DE19943723A1

DE19943723A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestrahlung des Auges

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Publication number: DE19943723A1
Application number: DE1999143723
Authority: DE
Inventors: Hartmut G Haensel
Original assignee: Individual
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-09-04
Also published as: DE19943723C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestrahlung des Auges und ist in der Ophthalmologie, der Refraktiven Chirurgie bzw. Lasermedizin einsetzbar. DOLLAR A Das Prinzip der Erfindung basiert darauf, daß unter Verwendung spezifischer optischer und elektronischer Baugruppen die Cornea definiert mit Behandlungsstrahlung im nahinfraroten Wellenlängenbereich oberhalb 1,3 Mikrometer bestrahlt wird, wobei örtlich photoinduzierte irreversible chemische Veränderungen der Cornea-Substanz erzeugt werden, derart, daß der Brechungsindex und/oder die Transmissions-Eigenschaft für sichtbare Nutz-Strahlung nach vorgegebenen Parametern verändert wird und ein fehlerreduziertes Sehen resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestrahlung des Auges und ist in der Ophthalmologie, der refraktiven Chirurgie bzw. Lasermedizin einsetzbar.

Damit wir unsere Umgebung richtig sehen können, muß die optische Abbildung unserer Umgebung auf die Rezeptoren der Netzhaut fehlerfrei erfolgen. Die Flächenkrümmungen und Brechzahlübergänge im Auge müssen zur räumlichen Anordnung der Rezeptoren in der Netzhaut passen.

Ist die fehlerfreie optische Abbildung gestört, so wird der Mangel auf traditionelle Weise mit einer Brille korrigiert. Ein gekrümmtes Glas mit bestimmten Brechzahl-, Dicken- und Krümmungsverhältnissen wird in definiertem Abstand vor das Auge gesetzt.

Es ist auch bekannt, daß vergleichsweise dünne Linsen, "Kontaktlinsen" genannt, unmittelbar auf die Hornhaut des Auges aufgesetzt werden.

Außer diesen Korrekturen durch vorgesetzte Optiken gibt es die Möglichkeit operativer Veränderungen am Auge selbst.

In der Hornhaut-Chirurgie wird entweder die Dicke der Hornhaut durch Abtragen (Ablation) oder die Krümmung der Hornhaut durch Einschneiden (Keratotomie) verän dert. Ebenso ist das plastische Verformen der Hornhaut durch thermische Einwirkung (Thermokeratoplasty) mög lich.

Aufgrund ihrer Lage "am weitesten vorn" ist die Cornea einer operativen Behandlung sehr gut zugängig und scheint deshalb auch am intensivsten erforscht zu sein.

Die Laser-Cornea-Chirurgie wird in einer Vielzahl von Dokumenten beschrieben, in der Regel als Laser-Abla tion, hauptsächlich mit Excimerlasern, in verschiedenen Fällen als thermisches Schrumpfen der Hornhaut, mit ei ner Veränderung der Krümmung der optischen Grenzfläche.

Ein Apparat der ophthalmologischen Chirurgie wird in US 4,718,418 beschrieben, in dem ein gescannter UV-Laser zur kontrollierten ablativen Photodekomposition ausgewählter Cornea-Bereiche verwendet wird. Die Strahlungsdichte und Belichtungszeit werden so kontrolliert, daß eine gewünschte Ablationstiefe erreicht wird, die Scanbewegungen werden so koordiniert, daß eine gewünschte Oberflächen- Veränderung erreicht wird, in deren Folge die Cornea zu einer Korrekturlinse wird.

Die Möglichkeiten der Erosion von Oberflächen mit einem Laser-Apparat, der Mittel zur Auswahl und Regelung von Profil und Abmaßen der bestrahlten Fläche umfaßt, durch jeden Puls der Laserenergie ohne Variation der Energiedichte des Strahls, durch Variation der Abmaße der bestrahlten Fläche zwischen den Pulsen, werden in US 4,941,093 dargelegt.

In US 5,334,190 werden Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur optischer Defekte beim Sehen beschrieben, die eine Infrarot-Strahlungsquelle und ein Fokussierungs element anwenden, um die Krümmung des Auges zu verän dern, indem fokussierte Infrarotstrahlung auf kontrol lierte Weise in das Hornhaut-Schichtgewebe eingebracht wird. Durch wärmeinduziertes Schrumpfen des Hornhaut- Schichtgewebes wird die Hornhaut-Krümmung verändert.

