DE102021100645A1

DE102021100645A1 - Verfahren zum Prognostizieren einer zukünftigen Position eines Zielpunktes eines Auges zum Ausgleichen einer Latenz einer Bildauswertung; Steuereinrichtung sowie Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021100645A1
Application number: DE102021100645.7A
Authority: DE
Inventors: Samuel Arba Mosquera; Shwetabh Verma
Original assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Current assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-07-14
Also published as: US20220218525A1; CN114469513A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Zielpunktes eines menschlichen oder tierischen Auges (16), insbesondere einer Hornhaut des Auges (16), während einer medizinischen Behandlung des Auges (16) mit den folgenden Schritten, um eine verbesserte Zielgenauigkeit für ein Auslösen eines Laserpulses auf einen jeweiligen Zielpunkt zu ermöglichen:Erfassen (S1) eines jeweiligen Abbildes des Auges (16) zumindest zu einem ersten Zeitpunkt und einem späteren zweiten Zeitpunkt, Bestimmen (S2) einer Bewegungsinformation bezüglich einer Bewegung des Auges (16) und/oder des Zielpunktes anhand der jeweiligen Abbilder und Bestimmen (S3) von Prognosedaten, welche eine Prognose für eine zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem späteren Zeitpunkt beinhalten, anhand der Bewegungsinformation, wobei der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um eine Zeitspanne, deren Dauer zumindest von einer Latenz einer Bildauswertung, insbesondere den Schritten S1 und/oder S2 und/oder S3, abgeleitet ist, zeitlich beabstandet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Zielpunktes eines menschlichen oder tierischen Auges, insbesondere einer Hornhaut des Auges, während einer medizinischen Behandlung des Auges. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines augenchirurgischen Lasers einer Behandlungsvorrichtung während einer Behandlung einer Hornhaut eines menschlichen oder tierischen Auges in Abhängigkeit von einer Position und/oder Orientierung eines Zielpunktes des Auges Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium.
Behandlungsvorrichtungen und Verfahren zur Steuerung von augenchirurgischen Lasern zur Korrektur einer optischen Fehlsichtigkeit und/oder krankhaft oder unnatürlich veränderten Bereichen einer Hornhaut, auch Kornea genannt, eines Patienten sind im Stand der Technik bekannt. Dabei können zum Beispiel ein gepulster Laser und eine Strahleinrichtung so ausgebildet sein, dass Laserpulse in einem innerhalb des organischen Gewebes gelegenen Fokus eine Photodisruption und/oder Photoablation bewirken, um Gewebe, insbesondere ein Gewebelentikel, aus der Hornhaut zu entfernen.
Zur Erreichung eines optimalen Behandlungsergebnisses ist es notwendig, dass die Laserpulse mit möglichst hoher Genauigkeit in einen Zielpunkt des Auges, insbesondere der Hornhaut des Auges, gelangen. Für eine möglichst hohe Genauigkeit ist es dabei vorteilhaft, wenn das Auge durch eine Erfassungsvorrichtung, insbesondere fortlaufend, erfasst wird. Dies kann auch als Tracking bezeichnet werden. Mit anderen Worten kann eine Bewegung des Auges nachverfolgt werden. Die Bewegung des Auges kann dann bei der Bestimmung des jeweiligen Zielpunktes für die Laserpulse herangezogen werden.
Aus der EP 1 923 026 B1 ist ein System zum Ablatieren der Hornhaut eines Auges bekannt, wobei vor dem Ablatieren der Hornhaut des Auges zu jedem Laserpuls Soll-Ziele festgelegt werden. Anhand der zeitlich verzögert empfangenen Signale eines Eyetrackers wird die Verteilung der Laserpulse auf Ist-Zielorte berechnet. Um Fehler zu korrigieren, können dann weitere Laserpulse mit zugehörigen Soll-Zielorten definiert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zielgenauigkeit für ein Auslösen eines Laserpulses auf einen jeweiligen Zielpunkt zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Zielpunktes eines menschlichen oder tierischen Auges, insbesondere einer Hornhaut des Auges, während einer medizinischen Behandlung des Auges. Das Verfahren weist erfindungsgemäß die folgenden Schritte auf:

- Erfassen eines jeweiligen Abbildes des Auges zumindest zu einem ersten Zeitpunkt und einem späteren zweiten Zeitpunkt,
- Bestimmen einer Bewegungsinformation bezüglich einer Bewegung des Auges und/oder des Zielpunktes anhand der jeweiligen Abbilder, und
- Bestimmen von Prognosedaten, welche eine Prognose für eine zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem späteren Zeitpunkt beinhalten, anhand der Bewegungsinformation, wobei der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um eine Zeitspanne, deren Dauer zumindest von einer Latenz einer Bildauswertung abgeleitet ist, zeitlich beabstandet ist.

Bei den jeweiligen Abbildern des Auges kann es sich jeweils um Abbilder handeln, die mit einem beliebigen, vorzugsweise bildgebenden, Erfassungsverfahren erzeugt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Erfassungsverfahren um eine Thermographie, eine Ultraschallsensorik oder ein beliebiges anderes bildgebendes Verfahren handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei den Abbildern des Auges um jeweilige Kamerabilder. Mit anderen Worten können jeweilige Kamerabilder des Auges zumindest zu dem ersten Zeitpunkt und dem späteren zweiten Zeitpunkt erfasst werden. Dies kann beispielsweise durch eine Kamera erfolgen. Insbesondere handelt es sich bei den Abbildern beziehungsweise den Kamerabildern um jeweils unterschiedliche Einzelbilder („Frames“) eines Bewegtbildes beziehungsweise eines Videosignals. Insbesondere handelt es sich bei den Abbildern jeweils um ein digitales Abbild, also beispielsweise eine Bilddatei oder eine Videodatei. Insbesondere kann durch eine Kamera ein fortlaufendes Videosignal erfasst werden, wobei die jeweiligen Abbilder Teil des Videosignals, insbesondere Einzelbilder beziehungsweise Frames des Videosignals, sein können.
Das Abbild, welches zu dem ersten Zeitpunkt erfasst wird, kann das Auge beziehungsweise dessen Hornhaut in dem ersten Zeitpunkt beziehungsweise zu dem ersten Zeitpunkt repräsentieren oder abbilden. Das Abbild, welches zu dem ersten Zeitpunkt erfasst wird, wird im Folgenden auch als das erste Abbild bezeichnet. Das Abbild des Auges, welches zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, kann das Auge in beziehungsweise zu dem zweiten Zeitpunkt repräsentieren beziehungsweise abbilden. Das Abbild, welches zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, wird im Folgenden auch als das zweite Abbild bezeichnet. Dabei liegt der zweite Zeitpunkt zeitlich nach dem ersten Zeitpunkt. Mit anderen Worten repräsentiert das zweite Abbild das Auge zu einem späteren Zeitpunkt als das erste Abbild. Mit anderen Worten kann das zweite Abbild das Auge zu einem späteren Zeitpunkt abbilden als das erste Abbild. Die vorliegende Offenbarung mit zwei Abbildern zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein jeweiliges Abbild zu mehr als zwei Zeitpunkten, also insbesondere ein jeweiliges Abbild zu zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, usw. Zeitpunkten zu erfassen. Analog ist es möglich, zu jedem der Zeitpunkte oder zu einzelnen Zeitpunkten mehr als ein Abbild zu erfassen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass zu dem ersten Zeitpunkt mehr als ein Abbild des Auges erfasst wird.
