DE102019134146B4

DE102019134146B4 - Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers und Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019134146B4
Application number: DE102019134146.9A
Authority: DE
Inventors: Samuel Arba Mosquera; Rüdiger Werner; Mario SHRAIKI
Original assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Current assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: DE102019134146A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers (18) einer Behandlungsvorrichtung (10) für die Abtrennung eines Volumenkörpers (12) aus einer Kornea, umfassend das Steuern des Lasers (18) mittels einer Steuereinrichtung (20) derart, dass dieser gepulste Laserpulse in einer Schussabfolge in einem vordefinierten Muster (40) in die Kornea abgibt, wobei Grenzflächen (14, 16) des abzutrennenden Volumenkörpers (12) durch das vordefinierte Muster (40) 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 (42) erzeugt werden, wobei die Kavitationsblasen (42) entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn (44) erzeugt wird, wobei das vordefinierte Muster (40) mittels einer Erzeugung eines ersten Teilmusters (46) und eines zum ersten Teilmuster (46) unterschiedlichen zweiten Teilmusters (48) erzeugt wird, und wobei das erste Teilmuster (46) zeitlich vor dem zweiten Teilmuster (48) 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 einer Behandlungsvorrichtung für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit einer vordefinierten posterioren Grenzfläche und einer vordefinierten anterioren Grenzfläche aus einer menschlichen oder tierischen Kornea. Ferner betrifft die Erfindung eine Behandlungsvorrichtung, 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. Hierzu sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Laserverfahren mittels entsprechenden Behandlungsvorrichtungen gegeben, welche einen Volumenkörper aus der Hornhaut abtrennen können und so die Sicht für einen Patienten verbessern können. Es handelt sich bei diesen Laserverfahren insbesondere um einen invasiven Eingriff, so dass es für den Patienten von besonderem Vorteil ist, wenn der Eingriff in einer möglichst kurzen Zeit und in einem besonders effizientem Maße durchgeführt wird.
US 2013/0 211 390 A1 beschreibt Systeme und Verfahren zur Photoänderung eines Bereichs eines Materials unter Verwendung eines gepulsten Laserstrahls. Das Verfahren umfasst das Scannen des gepulsten Laserstrahls in einem ersten Teil des Bereichs mit einem ersten Muster, das Scannen des gepulsten Laserstrahls in einem zweiten Teil des Bereichs mit einem zweiten Muster und das Abtrennen einer Klappe des Materials an dem Bereich. Das System umfasst einen Laser, eine Steuerung, die mindestens ein erstes und ein zweites Muster auswählt, und einen Scanner, der in Reaktion auf die Steuerung betrieben werden kann. Das erste Muster hat eine erste maximale Beschleunigung, die mit dem zweiten Bereich verbunden ist, und das zweite Muster hat eine zweite maximale Beschleunigung, die mit dem zweiten Bereich verbunden ist. Die zweite Maximalbeschleunigung ist kleiner als die erste Maximalbeschleunigung. Der Scanner tastet den gepulsten Laserstrahl des Lasers im ersten Abschnitt mit dem ersten Muster und im zweiten Abschnitt mit dem zweiten Muster ab.
US 9 937 033 B1 offenbart ein Verfahren zur Implantation von Hornhautlinsen mit einer vernetzten Hornhaut. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: (i) Bilden eines zweidimensionalen Schnitts in einer Hornhaut eines Auges; (ii) Erzeugen einer dreidimensionalen Tasche in der Hornhaut des Auges im Gewebe um den zweidimensionalen Schnitt herum, um Zugang zu dem die dreidimensionale Tasche umgebenden Gewebe zu erhalten; (iii) Aufbringen eines Photosensibilisators innerhalb der dreidimensionalen Tasche, so dass der Photosensibilisator mindestens einen Teil des die dreidimensionale Tasche umgebenden Gewebes durchdringt, um die Vernetzung des die dreidimensionale Tasche umgebenden Gewebes zu erleichtern; (iv) Bestrahlen der Hornhaut, um Vernetzer in dem die dreidimensionale Tasche umgebenden Teil des Gewebes zu aktivieren und dadurch die Hornhaut zu versteifen, eine Hornhautektasie der Hornhaut zu verhindern und Zellen in dem die dreidimensionale Tasche umgebenden Teil des Gewebes abzutöten; und (v) Einsetzen eines Linsenimplantats in die dreidimensionale Tasche durch einen kleinen Hornhautschnitt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Behandlungsvorrichtung, ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium zu schaffen, mittels welchen verbessert eine Behandlung für eine Kornea durchgeführt werden kann.
