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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen von Behandlungskoordinaten für eine Behandlung eines Auges mit einem ophthalmologischen Laser einer Behandlungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens, eine Behandlungsvorrichtung mit mindestens einem ophthalmologischen Laser und mindestens einer Steuereinrichtung, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
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Behandlungsvorrichtungen und Verfahren zur Steuerung von Lasern zur Korrektur einer optischen Fehlsichtigkeit einer Hornhaut sind im Stand der Technik bekannt. Dabei können zum Beispiel ein gepulster Laser und eine Strahlfokussierungseinrichtung so ausgebildet sein, dass Laserstrahlpulse in einem innerhalb des Gewebes der Hornhaut gelegenen Fokus eine Photodisruption oder einen optischen Durchbruch bewirken, um einen Lentikel aus der Hornhaut (Cornea) zur Korrektur der Hornhaut abzutrennen. Bei der Behandlung mit einer Behandlungsvorrichtung, beispielsweise zur Abtrennung eines Lentikels, wird das Auge üblicherweise durch ein oder mehrere Kontaktelemente der Behandlungsvorrichtung fixiert. Das Kontaktelement kann hierbei ein starres Element sein, beispielsweise eine plankonkave Linse, die auf das Auge, insbesondere auf die Hornhaut, aufgesetzt wird, damit das Auge bei der Behandlung nicht bewegt wird. Auch Saugringe können als Kontaktelement verwendet werden, die mittels Unterdruck das Auge an einer festen Position fixieren.
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Nachteilig bei solchen Kontaktelementen ist es jedoch, dass sich eine Form und damit Geometrie der Hornhaut durch das Kontaktelement ändert und somit Behandlungskoordinaten, die in einem nicht deformierten Zustand der Hornhaut ermittelt wurden, fehlerhaft sein können, was ein Behandlungsergebnis verschlechtert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Behandlung eines Auges mit einer Behandlungsvorrichtung zu verbessern.
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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 Anpassen von Behandlungskoordinaten für eine Behandlung eines Auges mit einem ophthalmologischen Laser einer Behandlungsvorrichtung, wobei die Behandlungsvorrichtung ein Kontaktelement zum Fixieren des Auges umfasst. Das Verfahren umfasst als Schritte ein Erfassen zumindest einer ersten Aufnahme des Auges, bevor das Auge durch das Kontaktelement fixiert wird, ein Bestimmen von Behandlungskoordinaten des Auges mittels der ersten Aufnahme und Ermitteln von Orientierungspunkten des Auges und deren Position in der ersten Aufnahme. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Erfassen einer zweiten Aufnahme des Auges, nachdem das Auge durch das Kontaktelement fixiert wurde, wobei die Position der jeweiligen Orientierungspunkte in der zweiten Aufnahme ermittelt wird, ein Ermitteln einer Transformationsmatrix anhand der jeweilig ermittelten Positionen zusammengehöriger Orientierungspunkte in der ersten und zweiten Aufnahme, und ein Anpassen der Behandlungskoordinaten durch die ermittelte Transformationsmatrix.
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Vorzugsweise können die so angepassten Behandlungskoordinaten in einem nachfolgenden Schritt als Steuerdaten des Lasers beziehungsweise der Behandlungsvorrichtung bereitgestellt werden, um den Laser mittels der Steuerdaten zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit zu steuern.
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Mit anderen Worten kann in dem Verfahren zumindest eine erste und eine zweite Aufnahme des Auges durchgeführt werden, in denen vorzugsweise die Iris des Auges zu sehen ist. Die erste Aufnahme kann dabei vor der Fixierung durch das Kontaktelement und somit im nicht deformierten Zustand aufgenommen werden. Anhand dieser ersten Aufnahme können vorzugsweise auch die Behandlungskoordinaten ermittelt werden, durch die eine Fehlsichtigkeit des Auges korrigiert werden kann. Dabei können die Behandlungskoordinaten beispielsweise Positionen von Laserpulsen in der Hornhaut umfassen.
