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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Steuerdaten für einen augenchirurgischen Laser einer Behandlungsvorrichtung für die Entfernung eines Gewebes. Die Erfindung betrifft außerdem eine Behandlungsvorrichtung mit mindestens einem augenchirurgischen Laser für die Entfernung eines Gewebes eines menschlichen oder tierischen Auges mittels Photodisruption und/oder Photoablation und mindestens einer Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
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Behandlungsvorrichtungen und Verfahren zur Steuerung von ophthalmologischen Lasern zur Korrektur einer optischen Fehlsichtigkeit und/oder krankhaft oder unnatürlich veränderten Bereichen der Hornhaut (Kornea) sind im Stand der Technik bekannt. Dabei können zum Beispiel ein gepulster Laser und eine Strahlfokussierungseinrichtung so ausgebildet sein, dass Laserstrahlpulse in einem innerhalb eines organischen Gewebes gelegenen Fokus eine Photodisruption und/oder Photoablation bewirken, um das Gewebe, insbesondere einen Lentikel, aus der Hornhaut zu entfernen.
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Für die Bestimmung einer zu entfernenden Gewebegeometrie des Gewebes, um beispielsweise eine optische Fehlsichtigkeit zu korrigieren, sind verschiedene Methoden bekannt. Bei einer dieser Methoden wird dabei über eine Strahlverfolgung (Ray Tracing) an einem Computermodell ein Strahlenverlauf durch das Auge simuliert, wobei zur Bestimmung der Gewebegeometrie iterativ eine zu erreichende Hornhaut berechnet wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, dass für diesen iterativen Prozess eine hohe Rechenleistung und lange Rechenzeiten benötigt werden und dass die Berechnungen nur auf einem Modell des Auges basieren, wobei hierfür Annahmen aus der Literatur über die Form der Linse, des Retinaradius, der Brechungsindizes und ihrer Verteilung in der Linse angenommen werden. Des Weiteren liegt in der Regel eine Anpassungslast durch die Behandlung vollständig auf einer Vorderseite der Linse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Steuerdaten zum Steuern eines augenchirurgischen Lasers mit einer verbessert bestimmten Gewebegeometrie zur Entfernung eines Gewebes bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, das erfindungsgemäße Computerprogramm sowie das erfindungsgemäße computerlesbare Medium gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Behandlungsvorrichtung, der Steuereinrichtung, des Computerprogramms und des computerlesbaren Mediums und umgekehrt anzusehen sind.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Steuerdaten für einen augenchirurgischen Laser einer Behandlungsvorrichtung für die Entfernung eines Gewebes, wobei das Verfahren die folgenden, durch eine Steuereinrichtung durchgeführten Schritte aufweist. Unter einer Steuereinrichtung wird dabei ein Gerät, eine Gerätekomponente oder eine Gerätegruppe verstanden, das/die zum Empfangen und Auswerten von Signalen eingerichtet ist, sowie zum Bereitstellen, zum Beispiel Erzeugen, von Steuerdaten. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel als Steuerchip, Computerprogramm, Computerprogrammprodukt oder Steuergerät ausgestaltet sein. Durch die Steuereinrichtung erfolgt ein Ermitteln einer Hornhautgeometrie einer Hornhaut eines menschlichen oder tierischen Auges aus vorbestimmten Untersuchungsdaten, ein Ermitteln einer kornealen Wellenfront mittels eines physikalischen Modells aus der Hornhautgeometrie, wobei zur Ermittlung der kornealen Wellenfront mittels des physikalischen Modells eine Änderung einer Eingangswellenfront bei einem Durchgang durch die Hornhaut mit der ermittelten Hornhautgeometrie bestimmt wird, und ein Ermitteln einer okularen Wellenfront des menschlichen oder tierischen Auges aus den vorbestimmten Untersuchungsdaten, wobei durch die okulare Wellenfront eine Änderung der Eingangswellenfront bei einem Durchgang durch das gesamte menschliche oder tierische Auge beschrieben wird. Anschließend erfolgt durch die Steuereinrichtung ein Berechnen einer inneren Wellenfront aus einer Differenz der okularen Wellenfront und der kornealen Wellenfront, ein Berechnen einer zu erreichenden Wellenfront aus einer Differenz einer vorgegebenen Zielwellenfront und der berechneten inneren Wellenfront und ein Ermitteln einer Zielhornhautgeometrie aus der zu erreichenden Wellenfront mittels des physikalischen Modells, wobei mittels des physikalischen Modells die Zielhornhautgeometrie beschrieben wird, die bei einem Durchgang der Eingangswellenfront durch eine Zielhornhaut mit der Zielhornhautgeometrie die zu erreichende Wellenfront ergibt. Schließlich erfolgen durch die Steuereinrichtung ein Berechnen einer zu entfernenden Gewebegeometrie aus einer Differenz der Hornhautgeometrie und der Zielhornhautgeometrie und ein Bereitstellen von Steuerdaten zum Steuern des augenchirurgischen Lasers, die die zu entfernende Gewebegeometrie zur Entfernung des Gewebes umfassen.
