DE102022133647A1

DE102022133647A1 - Verfahren zum Bereitstellen von deformationskorrigierten Steuerdaten für einen Laser einer Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022133647A1
Application number: DE102022133647.6A
Authority: DE
Inventors: Samuel Arba Mosquera; Tobias Kehrer
Original assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Current assignee: Schwind Eye Tech Solutions GmbH
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-27
Also published as: US20240197535A1; CN118203470A

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bereitstellen von deformationskorrigierten Steuerdaten für einen Laser (18) einer Behandlungsvorrichtung (10). Das Verfahren umfasst als Schritte ein Ermitteln (S10) eines geplanten Lentikeldurchmessers und einer geplanten Brechkraftänderung als Korrekturparameter zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit des Auges aus vorbestimmten Untersuchungsdaten; ein Ermitteln deformationskorrigierter Korrekturparameter zum Anpassen der geplanten Korrekturparameter durch die zusätzlich eine Deformation der Hornhaut (26) ausgeglichen wird; wobei als erster deformationskorrigierter Korrekturparameter entweder ein deformationskorrigierter Lentikeldurchmesser oder eine deformationskorrigierte Brechkraftänderung aus vorbestimmten Deformationsdaten ermittelt wird (S12) und der jeweils andere Korrekturparameter als zweiter deformationskorrigierter Korrekturparameter mittels des ermittelten ersten deformationskorrigierten Korrekturparameters und in Abhängigkeit von einem mathematischen Deformationsmodell bestimmt wird (S14); und ein Bereitstellen der Steuerdaten für die Behandlungsvorrichtung (10), die die ermittelten deformationskorrigierten Korrekturparameter umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von deformationskorrigierten Steuerdaten für einen Laser einer Behandlungsvorrichtung für die Korrektur einer Hornhaut eines menschlichen oder tierischen Auges. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens, eine Behandlungsvorrichtung mit mindestens einem augenchirurgischen Laser und mindestens einer Steuereinrichtung, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
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 einen optischen Durchbruch bewirken, um einen Lentikel aus der Hornhaut (Kornea) 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 ist hierbei ein starres Element, beispielsweise eine plankonkave Linse, die auf das Auge, insbesondere auf die Hornhaut, aufgesetzt wird, damit das Auge bei der Behandlung nicht bewegt wird. Nachteilig bei einem solchen Kontaktelement ist es jedoch, dass eine Form der Hornhaut sich durch das Kontaktelement ändert, insbesondere zusammengedrückt wird. Hierdurch kann sich auch die Form des abzutrennenden Lentikels verändern, wodurch eine ursprünglich geplante Behandlung fehlerbehaftet sein kann.
Nach Entfernen des Lentikels entsteht durch das „Zusammenfallen“ beziehungsweise Schließen der Hornhaut die gewünschte Korrektur. Bei der Bestimmung der Korrektur der Hornhaut, insbesondere bei einer Brechkraftkorrektur, die nach Standardmethoden durchgeführt wird, kann es jedoch zu leichten Abweichungen zum eigentlich geplanten Ergebnis kommen, da bei dem Schließen der Hornhaut von einer idealisierten Hornhaut ausgegangen wird.
Die oben genannten Verformungseffekte der Hornhaut, insbesondere aufgrund des Kontaktelements oder durch das nicht exakt modellierte Schließen der Hornhaut nach Entfernung des Lentikels, kann bei einer Kumulation dieser Fehler zu unerwünschten Abweichungen des Behandlungsergebnisses führen. Daher ist man bestrebt, diese Effekte im Vorhinein zu berücksichtigen und auszugleichen, wobei die Bestimmung dieses Ausgleichs oftmals sehr kompliziert und zeitaufwendig ist.