Aus den jeweiligen Abbildern, insbesondere dem ersten Abbild und dem zweiten Abbild, kann die Bewegungsinformation bezüglich der Bewegung des Auges und/oder des Zielpunktes bestimmt werden. Wenn, wie zuvor beschrieben, mehr Abbilder des Auges als nur das erste und das zweite Abbild erfasst werden, können diese selbstverständlich ebenso für das Bestimmen der Bewegungsinformation herangezogen werden. Beispielsweise kann als die Bewegungsinformation eine Relativbewegung des Auges und/oder des Zielpunktes zwischen dem ersten und dem zweiten Abbild bestimmt werden. Im Falle mehrerer Abbilder kann eine jeweilige Relativbewegung zwischen jeweiligen Abbildern als Teil der Bewegungsinformation bestimmt werden. Beispielsweise kann die jeweilige Relativbewegung zwischen zwei zu benachbarten Zeitpunkten aufgenommenen Bildern erfasst beziehungsweise bestimmt werden. Die Bewegungsinformation beziehungsweise die Relativbewegung kann beispielsweise in Form eines jeweiligen Vektors (im Falle einer translatorischen Bewegung) und/oder eines Winkels (im Falle einer rotatorischen Bewegung) bestimmt beziehungsweise angegeben werden. Dabei kann die Bewegungsinformation für unterschiedliche Freiheitsgrade, etwa für drei unabhängige translatorische Freiheitsgrade und/oder drei unabhängige rotatorische Freiheitsgrade, gemeinsam und/oder unabhängig voneinander bestimmt werden. Die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit beziehungsweise die jeweiligen Werte für die Beschleunigung und/oder die jeweiligen Werte für die Geschwindigkeit können die Bewegungsinformation bilden oder Teil der Bewegungsinformation sein.
Anhand der Bewegungsinformation kann dann die Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt bestimmt werden. Diese Prognose kann als Teil der Prognosedaten bestimmt werden. Dabei ist der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um die Zeitspanne, deren Dauer zumindest von der Latenz der Bildauswertung abgeleitet ist, zeitlich beabstandet. Mit anderen Worten kann durch die Prognose die Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem solchen späteren Zeitpunkt bestimmt werden, zu welchem das Bestimmen der Prognosedaten abgeschlossen ist und/oder die Prognosedaten ausgegeben werden. Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, dass bei einem herkömmlichen Bestimmen der Position und/oder Orientierung des Zielpunktes anhand der jeweiligen Abbilder beziehungsweise anhand des zweiten Abbildes zu dem zweiten Zeitpunkt eine Position und/oder Orientierung bestimmt werden würde, welche zu einem Zeitpunkt, zu welchem die Bestimmung abgeschlossen ist, bereits in der Vergangenheit liegt, da die Bildauswertung latenzbehaftet ist. Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung beruht daher darauf, die Latenz dadurch zu berücksichtigen, dass die Position und/oder Orientierung des Auges für den späteren Zeitpunkt prognostiziert wird. Auf diese Weise enthalten die Prognosedaten die prognostizierte zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt, zu welchem die Bildauswertung, also beispielsweise das Erfassen der jeweiligen Abbilder, das Bestimmen der Bewegungsinformation und/oder das Bestimmten der Prognosedaten, bereits abgeschlossen ist. Die zeitliche Latenz der Bildauswertung kann somit durch die Prognose überbrückt werden. Selbstverständlich kann es im Einzelfall sinnvoll sein, nur die Latenz ausgewählter beziehungsweise nur eines Teils der Verfahrensschritte zu berücksichtigen. In diesem Fall kann es beispielsweise sein, dass der spätere Zeitpunkt näher am zweiten Zeitpunkt liegt, verglichen mit einem Ausführungsbeispiel, in welchem alle Schritte berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann es selbstverständlich vorteilhaft sein, andere und/oder zusätzliche Verfahrensschritte oder sonstige Ereignisse bei einer Bestimmung der Zeitspanne, um die der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt aus in der Zukunft liegt, zu berücksichtigen. Beispielsweise können der Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Zielpunktes nachgelagerte, latenzbehaftete Verfahrensschritte berücksichtigt werden. Dies wird an späterer Stelle noch genauer erläutert.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Bestimmens der Prognosedaten der spätere Zeitpunkt zeitlich höchstens so weit beabstandet ist, wie der erste Zeitpunkt. Mit anderen Worten kann, während der Schritt des Bestimmens der Prognosedaten durchgeführt wird, der spätere Zeitpunkt höchstens um dieselbe Zeitspanne in der Zukunft liegen, um welche Zeitspanne der erste Zeitpunkt in der Vergangenheit liegt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Prognose nicht zu weit in die Zukunft gerichtet ist. Dies kann insbesondere bei der Bewegung eines menschlichen oder tierischen Auges aufgrund einer nicht ausreichenden Gleichförmigkeit dessen Bewegung problematisch sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Beschleunigung und/oder eine Geschwindigkeit entlang mehrerer Freiheitsgrade unabhängig voneinander erfasst wird und/oder bei dem Bestimmen der Prognosedaten unabhängig voneinander ausgewertet werden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Beschleunigung des Auges und/oder des Zielpunktes entlang der mehreren Freiheitsgrade jeweils unabhängig voneinander erfasst wird. Beispielsweise wird ein jeweiliger Wert für die Beschleunigung entlang jedem der mehreren Freiheitsgrade unabhängig bestimmt. Es kann vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit entlang der mehreren Freiheitsgrade unabhängig voneinander erfasst wird. Beispielsweise kann ein jeweiliger Wert für die Geschwindigkeit entlang jedem der mehreren Freiheitsgrade unabhängig von den übrigen Freiheitsgraden bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit beim Bestimmen der Prognosedaten entlang der mehreren Freiheitsgrade unabhängig voneinander ausgewertet wird beziehungsweise werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Werte für die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit entlang der einzelnen Freiheitsgrade für das Bestimmen der Prognosedaten beziehungsweise der Prognose jeweils unabhängig voneinander ausgewertet werden. Dabei können jeweilige Teilprognosen für die Bewegung entlang jedes der mehreren Freiheitsgrade bestimmt beziehungsweise erstellt werden. Die Prognose beziehungsweise Prognosedaten können dann aus den Teilprognosen zusammengesetzt werden, beispielsweise durch Linearkombination beziehungsweise Vektoraddition.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines augenchirurgischen Lasers einer Behandlungsvorrichtung während einer Behandlung einer Hornhaut eines menschlichen oder tierischen Auges in Abhängigkeit von einer Position und/oder Orientierung eines Zielpunktes des Auges. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung basiert auf dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dabei enthält das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt zusätzlich die folgenden Verfahrensschritte:

- Bestimmen einer Positionsvorgabe für einen Laserpuls zumindest in Abhängigkeit von den Prognosedaten, und
- Einstellen des Lasers entsprechend der Positionsvorgabe.