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Mit anderen Worten werden zunächst eine Hornhautgeometrie und eine okulare Wellenfront des Auges aus vorbestimmten Untersuchungsdaten ermittelt, wobei hierfür beispielsweise eine Topografie und/oder eine Wellenfrontanalyse durchgeführt werden können. Anschließend kann mittels eines physikalischen Modells und der Hornhautgeometrie eine korneale Wellenfront bestimmt werden, wobei die korneale Wellenfront aus einer analytischen Berechnung bestimmt werden kann, die eine Eingangswellenfront bei einem Durchgang durch die Hornhaut mit der ermittelten Hornhautgeometrie durchläuft. Das heißt, dass sich die korneale Wellenfront durch eine Änderung der Eingangswellenfront ergibt, wenn die Eingangswellenfront durch die Hornhaut mit der ermittelten Hornhautgeometrie verändert wird. Das physikalische Modell kann hierbei auf physikalischen Reflexions- und Brechungsgesetzen basieren und eine geometrische Veränderung der jeweiligen Strahlen der Wellenfront beschreiben. Anschließend kann aus der ermittelten okularen Wellenfront, die eine Änderung der Eingangswellenfront nach einem Durchgang durch das gesamte Auge darstellt, und der durch das physikalische Modell ermittelten kornealen Wellenfront eine innere Wellenfront berechnet werden. Diese innere Wellenfront kann vorzugsweise aus einer Differenz der okularen Wellenfront und der kornealen Wellenfront bestimmt werden.
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Die innere Wellenfront, die als Zwischenschritt zur Berechnung der zu entfernenden Gewebegeometrie verwendet werden kann, beschreibt hierbei eine Lichtbrechung, die durch alle Komponenten des Auges abzüglich der Hornhaut entsteht. Insbesondere beschreibt die innere Wellenfront eine Lichtbrechung durch eine Linse des Auges und einen Glaskörper des Auges, insbesondere eines Kammerwassers des Glaskörpers. Als ein nächster Schritt kann diese berechnete innere Wellenfront von einer vorgegebenen Zielwellenfront subtrahiert werden, um eine zu erreichende Wellenfront zu erhalten. Die vorgegebene Zielwellenfront stellt dabei die Wellenfront dar, die schlussendlich auf die Retina des Auges treffen soll und die zu erreichende Wellenfront ist diejenige Wellenfront, die durch die Behandlung der Hornhaut erreicht werden soll. Das bedeutet, dass durch die Behandlung der Hornhaut die Eingangswellenfront so verändert werden soll, damit die Eingangswellenfront nach der Hornhaut zu der zu erreichenden Wellenfront wird und die zu erreichende Eingangswellenfront nach Durchgang durch das restliche Auge, insbesondere der Linse und des Glaskörpers, zu der vorgegebenen Zielwellenfront wird, die auf die Retina trifft.