Üblicherweise wird bei einer Behandlung mit einem Laser zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit ein Lentikeldurchmesser oder eine Brechkraftänderung geplant. Wird das Gewebe verformt, wirkt somit der Effekt der Deformation sowohl bei der Brechkraftänderung als auch bei dem Lentikeldurchmesser. Dadurch werden diese Korrekturparameter voneinander abhängig. Wird also einer dieser Korrekturparameter deformationskorrigiert, verändert sich auch der jeweils andere Korrekturparameter, wobei eine solche Anpassung nicht direkt proportional sein muss und somit schwer zu bestimmen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Deformationskorrektur zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, das erfindungsgemäße Computerprogramm sowie das erfindungsgemäße computerlesbare Medium gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens als vorteilhafte Weiterbildungen der Behandlungsvorrichtung, der Steuereinrichtung, des Computerprogramms und des computerlesbaren Mediums und umgekehrt anzusehen sind.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von deformationskorrigierten Steuerdaten für einen Laser einer Behandlungsvorrichtung für die Korrektur einer Hornhaut eines menschlichen oder tierischen Auges, wobei das Verfahren die folgenden, durch zumindest eine Steuereinrichtung durchgeführten Schritte aufweist. Unter einer Steuereinrichtung wird dabei ein Gerät, eine Gerätekomponente oder eine Gerätegruppe verstanden, das/die zum Empfangen und Auswerten von Signalen eingerichtet ist, sowie zum Bereitstellen, zum Beispiel Erzeugen von Steuerdaten. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel als Steuerchip, Computerprogramm, Computerprogrammprodukt oder Steuergerät ausgestaltet sein. In dem Verfahren erfolgt durch die Steuereinrichtung ein Ermitteln eines geplanten Lentikeldurchmessers und einer geplanten Brechkraftänderung als Korrekturparameter zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit des Auges aus vorbestimmten Untersuchungsdaten. Anschließend erfolgt ein Ermitteln deformationskorrigierter Korrekturparameter zum Anpassen der geplanten Korrekturparameter durch die zusätzlich eine Deformation der Hornhaut ausgeglichen wird, wobei als erster deformationskorrigierter Korrekturparameter entweder ein deformationskorrigierter Lentikeldurchmesser oder eine deformationskorrigierte Brechkraftänderung aus vorbestimmten Deformationsdaten ermittelt wird und der jeweils andere Korrekturparameter als zweiter deformationskorrigierter Korrekturparameter mittels des ermittelten ersten deformationskorrigierten Korrekturparameters und in Abhängigkeit von einem mathematischen Deformationsmodell bestimmt wird. Schließlich erfolgt ein Bereitstellen der Steuerdaten für die Behandlungsvorrichtung, die die ermittelten deformationskorrigierten Korrekturparameter umfasst. Vorzugsweise kann die Behandlungsvorrichtung dann mittels der Steuerdaten zur Korrektur der Hornhaut des Auges gesteuert werden.
Mit anderen Worten möchte man wissen, wie der Lentikeldurchmesser in Abhängigkeit von einer Anpassung der Brechkraftänderung oder die Brechkraftänderung in Abhängigkeit von der Anpassung des Lentikeldurchmessers angepasst werden muss, um die Deformation, die beispielsweise durch ein Kontaktelement oder andere Deformationen, insbesondere ein Schließen der Hornhaut nach Entfernen des Lentikels oder eine Deformation durch eine Fixiereinrichtung, wie zum Beispiel einen Saugring, hervorgerufen werden kann, auszugleichen. Hierbei wird nur der Effekt der wichtigsten Korrekturparameter, das heißt des Lentikeldurchmessers und der Brechkraftänderung betrachtet. Unter dem Lentikeldurchmesser ist dabei eine Lentikelgröße in einer Lateralrichtung der Hornhaut gemeint, die insbesondere eine kreisförmige, ellipsenförmige oder ovale Kontur umfassen kann. Die Brechkraftänderung kann beispielsweise einen oder mehrere Werte umfassen, insbesondere eine sphärische und/oder zylindrische Korrektur, vorzugsweise auch Korrekturen höherer Ordnung.
Dabei kann für einen dieser Korrekturparameter die nötige Deformationskorrektur bekannt sein, insbesondere aus klinischen Daten und/oder Simulationen. Beispielsweise können die vorbestimmten Deformationsdaten im Fall der deformationskorrigierten Brechkraftänderung klinische Daten, insbesondere aus einem Nomogramm oder einer Brechkraftdifferenz von Topographien vor und nach einer Fehlsichtigkeitskorrektur ohne Deformationskorrektur sein oder eine Differenz einer Dicke der Hornhaut, die aus Tomographien bestimmt werden kann, insbesondere aus Messungen von einer prä/post Behandlung, vorzugsweise mit und ohne Berücksichtigung des Epithels.
Im Fall des deformationskorrigierten Lentikeldurchmessers können klinische Daten, insbesondere aus einem Nomogramm oder aus einer Größe einer Wirkungsscheibe der Differenz von Topographien vor und nach einer Fehlsichtigkeitskorrektur ohne Deformationskorrektur oder aus einer Wirkungsscheibe einer Dickendifferenz von Tomographien, vorzugsweise prä/post Behandlung mit und ohne Berücksichtigung des Epithels sein.
Nachdem einer dieser Korrekturparameter und dessen Deformationskorrektur bekannt ist, kann der andere anhand eines Deformationsmodells, in dem insbesondere Annahmen zur Beschaffenheit der Hornhaut berücksichtigt sind, berechnet werden. Vorzugsweise kann in dem Deformationsmodell eine Komprimierbarkeit der Hornhaut berücksichtigt sein. Das dafür verwendete mathematische Deformationsmodell kann auf einer Simulation, einer Euler-Bernoulli-Balkentheorie, auf einer Annahme einer konstanten Dicke, eines konstanten Volumens und/oder einer niedrigen Kompressibilität der Hornhaut beruhen.