US 5,423,801 legt eine Methode und eine Anordnung dar, enthaltend einen Laser und eine Strahlformungsmaske, mit der die Bowman's Membran rückgeformt wird, ohne substantielles Eindringen in die Stroma des Auges.

Verschiedene Möglichkeiten der Intensitätsvariation der die Cornea erodierenden Strahlung mittels erodierbarer Masken vordefinierten Erodierwiderstandes oder gradier ter Intensitätsfilter, mittels selektiv variierender Öffnungen oder anderen Mechanismen selektiv belichteter Bereiche werden in US 5,505,723 dargelegt.

In US 5,520,679 wird eine refraktive Laser-Chirurgie Methode beschrieben, welche ein kompaktes, kostengün stiges Lasersystem nutzt, das einen computergesteuerten Scanner mit einer berührungslosen Einheit sowohl für die Photo-Ablation als auch für die Photokoagulation besitzt. Das Basis-System kann Blitzlampen, diodenge pumpte UV Festkörperlaser (193-215 nm), kompakte Excimerlaser (193 nm), freilaufende Er:Glas (1,54 µm), Ho:YAG (2,1 µm), gütegeschaltete Er:YAG (2,94 µm), durch stimmbare IR-Laser (750-1100 nm) und (2,5-3,2 µm) umfas sen. Als Vorteile des kontaktlosen Scanngerätes werden die Kompaktheit, die höhere Präzision, die geringeren Kosten und die größere Flexibilität genannt. Ausgehende von Strahlüberlapp, Ablationsrate und Koagulations muster werden Laser ausgewählt, die Energien von 10 µJ bis 10 mJ realisieren, bei Wiederholraten von 1 bis 10 000, Pulslängen von 0,01 Nanosekunden bis zu einigen hundert Mikrosekunden und Fleckgrößen von 0,05 bis 2 mm für den Gebrauch in der refraktiven Laserchirurgie.

Das Corneareprofilieren mittels eines Ringstrahles ablativer Strahlung, um refraktive Sehfehler zu korrigieren, wird in US 5,613,965 gezeigt

Verfahren zur Laser-Ablation und die zugehörigen Vorrichtungen werden in US 5,624,436 & US 5,637,109 bzw. in DE 197 52 949 beschrieben, enthaltend einen Laserstrahl, der erforderlich ist, um das Objekt in einer bestimmten Form zu bearbeiten, das Optiksystem, welches nötig ist, um den Laserstrahl an das zu bearbeitende Objekt heranzuführen, eine Blende, welche den Ablations-Bereich ändert, eine Regeleinrichtung für die Blendenbewegung und ein Leit-Gerät, welches die Regeleinrichtung zur Formung einer gekrümmten Oberfläche mit einer bestimmten optischen Charakteristik führt. Damit können Intensitätsprofile von Excimerlaserstrahlung für die Cornea-Ablation verbessert werden.

Die Möglichkeit der Modifizierung der Intensitätsverteilung von Lichtstrahlen, wie auch Laserstrahlen zum Zwecke der Erodierung von Oberflächen mit vorgegebenen Profilen mittels einer rotierenden Maske, bestehend aus einer oder mehreren Öffnungen, wird in US 5,651,784 gezeigt.

Vorrichtungen und Verfahren zur Laserchirurgie, bei denen gepulste UV-Excimerlaser bei 193 nm mit Energiedichten von mehr als 20 mJ pro cm² und Wiederholraten von bis zu 25 Pulsen pro Sekunde verwendet werden, um ihre Strahlung durch eine Maske hindurch auf das Hornhaut-Gewebe zu richten, um darin eine Abtragung von vorgegebener Form und Tiefe durch einen Prozess ablativer Photodekomposition vorzunehmen, werden in US 5,711,762 & US 5,735,843 beschrieben.

Eine Möglichkeit der Vereinigung von konkurrierenden sphärischen und zylindrischen Korrekturen auf der Cor nea-Oberfläche mittels einer variablen Irisblende und eines beweglichen Spaltes, um Myopia und Astigmatismus zu reduzieren, wird in US 5,713,892 gezeigt.

Um die Lage des Zentrums der Augenpupille nach der Pupillenerweiterung zu bestimmen, wird ein Verfahren und eine Vorrichtung in US 5,740,803 angegeben.

Die genaue Regelung und Bestimmung des Ortes der Wechselwirkung eines Chirurgie-Lasers sowie die Kontrolle des Cornea-Profiles während der ophthalmologischen Chirurgie mittels eines Applanators sind in US 5,549,632 enthalten.