Insgesamt kann das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung somit die folgenden Verfahrensschritte aufweisen:

- Erfassen eines jeweiligen Abbildes des Auges zumindest zu einem ersten Zeitpunkt und einem späteren zweiten Zeitpunkt,
- Bestimmen einer Bewegungsinformation bezüglich einer Bewegung des Auges und/oder des Zielpunktes anhand der jeweiligen Abbilder,
- Bestimmen von Prognosedaten, welche eine Prognose für eine zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem späteren Zeitpunkt beinhalten, anhand der Bewegungsinformation, wobei der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um eine Zeitspanne, deren Dauer zumindest von einer Latenz einer Bildauswertung, insbesondere den Schritten S1 und/oder S2 und/oder S3, abgeleitet ist, zeitlich beabstandet ist,
- Bestimmen einer Positionsvorgabe für einen Laserpuls zumindest in Abhängigkeit von den Prognosedaten, und
- Einstellen des Lasers entsprechend der Positionsvorgabe.

Die Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes wird somit genutzt, um die Positionsvorgabe für den Laserpuls zu bestimmen. Beispielsweise kann die Positionsvorgabe für den Laserpuls in einem am Auge beziehungsweise der Hornhaut ausgerichteten Koordinatensystem festgelegt sein. Die Bewegung des Auges kann in diesem Beispiel eine Relativbewegung zwischen dem am Auge ausgerichteten Koordinatensystem und einem Welt-Koordinatensystem beziehungsweise einem an einer Behandlungsvorrichtung zur Durchführung der Behandlung ausgerichteten Koordinatensystem führen. Somit kann die Positionsvorgabe für den Laserpuls beispielsweise unter Berücksichtigung der Prognosedaten, insbesondere der zukünftigen Positionen des Auges und/oder des Zielpunktes, in dem Welt-Koordinatensystem beziehungsweise dem an der Behandlungsvorrichtung ausgerichteten Koordinatensystem bestimmt werden. Anschließend kann der Laser, insbesondere der augenchirurgische Laser, entsprechend der Positionsvorgabe eingestellt und/oder ausgerichtet werden. Das Einstellen beziehungsweise Ausrichten des augenchirurgischen Lasers kann beispielsweise das Ausrichten beziehungsweise Einstellen einer Strahleinrichtung zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls des Lasers beinhalten. Beispielsweise kann der zukünftige Laserpuls durch entsprechendes Ansteuern der Strahleinrichtung gemäß der Positionsvorgabe auf den Zielpunkt ausgerichtet werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um eine Gesamtzeitspanne zeitlich beabstandet ist, wobei eine Dauer der Gesamtzeitspanne zumindest von der Latenz der Bildauswertung sowie von einer Latenz für das Einstellen des Lasers abgeleitet ist. Mit anderen Worten ist bei dem Verfahren zum Steuern des augenchirurgischen Lasers vorgesehen, dass bei der Gesamtzeitspanne, um welche der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt zeitlich beabstandet ist, zusätzlich zu der Latenz der Bildauswertung auch die Latenz für das Einstellen des Lasers berücksichtigt ist. Somit kann der Laser auf eine Positionsvorgabe eingestellt werden, welche die zukünftige Position des Zielpunktes entsprechend der Prognose berücksichtigt. Auf diese Weise kann eine für die Gesamtzeitspanne prognostizierte Bewegung des Auges beim Einstellen des Lasers bereits berücksichtigt werden. Daraus kann eine genauere Einstellung des Lasers resultieren.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zu einem dritten Zeitpunkt ein drittes Abbild des Auges erfasst wird, wobei sich der dritte Zeitpunkt zeitlich nach dem zweiten Zeitpunkt, aber vor dem späteren Zeitpunkt befindet, wobei insbesondere die Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, zumindest in Abhängigkeit von dem dritten Abbild überprüft wird. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zu dem dritten Zeitpunkt das dritte Abbild des Auges erfasst wird. Dabei befindet sich der dritte Zeitpunkt zeitlich zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem späteren Zeitpunkt. Vorteilhafterweise wird die Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, zumindest in Abhängigkeit von dem dritten Abbild überprüft. Es sei an dieser Stelle explizit erwähnt, dass die Bezeichnung „drittes Abbild“ nicht bedeutet, dass die Prognosedaten ausschließlich auf dem ersten und dem zweiten Abbild basieren. Selbstverständlich ist auch im Rahmen dieser Weiterbildung möglich, dass die Bewegungsinformationen basierend auf mehreren Abbildern zu mehr als zwei Zeitpunkten bestimmt werden und/oder die Prognose beziehungsweise die Prognosedaten dementsprechend auf jeweiligen Abbildern zu mehr als zwei Zeitpunkten basieren. Basierend auf dem dritten Abbild kann somit die Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, auf ihre Gültigkeit beziehungsweise auf ihre Qualität hin überprüft werden. Diese Weiterbildung beruht auf der Idee, dass zu dem dritten Zeitpunkt, zu welchem das dritte Abbild erfasst wird, aufgrund der Latenz beim Einstellen des Lasers dieser zwar nicht mehr anhand einer aus dem dritten Abbild abgeleiteten Position und/oder Orientierung des Zielpunktes ausgerichtet beziehungsweise eingestellt werden kann. Somit wird der Laser trotz Vorliegen eines neueren Abbildes, nämlich des dritten Abbildes, dennoch wie schon zuvor beschrieben entsprechend der Prognose beziehungsweise der Prognosedaten auf die daraus abgeleitete Positionsvorgabe eingestellt. Der dritte Zeitpunkt befindet sich dabei insbesondere derart zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem späteren Zeitpunkt, dass eine Bildauswertung des dritten Abbildes vor einem Auslösen des Laserpulses vorliegt beziehungsweise bestimmt ist. Somit kann der zuvor basierend auf der Prognose, welche unter anderem aus dem zweiten Abbild zum zweiten Zeitpunkt abgeleitet ist, eingestellte beziehungsweise ausgerichtete Laser zwar nicht mehr hinsichtlich der Positionsvorgabe eingestellt werden, aber es ist eine Freigabe oder ein Sperren des Laserpulses möglich, in Abhängigkeit davon, wie gut sich die Prognose im Rahmen der Überprüfung anhand des dritten Abbildes erweist.