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Die zweite Aufnahme des Auges wird vorzugsweise dann aufgenommen, wenn das Auge durch das Kontaktelement fixiert wurde, sich also in einem deformierten Zustand befindet. In den beiden Aufnahmen können dann Orientierungspunkte im Auge gesucht werden, die charakteristisch sind, wie beispielsweise eine Struktur der Iris des Auges. Somit kann ein Orientierungspunkt beziehungsweise eine Landmarke in der ersten Aufnahme bestimmt werden und in der zweiten Aufnahme wird der gleiche Orientierungspunkt gesucht. Durch die Deformation durch das Kontaktelement kann dabei eine Veränderung des Orientierungspunkts zwischen den beiden Aufnahmen auftreten, der anhand eines Vektors beschrieben werden kann. Vorzugsweise können für mehrere Orientierungspunkte beziehungsweise Landmarken, die paarweise in den beiden Aufnahmen auftreten, die jeweiligen Veränderungen beziehungsweise Verschiebungen bestimmt werden, aus denen eine Transformationsmatrix ermittelt werden kann. Die Transformationsmatrix, die vorzugsweise eine affine Matrix sein kann, kann dabei beschreiben, wie sich die Orientierungspunkte durch die Deformation verändern.
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Schließlich können mit Hilfe der Transformationsmatrix die Behandlungskoordinaten angepasst werden, so dass ein Effekt der Deformation durch das Kontaktelement ausgeglichen werden kann. Beim Anpassen der Behandlungskoordinaten können entweder geplante unverformte Behandlungspositionen mittels der Transformationsmatrix in neue angepasste Behandlungspositionen verformt werden oder die Behandlungspositionen im fixierten Zustand des Auges werden durch die Transformationsmatrix zu einem unverformten Zustand des Auges zurücktransformiert, aus dem die Diagnose erstellt wurde, so dass die Behandlungsvorrichtung für diese Laserpunkte weiß, welche Korrektur gelten soll.
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Das Kontaktelement kann das Auge hierbei durch ein Zusammendrücken beziehungsweise Plattdrücken des Auges fixieren und/oder eine Saugvorrichtung aufweisen, die das Auge ansaugen kann. Die zweite Aufnahme kann dabei im Kontakt mit dem Kontaktelement entweder mit oder ohne Ansaugung durchgeführt werden.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass Deformationseffekte auf einfache Art und Weise ausgeglichen werden können, was eine Behandlung mit der Behandlungsvorrichtung verbessert.
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Die Erfindung umfasst auch Ausgestaltungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausgestaltungsform sieht vor, dass durch die Transformationsmatrix eine affine Transformation durchgeführt wird. Das bedeutet, dass die Transformationsmatrix eine affine Matrix ist, durch die eine Abbildung zwischen zwei affinen Räumen beschrieben wird, bei der eine Co-Linearität, Parallelität und Teilverhältnisse bewahrt bleiben. Somit können eine Drehung, eine Spiegelung, eine Skalierung, eine Scherung und eine Verschiebung der Behandlungskoordinaten durch die Transformationsmatrix beschrieben werden, wobei die Abbildungen bijektiv sind.