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Aus einer Rückrechnung mittels des physikalischen Modells kann dann aus der zu erreichenden Wellenfront eine Zielhornhautgeometrie bestimmt werden, die die Eingangswellenfront in die zu erreichende Wellenfront verändert. Mit anderen Worten wird analytisch bestimmt, welche Zielhornhautgeometrie die Eingangswellenfront zu der zu erreichenden Wellenfront verändert. Schließlich kann mittels der Zielhornhautgeometrie und der anfangs bestimmten Hornhautgeometrie eine zu entfernende Gewebegeometrie berechnet werden. Die zu entfernende Gewebegeometrie beschreibt dabei das Gewebe, das aus der Hornhautgeometrie entfernt werden muss, um auf die Zielhornhautgeometrie zu gelangen. Die so berechnete zu entfernende Gewebegeometrie kann dann den augenchirurgischen Laser zur Entfernung des Gewebes als Steuerdaten bereitgestellt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens können die jeweiligen Wellenfronten als Wellenfrontkarte vorliegen, wobei eine Wellenfrontkarte eine farbcodierte Darstellung einer Wellenfrontdeformation als Funktion des Ortes innerhalb des Auges, insbesondere innerhalb der Pupille, ist. Die Hornhautgeometrie, die Zielhornhautgeometrie und die Gewebegeometrie weisen jeweilige Abmessungen und Formen der Hornhaut auf, insbesondere ein Volumen, eine Form, eine Dicke ein Durchmesser und/oder eine Position.
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Durch diesen Aspekt der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die zu entfernende Gewebegeometrie einfach und schnell bestimmt werden kann. Insbesondere kann eine hohe Individualisierung für die Behandlung des Auges erreicht werden, wobei die okulare und korneale Wellenfront des Patienten direkt berücksichtigt werden können und nicht auf Literaturwerte zurückgegriffen werden muss. Durch die verbesserte und individualisierte Bestimmung der zu entfernenden Gewebegeometrie kann insbesondere auch eine Reduktion des zu entfernenden Gewebes erreicht werden. Im Vergleich zu bekannten Methoden besteht der Vorteil, dass direkt auf gemessenen vorbestimmten Untersuchungsdaten die Bestimmung des zu entfernenden Gewebes durchgeführt werden kann, wodurch Fehler, insbesondere Fehler aufgrund einer Fehlerfortpflanzung, verringert werden können. Des Weiteren kann durch eine analytische Berechnung eine Rechenleistung und/oder Rechenzeit eingespart werden, da das Verfahren im Gegensatz zu bisherigen Ray-Tracing-Methoden nicht auf einer iterativen Berechnung beruht.
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Die Erfindung umfasst auch Ausgestaltungsformen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass für das physikalische Modell eine Strahlmodellierung gemäß dem Fermatschen Prinzip verwendet wird. Das Fermatsche Prinzip besagt, dass Licht in einem Medium zwischen zwei Punkten denjenigen Weg nimmt, auf dem seine Laufzeit am kürzesten ist. Insbesondere kann aus dem Fermatschen Prinzip das Reflexionsgesetz und das Snelliussche Brechungsgesetz hergeleitet werden. Mittels des Fermatschen Prinzips kann in dem Verfahren ein jeweiliger Strahl der jeweiligen Wellenfront mittels der ermittelten Geometrie, insbesondere der Hornhautgeometrie, analytisch berechnet werden, da alle dazu notwendigen Parameter aus den vorbestimmten Untersuchungsdaten vorhanden sind. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass schnell und einfach die zu entfernende Gewebegeometrie bestimmt werden kann, wobei diese Bestimmung auf Basis des Fermatschen Prinzips analytisch durchgeführt werden kann, was Rechenzeit und/oder Rechenleistung im Vergleich zu iterativen Methoden einspart.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass zur Ermittlung der kornealen Wellenfront eine ebene Welle als Eingangswellenfront verwendet wird, wobei die Eingangswellenfront senkrecht zu einer optischen Achse der Hornhaut verläuft, wobei die korneale Wellenfront gemäß der Formel
berechnet wird, wobei CW die korneale Wellenfront ist, wobei TQ eine Strecke eines jeweiligen Strahls der Eingangswellenfront bis zu der Hornhaut mit der ermittelten Hornhautgeometrie ist, wobei n ein Brechungsindex der Hornhaut ist, wobei OF eine mittlere fokale Länge der Hornhaut bis zu einem Fokuspunkt F ist und wobei QF eine Strecke von einer Position, bei der der jeweilige Strahl der Eingangswellenfront TQ auf die Hornhaut trifft, bis zu dem Fokuspunkt F ist. Insbesondere stellt die oben genannte Formel eine Möglichkeit dar, die korneale Wellenfront analytisch zu berechnen, wobei hierdurch in vorteilhafter Weise Rechenleistung im Vergleich zu iterativen Verfahren eingespart werden kann. Eine weitere Erläuterung der Formel erfolgt später in der Figurenbeschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit