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von zumindest dem dritten Abbild eine weitere Bewegungsinformation bestimmt wird und anhand der weiteren Bewegungsinformation weitere Prognosedaten, welche eine weitere Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt beinhalten, bestimmt werden. Die Prognose beziehungsweise die Prognosedaten können auf dem zweiten Abbild als zum jeweiligen Prognosezeitpunkt aktuellsten Abbild basieren. Die weiteren Prognosedaten beziehungsweise die weitere Prognose kann auf dem zum dritten Zeitpunkt aktuellsten Abbild, nämlich dem dritten Abbild, basieren. Somit können die weiteren Prognosedaten die Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt aufgrund der kleineren durch die Prognose zu überbrückenden Zeitspanne genauer prognostizieren als die Prognosedaten, welche auf dem zweiten Abbild zu dem zweiten Zeitpunkt basieren. Das Überprüfen der Prognose beziehungsweise der Prognosedaten kann basierend auf den weiteren Prognosedaten beziehungsweise der weiteren Prognose erfolgen. Beispielsweise kann bei dem Überprüfen bestimmt werden, inwieweit die Prognose und die weitere Prognose übereinstimmen beziehungsweise voneinander abweichen. An dieser Stelle soll nochmals verdeutlicht werden, dass das zweite Abbild das jeweils aktuellste Abbild sein kann, um aufgrund der Latenz sowohl beim Einstellen des Lasers als auch beim Durchführen der Bildauswertung, den Laser für den Laserpuls, der im späteren Zeitpunkt erfolgen soll, einzustellen. Anhand der weiteren Prognosedaten beziehungsweise der weiteren Prognose ist aufgrund der Gesamtlatenz kein Einstellendes Lasers für den Laserpuls, der zu dem späteren Zeitpunkt stattfinden soll, mehr möglich. Da für das Überprüfen der Prognose anhand der weiteren Prognose jedoch nur die Latenz der Bildauswertung erheblich ist, ist das Überprüfen jedoch noch vor dem späteren Zeitpunkt, zu dem der Laser ausgelöst werden soll, möglich.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis bei dem Überprüfen der Prognose, insbesondere anhand der weiteren Prognosedaten, der Laserpuls für die zuvor anhand der Prognosedaten eingestellten Positionsvorgabe freigegeben wird oder eine erneute Einstellung des Lasers auf eine aktualisierte Positionsvorgabe befohlen wird. Konkret kann der Laserpuls beispielsweise genau dann freigegeben werden, wenn eine Abweichung zwischen der Prognose und der weiteren Prognose beziehungsweise zwischen den Prognosedaten und den weiteren Prognosedaten kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Analog kann die erneute Einstellung des Lasers auf die aktualisierte Positionsvorgabe befohlen werden, wenn die zuvor genannte Abweichung größer ist als der vorbestimmte Schwellwert. Die Positionsvorgabe ist, wie bereits oben beschrieben, aus der Prognose für die Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt abgeleitet. Falls durch die oben genannte Abweichung der Schwellwert überschritten ist, kann die aktualisierte Positionsvorgabe bestimmt werden. Zusätzlich kann der Laser entsprechend der aktualisierten Positionsvorgabe eingestellt beziehungsweise ausgerichtet werden.
Die aktualisierte Positionsvorgabe kann beispielsweise anhand einer Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem nochmals späteren Zeitpunkt, welcher zeitlich nach dem späteren Zeitpunkt liegt, erfolgen. Diese Prognose der Position und/oder Orientierung des Zielpunktes für den nochmals späteren Zeitpunkt kann analog zu der Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt erfolgen. In diesem Fall kann eine analoge Bewegungsinformation bezüglich der Bewegung des Auges und/oder des Zielpunktes zumindest anhand des zweiten und des dritten Abbildes bestimmt werden.
Die Prognose für den nochmals späteren Zeitpunkt kann dann anhand der Bewegungsinformation, welche aus dem zweiten und dem dritten Abbild bestimmt wurde, bestimmt werden. Aufgrund der Analogie zum Bestimmen der Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt wird dies an dieser Stelle jedoch nicht in wiederholender Weise dargelegt.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass

- zumindest ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt ein viertes Abbild des Auges erfasst wird,
- anhand des vierten Abbildes eine tatsächliche Position und/oder Orientierung des Zielpunkts zu dem späteren Zeitpunkt bestimmt wird,
- die tatsächliche Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt mit der Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, und/oder mit der weiteren Prognose, welche Teil der weiteren Prognose ist, vergleichen wird, und
- in Abhängigkeit von einem Ergebnis des jeweiligen Vergleichens ein erster Algorithmus für das Bestimmen der Prognosedaten und/oder ein zweiter Algorithmus für das Bestimmen der weiteren Prognosedaten verändert wird.

Sind die jeweiligen Abbilder, also beispielsweise das erste, zweite, dritte und/oder vierte Abbild, Teil eines Videosignals, kann als viertes Abbild genau das Einzelbild des Videosignals ausgewählt werden, dessen Aufnahmezeit dem späteren Zeitpunkt am nächsten liegt. Somit betrifft das vierte Abbild das Auge ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt. Mit anderen Worten bildet das vierte Abbild das Auge ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt ab. Somit kann anhand des vierten Abbildes bestimmt werden, welche Position und/oder Orientierung der Zielpunkt zu dem späteren Zeitpunkt tatsächlich hatte. Durch das Vergleichen der tatsächlichen Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt mit der Prognose (welche Teil der Prognosedaten ist) für die Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt, kann bestimmt beziehungsweise ermittelt werden, wie gut diese Prognose war. Beispielsweise kann eine Qualität der Prognose durch einen Wert, welcher die Abweichung zwischen tatsächlicher und prognostizierter Position angibt, bewertet beziehungsweise quantifiziert werden. Durch das Vergleichen der tatsächlichen Position des Auges zu dem dritten Zeitpunkt mit der weiten Prognose (welche Teil der weiteren Prognosedaten ist) für die Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt, kann bestimmt beziehungsweise ermittelt werden, wie gut diese weitere Prognose war. Beispielsweise kann eine Qualität der weiteren Prognose durch einen Wert, welcher die Abweichung zwischen tatsächlicher und prognostizierter Position angibt, bewertet beziehungsweise quantifiziert werden
In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen tatsächlicher Position des Auges und der Prognose kann der erste Algorithmus, welcher für das Bestimmen der Prognose beziehungsweise Prognosedaten verwendet wird, verändert, das heißt angelernt, verfeinert oder angepasst, werden. Auf diese Weise wird die Qualität des ersten Algorithmus für zukünftige Prognosen verfeinert beziehungsweise verbessert. In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen tatsächlicher Position des Auges und der weiteren Prognose kann der zweite Algorithmus, welcher für das Bestimmen der weiteren Prognose beziehungsweise weiteren Prognosedaten verwendet wird, verändert, das heißt angelernt, verfeinert oder angepasst, werden. Auf diese Weise wird die Qualität des zweiten Algorithmus für zukünftige weitere Prognosen verfeinert beziehungsweise verbessert.