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Eine weitere Ausgestaltungsform sieht vor, dass die erste Aufnahme durch eine externe Diagnosevorrichtung oder eine Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung durchgeführt wird und wobei die zweite Aufnahme durch die Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung durchgeführt wird. So kann die erste Aufnahme vorzugsweise durch eine externe Diagnosevorrichtung zum Bestimmen einer Fehlsichtigkeit des Auges durchgeführt werden, wobei extern bedeutet, dass die Diagnosevorrichtung nicht zur Behandlungsvorrichtung gehört. Alternativ kann die erste Aufnahme auch durch eine Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung aufgenommen werden, beispielsweise wenn der Patient unter dem Laser liegt, wobei die erste Aufnahme dann kurz vor dem Andocken an das Kontaktelement durchgeführt wird. Diese Aufnahme kann vorzugsweise unter Betrachtung eines koaxialen Fixierungsziels durchgeführt werden. Des Weiteren kann sich das Auge vorzugsweise nahe (unter 50 mm) des Kontaktelements befinden. Bei dieser ersten Aufnahme ist das Auge also unverformt. Die zweite Aufnahme wird bei dieser Ausgestaltungsform immer durch die Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung durchgeführt, wenn das Auge an das Kontaktelement angedockt ist und somit verformt ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Aufnahme durch die externe Diagnosevorrichtung durchgeführt wird und zwischen der ersten und zweiten Aufnahme eine dritte Aufnahme des Auges durch die Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung erfasst wird, bevor das Auge durch das Kontaktelement fixiert wird, wobei in der dritten Aufnahme die Positionen der Orientierungspunkte ermittelt werden, wobei eine Kalibrations-Transformationsmatrix aus den jeweiligen Positionen zusammengehöriger Orientierungspunkte in der ersten und der dritten Aufnahme bestimmt werden, wobei die Transformationsmatrix mittels der Kalibrierungs-Transformationsmatrix angepasst wird. Mit anderen Worten können also vorzugsweise drei Aufnahmen durchgeführt werden, die erste Aufnahme durch die externe Diagnosevorrichtung und danach die dritte Aufnahme unter dem Laser liegend, aber bevor das Auge durch das Kontaktelement fixiert wird. Die dritte Aufnahme kann durch die Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung aufgenommen werden. Aus der ersten und der dritten Aufnahme kann dann anhand zusammengehöriger Orientierungspunkte im Auge eine Kalibrierungs-Transformationsmatrix bestimmt werden, durch die insbesondere Unterschiede zwischen der Aufnahmevorrichtung der Diagnosevorrichtung und der Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung ermittelt werden können. Schließlich kann nach der dritten Aufnahme die zweite Aufnahme durch die Aufnahmevorrichtung der Behandlungsvorrichtung erfasst werden und mittels der zusammengehörigen Orientierungspunkte der ersten und zweiten Aufnahme kann die Transformationsmatrix bestimmt werden. Diese Transformationsmatrix kann dann anhand der Kalibrierungs-Transformationsmatrix angepasst werden, beispielsweise durch ein Matrixprodukt, um die Transformation der Behandlungskoordinaten zwischen der ersten Aufnahme und der zweiten Aufnahme zu beschreiben. Alternativ kann die Kalibrierungs-Transformationsmatrix mittels der Orientierungspunkte der ersten und dritten Aufnahme ermittelt werden und danach eine weitere Transformationsmatrix zwischen den Orientierungspunkten der zweiten und dritten Aufnahme. Insgesamt ergibt sich somit also die Transformationsmatrix aus einem Matrixprodukt der Matrix aus Aufnahme 1 und 3 und der Matrix aus Aufnahme 2 und 3. Mit anderen Worten dient die dritte Aufnahme also als Brückenbild, das zur Kalibrierung der unterschiedlichen Aufnahmevorrichtungen dient.
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Eine weitere Ausgestaltungsform sieht vor, dass die jeweiligen Aufnahmen im gleichen Spektralbereich durchgeführt werden, insbesondere im infraroten Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich. Mit anderen Worten werden die jeweiligen Aufnahmen vorzugsweise mit einer gleichen Beleuchtung durchgeführt, um zusammengehörige Orientierungspunkte besser zu erkennen. So können alle Aufnahmen im infraroten Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich durchgeführt werden. Der infrarote Spektralbereich kann ab Wellenlängen größer 690 nm beginnen und der sichtbare Spektralbereich kann ungefähr in einem Bereich zwischen 380 nm und 680 nm vorliegen. Alternativ können die Aufnahmen auch mit unterschiedlichen Beleuchtungen und/oder Wellenlängen durchgeführt werden, falls zusammengehörige Orientierungspunkte in diesen Aufnahmen gefunden werden können. Durch diese Ausgestaltungsform ergibt sich der Vorteil, dass zusammengehörige Orientierungspunkte besser ermittelt werden können.
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Eine weitere Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Behandlungskoordinaten aus der ersten Aufnahme mittels eines Pupillenzentrums und/oder eines limbalen Rings des Auges ermittelt werden. Mit anderen Worten kann eine Behandlungszentrierung in der Aufnahme anhand des Pupillenzentrums und/oder des limbalen Rings, der in Aufnahmen als dunkler Ring um die Iris des Auges, bei dem die Sklera die Cornea trifft, ermittelt werden. Diese Positionen können vorzugsweise auch gleichzeitig als Orientierungspunkte zur Bestimmung der Transformationsmatrix dienen. Das ergibt den Vorteil, dass geeignete und wiederauffindbare Positionen zur Bestimmung der Behandlungskoordinaten verwendet werden können.