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 einer Behandlungsvorrichtung für die Abtrennung eines Volumenkörpers mit einer vordefinierte posterioren Grenzfläche und einer vordefinierten anterioren Grenzfläche aus einer menschlichen oder tierischen Kornea. Es erfolgt ein Steuern des Lasers mittels einer elektronischen Recheneinrichtung der Behandlungsvorrichtung 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, wobei das vordefinierte Muster mittels einer Erzeugung eines ersten Teilmusters und eines zum ersten Teilmuster unterschiedlichen zweiten Teilmusters erzeugt wird, und wobei das erste Teilmuster zeitlich vor dem zweiten Teilmuster erzeugt wird.
Ferner wird in Abhängigkeit einer maximalen Geschwindigkeit des Lasers und/oder eines Abstands der jeweiligen Kavitationsblase zueinander das erste Teilmuster oder das zweite Teilmuster erzeugt. Dadurch ist es ermöglicht, dass eine kurze Behandlungszeit bei zuverlässiger Erzeugung des Volumenkörpers realisiert werden kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die maximale Geschwindigkeit des Lasers in Abhängigkeit von einer Rotationsfrequenz einer Strahleinrichtung, insbesondere einer Strahlablenkungsvorrichtung und/oder einem minimalen Rotationsradius der Strahleinrichtung bestimmt wird. Dadurch können die mechanischen Gegebenheiten der Behandlungsvorrichtung bei der Erzeugung der Laserpulse berücksichtigt werden.
Ferner wird bei einer vorgegebenen maximalen Rotationsfrequenz der minimale Rotationsradius durch die Gleichung: $R o t a t i o n s r a d i u s_{m i n} = \frac{K a v i t a t i o n s b l a s e n a b s t a n d_{m a x}}{2 * π \frac{R o t a t i o n s f r e q u e n z_{m a x}}{W i e d e r h o l u n g s r a t e_{m a x}}}$
bestimmt, wobei der Kavitationsblasenabstand einen Abstand von zwei Kavitationsblasenzentren von zwei benachbarten Kavitationsblasen beschreibt und die Wiederholungsfrequenz die Erzeugung von Laserpulsen pro Zeiteinheit beschreibt. Der maximale Kavitationsblasenabstand ist abhängig von der Laserpulsenergie vorgegeben und die maximale Rotationsfrequenz und die maximale Wiederholungsrate sind durch die mechanischen Gegebenheiten der Behandlungsvorrichtung vorgegeben.
Dadurch ist es ermöglicht, dass mittels zwei unterschiedlicher Teilmuster das vordefinierte Muster erzeugt wird. Insbesondere weist das erste Teilmuster eine unterschiedliche Form zum zweiten Teilmuster auf. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass beispielsweise das zweite Teilmuster derart erzeugt wird, dass in Abhängigkeit von mechanischen Gegebenheiten der Behandlungsvorrichtung ein anderes Teilmuster gewählt wird, so dass eine thermische Leistung auf der Kornea reduziert ist. Dadurch kann es insbesondere im Bereich des zweiten Teilmusters zu einer reduzierten thermischen Leistung an der Kornea kommen, wodurch eine verbesserte Behandlung der Kornea an dieser Stelle ermöglicht ist und dennoch schnell das vordefinierte Muster und dadurch eine kurze Behandlungszeit realisiert werden kann.
