DE3687155T3

DE3687155T3 - Vorrichtung für die ophthalmologische Chirurgie.

Info

Publication number: DE3687155T3
Application number: DE3687155T
Authority: DE
Inventors: Francis A. L'esperance
Original assignee: Visx Inc
Current assignee: AMO Manufacturing USA LLC
Priority date: 1985-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2006-09-27
Also published as: DE3687155T2; ES2002375A6; EP0218427B2; CA1278046C; IL80124A; EP0218427A2; EP0218427A3; IL80124A0; DE3687155D1; EP0218427B1

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen in der und bezüglich der ophtalmologischen Chirurgie allgemein und betrifft spezieller Verbesserungen über die in meinen Europäischen Patenten EP-B-0151869 und EP-B-0207648 offenbarten Erfindungen hinaus.
Die Erfindung bezieht sich auf den Aspekt der ophtalmologischen Chirurgie, der mit Operationen auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut befaßt ist.
Operationen des angezeigten Charakters schließen Hornhauttransplantationen und Hornhautschnitte ein. Solche Operationen haben traditionell die erfahrene Handhabung eines Schneidinstrumentes erfordert. Wie scharf jedoch die Schneidkante ist, das bloße Eindringen der Kante in die Oberfläche der Hornhaut bedeutet notwendigerweise einen keilähnlichen Seitendruck gegen die Körperzellen, die durch das Eindringen auf beiden Seiten des Eintritts verdrängt werden. Derartiger Seitendruck zerstört auf beiden Seiten des Eintritts mehrere übereinander liegende Zellschichten bis zu einem Ausmaß, das der Heilungsfähigkeit der Wunde abträglich ist und zur Bildung von Narbengewebe führt.
Mein Europäisches Patent EP-B-0151869 schließt eine Hintergrunddiskussion der Wirkungen von verschiedenen verfügbaren Wellenlängen der Laserstrahlung in der ophtalmologischen Chirurgie, insbesondere von der auf der vorderen Oberfläche der Hornhaut durchgeführten Chirurgie, ein. Es wird erklärt, daß Strahlung von ultravioletter Wellenlänge wegen ihrer hohen Lichtquant-Energie wünschenswert ist. Diese Energie ist beim Aufprall auf Gewebe dadurch höchst effektiv, daß Gewebemoleküle beim Aufprall des Lichtquants zersetzt werden, was zu einer Gewebeabtragung durch Lichtzersetzung führt. Moleküle auf der bestrahlten Oberfläche werden in kleinere, unbeständige Bruchstücke gebrochen, ohne die übrige Substratfläche zu erwärmen. Der Mechanismus der Abtragung ist lichtchemisch, d. h. stellt ein direktes Brechen zwischenmolekularer Bindungen dar. Lichtthermische und/oder auf Licht zurückführbare Gerinnungswirkungen sind in Abtragungen bei ultravioletten Wellenlängen weder charakteristisch noch erkennbar, und die Zellzerstörung ist neben der lichtzersetzten Abtragung unbedeutend. Die Größenordnung dieses Abtragungsverfahrens bei Belichtung in ultravioletten Wellenbereichen (im Bereich von etwa 400 nm oder weniger) ist so, daß eine Energiedichte von 1 Joule/cm² auf eine Tiefe von 1 Micron (1u) schneidet. Die ursprüngliche Patentanmeldung offenbart ein Verfahren der Laserstrahlabtastung über die vordere Oberfläche einer Hornhaut ach solch einem kontrollierten Muster, um die Oberfläche zu formen, daß damit eine neue Krümmung der Oberfläche vermittelt wird, um eine optische Korrektur eines optisch behinderten Auges zu erreichen. Scanner und Scanner-Kontrolle zur Durchführung des Verfahrens sind aber verhältnismäßig kompliziert und kostspielig.
In meinem Europäischen Patent EP-B-0207648 beschreibe ich ein Verfahren ohne Scanner zum Verändern optischer Eigenschaften des Auges durch ultraviolette Laserstrahlung, bei dem kontrollierte Änderungen der Lichtfleckgröße eine abtragende Formgebung der Hornhaut, die zu einem geeignet korrigiertem Profil führt, vollbringen. Das beschriebene Verfahren beinhaltet die programmierte Verwendung von Objektiven mit veränderlicher Brennweite und/ oder verschiedenen charakterisierten Rastermethoden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum chirurgischen Operieren auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut zu schaffen.
Die Erfindung, die hiernach unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungen beschrieben wird, fixiert wirkungsvoll die Stellung eines Auges in Bezug auf einen Nicht-Abtast-Laser, der durch ultraviolette Strahlung mit einem Energieniveau gekennzeichnet ist, die in der Lage ist, eine kontrollierte ablative Lichtzersetzung der Hornhaut zu erreichen, nämlich des Epithels, der Reichertschen Membran und von Bindegewebeschichten der Hornhaut. Bestrahlungsfeldstärke und Belichtungszeit werden so geregelt, daß eine gewünschte Abtragungstiefe erreicht wird.
Im Unterschied zum Abtastverfahren und dem Verfahren mit variablem Lichtfleck meiner zuvor erwähnten früheren Patentanmeldungen, entsteht ein Formgebungsvorgang beim Einbringen eines optischen Schirms, eines Keils oder eines Spiegels von vorcharakterisierter Durchlässigkeit oder Reflexion in jen Strahlengang des Lasers zum Auge. Spezieller, es ist der Wirkungsbereich der Laserstrahlprojektion zum Auge so beschaffen, daß er mit dem ganzen vorderen Bereich der gewünschten Krümmungskorrektur übereinstimmt, z. B. 6 oder 7 Millimeter Durchmesser, um die optische Achse des Auges zentriert, und die dazwischen gebrachte Vorrichtung wird hinsichtlich der Durchlässigkeit oder der Reflexion, die sich als eine Funktion des Radius um die optische Achse verändert, gekennzeichnet. Unter diesem Umstand weist die Laserstrahlung von entsprechend charakterisierter Feldstärke beim Einwirken auf die Hornhaut eine entsprechend charakterisierte, abtragende Durchdringungsfähigkeit pro Belichtungszeiteinheit auf. Folglich wird bei Kurzsichtigkeits- oder Übersichtigkeitskorrektur die Anzahl der Dioptrien der erreichten Krümmungskorrektur eine Funktion der Belichtungszeit für querschnittscharakterisierte Strahlung sein, die umfangsgleich bei jedem gegebenen Radius ist, und bei astigmatischer Korrektur wird die Anzahl der Dioptrien der erreichten zylindrischen Korrektur bei einer gegebenen, vorgeschriebenen Winkelorientierung um die optische Achse ebenfalls eine Funktion der Zeit sein, jedoch für querschnittscharakterisierte Strahlung, die auf den gegenüberliegenden Seiten der ausgewählten Orientierungsachsen eine symmetrisch verringerte Feldstärkedichte aufweist.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist dort eine Formgebungsvorrichtung zur Operation auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut eines Auges eines Patienten vorgesehen, die eine Laservorrichtung (13) zur Erzeugung eines kreisförmigen Ausgangsstrahls (12) längs eines vorbestimmten Laserweges enthält, deren Laserausgangsstrahl vorzugsweise im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, daß eine vorcharakterisierte Strahlspaltvorrichtung (14) im Strahlengang angeordnet ist, um die Laserstrahlung in eine Reflexionsstrahlkomponente und in eine Übertragungsstrahlkomponente zu zerlegen und die vorcharakterisierung der Strahlspaltvorrichtung (a) so beschaffen ist, daß in einer der Strahlungskomponenten, die Feldstärkeverteilung eine umfangsgleich ansteigende Funktion des Radius um die Mittelachse der einen Strahlkomponente ist, sodaß, wenn die Achse der einen Strahlkomponente zur Achse eines kurzsichtigen Auges ausgeausgerichtet ist, eine Krümmungskorrektur des die Kurzsichtigkeit korrigierenden Typs auf der vorderen Oberfläche der Hornhaut beim Aussetzen derselben an eine Strahlkomponente für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann, und
(b) so, daß in der anderen der Strahlkomponenten die Feldstärkeverteilung eine umfangsgleich fallende Funktion des Radius um die Mittelachse der anderen Strahlkomponente darstellt, sodaß, wenn die Achse der anderen Strahlkomponente mit der Achse eines übersichtigen Auges ausgerichtet ist, eine Krümmungskorrektur des die Übersichtigkeit korrigierenden Typs auf der vorderen Oberfläche der Hornhaut durch Aussetzen derselben an die andere Strahlkomponente für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann.