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Eine weitere Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Orientierungspunkte anhand von Charakteristiken der Iris des Auges aus der jeweiligen Aufnahme ermittelt werden. Die Iris beziehungsweise Regenbogenhaut im Auge besitzt eine für jeden Patienten individuelle und charakteristische Struktur, die sich vorteilhafterweise dazu eignet, Orientierungspunkte zu bestimmen. Diese Orientierungspunkte können dann in den jeweiligen Aufnahmen ermittelt werden, wobei eine Veränderung der Orientierungspunkte zwischen diesen Aufnahmen dann zur Berechnung der Transformationsmatrix dient. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Orientierungspunkte verbessert ermittelt werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass durch die Transformationsmatrix eine Re-Zentrierung und/oder eine Zyklotorsionskorrektur und/oder eine Deformationskorrektur der Behandlungskoordinaten durchgeführt wird. Mit anderen Worten werden die Behandlungskoordinaten rezentriert beziehungsweise verschoben und/oder gedreht und/oder verzerrt, insbesondere eine Scherung oder Kissenverzeichnung. Somit können Behandlungspositionen im Auge mittels der Transformationsmatrix angepasst werden, um die Deformation auszugleichen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Das bedeutet, die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Aufnahmevorrichtungen zu steuern und die Transformationsmatrix zu berechnen. 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 des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung mit mindestens einem augenchirurgischen Laser für die Behandlung eines menschlichen oder tierischen Auges, insbesondere mittels optischer Durchbrüche und/oder Ablation und/oder laserinduzierter Brechungsindexänderung (LIRIC), und mindestens einer Steuereinrichtung die ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.
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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 900 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. Die Verwendung von solchen 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 und/oder ablative 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 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.
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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 weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Steuereinrichtung die Verfahrensschritte gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ausführt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium (Speichermedium), auf dem das vorgenannte Computerprogramm bzw. dessen Befehle gespeichert sind. Zum Ausführen des Computerprogramms kann ein Computer oder ein Computerverbund auf das computerlesbare Medium zugreifen und dessen Inhalt auslesen. Das Speichermedium ist beispielweis als ein Datenspeicher, insbesondere zumindest teilweise als ein flüchtiger oder nicht-flüchtiger Datenspeicher ausgebildet. Ein nicht-flüchtiger Datenspeicher kann ein Flash-Speicher und/oder ein SSD (solid state drive) und/oder eine Festplatte sein. Ein flüchtiger Datenspeicher kann ein RAM (random access memory) sein. Die Befehle können zum Beispiel als Quellcode einer Programmiersprache und/oder als Assembler und/oder als Binärcode vorliegen.
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Steuerdaten für den Laser können einen jeweiligen Datensatz zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Hornhaut umfassen. In den Steuerdaten kann zusätzlich oder alternativ ein jeweiliger Datensatz zum Einstellen mindestens einer Strahleinrichtung zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls des jeweiligen Lasers umfasst sein.
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Das Verfahren kann zumindest einen zusätzlichen Schritt umfassen, der genau dann ausgeführt wird, wenn ein Anwendungsfall oder eine Anwendungssituation eintritt, die hier nicht explizit beschrieben wurde. Der Schritt kann zum Beispiel die Ausgabe einer Fehlermeldung und/oder die Ausgabe einer Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Im Folgenden sind zusätzliche Merkmale und Vorteile der Einfindung anhand der Figur(en) in Form von vorteilhaften Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Merkmale oder Merkmalskombinationen der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele können in beliebiger Kombination miteinander und/oder den Merkmalen der Ausführungsformen vorliegen. Das heißt, die Merkmale der Ausführungsbeispiele können die Merkmale der Ausführungsformen ergänzen und/oder ersetzen und umgekehrt. Es sind somit auch Ausgestaltungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Somit sind auch Ausgestaltungen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen oder über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Zu den Ausführungsbeispielen zeigt:
- 1 eine schematisch dargestellte Behandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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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 ophthalmologischen Laser 18 zur Behandlung eines Auges 12, insbesondere einer Hornhaut (Kornea) des Auges 12 mittels Photodisruption und/oder Ablation und/oder laserinduzierter Brechungsindexänderung (LIRIC).