Insbesondere hat dies den Hintergrund darin, dass die Behandlungsvorrichtung mittels einer nahezu konstanten Energie die Laserpulse erzeugt. Dies hat insbesondere zur Folge, dass im Wesentlichen jede erzeugte Kavitationsblase eine gleiche Größe aufweist. Insbesondere, da beispielsweise Rotationsscanner aufgrund mechanischer Bedingungen eine limitierte Auflösung und Geschwindigkeit aufweisen, kann es insbesondere im inneren Bereich auf der zu behandelnden Kornea, welche auch als Behandlungszentrum bezeichnet werden kann, dazu kommen, dass auf einem sehr engen Raum die Kavitationsblasen erzeugt werden, so dass große Überlappungsbereiche und somit eine unnötig hohe thermische Belastung entstehen würde. Insbesondere sollte somit beispielsweise eine maximale Geschwindigkeit des Rotationsscanners erreicht worden sein, werden die Pulse und insbesondere die dadurch erzeugten Kavitationsblasen näher zusammengesetzt, als es eigentlich notwendig wäre. Dadurch werden unnötige Kavitationsblasen beziehungsweise unnötig große Überlappungsbereiche, insbesondere in einem inneren Bereich, also dem Behandlungszentrum, erzeugt, wodurch die thermische Belastung dort erhöht werden würde. Durch die Erzeugung des zweiten Teilmusters, welche insbesondere eine lineare Bewegung erzeugt, kann die thermische Belastung im Behandlungszentrum reduziert werden und dadurch dennoch eine kurze Behandlungszeit realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das erste Teilmuster in einem radial betrachtet äußeren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers erzeugt und das zweite Teilmuster in einem radial betrachtet inneren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers erzeugt. Mit anderen Worten wird von einem Rand des Volumenkörpers ausgehend, und somit von einer Außenseite des Volumenkörpers, das erste Teilmuster erzeugt. Bei einem radial betrachtet inneren Teil des Volumenkörpers wird dann mittels des zweiten Teilmusters der Volumenkörper aus der Kornea getrennt. Dadurch ist es ermöglicht, dass insbesondere im radial betrachtet inneren Teil des Volumenkörpers die thermische Belastung reduziert wird.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das erste Teilmuster rotationssymmetrisch und das zweite Teilmuster mäanderförmig erzeugt wird. Beispielsweise kann als rotationssymmetrisches Teilmuster ein spiralförmiges Teilmuster erzeugt werden. Alternativ kann ein zumindest im Wesentlichen kreisförmiges Teilmuster erzeugt werden. Insbesondere durch die Mäanderform kann ein linearförmiges zweites Teilmuster erzeugt werden, bei welchem die thermische Belastung am Auge reduziert werden kann. Dadurch ist es ermöglicht, dass die thermische Belastung reduziert wird und ebenfalls die Behandlungszeit weiterhin kurz gehalten ist. Somit kann verbessert eine Behandlung eines Patienten durchgeführt werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das zweite Teilmuster in einem radial betrachtet äußeren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers erzeugt wird und das erste Teilmuster in einem radial betrachtet inneren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers erzeugt wird. Mit anderen Worten werden vom Behandlungszentrum aus zu einem Rand des Volumenkörpers die Laserpulse gesetzt. Dadurch ist ebenfalls eine zuverlässige Abtrennung des Volumenkörpers ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das zweite Teilmuster rotationssymmetrisch und das erste Teilmuster mäanderförmig erzeugt. Mit anderen Worten wird zuerst die Mäanderform im Behandlungszentrum erzeugt, wobei dann nach dem ersten Teilmuster auf ein rotationssymmetrisches Teilmuster, beispielsweise ein kreisförmiges zweites Teilmuster beziehungsweise ein spiralförmiges zweites Teilmuster übergegangen wird.