Die günstige Gestaltung des Strahlprofils mittels einer speziell hergestellten, an unterschiedlichen Orten verschieden dicken, laserstrahlundurchlässigen Membran, die während der chirurgischen Behandlung zwischen Ablationslaser und Cornea positioniert wird, ist in US 5,807,379 dargestellt.

In WO 98/19741 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur laserthermalen Keratoplasty vorgestellt, die das Scannen von Behandlungsbereichen der Cornea mit solchen Formen erlauben, welche die Regression vermindern. Die Veränderungen in der Cornea-Brechkraft werden durch ausgewählte lokale, längliche, spitz zulaufende, photothermale Schrumpfungsmuster im cornealen Collagen-Gewebe mittels Laserscannen erzeugt. Ziel ist die Stress-Optimierung in der Cornea. Als Behandlungslaser werden z. B. Laserdioden verwendet, die im Wellenlängenbereich von 1,3 bis 3,3 Mikrometern Absorptionslängen von 200 bis 800 Mikrometern im Cornea-Gewebe haben.

All den genannten Methoden ist gemeinsam, daß sie das Abbildungsverhalten des Auges durch die Veränderung der Krümmung von optischen Grenzflächen (der Cornea) beeinflussen.

In DE 41 31 361 C2 wird eine Vorrichtung beschrieben, die einen UV-Strahlung aussendenden Excimerlaser, eine strahlungsmustererzeugende Einrichtung, eine Abbil dungsoptik und Fixierungsmittel für das Auge enthält, wobei die UV-Strahlung mit ihrer Wellenlänge im absor bierenden Bereich der Hornhaut liegt und ihre Intensi tät so gewählt wird, daß mit der absorbierten UV- Strahlung innerhalb der Hornhaut chemische Strukturen irreversibel veränderbar sind und damit der Brechungs index für sichtbare Strahlung veränderbar ist, jedoch keine Hornhautabtragung erfolgen kann und daß die strahlungsmustererzeugende Einrichtung eine ortsabhän gige Beaufschlagung der Hornhaut mit der UV-Strahlung bewirkt, womit der Brechungsindex ortsabhängig verän derbar ist. In DE 41 31 361 C2 wird außerdem berichtet, daß durch die kurze Wellenlänge von Excimerlasern che mische Bindungen aufgebrochen werden können.

Von energiereicher Ultraviolett-Strahlung ist bekannt, daß sie speziell im Spektralbereich von 240 nm bis 280 nm ein sehr hohes mutagenes Risiko in sich trägt, durch Resonanzabsorptionen in RNA und DNA.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen mit ein fachen Mitteln sicher und reproduzierbar Sehfehler kor rigiert werden können ohne energiereiche UV-Strahlung mit dem ihr eigenen mutagenen Risiko zu verwenden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 13 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mutagene Risiken vermieden werden, indem die Cornea definiert mit Behandlungsstrahlung im nahinfraroten Wellenlängenbereich oberhalb 1,3 Mikrometer bestrahlt wird, wobei örtlich photoinduzierte irreversible chemische Veränderungen der Cornea-Substanz erzeugt werden derart, daß der Brechungsindex und/oder die Transmissions-Eigenschaft für sichtbare Nutz-Strahlung nach vorgegebenen Parametern verändert wird und ein fehlerreduziertes Sehen resultiert, wobei die definierte Behandlungsbestrahlung durch eine räumliche Strukturierung und zeitliche Modulation sowie eine Intensitätsregelung realisiert wird. Die räumliche Strukturierung resultiert aus räumlicher Modulation und optischer Transformation.