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Neben dem Laser 18 kann die Behandlungsvorrichtung 10 eine Steuereinrichtung 20 aufweisen, die dazu ausgebildet sein kann, den Laser 18 durch Steuerdaten anzusteuern, so dass dieser gepulste Laserpulse beispielsweise in einem vordefinierten Muster beziehungsweise an vorbestimmten Behandlungskoordinaten zur Behandlung des Auges 12 abgeben kann. Alternativ kann die Steuereinrichtung 20 eine in Bezug auf die Behandlungsvorrichtung 10 externe Steuereinrichtung 20 sein.
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Des Weiteren zeigt die 1, dass der durch den Laser 18 erzeugte Laserstrahl 24 mittels einer Strahleinrichtung 22, nämlich einer Strahlablenkungsvorrichtung, wie zum Beispiel einem Rotationsscanner, in Richtung des Auges 12 abgelenkt werden kann. Die Strahlablenkungsvorrichtung 22 kann ebenfalls durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert werden, um den Laserstrahl 24 an vorgegebene Position im Auge, insbesondere in der Hornhaut des Auges 12, zu steuern.
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Bei dem Laser 18 kann es sich vorzugsweise um einen photodisruptiven und/oder ablativen Laser handeln, der ausgebildet ist, Laserpulse in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1400 nm, vorzugsweise zwischen 700 nm und 1200 nm, bei einer jeweiligen Pulsdauer zwischen 1 fs und eine 1 ns, vorzugsweise zwischen 10 fs und 10 ps, und einer Wiederholungsfrequenz größer 10 kHz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 100 MHz, abzugeben. Die Steuereinrichtung 20 weist optional zudem eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt) zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz auf, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in einer Kornea des Auges 12 umfassen. Die Positionsdaten und/oder Fokussierungsdaten einzelner Laserpulse können anhand vorbestimmter Steuerdaten erzeugt werden, insbesondere aus einer zuvor gemessenen Topographie und/oder Pachymetrie und/oder Morphologie.
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Ferner kann die Behandlungsvorrichtung 10 eine Fixiervorrichtung beziehungsweise ein Kontaktelement 14 aufweisen, das dazu ausgebildet ist, das zu behandelnde Auge 12 für die Bestrahlung mit dem Laser 18 an einer Position zu fixieren. Das Kontaktelement 14 kann beispielsweise eine Saugeinrichtung 16 aufweisen, wobei die Saugeinrichtung 16 eine Vakuumpumpe sein kann, die ein Vakuum an einem Saugring oder saugfähigen Ringsegmenten an einer Seite des Kontaktelements 14 erzeugt, die in Richtung des Auges 12 ausgerichtet ist. Mit anderen Worten kann der Saugring auf das Auge 12 aufgesetzt werden und die Saugeinrichtung 16, insbesondere die Vakuumpumpe, kann durch Erzeugen eines Unterdrucks das Auge 12 in Position halten.
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Außerdem kann die Behandlungsvorrichtung 10 eine Aufnahmevorrichtung 26 umfassen, die insbesondere Aufnahmen des Auges 12 erfassen kann, beispielsweise um das Auge für den Laser 18 zu zentrieren und zuvor bestimmte Behandlungskoordinaten zu erkennen.
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Des Weiteren ist eine Diagnosevorrichtung 28 dargestellt, die zumindest eine Aufnahmevorrichtung 32 umfasst. Die Aufnahmevorrichtung 32 kann dabei vorzugsweise die gleiche Beleuchtung aufweisen, wie die Aufnahmevorrichtung 26 der Behandlungsvorrichtung 10. Das bedeutet, dass die jeweiligen Aufnahmevorrichtungen 26 und 32 Aufnahmen im gleichen Spektralbereich durchführen, insbesondere im infraroten Spektralbereich und/oder im sichtbaren Spektralbereich.