Besonders bevorzugt kann das Deformationsmodell auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie basieren, durch die die Hornhaut, insbesondere die Korrekturparameter, im deformierten und nichtdeformierten Zustand beschrieben werden können, wobei bei der Euler-Bernoulli-Balkentheorie die Hornhaut als ein Volumenkörper beschrieben werden kann, der verformt wird, um die jeweiligen Auswirkungen auf den anderen Korrekturparameter zu ermitteln. Ein Deformationsmodell, das auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie basiert, hat sich als besonders geeignet für die Nachbildung dieser Verformungseffekte erwiesen.
Die Steuereinrichtung, die zum Bestimmen der Steuerdaten vorgesehen ist, kann zu der Behandlungsvorrichtung gehören oder eine zu der Behandlungsvorrichtung separate Steuereinrichtung sein. Ist die Steuereinrichtung separat zu der Behandlungsvorrichtung, können die Steuerdaten nach ihrer Bestimmung vorzugsweise im Anschluss an die Behandlungsvorrichtung übermittelt und dort gespeichert werden. Die Steuerdaten können beispielsweise für ablative Verfahren, photodisruptive Verfahren, insbesondere für eine Lentikelextraktion, Quervernetzungsverfahren der Hornhaut (Crosslinking) und/oder einem Verfahren zur laserinduzierten Brechungsindexänderung (LIRIC) bestimmt beziehungsweise bereitgestellt werden.
Durch diesen Aspekt der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Ausgleich einer Deformation von einem Korrekturparameter auf einen anderen Korrekturparameter, insbesondere für eine Übertragung einer Deformationskorrektur eines Lentikeldurchmessers auf eine Brechkraftänderung beziehungsweise umgekehrt, bereitgestellt werden können, um so Deformationseffekte leicht auszugleichen und somit bessere Ergebnisse bei der Behandlung erzielen zu können. Insbesondere können somit nicht nur Deformationen der Hornhaut, sondern beispielsweise auch einer Bindehaut oder Sklera modelliert und ausgeglichen werden.
Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Deformation der Hornhaut, die durch ein Kontaktelement erzeugt wird, ausgeglichen wird und/oder wobei eine Deformation der Hornhaut, die bei einem Schließen der Hornhaut nach einer Entfernung des Lentikels aus der Hornhaut erzeugt wird, ausgeglichen wird. Diese beiden Deformationen stellen die häufigste Ursache für eine fehlerhafte Behandlung aufgrund von Deformationseffekten dar, wobei die jeweiligen Korrekturparameter gegenseitig mittels des Deformationsmodells ausgeglichen werden können.
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass das mathematische Deformationsmodell auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie basiert. Mit anderen Worten kann die Hornhaut als ein Volumenkörper beschrieben werden, der sich basierend auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie verformt, um die deformierte Hornhaut zu beschreiben. Die Euler-Bernoulli-Balkentheorie beschreibt eine elastische Biegung eines Körpers, wobei angenommen wird, dass zwischen einer anterioren Hornhautfläche und einer posterioren Hornhautfläche mehrere zentrale Hornhautflächen angeordnet sind, die den Volumenkörper aufbauen. Gemäß der Euler-Bernoulli-Balkentheorie ist eine der zentralen Hornhautflächen eine neutrale Hornhautfläche beziehungsweise neutrale Membran, deren Fläche bei der Deformation konstant bleibt, wobei in Abhängigkeit von der neutralen Hornhautfläche die weiteren zentralen Hornhautflächen beschreibbar sind. Bei der Modellierung der Deformation durch das Kontaktelement können beispielsweise die zentralen Hornhautflächen unter der neutralen Hornhautfläche gestaucht werden und die darüber werden gestreckt. Bei der Modellierung des Schließens der Hornhaut nach Entfernung des Lentikels können die Hornhautflächen, die sich über dem Lentikel befinden, gestreckt werden. Basierend auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie kann mathematisch berechnet werden, wie sich die zentralen Hornhautflächen bei einer elastischen Deformation verändern, insbesondere relativ zu der neutralen Hornhautfläche. Die Verwendung der Euler-Bernoulli-Balkentheorie als Deformationsmodell hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da diese die Verformung der Hornhaut besonders genau beschreibt. Somit können also auch verbesserte Korrekturen für eine Deformation modelliert werden.