Die Erzeugung von Refraktionsänderungen im Auge erfolgt effektiv und mit einfachen Mitteln durch eine Vorrich tung zur Bestrahlung des Auges, die aus einer Strahlung aussendenden Lichtquelle, Mitteln zur zeitlichen Modu lation der Strahlung, Mitteln zur Intensitätsregelung für die Strahlung, Mitteln zur räumlichen Modulation der Strahlung, Optik zur Transformation und Formung der Strahlung zum Einbringen der räumlich modulierten Strahlung in das Auge, Mitteln zur Bestimmung der Ori entierung der Augen-Achse sowie Mitteln zur Fixierung des Auges oder/und zum eye-tracking besteht, wobei die von der Lichtquelle emittierte Strahlung Wellenlängen im nahinfraroten Spektralbereich oberhalb 1,3 Mikrometer enthält, welche in der Cornea absorbiert werden und zu photoinduzierten chemischen Veränderungen der Cornea-Substanz führen, was bei entsprechender Intensitätsregelung und bei entsprechender zeitlicher Modulation der Strahlung in der Cornea zu einer Brechungsindex-Veränderung für Strahlung führt, nicht aber zu starken, aus reinen Amplitudenanteilen bestehenden Trübungen im Cornea-Bereich, und daß die Mittel zur räumlichen Modulation der von der Lichtquelle emittierten Strahlung sowohl eine strukturierte Phasencharakteristik als auch eine strukturierte Amplitudencharakteristik aufprägen können, und daß die Optik zur Transformation und Formung der Strahlung mindestens eine optischen Achse besitzt und die bezüglich Phasencharakteristik und Amplitudencharakteristik räumlich modulierte Strahlung in vorbestimmte Bereiche der Cornea transformiert wird, wodurch eine sowohl nach dem Betrage als auch nach der räumlichen Strukturierung erwünschte adäquate Brechungsindex-Variation und/oder Transmissions- Variation in der Cornea entsteht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 2 Eine Realisierungsform eines Details aus Fig. 1 mit mehreren optischen Achsen

Fig. 3 Ein Schnittbild der Cornea mit verschiedenen Ebenen von Brechungsindex-Variationen JA bis JZ

Fig. 4 Eine Draufsicht auf eine einfache Struktur von Brechungsindexvariationen in einer Ebene QQ der Cornea

Fig. 5 Eine Draufsicht auf eine unregelmäßige Struktur von Brechungsindexvariationen in einer Ebene PP der Cornea

Fig. 6 Eine zweidimensionale optische Struktur mit in der Masken-Ebene für die Erzeugung von Brechungsindex-Variationen in einer Ebene 314 der Cornea, wobei unterschiedliche Amplituden durch Grauwerte dargestellt, und Phasenanteile punktiert sind.

Fig. 7 Ein Schema zum Erstellen der "Datensätze nach der Rücktransformation" durch "simulierte optische Rück-Transformation" des "flächenhaften Schemas für die notwendigen Brechkraft-Veränderungen" aus den "Zielvorgaben für die Brechkraftstruktur nach der Korrektur" und den "Datensätzen zur vorhandenen Brechkraftstruktur im zu behandelnden Auge".

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht gemäß Fig. 1 aus einer Lichtquelle 10, welche eine Behandlungs strahlung 11 mit einer Wellenlänge, die im nahinfraroten Wellenlängenbereich oberhalb 1,3 Mikrometer liegt, aussendet und mit Mitteln zur zeitlichen Modulation 12, Mitteln zur Bestimmung der erforderlichen und zulässigen Einwirkparameter 13, beispielsweise durch Rückstreu-Messungen an schrägem Pilotstrahl, und Mittel zur Intensitätsregelung 14 ver sehen ist, Mitteln zur räumlichen Modulation 20 der Be handlungsstrahlung 11, welche elektronische Signale 21 oder Signalketten, die vorzugsweise in einem Rechner 22 generiert werden, in mindestens eindimensionale opti sche Strukturen 23 wandeln, die sowohl eine Phasencha rakteristik als auch eine Amplitudencharakteristik be sitzen können, einer Optik 30, die mindestens eine op sitzen können, einer Optik 30, die mindestens eine op tische Achse 33 besitzt, zum Strahlformen bzw. Trans formieren der optischen Strukturen 23 an den Ort der Anwendung in der Cornea 76, einer Einrichtung zur Ermittlung der Ausrichtung 71 dei Augenachse bzgl. der Hauptachse der Optik 30 sowie Mitteln zur Fixierung 72 des Augapfels 70.

In Fig. 2. ist eine vorteilhafte Ausführungsform einer Einzelheit aus Fig. 1 zu sehen, in der die "mindestens eine optische Achse" aus den drei optischen Achsen 331, 332, 333 besteht, wobei die optische Achse 331 die Funktion der optischen Hauptachse inne hat. In dieser Ausführungsform kann die Transformation in vorbestimmte Bereiche der Cornea durch eine Superposition von mehr als einem Strahl, das heißt adäquat mit mindestens einer optischen Achse, erfolgen. Die räumlichen Modulationen können in den einzelnen Teilstrahlengängen verschieden sein.

Nachstehend wird der prinzipielle Verfahrensablauf an drei ausgewählten Beispielen dargestellt.