Nach einem zweiten Aspekt liefert die Erfindung eine Formgebungsvorrichtung zur Operation auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut eines Auges eines Patienten, die eine Laservorrichtung (13) zur Erzeugung eines kreisförmigen Ausgangsstrahls (12) längs eines vorbestimmten Strahlenganges enthält, der Laserausgangsstrahl liegt vorzugsweise im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, dadurch gekennzeichnet daß eine vorcharakterisierte Strahlspaltvorrichtung (14) in dem Strahlengang angeordnet ist, um die Laserstrahlung in eine Reflexionsstrahlkomponente und in eine Übertragungsstrahlkomponente zu zerlegen, und die Vorcharakterisierung der Strahlspaltvorrichtung (14) ist so beschaffen, daß in der Komponente des Reflexionsstrahls oder in der Komponente des Übertragungsstrahls die Feldstärkeverteilung eine umfangsgleich fallende oder ansteigende Funktion des Radius um die Mittelachse des Strahls darstellt, sodaß, wenn die Achse des Strahls mit einer Augenachse ausgerichtet ist, eine Krümmungskorrektur eines die Kurzsichtigkeit oder die Übersichtigkeit korrigierenden Typs auf der vorderen Oberfläche der Hornhaut durch Aussetzen derselben an den vorcharakterisierten Strahl für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann und wobei ein Energie absorbierendes Mittel im Strahlengang derjenigen aus der Übertragungskomponente und der Reflexionskomponente angeordnet ist, die nicht nach der Achse des Auges ausgerichtet ist. Desweiteren kann in einer solchen Formgebungsvorrichtung die Lasereinrichtung angeordnet sein, um einen kreisförmigen Strahl zu erzeugen, dessen Querschnitt genauso groß bemessen ist, wie der ausgesetzte Bereich der Hornhaut, auf dem operiert werden soll, und der kreisförmige Querschnitt ist
(a) vorcharakterisiert durch einen Innenkreis mit einem Durchmesser, der nur einen Bruchteil des Durchmessers des Querschnitts ausmacht und
(b) durch wenigstens einen Kreisring, der radial an den Innenkreis grenzt, die Vorcharakterisierung der Strahlspaltvorrichtung dem Innenkreis entspricht, der Kreisquerschnitt ferner durch dessen Kreisring vorcharakterisiert ist, sodaß die Feldstärkeverteilung ebenfalls eine umfangsgleiche Funktion des Radius ist und mit gleicher Bedeutung und zwischen im wesentlichen denselben Verteilungsgrenzen als Anwendung zum Innenkreis, wodurch eine Krümmungskorrektur der Hornhaut eines Fresnel-Typs sowohl im Innenkreis als auch im Kreisring als Folge einer einzigen Laserstrahlbelichtung auf die Hornhaut des Auges erreicht werden kann.
Nach einem dritten Aspekt liefert die Erfindung eine Formgebungsvorrichtung zur Operation auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut eines Auges eines Patienten, die eine Laservorrichtung (13) zur Erzeugung eines kreisförmigen Ausgangsstrahles längs eines vorbestimmten Strahlenganges enthält, der Laserausgangsstrahl liegt vorzugsweise im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorcharakterisierte Strahlspaltvorrichtung (50) im Strahlengang angeordnet ist, um die Laserstrahlung in eine Reflexionsstrahlkomponente und in eine Übertragungsstrahlkomponente zu zerlegen und die Vorcharakterisierung der Strahlspaltvorrichtung (50) so beschaffen ist, daß in der Komponente des Übertragungsstrahls die Feldstärkeverteilung symmetrisch um eine einzige Durchmesserausrichtung durch die Mitte des Strahles ist und die Verteilung so beschaffen ist, daß die Feldstärke gleichmäßig und symmetrisch bezogen auf die gegenüberliegenden Querseiten der Durchmesserausrichtung sinkt, und es sind Mittel (51) vorgesehen, um die Strahlspaltvorrichtung (50) zum wahlweisen Drehen um die Mittelachse der Komponente des Übertragungsstrahls zu befestigen, sodaß eine astigmatische Krümmungskorrektur in der vorderen Oberfläche einer Hornhaut bei geeigneter Drehstellung der Strahlspaltvorrichtung (50) zu einer Bezugsachse für astigmatische Korrektur und die Belichtung einer mit der Übertragungsstrahlkomponente ausgerichteten Hornhaut für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann.
In erfindungsgemäßen Formgebungsvorrichtungen kann die Strahlspaltvorrichtung auf einer Kreisplatte und mit einem Aufsatz für Augenkontakt so angepaßt zentriert werden, daß die Platte in leicht geneigter Position gestützt wird, wo die geometrische Mittennormale zur Platte leicht winkelversetzt zur Mittelachse des Auges verläuft oder angepaßt ist, um die Platte in ihrer Mitte auf die Ausrichtung zur Mittenachse des Auges zu unterstützen.
Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung in allen ihren Aspekten ist die Intensität der Laserbestrahlung je Zeit einheit begrenzt, um bloß einen Bruchteil einer vorbestimmten maximalen Durchdringung im Grundgewebebereich der Hornhaut abzutragen, wodurch eine vorbestimmte Belichtungszeit feststellbar ist, um die vorbestimmte maximale Eindringung in das Grundgewebe zu erreichen, und es sind Mittel vorgesehen, um die Zeit der vorcharakterisierten Strahlbelichtung auf die Hornhaut in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Belichtungszeit, abhängig von der vorbestimmten maximalen Durchdringung und der damit verbundenen Belichtungszeit zu kontrollieren, und es kann ein und dasselbe Vorcharakterisierungsmittel verwendet werden, um ein aus einer Vielzahl unterschiedlicher vorbestimmter Dioptrieänderungen vorausausgewähltes zu bewirken.
Die obigen und anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den angefügten Ansprüchen fortgesetzt und bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung gut verständlich werden, die unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben ist.
Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Darstellung, um die allgemeine Anordnung von Operationsbestandteilen der Erfindung zu zeigen;
Fig. 2 stellt eine vereinfachte Schnittansicht in Längsrichtung dar und zeigt eine Augenhaltevorrichtung, die mit der Vorrichtung der Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3, 4, 5, 6 und 7 sind vereinfachte Darstellungen, um die abtragende Hornhautformgebung, die mit der Vorrichtung nach Fig. 1 für den Fall der Korrektur einer Kurzsichtigkeit ausgeführt wird, zu veranschaulichen;
Fig. 8 und 9 sind den Fig. 5 und 6 entsprechende Darstellungen, um die abtragende Hornhautformgebung, die mit der Vorrichtung nach Fig. 1 für den Fall der Korrektur einer Übersichtigkeit ausgeführt wird, zu veranschaulichen.
Fig. 10 und 11 sind schematische Darstellungen, die zwei unterschiedliche Anwendungsarten der Erfindung veranschaulichen;
Fig. 12, 13, 14 und 15 sind vereinfachte Darstellungen, um die Anwendung der Erfindung zu veranschaulichen, optisch korrigierte Konturen des Fresnel-Typs auf der vorderen Oberfläche der Hornhaut zu erreichen, Fig. 14 ist eine grafisch dargestellte Kurzsichtigkeitskorrektur und Fig. 15 eine grafisch dargestellte Übersichtigkeitskorrektur;
Fig. 16 ist eine ähnliche Ansicht, wie Fig. 2, um eine weitere Ausführung zu veranschaulichen;
Fig. 17 ist eine Draufsicht von einem aus einer Vielzahl von optisch auswählbaren Strahlspaltelementen, wie sie in der Ausführung nach Fig. 16 verwendet werden, das ausgewählte Element wird in Verbindung mit der Laserabtragungskorrektur für einen astigmatischen Zustand verwendet.
Fig. 18 zeigt ein Diagramm, das die Reflexion als eine Funktion des Durchmesserabstandes im Schnitt 18 -18 der Fig. 17 darstellt und
Fig. 19 und 20 sind ähnliche Diagramme, die grafisch unterschiedliche, speziell zweckgebundene Verfeinerungen der Erfindung darstellen.
In Fig. 1 wird ein Haltemittel 10 für das Zurückhalten des Kopfes eines Patienten (zurückgelehnt, Gesicht nach oben) gezeigt, sodaß das Auge 11, auf dem operiert werden soll, fest ausgerichtet ist mit einem nach unten gelenkten Abschnitt 12 der Mittelachse 12' des Ausgangsstrahls aus einer stationären Laservorrichtung 13, die von einem Tisch oder einer anderen Unterlage 13' getragen wird.
Das optische System der Laserbestrahlung auf das Auge 11 enthält
(a) Mittel 26, um den Kreis mit einem Radius von 3 oder 3,5 mm als Querschnitt des Laserstrahls einzurichten, der dem vorderen Bereich der Hornhaut entspricht, um der Laserwirkung unterworfen zu werden, und
(b) einen Reflektor 14 mit vorcharakterisierter Reflexion, wodurch der Laserstrahleinfall auf die Hornhaut eine umfangsgleiche Funktion des Radius um die Mittelachse des austretenden Strahls 12 darstellt. Eine Gehäuse 16 wird in der Legende gezeigt, um eine Energiequelle für den Laser einzubeziehen, und das Gehäuse 16 wird ebenfalls gezeigt, um Programmiermittel einzubeziehen, die einen Mikroprozessor als Belichtungsregelung einschließen können.
Haltemittel 10 enthalten vorzugsweise Mittel, durch 17 symbolisiert, um den Kopf des Patienten durch gegenüberliegende Einstellungen im Bereich seiner Schläfen stabil zu legen, und eine Einrichtung zum Augenfesthalten 18, (Fig. 2), die das Auge 11 peripherisch im Bereich der Hornhaut-Lederhaut erfaßt. Ebenfalls von Vorteil ist eine optische Feststellvorrichtung 20, die in Bezug auf den Tisch oder die Unterlage 13' einstellbar ist. Gut sichtbar enthält die Vorrichtung 20 ein Beobachtungsfadenkreuz und Linsen, wodurch das Auge 11', auf dem nicht operiert wird, das Fadenkreuz wie im Unendlichen sehen kann und die Beobachtungsübereinstimmung 21 zur Vorrichtung 20 ist parallel zur Achse 12, und es wird verständlich, daß einstellbare Mittel (nicht gezeigt) einen verstellbaren Ausgleich liefern können, wie er für die Anpassung des Pupillenabstandes nötig ist und um sich dem besonders geschaffenen Ausgleich der Vorrichtung 20 zur Achse 12 anzupassen. Zur Operation auf dem anderen Auge 11' wird das Auge 11 für eine ähnliche Fixierung in Verbindung mit einer anderen Fixierungsvorrichtung (nicht gezeigt) und einstellbar verbundenen Ausgleichsmitteln verfügbar sein und abwechselnd kann die Fixiervorrichtung 30, mit genauem Ausgleich einstellbar, auf der gegenüberliegenden Seite des Strahls 12 befestigt werden. Zu Operationszwecken auf dem Auge 11' sind Haltemittel 10 quer auf eine Teilmarke mit Rücksicht auf Laser 13 auf den Bereich der Ausrichtungsachse 12 mit dem Auge (11'), auf dem dann operiert werden soll, eingestellt worden und somit das Auge 11 zur Anwendung der Fixiervorrichtung eingestellt.
In der Einrichtung zum Augenfesthalten 18 in Fig. 12 sieht man einen hohlen Ringraum, der eine sich verengende Wandung 23 aus luftdurchlässigem Material enthält, das mit einer Kontur versehen ist, um auf das Auge zu fassen und es im Bereich der Hornhaut-Lederhaut zurückzuhalten.
Ein seitlicher Anschluß 24 an eine Unterdruckpumpe ermöglicht die Erhaltung des Augeneingriffes zur Wandung 23, und außen angebrachte Stütz- oder Flanschmittel 25 ermöglichen eine starr ausgerichtete und beabstandete Verbindung der Halterung 18 zum Laser 13 und seinem Strahl 12 über die in der Legende der Fig. 2 vorgeschlagenen Mittel, solchen Mitteln, die aus Gründen einer einfacheren Darstellung in Fig. 1 weggelassen sind.
Der für die Verwendung bei 13 ausgewählte Laser tritt im ultravioletten Bereich aus, nämlich bei Wellenlängen von weniger als im wesentlichen 400 Nanometer. Solche Emissionen für Gas-Laser sind bei 351 nm charakteristisch für Xenon- Fluorid-Laser, 337 nm für Stickstoff-Laser, 308 nm für Xenon-Chlorid-Laser, 248 nm für Krypton-Fluorid-Laser, 193 nm für Argon-Fluorid-Laser und 157 nm für Fluor-Laser und Frequenzverdopplungsverfahren bei anderen Laser innerhalb dieses Bereiches, einschließlich Kristall-Laser, liefern weitere alternative Quellen.
