerdatensätze definiert wird, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Hornhaut umfassen. Die Ermittlung der Steuerdatensätze ist bekannt und sie ergeben sich insbesondere aus beispielsweise topographischen und/oder tachymetrischen Vermessungen der zu behandelnden Hornhaut sowie der Art, der Lage und des Umfangs des beispielsweise krankhaften und/oder unnatürlichen veränderten Bereichs innerhalb der Stroma der Kornea. Insbesondere werden die Steuerdatensätze zumindest durch ein Bereitstellen von topographischen und/oder tachymetrischen und/oder morphologischen Daten der unbehandelten Kornea und ein Bereitstellen von topographischen und/oder tachymetrischen und/oder morphologischen Daten des zu entfernenden krankhaften und/oder unnatürlich veränderten Bereichs innerhalb der Kornea erzeugt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Steuerung des Lasers derart, dass ein lentikelartiger Volumenkörper abgetrennt wird. Mit anderen Worten kann der Volumenkörper dabei lentikelartig ausgebildet sein, wodurch ein einfaches Entfernen über den genannten Schnitt oder die genannte Öffnung möglich ist. Dadurch, dass der abzutrennende Volumenkörper lediglich durch die Grenzflächen beschrieben und definiert und diese Grenzflächen einerseits beispielsweise das krankhafte und/oder unnatürlich veränderte Gewebe beziehungsweise den entsprechenden veränderten Bereich umschließen und andererseits mittels Photodisruption erzeugt werden, kann auf einen vollflächigen beziehungsweise vollvolumigen Abtrag des Volumenkörpers verzichtet werden. Es werden lediglich die Grenzflächen mittels Photodisruption erzeugt, sodass anschließend der vordefinierte Volumenkörper aus der Hornhaut entnommen werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen entlang der Kavitationsblasenbahn eine vorgegebene, räumliche Überlappungsbereichsgeometrie des Überlappungsbereichs erzeugt wird. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass die einzelnen Kavitationsblasen einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen. Durch den vorgegebenen Abstand der Kavitationsblasen untereinander kann die räumliche Überlappungsbereichsgeometrie erzeugt werden. Dadurch ist es ermöglicht, dass zwischen den einzelnen Kavitationsblasen eine fest vorgegebene Distanz erzeugt wird, sodass der Glattheitswert, der vorgegeben ist, entsprechend eingehalten werden kann. Dadurch kann ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers bereitgestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Steuerung des Lasers derart, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen entlang der Kavitationsblasenbahn eine räumliche Überlappungsbereichsausdehnung des Überlappungsbereichs innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich erzeugt wird. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass für den Überlappungsbereich ein vorgegebener Toleranzbereich erzeugt wird. Dieser Toleranzbereich ist insbesondere derart bereitgestellt, dass der vorgegebene Glattheitswert erreicht wird. Innerhalb des Toleranzbereichs können dann jedoch die Überlappungsbereiche unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine natürliche Streuung der Überlappungsbereichsausdehnungen innerhalb des Toleranzbereichs akzeptabel sein. Dadurch ist es ermöglicht, dass später hervorgerufene Beugungseffekte innerhalb der Kornea vermieden werden können und dennoch zuverlässig der Glattheitswert erreicht werden kann.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass nacheinander geschossene Laserpulse in Abhängigkeit eines Rauschsignals erzeugt werden, sodass die räumliche Überlappungsbereichsgeometrie innerhalb des Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich erzeugt wird. Dadurch ist es auf einfache Art und Weise ermöglicht, in Abhängigkeit des Rauschsignals entsprechend keine starre Strukturen zu verwenden, sodass die entsprechenden Beugungseffekte innerhalb der Kornea vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Steuerung des Lasers derart, dass eine Vielzahl von Kavitationsblasen entlang einer Vielzahl von Kavitationsblasenbahnen des vordefinierten Musters erzeugt wird, wobei zwischen den jeweiligen Kavitationsblasenbahnen jeweils der Überlappungsbereich erzeugt wird. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen den Kavitationsblasen sowie zwischen den einzelnen Kavitationsblasenbahnen jeweils der Überlappungsbereich ausgebildet wird. Dadurch ist es ermöglicht, dass der Volumenkörper mit dem vorgegebenen Glattheitswert erzeugt werden kann. Beispielsweise kann bei einem vorgegebenen Abstand der Kavitationsblasen eine konsekutive Kavitationsblasenbahn lateral versetzt einen halben Abstand aufweisen und parallel um Wurzel drei Halbe des Abstands verschoben sein. Somit ist es ermöglicht, dass der Volumenkörper mit verkürzter Behandlungsdauer erzeugt werden kann.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass eine mäanderförmige Kavitationsblasenbahn oder eine spiralförmige Kavitationsblasenbahn oder eine rasterförmige Kavitationsblasenbahn oder eine ringförmige Kavitationsblasenbahn oder eine dreieckförmige Kavitationsblasenbahn oder eine helixförmige Kavitationsblasenbahn erzeugt wird. Dabei kann der Start der Photodisruption durch die einzelnen Laserpulse im Zentrum der jeweiligen Grenzfläche oder auch am Rand der jeweiligen Grenzfläche erfolgen. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass mittels unterschiedlicher Schussabfolgen unterschiedliche Kavitationsblasenbahnen erzeugt werden können. Somit kann hochflexibel der Volumenkörper erzeugt werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass die Geometrie der erzeugten Kavitationsblasen als sphärisch vorgegeben wird und die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass die sphärische Geometrie der Kavitationsblasen bei der Bestimmung des Überlappungsbereichs und/oder bei der Bestimmung eines Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich berücksichtigt wird. Insbesondere hat dies den Hintergrund darin, dass eine entsprechende Kavitationsblase erst bei einem vorgegebenen Energiedichtewert erzeugt werden kann. Wenn dieser Energiedichtewert überschritten ist, wird die Kavitationsblase erzeugt, die insbesondere im Wesentlichen sphärisch ist und durch die geschlossene Kornea wie eine flache Ellipse wirkt. Der Radius der Kavitationsblase ist insbesondere in etwa proportional zur Kubikwurzel der Pulsenergie. Insbesondere kann durch die Vorgabe der Kavitationsblase als sphärisch somit einfach und dennoch zuverlässig der Überlappungsbereich bestimmt werden, sodass der vorgegebene Glattheitswert eingehalten werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass ein Radius der sphärischen Geometrie im Wesentlichen als proportional zur Kubikwurzel einer Pulsenergie eines jeweiligen Laserpulses vorgegeben wird und in Abhängigkeit des vorgegebenen Radius der Überlappungsbereich und/oder der Toleranzbereich für den Überlappungsbereich bestimmt wird. Dadurch ist eine verbesserte Bestimmung des Überlappungsbereichs ermöglicht. Insbesondere kann dadurch zuverlässig der Überlappungsbereich bestimmt werden, sodass der vorgegebene Glattheitswert eingehalten beziehungsweise erreicht werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass topographische und/oder tachymetrische und/oder morphologische Daten der Kornea berücksichtigt werden. Insbesondere können somit topographische und/oder tachymetrische Vermessungen der zu behandelnden Hornhaut sowie der Art, der Lage und des Umfangs des beispielsweise krankhaften und/oder unnatürlichen veränderten Bereichs innerhalb der Stroma der Kornea berücksichtigt werden. Insbesondere werden Steuerdatensätze zumindest durch ein Bereitstellen von topographischen und/oder tachymetrischen und/oder morphologischen Daten der unbehandelten Kornea und ein Bereitstellen von topographischen und/oder tachymetrischen und/oder morphologischen Daten des zu entfernenden krankhaften und/oder unnatürlich veränderten Bereichs innerhalb der Kornea erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Steuerung des Lasers derart, dass der Laser Laserpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 Nanometer und 1.400 Nanometer, insbesondere zwischen 700 Nanometer und 1.200 Nanometer, bei einer jeweiligen Pulsdauer zwischen 1 fs und einer 1 ns, insbesondere zwischen 10 fs und 10 ps, und einer Wiederholungsfrequenz größer 10 kHz insbesondere zwischen 100 kHz und 100 MHz, abgibt. Derartige Laser werden bereits für photodisruptive Verfahren in der Augenchirurgie verwendet. Das hergestellte Lentikel wird anschließend über den Schnitt in der Kornea entnommen. Die Verwendung derartiger photodisruptiver Laser anstelle von ablativ wirkenden Lasern bei der phototherapeutischen Keratektomie PTK ist jedoch neu und aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Die Verwendung von photodisruptiven Lasern bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist zudem den Vorteil auf, dass