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass der zweite deformationskorrigierte Korrekturparameter bestimmt wird, indem die Gleichung $s_{D} * {(s_{x} * s_{y})}^{(- v / 2)} = 1$
erfüllt wird, wobei s_D ein Verhältnis der deformationskorrigierten Brechkraftänderung zu der geplanten Brechkraftänderung ist, s_x und s_y das Verhältnis des deformationskorrigierten Lentikeldurchmessers zu dem geplanten Lentikeldurchmesser in x- und y-Richtung ist und v ein Verformungsparameter der Hornhaut ist, der aus dem Deformationsmodell ermittelt wird. Mit anderen Worten beschreibt die angegebene Gleichung einen Zusammenhang der Brechkraftänderung und des Lentikeldurchmessers, wobei diese mit einem Verformungsparameter beziehungsweise Verformungsexponenten v zusammenhängen, durch den eine Kompressibilität der Hornhaut bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise sind bei angegebenen Gleichung aus s_D, s_x oder s_y zwei Werte bekannt und der jeweilig fehlende wird bestimmt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass s_x und s_y gleich sind. Somit ergibt sich die oben gezeigte Gleichung zu $s_{D} * {(s_{x / y})}^{- v} = 1$
wobei dann ein Wert bekannt ist und der andere bestimmt wird.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Verformungsfaktor v ein Wert in einem Bereich von -2 bis -4 ist, insbesondere -2, -3, -8^½ oder -4. Diese Werte für den Verformungsfaktor sind besonders bevorzugte Werte, die aus dem Deformationsmodell ermittelt werden können. Hierbei wurde erkannt, dass der Wert -2 eine zentrale/maximale Dicke konserviert, insbesondere für ein angenommenes parabolisches Profil. Somit kann Restgewebe konserviert werden. Für den Wert -4 wird angenommen, dass ein Volumen erhalten bleibt, insbesondere für annähernd parabolische Profile, wobei somit eine Wirkung maximiert werden kann. Durch den Mittelwert -3 beziehungsweise das geometrische Mittel aus der (negativen) Wurzel von 8 kann vorteilhaft ein ausgleichender Kompromiss zwischen einem Erhalt einer zentralen Dicke und einem Volumen erhalten werden.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Wert des Verformungsparameters v anhand einer statistischen Auswertung vorangegangener Behandlungen, insbesondere anhand vergleichbarer bereits durchgeführter Behandlungen, bestimmt wird. Das bedeutet, dass vorangegangene Behandlungen klassifiziert beziehungsweise gruppiert werden können, wobei diese jeweils mit dem Deformationsmodell analysiert werden. Somit kann statistisch bestimmt werden, welcher Verformungsfaktor bei vergleichbaren Behandlungen für eine geplante weitere Behandlung angenommen werden kann.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene 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 des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung mit mindestens einem augenchirurgischen Laser für die Abtrennung eines Lentikels mit vordefinierten Grenzflächen aus einem menschlichen oder tierischen Auge mittels optischer Durchbrüche und/oder Ablation, und mindestens einer Steuereinrichtung für den oder die Laser, die ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.
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.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung kann die Steuereinrichtung mindestens eine Speichereinrichtung zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz aufweisen, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Hornhaut/Kornea umfassen; und kann mindestens eine Strahleinrichtung zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls des Lasers aufweisen.
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 vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Steuereinrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt die Verfahrensschritte gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ausführt.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem vierten Erfindungsaspekt gespeichert ist. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten bis vierten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweils anderen Erfindungsaspekts anzusehen sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Behandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 ein schematisches Verfahrensdiagramm zum Bereitstellen von deformationskorrigierten Steuerdaten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
3a eine schematisch dargestellte Hornhaut des Deformationsmodells im nicht-deformierten Zustand;
3b die durch ein Kontaktelement deformierte Hornhaut des Deformationsmodells;
4a eine schematisch dargestellte Hornhaut des Deformationsmodells im nicht-deformierten Zustand vor einer Entfernung eines Lentikels;
4b die deformierte Hornhaut des Hornhautdeformationsmodels nach Schließen des Lentikels;
5 eine doppeltlogarithmische Darstellung der mit dem Deformationsmodell bestimmten Beziehung zwischen dem Lentikeldurchmesser und der Brechkraftänderung.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsvorrichtung 10 mit einem augenchirurgischen Laser 18 für die Abtrennung eines durch Steuerdaten definierten Lentikels 12 aus einer Hornhaut (Kornea) 26 mittels Photodisruption und/oder Ablation, wobei die Hornhaut 26 in Richtung einer optischen Achse durch eine anteriore Hornhautfläche 30 und eine posteriore Hornhautfläche 32 begrenzt ist. Zur Abtrennung des Lentikels 12 sind in den Steuerdaten eine posteriore Grenzfläche 14 und eine anteriore Grenzfläche 16 des Lentikels 12 vorgegeben, auf denen eine Kavitationsblasenbahn zur Abtrennung des Lentikels 12 aus der Hornhaut 26 erzeugt werden kann. Man erkennt, dass neben dem Laser 18 eine Steuereinrichtung 20 für den Laser 18 ausgebildet sein kann, sodass dieser gepulste Laserpulse beispielsweise in einem vordefinierten Muster zur Erzeugung der Grenzflächen 14, 16 abgeben kann. Alternativ kann die Steuereinrichtung 20 eine in Bezug auf die Behandlungsvorrichtung 10 externe Steuereinrichtung 20 sein.