Eines der bestehenden handelsüblichen Excimer-Lasererzeugnisse der Lambda Physik GmbH, Göttingen, Deutschland, zum Beispiel ihr Modell EMG 103, das auf Argon-Fluorid Basis arbeitet, ist bei Verwendung als Laser 13 zufriedenstellend, und bei diesem Erzeugnis beträgt die maximale Energie pro Impuls 200 Millijoule bei einer Impulsfolgefrequenz von 200 pro Sekunde, damit sind 300 000 Schüsse (Impulse) mit einer einzigen Ladung des enthaltenen Gases verfügbar, bevor es sich bei dieser Wiederholfrequenz auf 50 Prozent der vorgeschriebenen Leistung verringert, es wird aber angemerkt, daß diese volle Nennleistung bei Anwendung der vorliegenden Erfindung notwendigerweise nicht erforderlich ist. Die Impulsbreite beträgt ungefähr 15 Nanosekunden und typische Strahlabmessungen sind rechteckig, wie jedoch gezeigt, verkleinert die Öffnung einer Maske 26 den Laserstrahl auf einen kreisförmigen Abschnitt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Situation ist die Reflexionsmaske des Elements 14 um 45 Grad zur Achse des Laserstrahleinfalls geneigt, wodurch der Laserstrahl auf Achse 12, der vorcharakterisierten Natur des Elements 14 entsprechend, reflektiert wird und bei 90 Grad zur Achse 12' sich mit der Achse 12 zur optischen Augenachse 11 ausgerichtet befindet. Folglich stellt der für den Reflexionsstrahl 12' verwendbare Bereich des Elementes 14 eine Ellipse dar, in der die kleine Achse gleich dem Durchmesser des Laserstrahls ist und die große Achse das 2-fache der kleinen Achse beträgt, und Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung zugunsten der Beschreibung der umfangsgleich radialen Verteilung der auf das Auge 11 gerichteten Laserfeldstärke, die wegen der Reflexion bei 14 unter den gegebenen Umständen der vorcharakterisierten Reflexion in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wird. Schattierungsmethoden sind unzulänglich, um die vorcharakterisierte Reflexion zu demonstrieren und darum werden das Wesen und der Mechanismus einer solchen Vorcharakterisierung zuerst allgemein als ein optischer Stufenkeil beschrieben, um ein abgestuftes Abtragungsprofil (Fig. 7) zu erzeugen und dann als ein glatt ansteigender Keil, durch Fig. 5 oder Fig. 8 grafisch definiert.
Fig. 6 und 7 stellen anschaulich die Anwendung der Erfindung in einer optisch korrigierenden Abtragung der vorderen Oberfläche 30 des Auges 11 dar, wobei ein Kurzsichtigkeitsproblem gelöst werden soll, was bedeutet, daß die Krümmung der Oberfläche 30 einen zu kurzen Radius aufweist, um einen Brennpunkt auf die Netzhaut des Auges im Fall von entfernten Gegenständen zu bringen. Andererseits stellt die gestrichelte Linie 31 die endgültige Krümmung dar, auf die die vordere Oberfläche der Hornhaut verändert werden sollte, um eine Dioptrien reduzierende Korrekturwirkung zu erzielen. Zum Erreichen der Kurve 31 liegt die minimale lichtchemische Zersetzung an der äußeren Grenze 29 und die maximale liegt in der Mitte 28. Um zu diesem Ergebnis zu gelangen, charakterisiert die maximale Laserstrahlfeldstärke den Abtragungsmechanismus in der Mitte des ausgesetzten Bereiches der Hornhaut, und die minimale Laserstrahlfeldstärke (Null oder im wesentlichen Null) wird auf der Kreislinie des ausausgesetzten Bereiches gezeigt. Zwischen diesen radialen äußeren Punkten wird die Feldstärke, wie in Fig. 3 vorgeschlagen, wie eine Folge von konzentrischen Kreisringstreifen abgestuft, die bei Kurzsichtigkeitsverminderung als das Ergebnis einer ähnlichen Folge von Streifen von umfangsgleicher Reflexion zu verstehen ist, in der die Reflexion als eine Funktion des fallenden Radius ansteigt. Da aber der Reflektor 14 elliptisch sein muß, muß jeder folgende Streifen der progressiv ansteigenden Reflexion elliptisch sein, wie durch die Halbachsenverhältnisse aufweisende Mehrellipsen von Fig. 4 vorgeschlagen, bei denen die Reflexion längs der kleinen Halbachse als abgestuft von einem Maximum in der Mitte zu einem Minimum an den äußeren Punkten (-X, +X) verstanden wird und ähnlich ist die Reflexion längs der großen Achse als abgestuft von einem Maximum in der Mitte zu einem Minimum an den äußeren Punkten (-Y, +Y) zu verstehen.
Fig. 7 ist eine sehr vereinfachte Darstellung, um den fortschreitenden Abtragungseffekt bei einer zeitlich vorgegebenen Aussetzung des Auges 11 einer ultravioletten Laserstrahlung wiederzugeben, der durch die beschriebene Verteilung von Feldstärken charakterisiert wird, die einer entsprechendenden Reflexionverteilung bei 14 zuzuschreiben ist. Am äußeren Kreisring, wo die Reflexion am geringsten ist, ist auch die Feldstärke am geringsten und darum tritt in diesem äußeren Streifen wenig oder keine Abtragungsdurchdringung der Hornhaut auf (zwischen den Durchmessern D&sub1;, D&sub2; in Fig. 7). Im nächsten einwärts gerichteten Kreisringstreifen (zwischen den Durchmessern D&sub2;, D&sub3;) erklärt eine Reflexionserhöhung einen zusätzlichen Vorteil bei der abtragenden Durchdringung und weiter werden solche zusätzlichen Vorteile in Bezug auf die abtragende Durchdringung in kumulativer Beziehung als eine Funktion des fallenden Radius von aufeinanderfolgenden Streifen auftreten. Der letzte Streifen stellt einen kleinen mittleren Kreis mit dem Durchmesser Dn dar, wo die maximale Schraffurdicke eine maximale Abtragungsdurchdringung infolge der maximalen Reflexion in der elliptischen Mitte des Reflektors 14 anzeigt.
Die abgestufte, fortschreitend dickere Schraffur der Fig. 7 (was eine entsprechend abgestufte, zunehmende Abtragungsdurchdringung der Hornhaut bedeutet), wird als eine neue, mit größerem Radius versehene Krümmung für den abgetragenen Bereich der Hornhaut definiert, verstanden. Theoretisch gibt es einen abgestuften Charakter am neuen Profil, aber für eine ausreichend große Anzahl von Ringen der progressiv variierenden Feldstärke, scheinen individuelle Schritte nicht mehr unstetig zu sein, und eine ausreichend glatte, neue sphärische, vordere Oberfläche kennzeichnet die Hornhaut.
Das ist insbesondere nach einem Zeitraum von ungefähr zwei Tagen nach der Operation der Fall, in der Zeit wird sich eine dünne Epithelschicht in eine glatte und schützende Abdeckung der neu gekennzeichneten Oberfläche ausgebreitet haben.
Wie oben allgemein angezeigt, kann das abgestufte Wesen der vorcharakterisierten Reflexion 14 durch eine Spiegeloberfläche mit kontinuierlich variierender Reflexion ersetzt werden, gleiches ist grafisch durch Fig. 5 vorgeschlagen, wobei die vorcharakterisierte Reflexion des Spiegels 14, als Maximum in der Mitte und als Minimum (Null) am Rand beschrieben wird, und ob längs der Hauptachse oder längs der Nebenachse beobachtet, werden die Richtungen für auf der Nebenachse ansteigende radiale Ausdehnung (RX) und für auf der Hauptachse ansteigende radiale Ausdehnung (RY) gezeigt. Natürlich wird die abgetragene, neu gebildete Krümmung, die durch eine glatt variierende Reflexion erreicht wird, wie für Fig. 5 beschrieben, notwendigerweise entsprechend glatt und frei von irgenwelchen abgestuften Wirkungen sein.