Ein dritter 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.
Ein vierter 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 und/oder dem zweiten Aspekt der Erfindung auszuführen. Die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung ermöglicht es, dass die bei der Verwendung üblicher ablativer und/oder photodisruptiver Behandlungsvorrichtungen auftretenden Nachteile zuverlässig reduziert oder sogar vermieden werden.
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.
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 beziehungsweise 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.
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 fünfter 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.
Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem fünften Erfindungsaspekt gespeichert ist. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten bis fünften Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweils anderen Erfindungsaspekts anzusehen sind.
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 zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
3 ein Ablaufdiagramm weiterer Schritte des erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der beispielhaften Ausführungsform.

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, also eine Gewebeentfernungsgeometrie 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.
Des Weiteren zeigt die 1, dass der durch den Laser 12 erzeugte Laserstrahl 19 mittels einer Strahlablenkeinrichtung 22, nämlich einer Strahlablenkvorrichtung wie zum Beispiel einem Rotationsscanner, in Richtung des Auges 16 abgelenkt werden kann, um das Gewebe 14 zu entfernen. Die Strahlablenkvorrichtung 22 kann ebenfalls durch die Steuereinrichtung 18 gesteuert werden, um das Gewebe 14 zu entfernen.
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 der einzelnen Laserpulse werden zumindest anhand des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ermittelt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahren zum Steuern des augenchirurgischen Lasers 12 der Behandlungsvorrichtung 10 während einer Behandlung einer Hornhaut des menschlichen oder tierischen Auges 16 in Abhängigkeit von einer Position und/oder Orientierung eines Zielpunktes des Auges 16. Dabei soll der Laserstrahl des Lasers 12 beziehungsweise sollen Laserpulse des Lasers 12 möglichst genau den Zielpunkt des Auges 16 treffen. Da das Auge 16 häufig in Bewegung ist und eines vollkommenes „Ruhigstellen“ nicht vollständig möglich ist, sind die Bewegungen des Auges 16 zu erfassen und bei der Strahlführung des Laserstrahls 19 des Lasers 12 beziehungsweise der Laserpulse des Lasers 12 berücksichtigt, also ausgeglichen, werden. Das Verfahren dient somit dazu, die vorbestimmten Laserpulse hinsichtlich ihrer jeweiligen Positionierung oder Ausrichtung so anzupassen, dass die Bewegung des Auges 16 ausgeglichen wird.
Für das Bestimmen der Bewegung beziehungsweise das „Tracking“ des Auges 16 und/oder des Zielpunktes weist die Behandlungsvorrichtung 10 zumindest eine Kamera 20 auf. Die Steuereinrichtung 18 ist dazu ausgebildet, Bilder des Auges 16 auszuwerten. Die Kamera 20 kann dazu ausgebildet sein, diese Bilder des Auges 16 zu erfassen und an die Steuereinrichtung 18 zu übermitteln. Die Steuereinrichtung 18 kann dazu ausgebildet sein, Bilder des Auges 16 von der Kamera 20 zu empfangen.
Insbesondere handelt es sich bei den Bildern von der Kamera 20 um ein Videosignal, welches aus einer Vielzahl an aufeinanderfolgenden Einzelbildern zusammengesetzt ist. Abhängig von der Bilderfassungsrate der Kamera 20, etwa 1200 Hz beziehungsweise 1200 fps (Bilder pro Sekunde), kann eine Latenz der Kamera 20 etwas unterhalb einer Millisekunde betragen.
Die Steuereinrichtung 18 kann eine Bildverarbeitungseinheit 22 aufweisen. Durch die Bildverarbeitungseinheit 22 können die Bilder des Auges 16 jeweils bearbeitet und/oder ausgewertet werden. Insbesondere kann durch die Bildverarbeitungseinheit 22 jeweils die Position des Auges 16 und/oder des Zielpunktes bestimmt werden. Die Bildverarbeitungseinheit 22 kann beispielsweise einen Mikroprozessor, einen digitalen Singalprozessor, einen FPGA oder dergleichen umfassen. Hierbei kann sich eine Latenz von etwa 1 ms, beispielsweise 0,9 ms, ergeben. Das verarbeitete Bild kann ferner an eine Ausgabeeinheit 32, etwa einen Bildschirm, ausgegeben werden.
Durch eine Hauptsteuereinheit 24 der Steuereinrichtung 18 können die Ergebnisse des Erfassens der Position und/oder Bewegung des Auges 16 mit den vorbestimmten Laserpulsen aus einer Pulsliste 26 verknüpft werden. Hier kann bestimmt werden entsprechend welcher Positionsvorgabe der Laser 12 beziehungsweise die Strahleinrichtung 17 eingestellt werden muss, um einen durch die Pulsliste 26 vergebenen Laserpuls in die Zielposition zu leiten. Koordinaten für die Positionsvorgabe des Lasers 12 können aus Koordinaten eines jeweiligen Laserpulses sowie einem Offset zusammengesetzt sein, wobei die Koordinaten durch die Pulsliste 26 vergeben sein können und/oder der Offset sich aus der Position und/oder Bewegung des Auges 16 beziehungsweise des Zielpunktes ergibt. Das Offset dient dabei dem Ausgleich der Bewegung des Auges. Die Latenz beträgt hierbei beispielsweise etwa 90 µs. Entsprechend der Positionsvorgabe kann dann der Laser 12 beziehungsweise die Strahleinrichtung 17 eingestellt beziehungsweise ausgerichtet werden. Dies kann durch eine Ansteuereinheit 28 erfolgen. Die Latenz beim Ansteuern der Ansteuereinheit 28 beträgt beispielhaft etwa 100 ns. Die Ansteuereinheit 28 kann beispielsweise durch einen Verstärker zum Ansteuern der Strahleinrichtung 17 bereitgestellt sein. Die Ansteuereinheit 28 kann beispielweise eine Einstelleinheit 30 mit einem Signal, einem Strom oder einer Spannung ansteuern beziehungsweise beaufschlagen. Die Einstelleinheit 30 ist insbesondere für die mechanische Ausrichtung der Strahleinrichtung 17 entsprechend der Ansteuerung durch die Ansteuereinheit 28 ausgebildet. Eine Latenz für das Einstellen beziehungsweise Ausrichten der Strahleinrichtung 17 kann beispielsweise bis zu 1 ms betragen, dies ist zum Beispiel abhängig von einem Einstellweg beim Ausrichten. Die Hauptsteuereinheit 24 kann beispielsweise einen Mikroprozessor, einen digitalen Singalprozessor, einen FPGA oder dergleichen umfassen.