Beispiel 1

Von einer Fehlsichtigkeit ist prinzipiell der Betrag und die azimutale Verteilung bekannt.

Durch (Rück-)Transformationsrechnungen wird hieraus eine komplexe Brechzahlverteilung (Phasen- und Amplituden-Komponenten) ermittelt, welche in der Cornea vorhanden sein muß, um die Fehlsichtigkeit zu korrigieren.

In Abhängigkeit von der Feinheit der erforderlichen Struktur sowie von der Modulationstiefe der Brechzahlverteilung wird die Art des optischen Systems (einfache Transformation der Strahlung mittels einer optischen Achse oder Superposition der Strahlung über mehr optische Achsen, mit anderen Worten von einer einfachen Flachbildprojektion bis zur kohärenten Mehrstrahl-Überlagerung) festgelegt.

Die konkrete Wellenlänge der Strahlung und ihre Kohärenzeigenschaften werden in Abhängigkeit von der angestrebten Brechzahlstruktur festgelegt.

Der Leistungsbereich der Lichtquelle und ihr Zeitregime (Pulsdauer, Pulsfrequenz und Pulszahl) werden ebenfalls festgelegt. Durch entsprechende Festlegung der Applikationsparameter ist Sorge zu tragen, daß eine völlige Trübung vermieden wird.

Mittels Rechentechnik wird aus der notwendigen Brechzahlstruktur konkret bestimmt, welche räumlich modulierte Struktur der Strahlung im Zusammenwirken mit welcher Transformations- und Strahlformungsoptik diese Brechzahlstruktur am günstigsten in der Cornea realisiert. Dabei kann es sich durchaus als vorteilhaft erweisen, daß in verschiedenen Bereichen der Cornea so deutliche Amplitudenänderungen erzeugt werden müssen, die schon eine "zarte interstitielle Hornhauttrübung" ("slight interstitial corneal haze")darstellen, jedoch im Zusammenwirken der gesamten Struktur in der Cornea zur Verbesserung der Sehkraft des Auges führen, welche gegenüber den geringen Transmissionsverlusten überwiegen.

Die räumliche Modulation kann sowohl durch elektro optische Wandler in Transmission oder Reflexion als auch durch Scanner erfolgen, wie auch in verschiedenen Koordinatensystemen beispielsweise karthesisch oder po lar.

Ist die Struktur in der Cornea vorhanden, so wirkt sie mit ihren (beispielsweise vorwiegend vorhandenen) Phasenanteilen (Brechungsindexvariationen) und auch mit ihren (zum Teil vorhandenen) Amplitudenanteilen (Transmissionsvariationen) als komplexe abbildende Beugungsstruktur, welches die Brechkraft im Auge so verbessert, daß ein fehlerkorrigiertes Sehen möglich ist.

Beispiel 2

Von der Fehlsichtigkeit eines Auges ist wiederum der Betrag und die azimutale Verteilung der Brechkraft- Abweichung bekannt. Sie werden auf konventionelle Weise ermittelt. Es ist nützlich, die Brechkraftstruktur im Auge in einem sehr engen Raster zu kennen. (viel kleiner als 0,1 mm)

Weiterhin ist es sehr nützlich, die Veränderung der Fehlsichtigkeit in einem überschaubaren zurückliegenden Zeitraum zu kennen.

Ausgehend vom Betrag der Fehlsichtigkeit und vom Ände rungsverhalten (relative Stabilität oder starke Verän derungen in einem bestimmten Zeitraum) wird die prinzi pielle Möglichkeit der Anwendung des Verfahrens festge legt. Das Verfahren sollte nicht angewandt werden, wenn sich die Brechkraft innerhalb kurzer Zeit sehr stark veränderte (z. B. in einem Jahr um mehr als 2 Dioptrie).

Das Verfahren ist sehr gut geeignet, wenn starke oder sehr unregelmäßige Abweichungen über dem Azimut oder über der Entfernung von der Sehachse vorliegen. Je komplizierter die Brechkraftstruktur ist, um so aussichtsreicher ist das Verfahren anwendbar.

Das Verfahren ist sehr gut geeignet, wenn die Sehleistung besonders bei geringer Helligkeit bzw. bei Beleuchtungen mit vorwiegend langweiliger Strahlung (Warmlicht-Beleuchtung) verbessert werden soll.

Das Verfahren ist nicht-invasiv, enthält kein infektiö ses Risiko, kein mutagenes Risiko aufgrund von energie reicher Strahlung und kann ambulant praktiziert werden.