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ab einem Erreichen eines vorgegebenen Radius des vordefinierten Musters des Laserpulses während der Erzeugung des ersten Teilmusters das zweite Teilmuster erzeugt wird. Insbesondere ist der Volumenkörper lentikelartig ausgebildet und somit im Wesentlichen kreisförmig beziehungsweise sphärisch. Ab einem Erreichen eines Radius, insbesondere von einem Rand des Volumenkörpers hin zu einem Behandlungszentrum des Volumenkörpers beziehungsweis umgekehrt, wird dann vom ersten Teilmuster zum zweiten Teilmuster gewechselt. Dieser Radius kann insbesondere in Abhängigkeit von einer möglichen Frequenz, insbesondere von mechanischen Gegebenheiten, der Behandlungsvorrichtung bestimmt werden. Dadurch ist es ermöglicht, dass mit einer geringen thermischen Belastung und dennoch zuverlässig und mit einer hohen Geschwindigkeit der Volumenkörper erzeugt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Steuerung des Lasers derart, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen entlang der Kavitationsblasenbahn ein gemeinsamer Überlappungsbereich erzeugt wird. Dadurch ist es ermöglicht, dass zuverlässig eine Art Schnitt erzeugt werden kann, sodass der Volumenkörper auf Basis der überlappenden Kavitationsblasen erzeugt werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Steuerung des Lasers derart erfolgt, dass ein lentikelartiger Volumenkörper abgetrennt wird. Mit anderen Worten kann der Volumenkörper dabei lentikelartig ausgebildet sein, wodurch ein einfaches Entfernen über einen Schnitt oder eine Öffnung an der Kornea möglich ist. Dadurch, dass der abzutrennende Volumenkörper lediglich durch die Grenzflächen beschrieben und definiert ist 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 topographische und/oder pachymetrische und/oder morphologische Daten der Kornea berücksichtigt werden. Insbesondere können somit topographische und/oder pachymetrische 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 pachymetrischen und/oder morphologischen Daten der unbehandelten Kornea und ein Bereitstellen von topographischen und/oder pachymetrischen 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 augenchirurgischen 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. Insbesondere ist die Behandlungsvorrichtung als ein Rotationsscanner ausgebildet. Die genannten Steuerdatensätze werden dabei üblicherweise anhand einer gemessenen Topographie und/oder Pachymetrie 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.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Behandlungsvorrichtung;
2 eine weitere schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Behandlungsvorrichtung;
3 eine schematische Draufsicht auf einen Volumenkörper.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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 40 (3) in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen 14, 16 des abzutrennenden Volumenkörpers 12 durch das vordefinierte Muster 40 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 Strahlablenkungseinrichtung, wie zum Beispiel bei einem Rotationsscanner, in Richtung einer Oberfläche 26 der Hornhaut abgelenkt wird. Die Strahlablenkeinrichtung wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert, um das genannte vordefinierte Muster 40 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.
3 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Volumenkörper 12. Insbesondere ist der Volumenkörper 12 rein schematisch dargestellt. In der 3 sind insbesondere rein beispielhaft vier Kavitationsblasen 42 gezeigt. Dies ist aus rein übersichtlichen Gründen so dargestellt. Es ist selbstverständlich, dass zumindest zeitlich nach der Schussabfolge das vordefinierte Muster 40 mit mehr vier Kavitationsblasen 42 erzeugt wird, so dass zuverlässig der Volumenkörper 12 abgetrennt werden kann.
Insbesondere zeigt die 3, dass das Steuern des Lasers 18 mittels der Steuereinrichtung 20 der Behandlungsvorrichtung 10 derart erfolgt, dass dieser die gepulsten Laserpulse in einer Schussabfolge in einem vordefinierten Muster 40 in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen 14, 16 des abzutrennenden Volumenkörpers 12 durch das vordefinierte Muster 40 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 42 erzeugt werden, wobei die Vielzahl von Kavitationsblasen 42 entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn 44 erzeugt wird, und wobei das vordefinierte Muster 40 mittels einer Erzeugung eines ersten Teilmusters 46 und eines zum ersten Teilmuster 46 unterschiedlichen zweiten Teilmuster 48 erzeugt wird.