4.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass die Zielhornhautgeometrie mittels einer Rückrechnung aus der zu erreichenden Wellenfront ermittelt wird, wobei die Rückrechnung gemäß dem Fermatschen Prinzip durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird durch geeignete Umstellung der oben genannten Formel berechnet, welche Zielhornhautgeometrie benötigt wird, um die zu erreichende Wellenfront zu erhalten. Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform ist es, dass die rückgerechnete Zielhornhautgeometrie analytisch bestimmt werden kann, was Rechenleistung und/oder Rechenzeit einspart.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die vorbestimmten Untersuchungsdaten für die Hornhautgeometrie mittels einer Hornhauttopografie gemessen werden. Mit anderen Worten wird die Hornhautgeometrie beispielsweise mittels eines Keratographen bestimmt, mittels dem eine Krümmung der Hornhaut, eine Hornhautdicke, insbesondere Höhendaten, und eine Brechkraft der Hornhaut bestimmt werden können. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die vorbestimmten Untersuchungsdaten für die okulare Wellenfront mittels einer Aberrometrie gemessen werden. Die Aberrometrie, die auch als Wellenfrontanalyse bezeichnet werden kann und die beispielsweise mit einem Hartmann-Shack-Sensor durchgeführt werden kann, kann eine Änderung einer Eingangswellenfront bei einem Durchgang durch das gesamte Auge beschreiben. Insbesondere kann die okulare Wellenfront hierzu mittels Zernike-Polynomen beschrieben werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die vorbestimmten Untersuchungsdaten, das heißt sowohl die Hornhautgeometrie als auch die okulare Wellenfront, mittels einer einzigen Untersuchungsvorrichtung gemessen werden, um Fehler zu minimieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass eine Form der Zielwellenfront durch eine Krümmungsform einer Retina des menschlichen oder tierischen Auges vorgegeben wird. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Zielwellenfront, also diejenige Wellenfront, die letztendlich auf die Retina trifft, eine Form aufweist, die an die Retina angepasst ist. Insbesondere kann die Zielwellenfront in gleicher Weise wie die Retina gekrümmt sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine optimale Fehlsichtigkeitskorrektur für das Auge vorgegeben werden kann. Jedoch können für die Zielwellenfront auch andere Formen vorgegeben werden, beispielsweise eine ebene Zielwellenfront oder eine anderweitig gewünschte Form, die durch einen Nutzer der Behandlungsvorrichtung vorgegeben werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich die oben aufgeführten Vorteile. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel als Steuerchip, Steuergerät oder Anwenderprogramm („App“) ausgestaltet sein. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise eine Prozessoreinrichtung aufweisen und/oder einen Datenspeicher. Unter einer Prozessoreinrichtung wird ein Gerät oder eine Gerätekomponente zur elektronischen Datenverarbeitung verstanden. Die Prozessoreinrichtung kann zum Beispiel mindestens einen Mikrocontroller und/oder mindestens einen Mikroprozessor aufweisen. Auf dem optionalen Datenspeicher kann vorzugsweise ein Programmcode zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens abgelegt sein. Der Programmcode kann dann dazu ausgelegt sein, bei Ausführung durch die Prozessoreinrichtung die Steuereinrichtung dazu zu veranlassen, eine der oben beschriebenen Ausführungsformen eines oder beider erfindungsgemäßer Verfahren durchzuführen.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung mit mindestens einem augenchirurgischen Laser für die Abtrennung eines durch die Steuerdaten vordefinierten Gewebes, insbesondere eines Hornhautvolumens mit vordefinierten Grenzflächen eines menschlichen oder tierischen Auges mittels Photodisruption und/oder Photoablation, und mindestens einer Steuereinrichtung für den oder die Laser, die ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. Die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung ermöglicht es, dass die bei der Verwendung üblicher ablativer Behandlungsvorrichtungen auftretenden Nachteile zuverlässig reduziert oder sogar vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung kann der Laser dazu geeignet sein, 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 Kilohertz (KHz), vorzugsweise zwischen 100 KHz und 100 Megahertz (MHz), abzugeben. Ein solcher Femtosekundenlaser ist zur Entfernung von Gewebe innerhalb der Kornea besonders gut geeignet. Die Verwendung von photodisruptiven und/oder photoablativen Lasern bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist zudem den Vorteil auf, dass die Bestrahlung der Kornea nicht in einem Wellenlängenbereich unter 300 nm erfolgen muss. 