Es wird ersichtlich, daß die Größe der die Kurzsichtigkeit verringernden Korrektur, wie sie über die vorcharakterisierte Reflexion bei 14 erreicht werden kann, eine Funktion der Belichtungszeit sein wird. Folglich wird es bei einer ausreichenden Datengrundlage der Dioptrie-Reduzierung für Belichtungszeit bei vorgegebener maximaler Feldstärke möglich werden, die für einen gegebenen Patienten und eine vorgegebene Dioptrie-Reduzierung erforderliche Zeit mit Präzision festzusetzen. Für eine große Mehrzahl von Abnormalitäten der Hornhautkrümmung kann derselbe Reflektor 14 dazu dienen, verschiedene Grade der Krümmungsreduzierung zu erzeugen, die, sagen wir bei relativ kurzen Belichtungszeiten, die von einigen Patienten benötigte 1 oder 2 Dioptrien-Reduzierung oder bei längeren Belichtungszeiten
die von anderen Patienten benötigte 2 oder mehr Dioptrien- Reduzierung darstellt. Da es auch wünschenswert sein kann, gewisse Patienten mit Vorsicht unter jeweils einer Zunahme zu operieren, kann eine erwünschte Reduzierung von sagen wir 3 Dioptrien durch eine 2 Dioptrien-Reduzierung bei einem ersten Aufenthalt erreicht werden, dem ein Zeitraum von mehreren Tagen folgt, um dem Patienten zu gestatten, die Veränderung zu beurteilen und sich ihr anzupassen, vor der Entscheidung, ob und bis zu welcher genaueren Ausdehnung die nächste korrektive, aber kürzere Abtragungsbelichtung mit derselben Vorrichtung und Spiegel 14 gemacht werden soll.
Was für die Kurzsichtigkeitsreduzierung gesagt worden ist, läßt sich gleichfalls auf die Übersichtigkeitskorrektur anwenden, wobei die Reflexion bei 14 so beschaffen sein muß, um größte Feldstärke des Laserstrahls am äußeren Durchmesser D&sub1; des ausgesetzten Bereiches der Hornhaut, bei einer Feldstärke, die im mittleren Bereich stetig auf Null abfällt, zu projizieren. Das kann ein abgestufter Verlauf sein, wie in mehreren konzentrischen Kreisen der Fig. 3 (und Ellipsen der Fig. 4) vorgeschlagen, oder ein kontinuierlicher Verlauf, wie durch die Kurven der Fig. 8 vorgeschlagen. In beiden Fällen wird das entstehende Abtragungsprofil einen Anstieg der Hornhautkrümmung (d. h. kürzerer Krümmungsradius) über dem ausgesetzten Bereich, wie in Fig. 9 für den Wechsel von der Übersichtigkeitskrümmung 60 zur korrigierten Krümmung 61 (gestrichelte Linie) angezeigt, darstellen.
Die in Fig. 1 beschriebenen Bestandteile werden in Fig. 10 durch Bezugszeichen in Erinnerung gerufen, in der der Reflektor 14 als eine Strahlspalteinrichtung gezeigt wird, im Fall wo die charakterisierte Reflexionsfläche auf ein geeignetes durchsichtiges, flaches Substrat, wie ein Quarz angewendet ist, in dem sowohl ein Übertragungsstrahl 12" als auch der Reflexionsstrahl 12 aus der Strahlspalteinrichtung austritt. Wie gezeigt, wird der Übertragungsstrahl 12" gebündelt und durch ein geeignetes Mittel 19 aufgelöst, das allgemein als Absorber bezeichnet wird, aber eine solche Bezeichnung wird als anwendbar für die Situation verstanden, bei der das Mittel 19 ebenfalls ein Mittel zur Messung oder Bemessung der Dosierung ist, und das was übertragen wird, weist immer eine feste, verhältnisgleiche Beziehung zur verabreichten Dosierung, über die Reflexion längs der Achse 12 zum Auge auf.
Ähnlich und wie in Fig. 11 gezeigt, kann der auf Achse 12" übertragene Strahl, der über die Reflexion bei 15 für die Abtragung der Hornhaut des Auges 11 verwendete Strahl sein, während die Reflexionskomponente auf Achse 12 auf das Absorbierungsmittel 19 gerichtet ist. In diesem Fall wird Kurzsichtigkeitsreduzierung erreicht, wenn die Strahlspalteinrichtung 14 durch maximale Reflexion an der maximalen elliptischen Begrenzung gekennzeichnet ist und durch minimale Reflexion (im wesentlichen Null) in der Mitte, und dazwischenliegende Begrenzungen weisen eine fortschreitend reduzierende Reflexion mit fallendem Ausgleich von der Mitte auf. Übersichtigkeitsreduzierung wird erreicht, wenn die Reflexion in der Mitte am größten ist und klein (im wesentlichen Null) an der maximalen elliptischen Begrenzung.
Die vorangegangene Diskussion in Verbindung mit Fig. 1 bis 5 setzt einen Impuls-Laser voraus, der durch einen Excimer- Laser veranschaulicht wird. Auch andere Laser sind dafür bekannt, daß sie bei derzeitig geeigneten Energiepegeln und bei ultravioletten Wellenlängen von gegenwärtiger Zweckmäßigkeit emittieren, und diese anderen Laser werden ständig über kontrollierte Zeiträume emittieren. Zum Beispiel kann ein den genauen organischen Farbstoff verwendender organischer Farbstoff-Laser hergestellt werden, um Laseremissionen im 380 Nanometer-Bereich beim Pumpen durch ultraviolette Laserquellen zu erzeugen, so wie bei einem kontinuierlichen Laser des die Frequenz vervierfachenden Neodym- YAG Laser-Typs, der im 266 Nanometer-Bereich arbeitet, und in diesem Fall kann die bei 380 nm stattfindende organische Farbstoff-Laseremission in einem zweckmäßigen, nichtlinearen Quarz, etwa einem KDP-Quarz, oder einem KTP-Quarz mit einer Wellenlänge bei 190 nm frequenzverdoppelt werden.
Folglich ist die Vorstellung der Fig. 1 bis 9 so zu verstehen, um den weiteren Fall zu veranschaulichen, in dem die ultraviolette Laserstrahlung auf der Achse 12 ungedämpft ist, für eine durch Programmierung bei 16 vorbestimmte Behandlungdauer, deren zeitliche Abstimmung vom Chirurgen nach seiner Erfahrung vorher eingestellt oder durch eine mit gespeicherten Erfahrungen versehene Datenbank für Dioptrieänderung als eine Funktion der Belichtungszeit festgelegt wird.