Dadurch ist es ermöglicht, dass mittels zwei unterschiedlicher Teilmuster 46, 48 das vordefinierte Muster 40 erzeugt wird. Insbesondere weist das erste Teilmuster 46 eine unterschiedliche Form zum zweiten Teilmuster 48 auf. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass beispielsweise das zweite Teilmuster 46 derart erzeugt wird, dass in Abhängigkeit von mechanischen Gegebenheiten der Behandlungsvorrichtung 10 ein anderes Teilmuster gewählt wird, so dass eine thermische Leistung auf der Kornea reduziert ist. Dadurch kann es insbesondere im Bereich des zweiten Teilmusters 48 zu einer reduzierten thermischen Leistung an der Kornea kommen, wodurch eine verbesserte Behandlung der Kornea an dieser Stelle ermöglicht ist und dennoch schnell das vordefinierte Muster 40 und dadurch eine kurze Behandlungszeit realisiert werden kann.
Die Behandlungsvorrichtung 10 erzeugt mittels einer nahezu konstanten Energie die Laserpulse. Dies hat insbesondere zur Folge, dass im Wesentlichen jede erzeugte Kavitationsblase 42 eine zumindest ungefähr gleiche Größe aufweist, wie dies beispielhaft dargestellt ist. Insbesondere, da beispielsweise ein Rotationsscanner aufgrund mechanischer Bedingungen eine limitierte Auflösung und Geschwindigkeit aufweist, kann es insbesondere im inneren Bereich auf der zu behandelnden Kornea, welche auch als Behandlungszentrum bezeichnet werden kann, dazu kommen, dass auf einem sehr engen Raum die Kavitationsblasen 42 erzeugt werden, so dass große Überlappungsbereiche 50 und somit eine unnötig hohe thermische Belastung entstehen würde. Insbesondere sollte somit beispielsweise eine maximale Geschwindigkeit des Rotationsscanners erreicht worden sein, werden die Laserpulse und insbesondere die dadurch erzeugten Kavitationsblasen 42 näher zusammengesetzt, als es eigentlich notwendig wäre. Dadurch würden unnötige Kavitationsblasen 42 beziehungsweise unnötig große Überlappungsbereiche 50, insbesondere in einem inneren Bereich, also dem Behandlungszentrum, erzeugt, wodurch die thermische Belastung dort erhöht werden würde. Durch die Erzeugung des zweiten Teilmusters 48, welche insbesondere eine lineare Bewegung erzeugt, kann die thermische Belastung im Behandlungszentrum reduziert werden und dadurch dennoch eine kurze Behandlungszeit realisiert werden.
Insbesondere zeigt die 3, dass das erste Teilmuster 46 an einem radial betrachtet äußeren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers 12 erzeugt wird und das zweite Teilmuster 48 an einem radial betrachtet inneren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers 12 erzeugt wird. Das erste Teilmuster 46 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch, insbesondere spiralförmig, ausgebildet, das zweite Teilmuster 48 ist vorliegend mäanderförmig ausgebildet.
Alternativ zu dem in 3 Gezeigten kann vorgesehen sein, dass das zweite Teilmuster 48 an einem radial betrachtet äußeren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers 12 erzeugt wird und das erste Teilmuster 46 an einem radial betrachtet inneren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers 12 erzeugt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das zweite Teilmuster 48 rotationssymmetrisch, beispielsweise spiralförmig, ist und das erste Teilmuster 46 mäanderförmig erzeugt wird.