Durch die folgenden Schritte der vorliegenden Ausführungsform des Verfahrens werden die genannten Latenzen ausgeglichen:

In einem Schritt S1 erfolgt ein Erfassen eines jeweiligen Abbildes des Auges zumindest zu einem ersten Zeitpunkt und einem späteren zweiten Zeitpunkt. Dies kann wie oben bereits beschrieben durch die Kamera 20 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Erfassen der Bilder durch die Steuereinheit 18 durchgeführt werden, indem diese die Bilder von der Kamera 20 empfängt. Beispielsweise erfasst die Kamera 20 zumindest ein erstes Abbild zum ersten Zeitpunkt und ein zweites Abbild zum späteren zweiten Zeitpunkt. Selbstverständlich können auch mehrere, jeweils nacheinander erfasste Einzelbilder eines Videosignals erfasst und für das weitere Verfahren genutzt werden.

In einem Schritt S2 erfolgt ein Bestimmen einer Bewegungsinformation bezüglich einer Bewegung des Auges und/oder des Zielpunktes anhand der jeweiligen Abbilder. Dies kann insbesondere durch die Steuereinheit 18 durchgeführt werden. Insbesondere wird die Bewegungsinformation durch die Bildverarbeitungseinheit 22 bestimmt. Insbesondere kann die Bildverarbeitungseinheit 22 hierzu das erste und das zweite Abbild auswerten. Beispielsweise kann als die Bewegungsinformation eine Relativbewegung des Auges und/oder des Zielpunktes zwischen dem ersten und dem zweiten Abbild bestimmt werden. Im Falle mehrerer Abbilder kann eine jeweilige Relativbewegung zwischen jeweiligen Abbildern als Teil der Bewegungsinformation bestimmt werden. Beispielsweise kann die jeweilige Relativbewegung zwischen zwei zu benachbarten Zeitpunkten aufgenommenen Bildern erfasst beziehungsweise bestimmt werden. Die Bewegungsinformation beziehungsweise die Relativbewegung kann beispielsweise in Form eines jeweiligen Vektors (im Falle einer translatorischen Bewegung) und/oder eines Winkels (im Falle einer rotatorischen Bewegung) bestimmt beziehungsweise angegeben werden. Dabei kann die Bewegungsinformation für unterschiedliche Freiheitsgrade, etwa für drei unabhängige translatorische Freiheitsgrade und/oder drei unabhängige rotatorische Freiheitsgrade, gemeinsam und/oder unabhängig voneinander bestimmt werden.
In einem Schritt S3 erfolgt ein Bestimmen von Prognosedaten, welche eine Prognose für eine zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem späteren Zeitpunkt beinhalten. Das Bestimmen der Prognosedaten erfolgt anhand der Bewegungsinformation. Dabei ist der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt vorzugsweise um eine Zeitspanne, deren Dauer zumindest von einer Gesamtlatenz der Bildauswertung und des Einstellens des Lasers 12 beziehungsweise der Strahleinrichtung 17 abgeleitet ist, zeitlich beabstandet. Anhand der Bewegungsinformation kann somit die Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt bestimmt werden. Diese Prognose kann als Teil der Prognosedaten bestimmt werden. Dabei ist der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um die Zeitspanne, deren Dauer zumindest von der Gesamtlatenz der Bildauswertung und des Einstellens des Lasers 12 beziehungsweise der Strahleinrichtung 17 abgeleitet ist, zeitlich beabstandet. Die Gesamtlatenz ergibt sich beispielsweise durch die addierten Latenzen der Schritte S1, S2, S3, S4 und S5. Somit kann sich die Gesamtlatenz durch Addition der jeweiligen Latenzen der Kamera 20 (etwa 1 ms), der Bildverarbeitungseinheit 22 (etwa 0,9 ms), der Hauptsteuereinheit 24 (etwa 90 µs), der Ansteuereinheit 28 (etwa 100 ns) und der Ausrichtung der Strahleinrichtung 17 (etwa 1 ms) ergeben. Diese Gesamtlatenz kann durch einen vorgegebenen Durchschnittswert vorgegeben sein. Alternativ können die jeweiligen Latenzen durch einen jeweiligen Durchschnittswert vorgegeben sein. Der Schritt S3 kann beispielsweise durch die Bildverarbeitungseinheit 22 durchgeführt werden.
In einem Schritt S4 erfolgt ein Bestimmen der Positionsvorgabe für den Laserpuls zumindest in Abhängigkeit von den Prognosedaten. Die Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes wird somit genutzt, um die Positionsvorgabe für den Laserpuls zu bestimmen. Beispielsweise kann die Positionsvorgabe für den Laserpuls durch die Pulsliste 26 in einem am Auge 16 beziehungsweise der Hornhaut 14 ausgerichteten Koordinatensystem festgelegt sein. Die Bewegung des Auges 16 kann in diesem Beispiel eine Relativbewegung zwischen dem am Auge 16 ausgerichteten Koordinatensystem und einem Welt-Koordinatensystem beziehungsweise einem an einer Behandlungsvorrichtung 10 ausgerichteten Koordinatensystem führen. Somit kann die Positionsvorgabe für den Laserpuls beispielsweise unter Berücksichtigung der Prognosedaten, insbesondere der zukünftigen Positionen des Auges 16 und/oder des Zielpunktes, in dem Welt-Koordinatensystem beziehungsweise dem an der Behandlungsvorrichtung ausgerichteten Koordinatensystem bestimmt werden.
In einem Schritt S5 erfolgt ein Einstellen des Lasers 12 entsprechend der Positionsvorgabe. Somit kann der Laser 12 entsprechend der Positionsvorgabe eingestellt und/oder ausgerichtet werden. Das Einstellen beziehungsweise Ausrichten des Lasers 12 erfolgt vorliegend durch das Ausrichten beziehungsweise Einstellen der Strahleinrichtung 17 zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung des Laserstrahls 19 des Lasers 12. Beispielsweise kann der zukünftige Laserpuls durch entsprechendes Ansteuern der Strahleinrichtung 17 gemäß der Positionsvorgabe auf den Zielpunkt ausgerichtet werden.