Je nach Betrag der erforderlichen Brechkraft-Korrektur wird entschieden, ob das Verfahren als reines Projek tionsverfahren entlang einer optischen Achse 33 (siehe Fig. 1.) angewandt wird oder als kohärent-optisches Su perpositionsverfahren mit mehr als einer optischen Achse 331, 332, 333 (siehe Fig. 2). Letzteres muß ein gesetzt werden, wenn die Brechkraft-Änderung sehr stark sein soll. Die erforderlichen Brechungsindex-Variatio nen müssen für diesen Fall in mikroskopischen Dimensio nen (etwa 1 Mikron/Mikrometer oder noch kleiner) er zeugt werden.

Der individuellen Indikation wird entnommen, für welchen Wellenlängen- und Winkel-Bereich die Korrektur bestmöglich angepaßt sein soll. Davon ist die Festlegung der Lichtquellen-Wellenlänge abhängig.

Das zeitliche Einwirk-Regime (cw-, qcw- oder puls- Betrieb sowie die Pulslänge und Repetitionsfrequenz) sind gemäß der für den jeweiligen Anwendungsfall zu präzisierenden Untersuchungen festzulegen.

Unter Zugrundelegen der erforderlichen Brechkraftveränderung, der Lichtquellen-Wellenlänge und der Auswahl von Projektion oder Superposition wird eine geeignete Optik ausgewählt. Mit Vorgabe dieser Optik läßt sich auf rechentechnischem Wege die Art der räumlichen Modulation 20 (ein mögliches Beispiel einer solchen "Maske" ist in Fig. 6. dargestellt) festlegen, welche nach der optischen Transformation in der Cornea 76 Intensitätsstrukturen hinterläßt, welche mit den eingestellten zeitlichen Einwirkparametern die vorgesehene adäquate räumliche Verteilung einer Brechzahlstruktur erzeugt. In den Fig. 4 und 5 sind zwei solche denkbare Intensitäts- bzw. Brechzahlstrukturen zu sehen, in Fig. 4 für einen einfachen Fall, in Fig. 5 für einen etwas unregelmäßigeren Fall. Die Abstände innerhalb der Strukturen können variieren, sie können klein sein oder größer sein, sie können in einer Richtung zunehmen oder abnehmen oder wechseln. Resultierende Orientierungen der Strukturen im Azimut können, gemäß der Korrekturerfordernisse, beliebige Winkel beinhalten. Engere Abstände in den Strukturen sind gleichbedeutend mit stärkerer Richtungsänderung von Lichtstrahlen, also mit stärkerer Brechkraft. Die Ablenkung erfolgt gemäß den Gesetzen der Beugungsoptik orthogonal zu den Strukturausdehnungen.

Zum Zwecke einer effizienten Brechkraftkorrektur sind mehrere bis viele solcher in der Tiefe der Cornea gestaffelter Brechzahlmuster erforderlich. Das ist in einem schematischen Schnittbild in Fig. 3. zu sehen.

Beispiel 3

Das zu behandelnde Auge wird untersucht. In einem sehr engmaschigen, flächigen Raster parallel zur Cornea- Ebene wird die Verteilung der Brechkraft des Auges (nicht nur der Cornea, sondern des gesamten optischen Weges im Auge) ermittelt. Daraus entsteht ein erster Datensatz DS1 (z. B. in einem Rechner) zum Zustand der Brechkraft-Verteilung im Auge (siehe Schema in Fig. 7.). Der zu korrigierende Zustand läßt sich genauer analysieren, wenn die Brechkraftstruktur nicht nur in oder parallel zur optischen Achse, sondern auch unter verschiedenen Neigungen zur optischen Achse ermittelt wird.

Aus der Differenz des festgestellten Ist-Zustandes DS1 mit den Zielvorgaben ZV (wie die gewünschte Brechkraft nach der Korrektur sein soll) entsteht ein flachenhaftes Schema FS, welches die notwendigen Brechkraft-Veränderungen für konkrete Teilbereiche der Cornea beschreibt. Diese Teilbereiche können sehr klein sein, bei sehr unregelmäßiger Brechkraftstruktur müssen sie sogar sehr klein gegen die Cornea-Größe sein. Für genauere Untersuchungen ist es vorteilhaft, verschiedene flächenhafte Schemata FS unter verschiedenen Neigungen gegen die optische Achse des Auges zu ermitteln.