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 Kornea 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, so dass eine hohe Schnittgenauigkeit bei der Erzeugung der Grenzflächen ermöglicht wird. Als Wellenlängenbereich kann insbesondere auch der Bereich zwischen 700 nm und 780 nm gewählt werden.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung kann die Steuereinrichtung mindestens eine Speichereinrichtung zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz aufweisen, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Hornhaut/Kornea umfassen; und kann mindestens eine Strahleinrichtung zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls des Lasers aufweisen. Der genannte Steuerdatensatz umfasst dabei die in dem Verfahren bestimmten Steuerdaten zur Entfernung des Gewebes.
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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.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Behandlungsvorrichtung gemäß dem vierten Erfindungsaspekt die Verfahrensschritte gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder die Verfahrensschritte gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt ausführt.
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Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem vierten Erfindungsaspekt gespeichert ist. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten bis vierten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweils anderen Erfindungsaspekts anzusehen sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung 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 zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Behandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
- 3 ein Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes Auge mit Wellenfronten zur Berechnung einer zu entfernenden Gewebegeometrie;
- 4 eine schematische Darstellung von Strahlenverläufen zur Ermittlung einer kornealen Wellenfront.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsvorrichtung 10 mit einem augenchirurgischen Laser 12 für die Entfernung eines Gewebes 14 eines menschlichen oder tierischen Auges 16 mittels Photodisruption und/oder Photoablation. Das Gewebe 14 kann beispielsweise einen Lentikel oder auch Volumenkörper darstellen, der mit dem augenchirurgischen Laser 12 aus einer Hornhaut des Auges 16 zur Korrektur von einer Fehlsichtigkeit herausgetrennt werden kann. Eine zu entfernende Geometrie des Gewebes 14 kann durch eine Steuereinrichtung 18 bereitgestellt werden, insbesondere in Form von Steuerdaten, sodass der Laser 12 gepulste Laserpulse in einem durch die Steuerdaten vordefinierten Muster in die Hornhaut (Kornea) des Auges 16 abgibt, um das Gewebe 14 zu entfernen. Alternativ kann die Steuereinrichtung 18 eine in Bezug auf die Behandlungsvorrichtung 10 externe Steuereinrichtung 18 sein.
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Des Weiteren zeigt die 1, dass der durch den Laser 12 erzeugte Laserstrahl 20 mittels einer Strahleinrichtung 21, nämlich einer Strahlablenkvorrichtung wie zum Beispiel einem Rotationsscanner, in Richtung des Auges 16 abgelenkt werden kann, um das Gewebe 14 zu entfernen. Die Strahlablenkvorrichtung 21 kann ebenfalls durch die Steuereinrichtung 18 gesteuert werden, um das Gewebe 14 zu entfernen.
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Bei dem dargestellten Laser 12 kann es sich vorzugsweise um einen photodisruptiven und/oder photoablativen Laser handeln, der ausgebildet ist, Laserpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 Nanometern und 1400 Nanometern, vorzugsweise zwischen 700 Nanometern und 1200 Nanometern, bei einer jeweiligen Pulsdauer zwischen 1 Femtosekunde und 1 Nanosekunde, vorzugsweise zwischen 10 Femtosekunden und 10 Pikosekunden, und einer Wiederholungsfrequenz größer 10 Kilohertz, vorzugsweise zwischen 100 Kilohertz und 100 Megahertz, abzugeben. Die Steuereinrichtung 18 weist optional zudem eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt) zur zumindest temporären Speicherung von zumindest 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, das heißt, die Geometrie des Gewebes 14, wird anhand des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ermittelt.