In einem Schritt S6 wird in Abhängigkeit von zumindest einem dritten Abbild eine weitere Bewegungsinformation bestimmt wird. Hierzu wird insbesondere zu einem dritten Zeitpunkt ein drittes Abbild des Auges 16 erfasst, wobei sich der dritte Zeitpunkt zeitlich nach dem zweiten Zeitpunkt, aber vor dem späteren Zeitpunkt befindet. Das dritte Abbild kann ein dem zweiten Abbild folgendes Einzelbild des Videosignals der Kamera 20 sein. In dem Schritt S6 wird insbesondere die Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, zumindest in Abhängigkeit von dem dritten Abbild überprüft. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zu dem dritten Zeitpunkt das dritte Abbild des Auges erfasst wird. Dabei befindet sich der dritte Zeitpunkt zeitlich zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem späteren Zeitpunkt. Basierend auf dem dritten Abbild kann somit die Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, auf ihre Gültigkeit beziehungsweise auf ihre Qualität hin überprüft werden. Dies beruht auf der Idee, dass zu dem dritten Zeitpunkt, zu welchem das dritte Abbild erfasst wird, aufgrund der Latenz beim Einstellen des Lasers dieser zwar nicht mehr anhand einer aus dem dritten Abbild abgeleiteten Position und/oder Orientierung des Zielpunktes ausgerichtet beziehungsweise eingestellt werden kann. Somit wird der Laser trotz Vorliegen eines neueren Abbildes, nämlich des dritten Abbildes, dennoch wie schon zuvor beschrieben entsprechend der Prognose beziehungsweise der Prognosedaten auf die daraus abgeleitete Positionsvorgabe eingestellt. Der dritte Zeitpunkt befindet sich dabei insbesondere derart zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem späteren Zeitpunkt, dass eine Bildauswertung des dritten Abbildes vor einem Auslösen des Laserpulses vorliegt beziehungsweise bestimmt ist. Somit kann der zuvor basierend auf der Prognose, welche unter anderem aus dem zweiten Abbild zum zweiten Zeitpunkt abgeleitet ist, eingestellte beziehungsweise ausgerichtete Laser zwar nicht mehr hinsichtlich der Positionsvorgabe eingestellt werden, aber es ist eine Freigabe oder ein Sperren des Laserpulses möglich, in Abhängigkeit davon, wie gut sich die Prognose im Rahmen der Überprüfung anhand des dritten Abbildes erweist.
Als Teil des Schritts S6 ist vorliegend vorgesehen, dass in Abhängigkeit von zumindest dem dritten Abbild die weitere Bewegungsinformation bestimmt wird. In einem nachfolgenden Schritt S7 werden zumindest anhand des dritten Abbilds beziehungsweise anhand der weiteren Bewegungsinformation weitere Prognosedaten, welche eine weitere Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt beinhalten, bestimmt. Die Prognose beziehungsweise die Prognosedaten können auf dem zweiten Abbild als zum jeweiligen Prognosezeitpunkt aktuellsten Abbild basieren. Die weiteren Prognosedaten beziehungsweise die weitere Prognose kann auf dem zum dritten Zeitpunkt aktuellsten Abbild, nämlich dem dritten Abbild, basieren. Somit können die weiteren Prognosedaten die Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt aufgrund der kleineren durch die Prognose zu überbrückenden Zeitspanne genauer prognostizieren als die Prognosedaten, welche auf dem zweiten Abbild zu dem zweiten Zeitpunkt basieren.
In Abhängigkeit von einem Ergebnis bei einem Überprüfen der Prognose, anhand der weiteren Prognosedaten, kann der Laserpuls für die zuvor anhand der Prognosedaten eingestellten Positionsvorgabe freigegeben (Schritt 8.1) werden oder eine erneute Einstellung des Lasers 12 auf eine aktualisierte Positionsvorgabe befohlen werden (Schritt 8.2). Das Überprüfen der Prognose beziehungsweise der Prognosedaten kann basierend auf den weiteren Prognosedaten beziehungsweise der weiteren Prognose erfolgen. Beispielsweise kann bei dem Überprüfen bestimmt werden, inwieweit die Prognose und die weitere Prognose übereinstimmen beziehungsweise voneinander abweichen. Konkret kann der Laserpuls beispielsweise genau dann freigegeben werden, wenn eine Abweichung zwischen der Prognose und der weiteren Prognose beziehungsweise zwischen den Prognosedaten und den weiteren Prognosedaten kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Analog kann die erneute Einstellung des Lasers 12 beziehungsweise der Strahleinrichtung 17 auf die aktualisierte Positionsvorgabe befohlen werden, wenn die zuvor genannte Abweichung größer ist als der vorbestimmte Schwellwert. Die Positionsvorgabe ist, wie bereits oben beschrieben, aus der Prognose für die Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt abgeleitet. Falls durch die oben genannte Abweichung der Schwellwert überschritten ist, kann die aktualisierte Positionsvorgabe bestimmt werden. Zusätzlich kann der Laser entsprechend der aktualisierten Positionsvorgabe eingestellt beziehungsweise ausgerichtet werden. An dieser Stelle soll nochmals verdeutlicht werden, dass das zweite Abbild das jeweils aktuellste Abbild sein kann, um aufgrund der Latenz sowohl beim Einstellen des Lasers 12 als auch beim Durchführen der Bildauswertung, den Laser für den Laserpuls, der im späteren Zeitpunkt erfolgen soll, einzustellen. Anhand der weiteren Prognosedaten beziehungsweise der weiteren Prognose ist aufgrund der Gesamtlatenz kein Einstellen des Lasers 12 für den Laserpuls, der zu dem späteren Zeitpunkt stattfinden soll, mehr möglich. Da für das Überprüfen der Prognose anhand der weiteren Prognose jedoch nur die Latenz der Bildauswertung erheblich ist, ist das Überprüfen jedoch noch vor dem späteren Zeitpunkt, zu dem der Laser ausgelöst werden soll, möglich.
3 zeigt in einem weiteren Ablaufdiagramm weitere, optionale Verfahrensschritte des Verfahrens. Diese können an das Verfahren gemäß 2 anschließend durchgeführt werden.
Ein Schritt S9 sieht vor, dass zumindest ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt ein viertes Abbild des Auges 16 erfasst wird. Ein Schritt S10 sieht vor, dass anhand des vierten Abbildes eine tatsächliche Position und/oder Orientierung des Zielpunkts zu dem späteren Zeitpunkt bestimmt wird. Ein Schritt S11 sieht vor, dass die tatsächliche Position des Auges 16 zu dem späteren Zeitpunkt mit der Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, und/oder mit der weiteren Prognose, welche Teil der weiteren Prognose ist, vergleichen wird. Ein Schritt S12.1 sieht vor, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichens ein erster Algorithmus für das Bestimmen der Prognosedaten verändert wird. Ein Schritt S12.2 sieht vor, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichens ein zweiter Algorithmus für das Bestimmen der weiteren Prognosedaten verändert wird.