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 Rotationscanner, in Richtung der Hornhaut 26 abgelenkt wird. Die Strahlablenkvorrichtung 22 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert, um die Grenzflächen 14, 16, vorzugsweise auch Inzisionen oder Schnitte, entlang von vorgegebenen Inzisionsverläufen zu erzeugen.
Bei dem dargestellten 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 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 der Kornea umfassen. Die Positionsdaten und/oder Fokussierungsdaten der einzelnen Laserpulse, das heißt, die Lentikelgeometrie des abzutrennenden Lentikels 12, wird anhand vorbestimmter Steuerdaten erzeugt, insbesondere aus einer zuvor gemessenen Topografie und/oder Pachymetrie und/oder der Morphologie der Hornhaut oder der zu erzeugenden optischen Fehlsichtigkeitskorrektur.
Zum Feststellen der Fehlsichtigkeitsdaten, die zum Beispiel einen Wert in Dioptrien angeben können, können geeignete Untersuchungsdaten zum Beschreiben der Fehlsichtigkeit durch die Steuereinrichtung 20 von einem Datenserver empfangen werden oder die Untersuchungsdaten können direkt in die Steuereinrichtung 20 eingegeben werden.
Ferner kann ein Kontaktelement 28 bereitgestellt sein, das zu der Behandlungsvorrichtung 10 gehören kann. Alternativ kann das Kontaktelement 28 auch separat zu der Behandlungsvorrichtung 10 vorgesehen sein. Das Kontaktelement 28, das auch als Patienteninterface oder Fixiersystem bezeichnet werden kann, dient dazu, das Auge beziehungsweise die Hornhaut 26 für die Behandlung zu fixieren. Hierzu kann das Kontaktelement 28 eine plankonkave Linse aufweisen, die auf die Hornhaut 26 zur Fixierung angepasst wird. Durch die Fixierung mittels des Kontaktelements 28 kann es jedoch dazu kommen, dass sich die Hornhaut 26 verformt und somit die Geometrie des Lentikels 12 nicht mehr die ursprünglich geplanten Abmessungen aufweist. Daher kann es vorkommen, dass zum Beispiel ein geplanter beziehungsweise zu korrigierender Brechkraftwert von einem erreichten Brechkraftwert nach der Behandlung mit der Behandlungsvorrichtung 10 abweicht.
Daher sind vorzugsweise die Deformationen, die durch das Kontaktelement 28 als auch durch ein Schließen der Hornhaut 26 nach Entfernen des Lentikels 12 hervorgerufen werden, bei der Behandlungsplanung zu berücksichtigen. Insbesondere der geplante Lentikeldurchmesser und die geplante Brechkraftänderung sind wesentliche Korrekturparameter zur Korrektur der Fehlsichtigkeit der Hornhaut 26, wobei diese Korrekturparameter voneinander abhängen, wie beispielsweise in der Munnerlyn-Formel beschrieben. Hierbei sind Methoden bekannt, eine Deformationskorrektur für einen dieser Korrekturparameter bereitzustellen, beispielsweise aus klinischen Daten oder Simulationen. Jedoch hat sich gezeigt, dass der jeweils andere Korrekturparameter nicht entsprechend mit den bekannten Methoden angepasst werden kann, da bei der Deformationskorrektur dieser Korrekturparameter scheinbar ein nichtlinearer Zusammenhang besteht. Zur Berücksichtigung einer verbesserten Deformationskorrektur ist daher vorgesehen, das in 2 schematisch dargestellte Verfahren durchzuführen, das beispielsweise durch die Steuereinrichtung 20 durchgeführt werden kann.
In einem Schritt S10 werden der Lentikeldurchmesser und die Brechkraftänderung aus vorbestimmten Untersuchungsdaten geplant. Der geplante Lentikeldurchmesser und die geplante Brechkraftänderung entsprechen den nichtdeformationskorrigierten Korrekturparametern, wie sie beispielsweise für die Bestimmung einer Geometrie des Lentikels mittels der Munnerlyn-Formel verwendet werden können.
In einem Schritt S12 wird einer dieser Korrekturparameter mittels vorbestimmter Deformationsdaten deformationskorrigiert. Das heißt, dass entweder der Lentikeldurchmesser oder die Brechkraftänderung derart angepasst wird, dass eine zu erwartende Deformation, beispielsweise eine Deformation durch das Kontaktelement 28, ausgeglichen wird. Dies kann gemäß bekannten Methoden durchgeführt werden, beispielsweise anhand von statistischen Daten (Deformationsdaten).
Um den anderen Korrekturparameter, der in Schritt S12 nicht angepasst wurde, für die Deformation zu korrigieren, kann anschließend in einem Schritt S14 mit Hilfe eines mathematischen Deformationsmodells bestimmt werden. Insbesondere kann durch das mathematische Deformationsmodell ein Zusammenhang zwischen dem ersten Korrekturparameter, der bereits deformationskorrigiert wurde, und dem zweiten Korrekturparameter, der noch deformationskorrigiert werden soll, hergestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass dieser Zusammenhang besonders bevorzugt mit der Euler-Bernoulli-Balkentheorie dargestellt werden kann.