die Bestrahlung der Hornhaut nicht in einem Wellenlängenbereich unter 300 nm erfolgen soll. Dieser Bereich wird in der Lasertechnik unter dem Begriff „tiefes Ultraviolett“ subsumiert. Dadurch wird vorteilhafterweise vermieden, dass durch diese sehr kurzwelligen und energiereichen Strahlen eine unbeabsichtigte Schädigung der Hornhaut erfolgt. Photodisruptive Laser der hier verwendeten Art bringen üblicherweise gepulste Laserstrahlung mit einer Pulsdauer zwischen 1 fs und 1 ns in das Korneagewebe ein. Dadurch kann die für den optischen Durchbruch notwendige Leistungsdichte des jeweiligen Laserpulses räumlich eng begrenzt werden, sodass eine hohe Schnittgenauigkeit bei der Erzeugung der Grenzflächen gewährleistet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung mit zumindest einem chirurgischen Laser für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit vordefinierten Grenzflächen eines menschlichen oder tierischen Auges mittels Photodisruption und mit zumindest einer Steuereinrichtung für den oder die Laser, die ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt auszuführen. Die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung ermöglicht es, dass bei der Verwendung üblicher ablativer Behandlungsvorrichtungen auftretende Nachteile, nämlich relativ lange Behandlungszeiten und relativ hoher Energieeintrag durch den Laser in die Hornhaut, zuverlässig vermieden werden. Diese Vorteile werden insbesondere durch die Ausbildung des augenchirurgischen Lasers als photodisruptiver Laser erzielt.
Dabei ist der Laser geeignet, Laserpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1.400 nm, vorzugsweise zwischen 700 nm und 1.200 nm, bei einer jeweiligen Pulsdauer zwischen 1 fs und 1 ns, vorzugsweise zwischen 10 fs und 10 ps, und einer Wiederholungsfrequenz größer 10kHz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 100 MHz, abzugeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Behandlungsvorrichtung weist die Behandlungsvorrichtung eine Speichereinrichtung zur zumindest temporären Speicherung von zumindest einem Steuerdatensatz auf, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder Fokussierung einzelner Laserpulse in der Kornea umfassen und mindestens eine Strahleinrichtung zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls des Lasers umfasst. Die genannten Steuerdatensätze werden dabei üblicherweise anhand einer gemessenen Topographie und/oder Tachymetrie und/oder Morphologie der zu behandelnden Kornea und der Art des zu entfernenden, krankhaft und/oder unnatürlich veränderten Bereichs innerhalb der Hornhaut, erzeugt.
Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweils anderen Erfindungsaspekts anzusehen sind.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Behandlungsvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt die Verfahrensschritte gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ausführt. Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf den das Computerprogramm gemäß dem dritten Erfindungsaspekt gespeichert ist. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweils anderen Erfindungsaspekts anzusehen sind.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtu ng;
2 eine Prinzipdarstellung der Erzeugung eines abzutrennenden Volumenkörpers; und
3 eine schematische Draufsicht auf einen Volumenkörper.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsvorrichtung 10 mit einem augenchirurgischen Laser 18 für die Abtrennung eines vordefinierten Hornhautvolumens/Korneavolumens beziehungsweise Volumenkörpers 12 mit vordefinierten Grenzflächen 14, 16 einer Kornea eines menschlichen oder tierischen Auges mittels Photodisruption. Man erkennt, dass neben dem Laser 18 eine Steuereinrichtung 20 für den Laser 18 ausgebildet ist, sodass dieser gepulste Laserpulse in einem vordefinierten Muster in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen 14, 16 des abzutrennenden Volumenkörpers 12 durch das vordefinierte Muster mittels Photodisruption erzeugt werden. Die Grenzflächen 14, 16 bilden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen lentikelartigen Volumenkörper 12 aus, wobei die Position des Volumenkörpers 12 in diesem Ausführungsbeispiel derart gewählt ist, dass ein krankhafter und/oder unnatürlich veränderter Bereich 32 (siehe 2) innerhalb einer Stroma 36 der Kornea umschlossen wird. Des Weiteren ist aus 1 erkennbar, dass zwischen der Stroma 36 und einem Epithelium 28 die so genannte Bowman Membran 38 ausgebildet ist.