Insbesondere kann ferner vorgesehen sein, dass ab einem Erreichen des Laserpulses bei einem vorliegenden Radius R des vordefinierten Musters 40 während der Erzeugung des ersten Teilmusters 46 das zweite Teilmuster 48 erzeugt wird. Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von einer maximalen Geschwindigkeit des Lasers 18 und/oder eines Abstands der jeweiligen Kavitationsblase 42 zueinander das erste Teilmuster 46 oder das zweite Teilmuster 48 erzeugt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die maximale Geschwindigkeit des Lasers 18 in Abhängigkeit von einer Rotationsfrequenz der Strahleinrichtung 22 und/oder einem minimalen Rotationsradius der Strahleinrichtung bestimmt wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuerung des Lasers 18 derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen 42 entlang der Kavitationsblasenbahn 44 ein gemeinsamer Überlappungsbereich 50 erzeugt wird. Insbesondere kann auf Basis des gemeinsamen Überlappungsbereichs 50 der Volumenkörper 12 zuverlässig aus der Kornea 32 abgetrennt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines augenchirurgischen Lasers (18) einer Behandlungsvorrichtung (10) 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) der Behandlungsvorrichtung (10) derart, dass dieser gepulste Laserpulse in einer Schussabfolge in einem vordefinierten Muster (40) in die Kornea abgibt, wobei die Grenzflächen (14, 16) des abzutrennenden Volumenkörpers (12) durch das vordefinierte Muster (40) 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 (42) erzeugt werden, wobei die Vielzahl von Kavitationsblasen (42) entlang zumindest einer Kavitationsblasenbahn (44) erzeugt wird, wobei das vordefinierte Muster (40) mittels einer Erzeugung eines ersten Teilmusters (46) und eines zum ersten Teilmuster (46) unterschiedlichen zweiten Teilmusters (48) erzeugt wird, und wobei das erste Teilmuster (46) zeitlich vor dem zweiten Teilmuster (48) erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer maximalen Geschwindigkeit des Lasers (18) das erste Teilmuster (46) oder das zweite Teilmuster (48) erzeugt wird, wobei die maximale Geschwindigkeit des Lasers (18) in Abhängigkeit von einer Rotationsfrequenz einer Strahleinrichtung (22) bestimmt wird, wobei bei einer vorgegebenen maximalen Rotationsfrequenz der minimale Rotationsradius durch die Gleichung: $R o t a t i o n s_{m i n} = \frac{K a v i t a t i o n s b l a s e n s t a n d_{m a x}}{2 * π \frac{R o t a t i o n s f r e q u e n z_{m a x}}{W i e d e r h o l u n g s r a t e_{m a x}}}$
bestimmt wird, wobei der Kavitationsblasenabstand einen Abstand von zwei Kavitationsblasenzentren von zwei benachbarten Kavitationsblasen (42) beschreibt und die Wiederholungsrate die Erzeugung von Laserpulsen pro Zeiteinheit beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilmuster (46) an einem radial betrachtet äußeren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers (12) erzeugt wird und das zweite Teilmuster (48) an einem radial betrachtet inneren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilmuster (46) rotationssymmetrisch und das zweite Teilmuster (48) mäanderförmig erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilmuster (48) an einem radial betrachtet äußeren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers (12) erzeugt wird und das erste Teilmuster (46) an einem radial betrachtet inneren Teil zum Erzeugen des Volumenkörpers (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilmuster (48) rotationssymmetrisch und das erste Teilmuster (46) mäanderförmig erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ab einem Erreichen eines vorgegebenen Radius (R) des vordefinierten Musters (40) des Laserpuls während der Erzeugung des ersten Teilmusters (46) das zweite Teilmuster (48) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in Abhängigkeit eines Abstands der jeweiligen Kavitationsblasen (42) zueinander das erste Teilmuster (46) oder das zweite Teilmuster (48) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die maximale Geschwindigkeit des Lasers (18) in Abhängigkeit von einem minimalen Rotationsradius der Strahleinrichtung (22) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Lasers (18) derart erfolgt, dass zwischen den benachbarten Kavitationsblasen (42) entlang der Kavitationsblasenbahn (44) ein gemeinsamer Überlappungsbereich (50) 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 topographische und/oder pachymetrische und/oder morphologische Daten der Kornea (32) 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 augenchirurgischen 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 12 ausgebildet ist.
Behandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) - 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 13 oder 14 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 15 gespeichert ist.