Sind die jeweiligen Abbilder, also beispielsweise das erste, zweite, dritte und/oder vierte Abbild, Teil eines Videosignals, kann als viertes Abbild genau das Einzelbild des Videosignals ausgewählt werden, dessen Aufnahmezeit dem späteren Zeitpunkt am nächsten liegt. Somit betrifft das vierte Abbild das Auge ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt. Mit anderen Worten bildet das vierte Abbild das Auge ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt ab. Somit kann anhand des vierten Abbildes bestimmt werden, welche Position und/oder Orientierung der Zielpunkt zu dem späteren Zeitpunkt tatsächlich hatte. Durch das Vergleichen der tatsächlichen Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt mit der Prognose (welche Teil der Prognosedaten ist) für die Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt, kann bestimmt beziehungsweise ermittelt werden, wie gut diese Prognose war. Beispielsweise kann eine Qualität der Prognose durch einen Wert, welcher die Abweichung zwischen tatsächlicher und prognostizierter Position angibt, bewertet beziehungsweise quantifiziert werden. Durch das Vergleichen der tatsächlichen Position des Auges zu dem dritten Zeitpunkt mit der weiten Prognose (welche Teil der weiteren Prognosedaten ist) für die Position des Auges zu dem späteren Zeitpunkt, kann bestimmt beziehungsweise ermittelt werden, wie gut diese weitere Prognose war. Beispielsweise kann eine Qualität der weiteren Prognose durch einen Wert, welcher die Abweichung zwischen tatsächlicher und prognostizierter Position angibt, bewertet beziehungsweise quantifiziert werden
In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen tatsächlicher Position des Auges und der Prognose kann der erste Algorithmus, welcher für das Bestimmen der Prognose beziehungsweise Prognosedaten verwendet wird, verändert, das heißt angelernt, verfeinert oder angepasst, werden. Auf diese Weise wird die Qualität des ersten Algorithmus für zukünftige Prognosen verfeinert beziehungsweise verbessert. In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen tatsächlicher Position des Auges und der weiteren Prognose kann der zweite Algorithmus, welcher für das Bestimmen der weiteren Prognose beziehungsweise weiteren Prognosedaten verwendet wird, verändert, das heißt angelernt, verfeinert oder angepasst, werden. Auf diese Weise wird die Qualität des zweiten Algorithmus für zukünftige weitere Prognosen verfeinert beziehungsweise verbessert.
Bezugszeichenliste

10: Behandlungsvorrichtung
12: Laser
14: Gewebe
16: Auge
17: Strahlablenkeinrichtung
18: Steuereinrichtung
19: Laserstrahl
20: Kamera
22: Bildverarbeitungseinheit
24: Hauptsteuereinheit
26: Pulsliste
28: Ansteuereinheit
30: Einstelleinheit
32: Ausgabeeinheit
S1 bis 8.2: Verfahrensschritte
S9 bis S12.2: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1923026 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Zielpunktes eines menschlichen oder tierischen Auges (16), insbesondere einer Hornhaut des Auges (16), während einer medizinischen Behandlung des Auges (16) mit den folgenden Schritten: - Erfassen (S1) eines jeweiligen Abbildes des Auges (16) zumindest zu einem ersten Zeitpunkt und einem späteren zweiten Zeitpunkt, - Bestimmen (S2) einer Bewegungsinformation bezüglich einer Bewegung des Auges (16) und/oder des Zielpunktes anhand der jeweiligen Abbilder, und - Bestimmen (S3) von Prognosedaten, welche eine Prognose für eine zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu einem späteren Zeitpunkt beinhalten, anhand der Bewegungsinformation, wobei der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um eine Zeitspanne, deren Dauer zumindest von einer Latenz einer Bildauswertung, insbesondere den Schritten S1 und/oder S2 und/oder S3, abgeleitet ist, zeitlich beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bestimmens (S3) der Prognosedaten der spätere Zeitpunkt zeitlich höchstens soweit beabstandet ist, wie der erste Zeitpunkt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung und/oder eine Geschwindigkeit entlang mehrerer Freiheitsgrade unabhängig voneinander erfasst wird und/oder bei Bestimmen (S3) der Prognosedaten unabhängig voneinander ausgewertet wird.
Verfahren zum Steuern eines augenchirurgischen Lasers (12) einer Behandlungsvorrichtung (10) während einer Behandlung einer Hornhaut eines menschlichen oder tierischen Auges (16) in Abhängigkeit von einer Position und/oder Orientierung eines Zielpunktes des Auges (16), wobei das Verfahren die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche und zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: - Bestimmen (S4) einer Positionsvorgabe für einen Laserpuls zumindest in Abhängigkeit von den Prognosedaten, und - Einstellen (S5) des Lasers entsprechend der Positionsvorgabe.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der spätere Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt um eine Gesamtzeitspanne zeitlich beabstandet ist, wobei eine Dauer der Gesamtzeitspanne zumindest von der Latenz einer Bildauswertung sowie von einer Latenz für das Einstellen des Lasers abgeleitet ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem dritten Zeitpunkt ein drittes Abbild des Auges (16) erfasst wird, wobei sich der dritte Zeitpunkt zeitlich nach dem zweiten Zeitpunkt aber vor dem späteren Zeitpunkt befindet, wobei insbesondere die Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, zumindest in Abhängigkeit von dem dritten Abbild überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - in Abhängigkeit von zumindest dem dritten Abbild eine weitere Bewegungsinformation bestimmt wird (S6), und - anhand der weiteren Bewegungsinformation weitere Prognosedaten, welche eine weitere Prognose für die zukünftige Position und/oder Orientierung des Zielpunktes zu dem späteren Zeitpunkt beinhalten, bestimmt werden (S7).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis bei dem Überprüfen der Prognose, insbesondere anhand der weiteren Prognosedaten, der Laserpuls für die zuvor anhand der Prognosedaten eingestellten Positionsvorgabe freigegeben (S8.1) wird oder eine erneute Einstellung des Lasers auf eine aktualisierte Positionsvorgabe befohlen wird (S8.2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - zumindest ungefähr zu dem späteren Zeitpunkt ein viertes Abbild des Auges (16) erfasst wird, - anhand des vierten Abbildes eine tatsächliche Position und/oder Orientierung des Zielpunkts zu dem späteren Zeitpunkt bestimmt wird, und - die tatsächliche Position des Auges (16) zu dem späteren Zeitpunkt mit der Prognose, welche Teil der Prognosedaten ist, und/oder mit der weiteren Prognose, welche Teil der weiteren Prognose ist, vergleichen wird, - in Abhängigkeit von einem Ergebnis des jeweiligen Vergleichens ein erster Algorithmus für das Bestimmen der Prognosedaten und/oder ein zweiter Algorithmus für das Bestimmen der weiteren Prognosedaten verändert wird.
Steuereinrichtung (18), die dazu ausgebildet ist, eine Behandlungsvorrichtung (10) zu veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Behandlungsvorrichtung (10) mit mindestens einem augenchirurgischen Laser (12) zum Durchführen einer Hornhautkorrektur an einer Hornhaut mittels Photodisruption und/oder Photoablation und mit einer Steuereinrichtung (18) nach Anspruch 10.
Behandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (12) dazu 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.
Behandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (18) - mindestens eine Speichereinrichtung zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz aufweist, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder Fokussierung einzelner Laserpulse in der Hornhaut umfassen; und - mindestens eine Strahleinrichtung (17) zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls (19) des Lasers umfasst.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Behandlungsvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.