Des Weiteren erkennt man, dass der durch den Laser 18 erzeugte Laserstrahl 24 mittels einer Strahleinrichtung 22, nämlich einer Strahlablenkungsvorrichtung, wie zum Beispiel einem Scanner, in Richtung einer Oberfläche 26 der Hornhaut abgelenkt wird. Die Strahlablenkvorrichtung 22 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert, um das genannte vordefinierte Muster in der Hornhaut zu erzeugen.
Bei dem dargestellten Laser 18 handelt es sich um einen photodisruptiven Laser der ausgebildet ist, Laserpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1400 nm, vorzugsweise zwischen 700 nm und 1200 nm, bei einer jeweiligen Pulsdauer zwischen 1 fs und 1 ns, vorzugsweise zwischen 10 fs und 10 ps, und einer Wiederholungsfrequenz größer 10 KHz, vorzugsweise zwischen 100 KHz und 100 MHz, abzugeben.
Die Steuereinrichtung 20 weist zudem eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt) zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz auf, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Kornea umfassen. Die Positionsdaten und/oder Fokussierungsdaten der einzelnen Laserpulse werden anhand einer zuvor gemessenen Topografie und/oder Pachymetrie und//oder der Morphologie der Hornhaut und dem beispielsweise zu entfernenden, krankhaften und/oder unnatürlich veränderten Bereich 32 innerhalb der Stroma 36 des Auges erzeugt.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Erzeugung des abzutrennenden Volumenkörpers 12 gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens. Man erkennt, dass mittels des gepulsten Laserstrahls 24, der über die Strahlablenkvorrichtung 22 in Richtung der Kornea beziehungsweise in Richtung der Oberfläche 26 der Kornea gelenkt wird, die Grenzflächen 14, 16 erzeugt werden. Die Grenzflächen 14, 16 bilden dabei einen lentikelartigen Volumenkörper 12 aus, der beispielsweise den krankhaften und/oder unnatürlich veränderten Bereich 22 innerhalb der Stroma 36 umschließt. Des Weiteren erzeugt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Laser 18 einen weiteren Schnitt 34, der in einem vordefinierten Winkel und mit einer vordefinierten Geometrie den Volumenkörper 12 schneidet und bis zu der Oberfläche 26 der Kornea ausgebildet ist. Der durch die Grenzflächen 14, 16 definierte Volumenkörper 12 kann dann über den Schnitt 34 aus der Kornea entfernt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der krankhafte und/oder unnatürlich veränderte Bereich 32 innerhalb der Stroma 36 und außerhalb einer optischen Achse 30 des Auges ausgebildet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst mittels des Laserstrahls 24 die Grenzfläche 14, das heißt die tiefer im Auge beziehungsweise der Stroma 36 liegende Grenzfläche ausgebildet, wobei diese dann der posterioren Grenzfläche 14 entspricht. Dies kann durch ein zumindest teilweise kreis- und/oder spiralförmiges Führen des Laserstrahls 24 gemäß dem vordefinierten Muster erfolgen. Anschließend wird auf vergleichbare Art und Weise die Grenzfläche 16 erzeugt, welche dann der anterioren Grenzfläche 16 entspricht, sodass die Grenzflächen 14, 16 den lentikelförmigen Volumenkörper 12 (siehe auch 1) ausbilden. Anschließend wird der Schnitt 34 ebenfalls mit dem Laser 18 erzeugt. Die Reihenfolge der Erzeugung der Grenzflächen 14, 16 und des Schnitts 34 kann jedoch auch geändert werden.
3 zeigt in einer schematischen Draufsicht rein beispielhaft einen Volumenkörper 12. Insbesondere zeigt die 3, dass zum Steuern des Lasers 18 mittels der Steuereinrichtung 20 der Laser 18 derart gesteuert wird, dass dieser gepulste Laserpulse in dem vordefinierten Muster in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen 14, 16 des abzutrennenden Volumenkörpers 12 durch das vordefinierte Muster definiert sind und die Grenzflächen 14, 16 mittels einer Wechselwirkung der einzelnen Laserpulse mit der Kornea durch die Erzeugung einer Vielzahl von durch Photodisruption erzeugter Kavitationsblasen 40 entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn 42, 44 erzeugt wird und die Steuereinrichtung 20 die Schussabfolge des Lasers 18 zur Erzeugung eines vorgegebenen Glattheitswerts derart steuert, dass zumindest zwischen benachbarten, auf der gleichen Kavitationsblasenbahn 42 ,44 liegende Kavitationsblasen 40 ein gemeinsamer Überlappungsbereich 46 der Kavitationsblasen 40 in Abhängigkeit einer Geometrie der jeweiligen Kavitationsblase 40 erzeugt wird.