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Somit kann mittels der Aufnahmevorrichtung 32 der Diagnosevorrichtung 28 eine erste Aufnahme des Auges 12 erfasst werden, anhand der Behandlungskoordinaten für die Behandlung mit dem ophthalmologischen Laser 18 der Behandlungsvorrichtung 10 ermittelt werden können. Hierzu kann zur Bestimmung der Behandlungskoordinaten vorzugsweise ein Pupillenzentrum und/oder ein limbaler Ring zur Zentrierung der Behandlungskoordinaten herangezogen werden. Des Weiteren können aus der ersten Aufnahme Orientierungspunkte beziehungsweise Landmarken im Auge 12 festgelegt werden, wobei diese vorzugsweise anhand von Charakteristiken der Iris beziehungsweise Regenbogenhaut des Auges 12 bestimmt werden. Somit liegen vorzugsweise eine Mehrzahl von eindeutigen Punkten im Auge 12 vor, die in jeder Aufnahme wiedergefunden werden können.
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Danach kann, wenn der Patient auf der Patientenlagerungsvorrichtung 30 in einer Behandlungsposition unter der Behandlungsvorrichtung 10 liegt und das Auge 12 durch das Kontaktelement 14 fixiert ist, insbesondere mittels Ansaugung durch die Saugeinrichtung 16, durch die Aufnahmevorrichtung 26 der Behandlungsvorrichtung 10 eine zweite Aufnahme des Auges 12 erfasst werden. In dieser zweiten Aufnahme können dann die festgelegten Orientierungspunkte gesucht werden, die zumindest teilweise durch die Fixierung durch das Kontaktelement 14 verschoben sein können.
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Aus den Positionen der zusammengehörigen Orientierungspunkte, die zwischen der ersten und zweiten Aufnahme teilweise verschoben sein können, kann dann eine Transformationsmatrix, insbesondere eine affine Transformationsmatrix, ermittelt werden, die eine Verschiebung der Orientierungspunkte und damit die Deformation des Auges 12 beschreibt.
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Um diese Deformation auszugleichen können die Behandlungskoordinaten, die durch die Diagnosevorrichtung 28 ermittelt wurden, anhand der zuvor bestimmten Transformationsmatrix angepasst werden. Das bedeutet, dass beispielsweise geplante unverformte Behandlungspositionen mittels der Transformationsmatrix in neue angepasste Behandlungspositionen berechnet werden können oder die Behandlungspositionen im fixierten Zustand des Auges 12 werden durch die Transformationsmatrix zu einem unverformten Zustand des Auges 12 zurücktransformiert, so dass die Behandlungsvorrichtung 10 für diese Behandlungspositionen weiß, welche Korrektur gelten soll.
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Besonders bevorzugt kann zwischen der ersten Aufnahme und der zweiten Aufnahme auch eine dritte Aufnahme durchgeführt werden, wobei die dritte Aufnahme durch die Aufnahmevorrichtung 26 der Behandlungsvorrichtung 10 durchgeführt wird, vorzugsweise kurz bevor der Patient durch die Behandlungsvorrichtung 10 behandelt wird, das Auge 12 jedoch noch nicht durch das Kontaktelement 14 fixiert wurde. Dabei kann sich das Auge 12 vorzugsweise nahe des Kontaktelements 14 befinden, beispielsweise in einem Bereich unter 50 mm Abstand. Aus der ersten Aufnahme, die durch die Aufnahmevorrichtung 32 der Diagnosevorrichtung 28 aufgenommen wurde und der dritten Aufnahme im nicht fixierten Zustand können dann die jeweilig zusammengehörigen Orientierungspunkte gesucht werden und eventuelle Abweichungen können mittels einer Kalibrierungs-Transformationsmatrix beschrieben werden. Somit können in bevorzugter Weise die Aufnahmevorrichtung 32 der Diagnosevorrichtung 28 und die Aufnahmevorrichtung 26 der Behandlungsvorrichtung 10 aufeinander kalibriert werden. Diese Kalibrierungs-Transformationsmatrix kann dann verwendet werden, um die Transformationsmatrix anzupassen und somit zu verbessern.