Das flächenhafte Schema FS wird an einem Rechner einer simulierten optischen Rück-Transformation SOR unterzogen. Dafür müssen bestimmte Konkretisierungen zur Vorrichtung getroffen werden, mit welcher das erfindungsgemäße Korrektur-Verfahren durchgeführt werden soll (auszuwählende Optik, Wellenlänge der Lichtquelle, Anzahl der Punkte im flächenhaften Schema FS und in den Mitteln zur räumlichen Modulation 20).

Die simulierte optische Rück-Transformation SOR wird iterativ durchgeführt.

Im Ergebnis dessen liegt eine Gruppe von Datensätzen nach der Rück-Transformation DRT vor. Jeder Datensatz dient der Erzeugung einer Struktur von Brechungsindex- Variationen in einer der verschiedenen Schichten JA bis JZ in der Cornea (siehe Fig. 3.)

Das konkrete Verfahren zum Behandeln des Auges setzt voraus, daß die entsprechenden Datensätze nach der Rück-Transformation DRT in einem Rechner 22 vorliegen. Daraus werden Ketten elektronischer Signale 21 generiert, die in den Mitteln zur räumlichen Modulation 20 von Behandlungsstrahlung aus der Strahlung 11 einer Lichtquelle 10 mehrere mindestens eindimensionale optische Strukturen 23, die eine Amplituden- bzw. Phasen-Charakteristik besitzen können, erzeugt. Diese wird zeitlich moduliert und in ihrer Intensität vom Rechner 22 geregelt.

Über eine Optik 30 wird die optische Struktur 23 entweder in die Cornea 76 hinein projiziert oder es werden durch eine Mehrstrahl-Superposition entlang der Teilstrahlen 331, 332, 333 die Strukturen 231, 232, 233 in der Cornea 76 überlagert.

Es ist nötig, das Auge 70 mit Mitteln 72 zu fixieren. Je nach der mit den Mitteln 71 bestimmten Augen-Achs- Ausrichtung können Feinkorrekturen in der Lage der Struktur 23 z. B. durch Veränderung der Signalketten- Sequenzen 21 vorgenommen werden.

Die Mittel 13 dienen der Bestimmung der erforderlichen Einwirkparameter und einer Rückwirkung der Ermittlung der zulässigen Einwirkparameter, besonders des "Abstandes" zu unzulässig hohen Einwirkleistungen. Eine vorteilhafte Ausführung von Mittel 13 besteht in einer Echtzeit-Regelungsstrecke, in welcher die erreichten Brechkraft-Veränderungen und die Daten aus dem flächenhaften Schema FS die Regelgrößen vorgeben.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

10

Lichtquelle

11

Behandlungsstrahlung (mit einer Wellenlänge, die deutlich oberhalb der Excimerlaser-Wellenlängen liegt)

12

Mittel zur zeitlichen Modulation

13

Mittel zur Bestimmung der erforderlichen und zulässigen Einwirkparameter

14

Mittel zur Intensitätsregelung

20

Mittel zur räumlichen Modulation von Strahlung

21

elektronische Signale

22

Rechner

23

optische Strukturen

30

Optik zum Strahlformen bzw. Transformieren mit ihrer Hauptachse

33

optische Achse

331

optische Hauptachse

332

eine erste optische Nebenachse

333

eine zweite optische Nebenachse

70

Augapfel

71

Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung der Augenachse

72

Mittel zur Fixierung des Auges

76

Cornea (Hornhaut des Auges)

77

Augenlinse
DS1 Datensatz zur vorhandenen Brechkraftverteilung im zu behandelnden Auge
ZV Zielvorgaben für diese Brechkraftverteilung nach der Korrektur
FS Flächenhaftes Schema für die notwendigen Brechkraft- Veränderungen
SOR Simulierte optische Rück-Transformation des flächenhaften Schemas FS
DRT Datensatz nach der Rücktransformation