Insbesondere zeigt die 3, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen 40 entlang der Kavitationsblasenbahn 42, 44, insbesondere im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang einer ersten Kavitationsblasenbahn 42, eine vorgegebene, räumliche Überlappungsbereichsgeometrie des Überlappungsbereichs 46 erzeugt wird. Mit anderen Worten weisen die Kavitationsblasen 40 entlang der ersten Kavitationsblasenbahn 42 den vorgegebenen, räumlichen Überlappungsbereich auf. Dieser ist insbesondere derart bestimmt, dass der vorgegebene Glattheitswert eingehalten werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Kavitationsblase 40 einen Durchmesser A aufweist, wobei dann ein entsprechender Überlappungsbereich derart gewählt wird, dass die Abstände zwischen der benachbarten Kavitationsblase 40 $\frac{A}{3^{0,25}}$
entsprechen.
Ferner zeigt die 3, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen 40 entlang der Kavitationsblasenbahn 42, 44, im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere entlang einer zweiten Kavitationsblasenbahn 44, eine räumliche Überlappungsbereichsgeometrie des Überlappungsbereichs 46 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich 46 erzeugt wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass nacheinander geschossene Laserpulse in Abhängigkeit eines Rauschsignals erzeugt werden, sodass die räumliche Überlappungsbereichsgeometrie innerhalb des Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich 46 erzeugt wird. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass im Nachhinein entstehende Beugungseffekte innerhalb der Kornea entstehen. Insbesondere ist der Toleranzbereich derart gewählt, dass der vorgegebene Glattheitswert eingehalten beziehungsweise erzeugt wird.
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass eine Vielzahl von Kavitationsblasen 40 entlang einer Vielzahl von Kavitationsblasenbahnen 42, 44 des vordefinierten Musters erzeugt wird, wobei zwischen den jeweiligen Kavitationsblasenbahnen 42, 44 jeweils der Überlappungsbereich 46 erzeugt wird. Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, dass zwischen den Kavitationsblasenbahnen 42, 44 ein Abstand eingehalten wird, welcher $(\frac{A}{{3,}^{025}}) \frac{3^{0,5}}{2}$
entspricht oder $A * \frac{3^{0,25}}{2}$
entspricht. Ferner kann beispielsweise die Distanz in einer z-Richtung von einer Runde zu der nächsten Runde durch die Formel: $(A * \frac{3^{025}}{2}) \frac{3^{0,5}}{4} o d e r A * (\frac{3^{0,75}}{8})$
bestimmt werden.
Insbesondere kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass eine mäanderförmige Kavitationsblasenbahn 42, 44 oder eine spiralförmige Kavitationsblasenbahn 42, 44 oder eine rasterförmige Kavitationsblasenbahn 42, 44 oder eine ringförmige Kavitationsblasenbahn 42, 44 oder eine dreieckförmige Kavitationsblasenbahn 42, 44 oder eine helixförmige Kavitationsblasenbahn 42, 44 erzeugt wird.
Insgesamt zeigt die 3 ferner, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass die Geometrie der erzeugten Kavitationsblasen 40 als sphärisch vorgegeben wird und die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass die sphärische Geometrie der Kavitationsblasen 40 bei der Bestimmung des Überlappungsbereichs 46 und/oder bei Bestimmung eines Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich 46 berücksichtigt wird. Insgesamt kann hierzu vorgesehen sein, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass ein Radius, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Durchmesser A bestimmbar ist, der sphärischen Geometrie im Wesentlichen als proportional zur Kubikwurzel einer Pulsenergie eines jeweiligen Laserpulses vorgegeben wird und in Abhängigkeit des vorgegebenen Radius der Überlappungsbereich 46 und/oder der Toleranzbereich für den Überlappungsbereich 46 bestimmt wird.