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In 2 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm zum Anpassen von Behandlungskoordinaten für eine Behandlung eines Auges 12 mit einem ophthalmologischen Laser 18 einer Behandlungsvorrichtung 10 dargestellt. In einem Schritt S10 wird zumindest eine erste Aufnahme des Auges 12 aufgenommen, bevor das Auge durch ein Kontaktelement 14 der Behandlungsvorrichtung 10 fixiert wird. Des Weiteren werden Behandlungskoordinaten des Auges 12 mittels der ersten Aufnahme bestimmt.
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In einem Schritt S12 werden in der ersten Aufnahme Orientierungspunkte des Auges 12 und deren Position ermittelt. Hierbei können die Orientierungspunkte Charakteristiken einer Iris des Auges 12 sein.
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In einem Schritt S14 wird eine zweite Aufnahme des Auges 12 aufgenommen, nachdem das Auge 12 durch das Kontaktelement 14 fixiert wurde, wobei die Fixierung mit oder ohne Ansaugung durch eine Saugeinrichtung 16 fixiert sein kann. Aus dieser zweiten Aufnahme werden dann erneut die Positionen der jeweiligen Orientierungspunkte bestimmt.
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In einem Schritt S16 wird eine Transformationsmatrix bestimmt, indem die jeweiligen Positionen zusammengehöriger Orientierungspunkte in der ersten und zweiten Aufnahme verglichen werden, wobei eine Abweichung der Positionen der zusammengehörigen Orientierungspunkte die Transformation durch die Transformationsmatrix beschreiben.
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Schließlich können in einem Schritt S18 die Behandlungskoordinaten durch die ermittelte Transformationsmatrix angepasst werden, um so die Bestrahlungspositionen durch den Laser 18 anzupassen und die Deformation durch das Kontaktelement 14 auszugleichen. Die angepassten Behandlungskoordinaten, die als Steuerdaten vorliegen können, können dann zur Steuerung des Lasers 18 verwendet werden.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass Bilder des Auges 12 aufgenommen werden, beispielsweise durch eine Diagnosevorrichtung 28. Alternativ kann, wenn der Patient sich an der Behandlungsvorrichtung 10 befindet, zumindest ein Bild des Auges 12 aufgenommen werden, insbesondere mit einer infraroten oder visuellen Beleuchtung, während das Auge 12 noch nicht durch das Kontaktelement 14 fixiert wurde, jedoch nahe daran ist, und während ein koaxiales Fixierungsziel betrachtet wird. Das Pupillenzentrum kann von den Bildern detektiert werden, insbesondere vom diagnostischen Bild oder dem Bild unter dem Laser oder beiden, und die gewünschte Behandlungszentrierung kann in den Bildern bestimmt werden, beispielsweise in Abhängigkeit des Pupillenzentrums oder des limbalen Rings. Außerdem können periphere Landmarken, beispielsweise an der Iris, aus den Bildern vor der Fixierung des Auges 12 detektiert werden.
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Ein weiteres Bild, vorzugsweise mit der gleichen Wellenlängenregion im infraroten oder visuellen Spektralbereich, wird aufgenommen, nachdem das Auge an das Kontaktelement 14 angedockt ist und eine Saugeinrichtung 16 das Auge fixiert und festhält. Aus dieser Aufnahme können dann die Landmarken gesucht und registriert werden. Daraus kann eine (affine) Transformationsmatrix erzeugt werden, die aus den detektierten Positionen der Landmarken in den Bildern vor und nach Fixierung durch das Kontaktelement 14 erzeugt wird. Die Behandlungskoordinaten, die in dem Bild vor der Fixierung bestimmt wurden, können so durch die (affine) Transformationsmatrix zu dem Bild nach Fixierung transformiert werden. Ein Offset der (affinen) Transformationsmatrix entspricht dabei einer Behandlungszentrierung, ein Rotationswinkel, der von der (affinen) Transformationsmatrix berechnet wird, kann verwendet werden, um eine Zyklotorsionsachse zu korrigieren und die Transformationsmatrix kann beispielsweise Scherungen und Kissenverzerrung für die Behandlungspositionen ausgleichen.
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Auf diese Weise kann ein Ausgleich der Deformation erreicht werden, ohne theoretische/simulierte Modelle oder statistische empirische Korrekturen durchzuführen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine affine corneale Registrierung durchgeführt werden kann.