Zur Veranschaulichung der Euler-Bernoulli-Balkentheorie ist die Deformation des Volumenkörpers der Hornhaut 26 in den 3a und 3b für die Deformation durch das Kontaktelement 28 gezeigt und in den 4a und 4b für die Deformation, die beim Schließen der Hornhaut 26 nach Entfernen des Lentikels 12 auftritt.
Hierbei zeigt die 3a beispielsweise den Volumenkörper der Hornhaut 26 in einem freien Zustand vor der Deformation durch das Kontaktelement 28, das in dieser Figur nicht dargestellt ist. Der Volumenkörper kann dabei in Richtung der optischen Achse von der anterioren Hornhautfläche 30 und der posterioren Hornhautfläche 32 begrenzt werden und in Radialrichtung (seitlich) von seitlichen Grenzflächen 38. Hierbei können die anteriore Hornhautfläche 30 und die posteriore Hornhautfläche 32 als Ellipsoide bereitgestellt sein, wobei in dieser Figur zur Veranschaulichung ein zweidimensionaler Querschnitt durch den Volumenkörper gezeigt ist und der Volumenkörper in einer dreidimensionalen Form vorliegen kann, insbesondere rotationssymmetrisch. Neben den anterioren und posterioren Hornhautflächen 30, 32 sind auch zentrale Hornhautflächen 34, 36 des Volumenkörpers dargestellt, wobei für jede Position in z-Richtung (Richtung der optischen Achse) innerhalb des Volumenkörpers eine zentrale Hornhautfläche bereitgestellt sein kann, was aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht gezeigt ist. Eine der zentralen Hornhautflächen, beispielsweise die zentrale Hornhautfläche 36, kann eine neutrale Hornhautfläche beziehungsweise neutrale Membran sein, die gemäß der Euler-Bernoulli-Balkentheorie vor und nach der Deformation die gleiche Fläche aufweist, was bei der Modellierung der Hornhaut 26 auf Basis des Hornhautdeformationsmodells berücksichtigt wird. Vorzugsweise kann eine jeweilig zentrale Hornhautfläche 34 in Relation zu dieser neutralen Hornhautfläche im Hornhautdeformationsmodell beschrieben werden.
Vorzugsweise kann somit ein Krümmungsradius einer jeweilig zentralen Hornhautfläche 34 mittels des Hornhautdeformationsmodells gemäß der Formel $\frac{1}{r_{cent,pre}} = (\frac{q}{r_{ca}} + \frac{1 - q}{r_{cp}})$
beschrieben werden, wobei diese den Krümmungsradius der zentralen Hornhautfläche 34 vor der Deformation (r_cent,pre) bereitstellt. Dabei beschreibt r_ca den Krümmungsradius der anterioren Hornhautfläche 30 und r_cp den Krümmungsradius der posterioren Hornhautfläche 32. Die Variable q beschreibt eine relative Position der zentralen Hornhautfläche 34 zu der neutralen Hornhautfläche 36, wobei q ein Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann.
In ähnlicher Weise kann zu dem Krümmungsradius auch eine Position in z-Richtung, die abhängig von der Radialposition ist, beschreiben werden, wobei die z-Richtung in Richtung der optischen Achse verläuft. Diese kann für die jeweilige zentrale Hornhautfläche 34 mit der Formel $z_{cent,pre} (r_{x}) = (q - 1) d_{cc} - \frac{r_{x}^{2}}{2} (\frac{q}{r_{ca}} + \frac{1 - q}{r_{cp}})$
beschrieben werden, wobei r_X eine Radialposition ausgehend von der Mitte der Hornhaut 26 beschreibt und dcc eine zentrale Dicke der Hornhaut 26 an dem höchsten Punkt beziehungsweise Wendepunkt der Hornhaut 26.
Bei der Deformation der Hornhaut 26 durch das Kontaktelement 28 kann in dem Deformationsmodell vorgesehen sein, dass der Krümmungsradius der anterioren Hornhautfläche 30 an einen Krümmungsradius des Kontaktelements 28 anpasst wird. Diese Situation ist beispielsweise in 3b dargestellt, wobei das Kontaktelement 28 aus Übersichtlichkeitsgründen hier nicht gezeigt ist. Es ist zu sehen, dass die anteriore Hornhautfläche 30 eingedrückt ist und somit auch die zentralen Hornhautflächen 34 und 36. Hierbei bleibt jedoch gemäß der Euler-Bernoulli-Balkentheorie weiterhin berücksichtigt, dass die neutrale Hornhautfläche 36 die gleiche Fläche aufweist, wie vor der Deformation. Bei dieser Deformation wird angenommen, dass sich der Volumenkörper frei verformen kann und zu den Seiten hin nicht begrenzt wird.