Die 3 zeigt insbesondere lediglich einen Zwischenschritt, so dass insbesondere vorgesehene sein kann, dass zur Erzeugung der vorgegebenen Glattheit beziehungsweise zur Erzeugung des Volumenkörpers 12 noch weitere, nicht dargestellte, Kavitationsblasen 40 erzeugt werden. Der Übersichtlichkeit halber ist die 3 entsprechend dargestellt, sie ist jedoch nicht als abschließend zu betrachten.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers (18) für die Abtrennung eines Volumenkörpers (12) mit einer vordefinierten posterioren Grenzfläche (14) und einer vordefinierten anterioren Grenzfläche (16) aus einer menschlichen oder tierischen Kornea, umfassend: - Steuern des Lasers (18) mittels einer Steuereinrichtung (20) derart, dass dieser gepulste Laserpulse in einer Schussabfolge in einem vordefinierten Muster in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen (14, 16) des abzutrennenden Volumenkörpers (12) durch das vordefinierte Muster definiert sind und die Grenzflächen (14, 16) mittels einer Wechselwirkung der einzelnen Laserpulse mit der Kornea durch die Erzeugung einer Vielzahl durch Photodisruption erzeugter Kavitationsblasen (40) erzeugt werden, wobei die Vielzahl von Kavitationsblasen (40) entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn (42, 44) erzeugt wird und die Steuereinrichtung (20) die Schussabfolge des Lasers (18) zur Erzeugung eines vorgegebene Glattheitswerts derart steuert, dass zumindest zwischen benachbarten, auf der gleichen Kavitationsblasenbahn (42, 44) liegenden Kavitationsblasen (40) ein gemeinsamer Überlappungsbereich (46) der Kavitationsblasen (40) in Abhängigkeit einer Geometrie der jeweiligen Kavitationsblase (40) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen (40) entlang der Kavitationsblasenbahn (42, 44) eine vorgegebene, räumliche Überlappungsbereichsgeometrie des Überlappungsbereichs (46) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen (40) entlang der Kavitationsblasenbahn (42, 44) eine räumliche Überlappungsbereichsgeometrie des Überlappungsbereichs (46) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich (46) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass nacheinander geschossene Laserpulse in Abhängigkeit eines Rauschsignals erzeugt werden, so dass die räumliche Überlappungsbereichsgeometrie innerhalb des Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich (46) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass ein lentikelartiger Volumenkörper (12) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass eine Vielzahl von Kavitationsblasen (40) entlang einer Vielzahl von Kavitationsblasenbahnen (42, 44) des vordefinierten Musters erzeugt wird, wobei zwischen den jeweiligen Kavitationsblasenbahnen (42, 44) jeweils der Überlappungsbereich (46) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass eine mäanderförmige Kavitationsblasenbahn (42 ,44) oder eine spiralförmige Kavitationsblasenbahn (42 ,44) oder eine rasterförmige Kavitationsblasenbahn (42 ,44) oder eine ringförmige Kavitationsblasenbahn (42 ,44) oder eine dreieckförmige Kavitationsblasenbahn (42 ,44) oder eine helixförmige Kavitationsblasenbahn (42 ,44) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass die Geometrie der erzeugten Kavitationsblasen (40) als sphärisch vorgegeben wird und die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass die sphärische Geometrie der Kavitationsblasen (40) bei der Bestimmung des Überlappungsbereichs (46) und/oder bei der Bestimmung eines Toleranzbereichs für den Überlappungsbereich (46) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass ein Radius der sphärischen Geometrie im Wesentlichen als proportional zur Kubikwurzel einer Pulsenergie eines jeweiligen Laserpulses vorgegeben wird und in Abhängigkeit des vorgegeben Radius der Überlappungsbereich (46) und/oder der Toleranzbereich für den Überlappungsbereich (46) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass topographische und/oder pachymetrische und/oder morphologische Daten der Kornea berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass der Laser (18) Laserpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1400 nm, insbesondere zwischen 700 nm und 1200 nm, bei einer jeweiligen Pulsdauer zwischen 1 fs und 1 ns, insbesondere zwischen 10 fs und 10 ps, und einer Wiederholungsfrequenz größer 10 kHz, insbesondere zwischen 100 kHz und 10MHz, abgibt.
Behandlungsvorrichtung (10) mit zumindest einem chirurgischen Laser (18) für die Abtrennung eines Volumenkörpers (12) mit vordefinierten Grenzflächen (14, 16) eines menschlichen oder tierischen Auges mittels Photodisruption und mit zumindest einer Steuereinrichtung (20) für den oder die Laser (18), die ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Behandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung - mindestens eine Speichereinrichtung zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz aufweist, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Kornea umfassen; und - mindestens eine Strahleinrichtung (22) zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls (24) des Lasers (18) umfasst.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Behandlungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 12 oder 13 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.