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Insbesondere kann die Steuereinrichtung 18 zur Bereitstellung von Steuerdaten das Verfahren durchführen, das gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in 2 dargestellt ist. Zur Erklärung der Verfahrensschritte wird auch auf 3 verwiesen, in der eine Seitenansicht eines schematisch dargestellten Auge 16 gezeigt ist, mit jeweiligen Wellenfronten, die in dem Verfahren ermittelt werden. Das in 3 dargestellte Auge 16 kann dabei eine Hornhaut 22, eine Linse 24 und eine Retina 26 umfassen.
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In einem Schritt S10 des Verfahrens wird eine Hornhautgeometrie der Hornhaut 22 des Auges 16 aus vorbestimmten Untersuchungsdaten ermittelt. Die Hornhautgeometrie kann beispielsweise mittels einer Hornhauttopographie gemessen worden sein.
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In einem Schritt S12 kann dann eine korneale Wellenfront 28 mittels eines physikalischen Modells aus der Hornhautgeometrie der Hornhaut 22 bestimmt werden. Das physikalische Modell kann eine Änderung einer Eingangswellenfront (in
3 nicht dargestellt) bei einem Durchgang durch die Hornhaut 22 beschreiben, wobei die Eingangswellenfront nach Durchgang durch die Hornhaut 22 zu der kornealen Wellenfront 28 wird. Das physikalische Modell kann vorzugsweise auf dem Fermatschen Prinzip beruhen, das vereinfacht besagt, dass Licht den schnellsten und nicht den kürzesten Weg nimmt. Zur genauen Berechnung der kornealen Wellenfront 28 kann beispielsweise die Formel
verwendet werden, wobei hier eine ebene Welle als Eingangswellenfront angenommen wird, die auf die Hornhaut 22 trifft. Die oben genannte Formel wird im Nachfolgenden anhand der
4 näher erläutert.
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In 4 sind Strahlenverläufe zur Bestimmung der kornealen Wellenfront 28 gemäß dem Fermatschen Prinzip beispielhaft dargestellt. Es ist eine ebene Eingangswellenfront 30 dargestellt, die auf die Hornhaut 22 trifft, insbesondere auf den Punkt O der Hornhaut 22, der auf einer optischen Achse des Auges 16 liegen kann. Zur Herleitung der oben angegebenen Formel wird dabei gemäß dem Fermatschen Prinzip angenommen, dass ein Strahl der ebenen Welle 30 auf der Strecke von T nach Q in Luft und zusätzlich von Punkt Q nach Punkt F in der Hornhaut mit dem Brechungsindex n im Vergleich zu einem Strahl der ebenen Welle 30 von dem Punkt O zu dem Punkt F eine gleiche optische Weglänge aufweist, wobei Punkt F ein Fokuspunkt einer mittleren fokalen Länge der Hornhaut 22 darstellt. Eine Weiterführung dieser Annahme führt dann auf die oben genannte Formel, wobei TQ die Strecke von dem Punkt T zu dem Punkt Q darstellt, die Strecke QF eine Strecke von dem Punkt Q zu dem mittleren Fokuspunkt F darstellt und die Strecke OF eine Strecke von dem Punkt O zu dem mittleren Fokuspunkt F darstellt. Der Wert n ist ein Brechungsindex der Hornhaut 22. Folglich kann aus der ermittelten Hornhautgeometrie, die in der Strecke TQ berücksichtigt wird, eine Änderung der Eingangswellenfront zu der kornealen Wellenfront berechnet werden.