In 4a ist die Hornhaut 26 in einem nicht-deformierten Zustand vor der Entfernung des Lentikels 12 dargestellt. Auch hier kann die Hornhaut 26 als Volumenkörper modelliert werden, der aus jeweiligen zentralen Hornhautflächen 34, 36 ausgebildet ist, wobei zur Bestimmung der deformierten Hornhaut in dem Deformationsmodell die anteriore Grenzfläche 16 des Lentikels auf die posteriore Grenzfläche 14 des Lentikels 12 gedrückt wird, wodurch sie die Krümmungen der darüber befindlichen Hornhautflächen 30, 34 verändern. Das Deformationsmodell basiert dabei auf den gleichen Prinzipien und Formeln, wie bereits zu den 3a und 3b beschrieben.
Bei der Deformation der Hornhaut 26 durch das Schließen des Bereichs des Lentikels 12 in dem Deformationsmodell vorgesehen sein, dass der Krümmungsradius der anterioren Grenzfläche 16 an einen Krümmungsradius der anterioren Grenzfläche 14 anpasst wird, so dass sich die Hornhaut 26 gemäß 4b ergibt. Hierbei kann sich die anteriore Grenzfläche 16 nach unten auf die posteriore Grenzfläche 14 bewegen, wobei somit auch die über der anterioren Grenzfläche befindlichen Hornhautflächen angepasst werden, insbesondere die neutrale Hornhautfläche 34 und die anteriore Hornhautfläche 30.
Um nun mit diesen Deformationsmodell, dass vorzugsweise auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie beruht, einen Zusammenhang zwischen den oben genannten Korrekturparametern herzustellen, also zwischen dem Lentikeldurchmesser und der Brechkraftänderung, kann der mittels des Deformationsmodells modellierte Volumenkörper der Hornhaut 26 deformiert werden, wobei eine Auswirkung der Deformation eines Korrekturparameters auf den anderen untersucht wird.
Dies ist beispielsweise in 5 gezeigt, in der eine doppellogarithmische Darstellung der mit dem Deformationsmodell bestimmten Beziehung zwischen dem Lentikeldurchmesser und der Brechkraftänderung bereitgestellt ist. Auf der y-Achse ist dabei das Verhältnis des deformationskorrigierten Lentikeldurchmessers zu dem unkorrigierten beziehungsweise geplanten Lentikeldurchmesser aufgetragen und auf der x-Achse das Verhältnis der korrigierten Brechkraftänderung zu der unkorrigierten beziehungswese geplanten Brechkraftänderung.
Die im Diagramm der 5 gezeigten Punkte entsprechen dabei unterschiedlichen Hornhautparametern, die zum Überprüfen des Zusammenhangs angenommen wurden. Das heißt, es wurden unterschiedliche Hornhautparameter verändert, um die Auswirkung auf den Zusammenhang des Lentikeldurchmessers und der Brechkraftänderung bei der Deformationskorrektur zu erhalten. Die veränderten beziehungsweise überprüften Hornhautparameter umfassen beispielsweise einen Krümmungsradius einer anterioren Hornhautfläche und/oder einen optischen Abstand zwischen der anterioren Hornhautfläche und einer posterioren Hornhautfläche und/oder eine Dicke der Hornhaut und/oder einen radialen Abstand von einem Limbus zu einer Mitte der Hornhaut und/oder einen optischen Abstand zwischen der anterioren Hornhautfläche und einer anterioren Grenzfläche eines abzutrennenden Lentikels und/oder einen Radius der anterioren Grenzfläche des abzutrennenden Lentikels und/oder eine Dicke des Lentikels und/oder einen Krümmungsradius eines Kontaktelements und/oder eine relative Dicke der Hornhaut und/oder ein Inzisionswinkel eines Inzisionsschnitts.
Diese mittels des Deformationsmodells überprüften Szenarien können anschließend gefittet werden, um den Zusammenhang des Lentikeldurchmessers und der Brechkraftänderung für die Deformationskorrektur bereitzustellen, wobei die durchgezogenen Linien die Fit-Kurven darstellen (bei einer Fit-Kurve (linke durchgezogene Linie) wurden Szenarien mit Hornhautparametern herausgenommen, die die Skalierung des Lentikels 12 in der x-y-Ebene fast nicht beeinflussen). Des Weiteren zeigt die gestrichelte Linie (im Diagramm links) den Zusammenhang bei der Annahme eines konservierten Volumens der Hornhaut 26 und die gepunktete Linie (im Diagramm rechts) einer konservierten Dicke der Hornhaut 26.