Die Anordnung der Fig. 12, 13 und 14 veranschaulicht, daß diese oben diskutierten Prinzipien der Erfindung weiter auf die korrigierende Formgebung der Hornhaut anwendbar ist, um eine Verteilung der gewünschten endgültigen Krümmung des Fresnel-Typs zu erreichen, die entweder die Übersichtigkeit oder, wie gezeigt, die Kurzsichtigkeit korrigieren kann. Solch eine Operation (d. h. Fresnel-Typ) würde angewendet werden, wenn nach ernsthafter Beurteilung durch den Chirurgen eine einzige glatt entwickelte, korrigierte Krümmung eine übertriebene Gewebsentfernung im betroffenen Bereich des notwendigerweise tiefsten Schnittes mit sich bringen würde. Um einen zu tiefen Schnitt zu verhindern, veranschaulichen Fig. 12 und 13, daß eine endgültig reduzierte Krümmungsoberfläche, was bei 31 in Fig. 6 (gestrichelte Linie 71 in Fig. 13) der Fall ist, in ringförmigen Zuwächsen innerhalb des bei 70 begrenzten Feldes erreicht wird. Im äußeren dieser Kreisringe (72) erscheinen die Krümmung und die Schnittiefe präzise, als würden sie benutzt sein, um die gleichmäßige Kurve 71 zu erzeugen (d. h., ohne Fresnel-Abstufungen). Aber der zwischenliegende, ringförmige Bereich 73 erreicht eine Fortsetzung von Kurve 71 mit viel weniger Volumen von entfernter Hornhaut.
Schließlich vervollständigt der innere Kreisbereich 74 wirkungsvoll die Kurve 71 mit geringfügüger Entfernung des Hornhautgewebes.
Die Gewebeentfernung in der Mitte wird für den Fresnelschnitt 74 der Fig. 12 und 13 mit Δ74 bezeichnet und ist aber vergleichsweise ein kleiner Bruchteil der größten Entfernungstiefe Δ71, die zu verwenden wäre, um dieselbe optische Korrektur mit der glatt entwickelten, korrigierten Einzelkrümmungsoberfläche 71 zu erreichen.
Fig. 14 stellt grafisch und allgemein die vorcharakterisierte Verteilung der Reflexion für die kleine Achse des elliptischen Reflektors dar, der die Anordnung von Fig. 1 oder Fig. 10 verwendet, um die Kurzsichtigkeit verringernden Abtragungen des Fresnel-Typs der für verschiedene Ringbereiche 72, 73, 74 beschriebenen Gestalt zu erreichen. Innerhalb jedes Ringbereiches tritt die größte Reflexion am inneren Abmaß (RX) auf, und die Reflexion fällt fortschreitend auf ein Minimum am äußeren Abmaß (RX).
Folglich kann die neue Krümmung 71 bei einer gegebenen Belichtung innerhalb des äußeren Kreisrings 72 erreicht werden mit axial ausgeglichener Fortführung dieser neuen Krümmung bei 71' im Kreisringbereich 73, und bei weiterem axialen Ausgleich gibt es eine weitere wirkungsvolle Fortführung der neuen Krümmung bei 71" innerhalb des mittleren Kreisbereiches 74.
Fig. 15 stellt allgemein Reflexionsbetrachtungen am Reflektor/Strahlspalteinrichtung 14 zur Anwendung der in Fig. 1 oder Fig. 10 dargestellten Anordnungen dar, um eine Übersichtigkeitsreduzierung zu erreichen. Wie gezeigt, ist in jedem der konzentrischen Ringbereiche eines Abtragungsschnittes des Fresnel-Typs für diesen Zweck die Reflexion (im wesentlichen Null) am inneren Abmaß (RX) minimal und steigt fortschreitend auf ein Maximum am äußeren Abmaß (RX) an.
Was für die Kurven der Fig. 14 und 15 im Kontext einer auf Fig. 1 oder Fig. 10 bezogenen Anwendung der Erfindung gesagt worden ist, bedeutet die exakte Umkehrung dessen, was die Anwendung des Übertragungsstrahls 12" nach Fig. 11 betrifft. Ausdrücklich schlägt hohe Innenabmaß-Reflexion, die auf niedrigste Reflexion am unteren Abmaß jedes Ringbereiches des Fresnel-Typs (wie in Fig. 14 dargestellt) reduziert, in größte Feldstärkenübertragung bei 12" am äußeren Abmaß (RX) um, reduziert auf die (im wesentlichen Null) Feldstärke am Innenabmaß (RX) jedes Fresnel-Typ Ringbereiches und dieses Verteilungsmuster erklärt die Übersichtigkeitsreduzierung bei gegebener Belichtung um die Achse 12". Ähnlich erklärt die in Fig. 15 dargestellte Reflexionscharakteristik die Kurzsichtigkeitsreduzierung bei Hornhautbelichtungen um die Achse 12".
Fig. 16 veranschaulicht eine Ausführung der Erfindung, die den ganzen kreisförmigen Strahlabschnitt des Laserausgangsstrahls auf Achse 12" verwendet (der durch eine vollständig reflektierende Fläche nach unten geklappt worden sein kann und nicht gezeigt ist), bei Auftreten mit einer nach innen geneigten Strahlspalteinrichtung 50, die drehbar an einem Adapter 51 befestigt ist, der durch die in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Augenhaltevorrichtung 18 getragen wird. Jedoch ist in Fig. 16 der Neigungswinkel a zur Normalen 52 (zur Oberfläche der Spalteinrichtung 50) von Achse 12' verhältnismäßig klein, sodaß die charakterisierte Reflexion für die Reflexionskomponente 53 aus praktischen Zwecken eher kreisförmig als elliptisch sein kann.
Fig. 3 kann mit Fig. 8 als Anschauung einer über den Umfang gleichmäßigen Reflexionsverteilung bei 50 über den Strahldurchmesser D&sub1; angesehen werden, wo man für eine Kurzsichtigkeitsreduzierung eine Spalteinrichtung 50 auswählt, die durch größte Feldstärke der übertragenen Laserstrahlung im Mittenbereich des Strahls gekennzeichnet ist, die auf geringste (im wesentlichen Null) Feldstärke am größten Durchmesser D&sub1; abfällt. Und Fig. 3 kann ähnlich in Verbindung mit Fig. 5 als Anschauung der Reflexion bei 50 über den Strahldurchmesser D&sub1; gesehen werden, wo man für eine die Übersichtigkeit reduzierende Belichtung eine Spaltvorrichtung 50 auswählt, die durch größte Feldstärke der übertragenen Laserstrahlung im mittleren Strahlbereich gekennzeichnet ist und auf geringste Feldstärke (im wesentlichen Null) am größten Durchmesser D&sub1; abfällt. Und Fig. 3 kann ähnlich in Verbindung mit Fig. 5 gesehen werden, als Darstellung der Reflexion bei 50 über den Strahldurchmesser D&sub1;, wo man für eine die Übersichtigkeit reduzierende Belichtung eine Spalteinrichtung 50 auswählt, die durch größte Feldstärke der übertragenen Laserstrahlung am größten Durchmesser D&sub1; gekennzeichnet ist und die im mittleren Bereich des Strahls auf geringste Feldstärke (im wesentlichen Null) abfällt.
Es wird verständlich, daß bei Anwendung der Erfindung nach Fig. 16 der Winkel α so ausgewählt werden sollte, daß die Reflexionskomponente auf Achse 53 von der Beeinflussung durch andere Hardware, mit der Ausnahme der Erfassung durch geeignet angeordnete Absorbierungsmittel (nicht gezeigt) von der Art, wie bei 19 in den Fig. 10 und 11 gezeigten, ferngehalten wird.