Claims

1. Verfahren zur Bestrahlung des Auges zur Korrektur von Sehfehlern durch Brechkraftveränderung, dadurch gekennzeichnet, daß die Cornea definiert mit Behandlungsstrahlung im nahinfraroten Wellenlängenbereich oberhalb 1,3 Mikrometer bestrahlt wird, wobei örtlich photoinduzierte irreversible chemische Veränderungen der Cornea-Substanz erzeugt werden derart, daß der Brechungsindex und/oder die Transmissions-Eigenschaft für sichtbare Nutz-Strah lung nach vorgegebenen Parametern verändert wird und ein fehlerreduziertes Sehen resultiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Behandlungsbestrahlung durch eine räumliche und zeitliche Modulation sowie eine In tensitätsregelung realisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Modulation der Behandlungsstrahlung sowohl eine strukturierte Phasencharakteristik als auch eine strukturierte Amplitudencharakteristik aufprägt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich Phasencharakteristik und Amplituden charakteristik räumlich modulierte Strahlung in vorbestimmte Bereiche der Cornea transformiert wird, wodurch die sowohl nach dem Betrage als auch nach der räumlichen Strukturierung erwünschte adäquate komplexe Brechungsindex-Variation und/oder Transmissions-Variation in der Cornea erzeugt wird, an der die im Anwendungsfalle auftreffende Nutzstrahlung derart beeinflußt wird, daß eine op timierte, fehlreduzierte Abbildung entsteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der vorzugebenden Parameter durch (Rück-)Transformationsrechnungen erfolgt und hier aus die zur Korrektur der Fehlsichtigkeit erforder liche komplexe Brechzahlverteilung mit Phasen- und Amplituden-Komponenten ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstrahlung Laserstrahlung im Nah- Infrarot-Bereich oberhalb 1, 3 Mikrometer ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung kontinuierlich oder zeitlich ge pulst ausgesendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Sensibilisierung der entsprechenden Corneabereiche für die Behandlungsstrahlung erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Sensibilisierung auf pharmakologi schem Wege erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Sensibilisierung auf biochemischem Wege erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Intensitätsregelung für die Behandlungs strahlung das individuelle Optimum der Belichtungs energie bestimmt wird, indem in einem Pilotstrah lengang mittels gepulster Strahlung in einem Rand bereich der Cornea eine Probe-Brechungsindex variation stufenweise aufgebaut und mit optischen Mitteln bezüglich ihres Betrages nachgewiesen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Behandlungsstrahlung in einem schmalen Spektralbereich nahe 1,3 Mikrometer liegt.

13. Vorrichtung zur Bestrahlung des Auges zur Korrektur von Sehfehlern, bestehend aus einer Behandlungs strahlung aussendenden Lichtquelle 10, Mitteln zur zeitlichen Modulation (12) der Behandlungsstrahlung (11), Mitteln zur Intensitätsregelung (14) für die Behandlungsstrahlung (11), Mitteln zur räumlichen Modulation (20) der Behandlungsstrahlung (11), Op tik (30) zur Transformation und Formung der Be handlungsstrahlung (11) zum Einbringen der räumlich modulierten Strahlung in das Auge, Mitteln (71) zur Bestimmung der Orientierung der Augen-Achse sowie Mitteln (72) zur Fixierung des Auges oder/und zum eye-tracking, wobei die von der Lichtquelle (10) emittierte Behandlungsstrahlung (11) Wellenlängen im nahinfraroten Spektralbereich oberhalb 1, 3 Mikrometer aufweist, welche in der Cornea (76) absorbiert werden und daß die Mittel zur räumlichen Modulation (20) der von der Lichtquelle (10) emittierten Behandlungsstrahlung (11) sowohl eine strukturierte Phasencharakteristik als auch eine strukturierte Amplitudencharakteristik aufprägen können und daß die Optik zur Transformation und Formung der Strahlung (30) mindestens eine optischen Achse (33) besitzt und die bezüglich Phasencharakteristik und Amplitudencharakteristik räumlich modulierte Behandlungsstrahlung (11) in vorbestimmte Bereiche der Cornea transformiert wird, wodurch eine sowohl nach dem Betrage als auch nach der räumlichen Strukturierung erwünschte adäquate komplexe Brechungsindex-Variation und /oder Transmissions-Variation in der Cornea (76) entsteht, an der eine im Anwendungsfalle auftreffende Nutzstrahlung derart beeinflußt wird, daß eine optimierte, fehlerreduzierte Abbildung entsteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur räumlichen Modulation elektro optische Wandler enthalten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptischen Wandler in Reflektion arbei ten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptischen Wandler in Transmission arbei ten.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur räumlichen Modulation (20) Scanner enthalten.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik zur Transformation und Formung (30) der Behandlungsstrahlung (11) Scanner enthält.

19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur räumlichen Modulation (20) und die Optik zur Transformation und Strahlenformung (30) derart zusammenwirken, daß ein fehlerreduziertes Sehen auch bei verschiedenen Akkomodationszuständen des Auges möglich ist.