Aus den Fit-Kurven kann somit als Zusammenhang zwischen dem Lentikeldurchmesser und der Brechkraftänderung die Gleichung $s_{D} * {(s_{x} * s_{y})}^{(- v / 2)} = 1$
erhalten werden, die erfüllt sein soll, wobei s_D ein Verhältnis der deformationskorrigierten Brechkraftänderung zu der geplanten Brechkraftänderung ist, s_x und s_y das Verhältnis des deformationskorrigierten Lentikeldurchmessers zu dem geplanten Lentikeldurchmesser in x und y Richtung ist und v ein Verformungsparameter der Hornhaut ist. Der Verformungsfaktor v ist vorzugsweise ein Wert in einem Bereich von -2 bis -4 ist, insbesondere -2, -3, - 8^(1/2) oder -4. Besonders bevorzugt kann der Wert des Verformungsparameters v für einen individuellen Patenten auch anhand einer statistischen Auswertung vorangegangener Behandlungen, insbesondere anhand vergleichbarer bereits durchgeführter Behandlungen, bestimmt werden.
Nach der Bestimmung des zweiten deformationskorrigierten Korrekturparameters gemäß dem oben gezeigten Prinzip können schließlich in einem Schritt S16 Steuerdaten für die Behandlungsvorrichtung 10 bereitgestellt werden, die die ermittelten deformationskorrigierten Korrekturparameter umfassen. Vorzugsweise kann anschließend die Steuereinrichtung 20 den Laser 18 und/oder die Strahlablenkeinrichtung 22 mittels den Steuerdaten zur Korrektur der Fehlsichtigkeit der Hornhaut 26 steuern.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von deformationskorrigierten Steuerdaten für einen Laser (18) einer Behandlungsvorrichtung (10) für die Korrektur einer Hornhaut (26) eines menschlichen oder tierischen Auges, wobei das Verfahren die folgenden, durch zumindest eine Steuereinrichtung (20) durchgeführten Schritte aufweist: - Ermitteln (S10) eines geplanten Lentikeldurchmessers und einer geplanten Brechkraftänderung als Korrekturparameter zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit des Auges aus vorbestimmten Untersuchungsdaten; - Ermitteln deformationskorrigierter Korrekturparameter zum Anpassen der geplanten Korrekturparameter durch die zusätzlich eine Deformation der Hornhaut (26) ausgeglichen wird; - wobei als erster deformationskorrigierter Korrekturparameter entweder ein deformationskorrigierter Lentikeldurchmesser oder eine deformationskorrigierte Brechkraftänderung aus vorbestimmten Deformationsdaten ermittelt wird (S12) und - der jeweils andere Korrekturparameter als zweiter deformationskorrigierter Korrekturparameter mittels des ermittelten ersten deformationskorrigierten Korrekturparameters und in Abhängigkeit von einem mathematischen Deformationsmodell bestimmt wird (S14); - Bereitstellen der Steuerdaten für die Behandlungsvorrichtung (10), die die ermittelten deformationskorrigierten Korrekturparameter umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Deformation der Hornhaut (26), die durch ein Kontaktelement (28) erzeugt wird, ausgeglichen wird und/oder wobei eine Deformation der Hornhaut (26), die bei einem Schließen der Hornhaut nach einer Entfernung eines Lentikels (12) aus der Hornhaut (26) erzeugt wird, ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mathematische Deformationsmodell auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite deformationskorrigierte Korrekturparameter bestimmt wird, indem die Gleichung s_D*(s_x*s_y)^(-v/2) = 1 erfüllt wird, wobei s_D ein Verhältnis der deformationskorrigierten Brechkraftänderung zu der geplanten Brechkraftänderung ist, s_x und s_y das Verhältnis des deformationskorrigierten Lentikeldurchmessers zu dem geplanten Lentikeldurchmesser in x und y Richtung ist und v ein Verformungsparameter der Hornhaut ist, der aus dem Deformationsmodell ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei s_x und s_y gleich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Verformungsfaktor v ein Wert in einem Bereich von -2 bis -4 ist, insbesondere -2, -3, -8^(1/2) oder - 4.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Wert des Verformungsparameters v anhand einer statistischen Auswertung vorangegangener Behandlungen, insbesondere anhand vergleichbarer bereits durchgeführter Behandlungen, bestimmt wird.
Steuereinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Behandlungsvorrichtung (10) mit mindestens einem augenchirurgischen Laser (18) für die Abtrennung eines Lentikels (12) mit vordefinierten Grenzflächen aus einem menschlichen oder tierischen Auge durch Kavitationsblasen und mindestens einer Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 8.
Behandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (18) geeignet ist, 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 KHz, vorzugsweise zwischen 100 KHz und 100 MHz, abzugeben.
Behandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) - mindestens eine Speichereinrichtung zur zumindest temporären Speicherung von mindestens einem Steuerdatensatz aufweist, wobei der oder die Steuerdatensätze Steuerdaten zur Positionierung und/oder zur Fokussierung einzelner Laserpulse in der Hornhaut umfassen; und - mindestens eine Strahleinrichtung (22) zur Strahlführung und/oder Strahlformung und/oder Strahlablenkung und/oder Strahlfokussierung eines Laserstrahls (24) des Lasers (18) umfasst.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Steuereinrichtung (20) gemäß Anspruch 8 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.