Fig. 16 zeigt auch die Einrichtung einer ringförmigen Ansaugleitung 54, die zur Unterbringung einer Kühlflüssigkeit Einlaß- und Auslaßstutzen aufweist, falls Wärmeableitung im Hinblick auf die Befestigung des Adapters 51 in geringem Abstand zum Auge 11 notwendig werden sollte. Und als Hilfe beim Ein- und Aussetzen von ausgewählten, unterschiedlich charakterisierten, kreisförmigen Strahlspaltscheiben 50, bei Berücksichtigung auf die eingebettete Lage bei dem mit Senkwerkzeug hergestellten Lagersitzes 55 des Adapters 51, kann jede solche Scheibe mit einem Paar henkelartigen Griffstücken 56 ausgerüstet werden, als Eingriffsmöglichkeit für Finger außerhalb des Bereiches der vorcharakterisierten Reflexion (Durchmesser D&sub1;), was auch als vorcharakterisierte Durchlässigkeit verstanden werden soll, wo die vorcharakterisierte Durchlässigkeitsfunktion invers auf die Reflexionsfunktion bezogen ist.
Fig. 17 und 18 veranschaulichen, daß das Ausführungsbeispiel der Fig. 16 einen weiteren Nutzen aufweist, wenn der charakteristische kreisförmige Strahlspaltungsbereich (Durchmesser D&sub1;) einer wahlweise verfügbaren Kreisscheibe 50' so charakterisiert ist, um eine den Astigmatismus reduzierende Abtragungskorrektur über die Übertragungskomponente der Strahlspaltung zu bewirken, und die Charakterisierung muß so beschaffen sein, um maximale Feldstärke bezogen auf eine Durchmesserausrichtung über dem vorcharakterisierten Bereich mit fortschreitender Verringerung der Feldstärke als eine Funktion der Querversetzung vom Durchmesser zu erzielen, derartige Reduzierungen sind auf gegenüberliegenden Seiten der Durchmesserübereinstimmung symmetrisch. In Fig. 17 ist darum die Schraffur für Reflexion im charakterisierten Bereich 57 der Scheibe 50' am stärksten bei äußersten Querversetzungen von der Einzeldurchmesserausrichtung, die durch eine Null-Grad Indexmarkierung auf der Ecke der Scheibe identifiziert werden kann. Andere Gradeinteilungen werden für den Bereich von +90 Grad bis -90 Grad gezeigt, die sich in gegenüberliegenden Richtungen von der Null-Markierung befinden. Diese Winkel sollen gegen eine feste Bezugsmarke 58 gelesen werden, was verständlich wird, um in den Adapter 51 eingetragen zu werden, und es wird darüberhinaus verständlich, daß das geeignete Schließmittel (nicht gezeigt) oder andere Mittel der Winkelbeziehung zum senkrechten oder waagerechten Meridian des Auges entweder im Zusammenbau des Adapters 51 an der Befestigung 18 vorgesehen sind oder vom Chirurgen unabhängig eingestellt werden, sodaß die Null-Markierung der Scheibe 50' in wahrer Beziehung zur entsprechenden Meridianorientierung steht. Dieser Fall der Winkeleinstellung der Scheibe 50' auf eine vorgeschriebene Astigmatismus-Achsenorientierung unter Berücksichtigung auf Bezug 58 ist genau das, was notwendig für eine genaue Orientierung bei der Abtragungschirurgie ist. Alles, was dann noch bleibt ist, den Belichtungszeitablauf für eine Abtragungs-Dioptrien-Reduzierung auf die gewünschte oder vorgeschriebene Ausdehnung einzustellen.
Während die Erfindung für verschiedene Ausführungen im einzelnen beschrieben worden ist, wird verständlich, daß Modifikationen gemacht werden können, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel sind die Darstellungen der verteilten Durchlässigkeit oder Reflexion als eine lineare Funktion des Radius (oder effektiven Radius) zur Erläuterung für den Verlauf eines glatten Kontinuums, der eine nicht-lineare Funktion für bestimmte korrektive Zwecke darstellt, beabsichtigt.
Spezieller veranschaulichen die Kurven der Fig. 19 und 20, daß solche nichtlinearen Funktionen quasi-parabolisch sind, obwohl die Belichtung kurzsichtigkeitskorrigierend (Fig. 19) oder übersichtigkeitskorrigierend (Fig. 20) ist.
Im Fall von Fig. 19 liegt die maximale Durchlässigkeit auf der mittleren Achse des projizierten Laserstrahls 12, sodaß für jeden Durchmesser über einem rechten Abschnitt des Strahls die Durchlässigkeitsfunktion (d. h. Feldstärkeverteilungsprofil) quasi-parabolisch ist und den Höhepunkt bei größter Laserstrahl-Feldstärke auf der Mittelachse erreicht und auf Null reduziert beim größten Radius Rcc des kreisförmigen Bereiches, in dem Kurzsichtigkeits-Krümmungskorrektur erreicht werden soll.
Im Fall der Übersichtigkeitskorrektur nach Fig. 20 befindet sich die geringste Durchlässigkeit in der Mitte des projizierten Laserstrahls 12, sodaß für jeden Durchmesser über einem Ringabschnitt dieses Strahles die Durchlässigkeitsfunktion (d. h. Feldstärkeverteilungsprofil) quasi-parabolisch ist, ihren Höhepunkt bei größter Laserfeldstärke an der radial äußeren Begrenzung Rcc des kreisförmigen Bereiches hat, in dem die Korrektur der Kurzsichtigkeitskrümmung erreicht werden soll.
Aus der Diskussion zur Übersichtigkeitskorrektur in Verbindung mit Fig. 2 wird in Erinnerung gerufen, daß die tiefste Eindringung in das Grundgewebe an der Peripherie des Operationsbereiches entsteht, sodaß eine relativ scharfe kreisförmige Kante von einer Tiefe zurückbleibt, die verhältnisgleich zur Belichtungsmenge für Laserchirurgie, d. h. verhältnisgleich zu dem Ausmaß der erreichten Dioptriekorrektur ist. Solch eine scharfe Kante schafft ein Problem für das Nachwachsen des Epithels über dem Operationsbereich, da das Nachwachsen des Epithels optimal für im wesentlichen gleichmäßige, nicht durch scharfe Ecken oder scharfe Ungleichmäßigkeiten unterbrochene Oberflächen ist. Um eine solche Entwicklung von scharfen Kanten zu verhindern, zeigt Fig. 20 zusätzlich, daß der projizierte Laserstrahl 12 einen Querschnittsbereich haben sollte, der größer als der ist über den Übersichtigkeitskrümmungskorrektur erreicht werden soll, der folglich einen äußeren Ringbereich mit glattem Profil liefert, der an den Kreis der Krümmungskorrektur grenzt und diesen umgibt. In Fig. 20 definiert der Radiuszuwachs ΔR diesen Ringbereich und eine Reduzierung der Durchlässigkeit vom Maximum bei Rcc zum Minimum beim Radius Rb des projizierten Laserstrahls wird als linear gezeigt in radial nach außen zeigender Richtung und zwischen inneren und äußeren Begrenzungen des Ringbereiches ΔR. Im allgemeinen sollte die radiale Ausdehnung ΔR des Ringbereiches im Bereich von 5 bis 15 Prozent des Radius Rcc des Kreises der Krümmungskorrektur und vorzugsweise bei 10 Prozent liegen.