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Nach Bestimmung der kornealen Wellenfront 28 kann in einem Schritt S14 eine okulare Wellenfront 32 aus den vorbestimmten Untersuchungsdaten ermittelt werden, wobei die okulare Wellenfront 32 eine Änderung der Eingangswellenfront 30 bei einem Durchgang durch das gesamte Auge 16 darstellt. Die okulare Wellenfront 32 kann mittels einer Aberrometrie (Wellenfrontanalyse) für das gesamte Auge 16 aus einer Messung bestimmt werden. Vorzugsweise können die Untersuchungsdaten, insbesondere die Hornhautgeometrie und die okulare Wellenfront, mit einer einzigen Untersuchungsvorrichtung gemessen werden, um Messfehler bei der Bestimmung der Untersuchungsdaten zu minimieren.
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In einem Schritt S16 kann dann eine innere Wellenfront 34 aus einer Differenz der okularen Wellenfront 32 und der kornealen Wellenfront 28 berechnet werden. Die innere Wellenfront stellt dabei eine Änderung der Wellenfront durch die Linse 24 und weiterer Komponenten des Auges 16, wie beispielsweise eines Glaskörpers mit einer Kammerflüssigkeit, dar. Insbesondere wird die innere Wellenfront 34 durch eine Differenz der okularen Wellenfront 32, die eine Änderung einer Eingangswellenfront durch das gesamte Auge beschreibt, und der kornealen Wellenfront, die eine Änderung durch die Hornhaut 22 beschreibt, berechnet.
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In einem weiteren Schritt S18 wird eine zu erreichende Wellenfront 36 aus einer Differenz einer vorgegebenen Zielwellenfront 38 und der berechneten inneren Wellenfront 34 bestimmt. Die Zielwellenfront 38 kann beispielsweise durch einen Nutzer vorgegeben werden, beispielsweise einen Arzt, und angeben, wie die Wellenfront aussehen soll, die auf die Retina 26 trifft. Vorzugsweise kann die Zielwellenfront 38 derart vorgegeben sein, dass eine Krümmungsform der Zielwellenfront 38 einer Krümmungsform der Retina 26 entspricht. Die Zielwellenfront kann jedoch auch als ebene Welle oder mit einer anderen Geometrie vorgegeben sein. Die zu erreichende Wellenfront 36 stellt dabei diejenige Wellenfront dar, die benötigt wird, um nach einem Durchgang durch die Linse 24 bis zur Retina 26 auf die vorgegebene Zielwellenfront 38 zu gelangen. Mit anderen Worten wird die zu erreichende Wellenfront 36 derart durch die Linse 24 und weitere Komponenten gebeugt, dass sich die Zielwellenfront 38 ergibt. Um die zu erreichende Wellenfront 36 zu berechnen, wird die berechnete innere Wellenfront 34 von der vorgegebenen Zielwellenfront 38 subtrahiert.
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Anschließend kann in einem Schritt S20 eine Zielhornhautgeometrie 40 aus der zu erreichenden Wellenfront 36 mittels des physikalischen Modells, vorzugsweise mittels des physikalischen Modells nach dem Fermatschen Prinzip, ermittelt werden. Hierbei wird rückgerechnet, wie die Zielhornhautgeometrie 40 aussehen müsste, die die Eingangswellenfront 30 zu der zu erreichenden Wellenfront 36 verändert. Eine Rückrechnung gemäß dem Fermatschen Prinzip kann in geeigneter Weise aus der oben genannten Formel und der 4 hergeleitet werden.
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Anschließend kann in einem Schritt S22 eine zu entfernende Gewebegeometrie (nicht gezeigt) aus einer Differenz der Hornhautgeometrie der Hornhaut 22 und der Zielhornhautgeometrie 40 berechnet werden. Das heißt, dass die zu entfernende Gewebegeometrie die Geometrie darstellt, die aus der Hornhaut 22 entfernt werden muss, um auf eine Hornhaut mit der Zielhornhautgeometrie zu gelangen.
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Schließlich können in einem Schritt S24 Steuerdaten zum Steuern des augenchirurgischen Lasers 12 bereitgestellt werden, wobei die Steuerdaten die zu entfernende Gewebegeometrie zur Entfernung des Gewebes 14 verwenden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Berechnung einer Pseudo-Strahlverfolgung basierend auf kornealen, okularen und refraktiven Informationen durchgeführt werden kann.