Es wird verständlich, daß die angezeigte lineare Reduzierung der Durchlässigkeit die minimale Neigung an allen Punkten innerhalb des Ringbereiches erklärt, was bedeutet, daß bei tiefster chirurgischer Eindringung in die Hornhaut (z. B. 100 Mikrometer bei einer 10 Dioptrien-Korrektur über einen 5 mm Durchmesser aufweisenden Kreis der Krümmungskorrektur) eine lineare Charakteristik am besten ist, jedoch bei geringeren Eindringungen, wie bei Dioptrie-Korrekturen von bis zu 5 Dioptrien eine nicht-lineare Beziehung (wie durch die gestrichelte Linie, die ΔR in Fig. 20 umfaßt, vorgeschlagen) die Bereitstellung (innerhalb der radialen Bogenweite ΔR) von gleichmäßig glattem Krümmüngsübergang vom Radius Rcc der größten Durchdringung und radial nach außen zum unbehandelten, angrenzenden ursprünglichen Profil der Hornhaut ermöglicht.
Was oben hinsichtlich der Minimierung und Eliminierung in Bezug auf Entwicklung von scharfen Kanten für eine Übersichtigkeitskorrektur-Formgebung der Hornhaut gesagt worden ist, kann auch für den Fall der Astigmatismuskorrektur- Formgebung angewendet werden, wenn der Astigmatismus der Übersichtigkeit entspricht, d. h. die Astigmatismus-Korrektur eine Zunahme beim zylindrischen Radius der Krümmung erfordert, um den Astigmatismus zu verringern oder zu eliminieren. In solch einem Fall wird die größte Tiefe der korrigierenden, formgebenden Durchdringung der Hornhaut an den seitlich äußeren Begrenzungen des Astigmatismus-Korrekturverfahrens erreicht, das relativ scharfe Kanten an diesen äußeren Begrenzungen hinterläßt. Diese Kanten werden vermieden oder in großem Ausmaß wesentlich verringert, wenn der Laserstrahl so vorcharakterisiert ist, sich seitlich nach außen von diesen Begrenzungen der maximalen Tiefe annähernd auf im wesentlichen Null-Feldstärke zu verringern. Wenn die Kurve von Fig. 20 benutzt wird, um relative Durchlässigkeit (Feldstärkeverteilung) seitlich nach außen von der vorbestimmten Orientierung des zu korrigierenden Astigmatismus zu zeigen (lieber als in Begriffen der radialen Verteilung), dann sieht man das Profil von Fig. 20 als einen Halbschnitt der Durchlässigkeitsverteilung normal zur vorbestimmten Richtung der Astigmatismus-Korrektur. In ähnlicher Weise veranschaulicht Fig. 19 solch eine Verteilung für den Astigmatismus-Fall, der kurzsichtigkeitsanalog ist, und eingeschobene ("Weiten") Legenden in beiden Fig. 19 und 20 können als Darstellung der entsprechenden Astigmatismus-Korrekturprofile verstanden werden.
In der vorangegangenen Diskussion ist eine ziemlich beständige Bezugnahme auf Reflektoren 14 und 50 als Strahlspalteinrichtungen gemacht worden, d. h. mit, der Fähigkeit beider, charakteristische Verteilungen der Durchlässigkeits- und Reflexionseigenschaften sowohl zu übertragen als auch zu reflektieren.

Claims

1. Formgebungsvorrichtung zur Operation auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut eines Auges eines Patienten, die zur Erzeugung eines kreisförmigen Ausgangsstrahls (12) längs eines vorbestimmten Strahlenganges eine Laservorrichtung (13) enthält, wobei der Laserausgangsstrahl vorzugsweise im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorcharakterisierte Strahlspalteinrichtung (14) in dem Strahlengang angeordnet ist, um den Laserstrahl in eine Reflexionsstrahlkomponente und in eine Übertragungsstrahlkomponente zu zerlegen, wobei die Vorcharakterisierung der Strahlspalteinrichtung (a) so ist, daß in einer der Strahlkomponenten die Feldstärkeverteilung eine umfangsgleiche, steigende Funktion des Radius um die Mittelachse der einen Strahlkomponente darstellt, sodaß, wenn die Achse der einen Strahlkomponente mit der Achse eines kurzsichtigen Auges ausgerichtet ist, eine Krümmungsänderung des die Kurzsichtigkeit korrigierenden Typs in der vorderen Oberfläche der Hornhaut beim Aussetzen derselben der einen Strahlkompönente für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann und (b) so, daß in der anderen der Strahlkomponenten die Feldstärkeverteilung eine umfangsgleiche, fallende Funktion des Radius um die Mittelachse der anderen Strahlkomponente darstellt, sodaß, wenn die Achse der anderen Strahlkomponente mit der Achse eines übersichtigen Auges ausgerichtet ist, eine Krümmungsänderung des die Übersichtigkeit korrigierenden Typs in der vorderen Oberfläche der Hornhaut durch Aussetzen derselben der anderen Strahlkomponente für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann.

2. Formgebungsvorrichtung zur Operation auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut des Auges eines Patienten, die eine Laservorrichtung (13) zur Erzeugung eines kreisförmigen Ausgangsstrahl (12) längs eines vorbestimmten Strahlenganges enthält, wobei der Laserausgangsstrahl vorzugsweise im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorcharakterisierte Strahlspalteinrichtung (14) in dem Strahlengang angeordnet ist, um Laserstrahlung in eine Reflexionsstrahlkomponente und in eine Übertragungsstrahlkomponente zu zerlegen, wobei die vorcharakterisierung der Strahlspalteinrichtung (14) so beschaffen ist, daß in der Reflexionsstrahlkomponente oder in der Übertragungsstrahlkomponente die Feldstärkeverteilung eine umfangsgleiche, fallende oder ansteigende Funktion des Radius um die Mittelachse des Strahls darstellt, sodaß, wenn die Achse des Strahls mit der Achse eines Auges ausgerichtet ist, eine Krümmungsänderung des die Kurzsichtigkeit oder die Übersichtigkeit korrigierenden Typs in der vorderen Oberfläche der Hornhaut durch Aussetzen derselben dem vorcharakterisierten Strahl für eine geeignete Zeitperiode bewirkt werden kann, und wobei ein Energie absorbierendes Mittel (19) im Strahlengang derjenigen aus der Übertragungsstrahlkomponente und der Reflexionsstrahlkomponente angeordet ist, die nicht nach der Achse des Auges ausgerichtet ist.

3. Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, in der die Laservorrichtung (13) einen kreisförmigen Strahl mit einem Querschnitt von derselben Größe wie der ausgesetzte Bereich der Hornhaut, auf dem operiert werden soll, erzeugt, in der der kreisförmige Querschnitt vorcharakterisiert ist (a) durch einen Innenkreis (Dr) mit einem Durchmesser, der nur einen Bruchteil des Durchmessers des Querschnittes ausmacht und (b) durch wenigstens einen Kreisring (D&sub1;, D&sub2;, D&sub3;...), der radial an den Innenkreis angrenzt, die Vorcharakterisierung der Strahlspalteinrichtung (14) entspricht dem Innenkreis (Dn), der kreisförmige Querschnitt wird weiter durch die Kreisringe (D&sub1;, D&sub2;, D&sub3;...) so vorcharakterisiert, daß die Feldstärkeverteilung ebenfalls eine umfangsgleiche Funktion des Radius und mit der gleichen Bedeutung zwischen im wesentlichen den gleichen Verteilungsgrenzen als Anwendung des Innenkreises (Da) darstellt, wodurch sowohl im Innenkreis (Dn) als auch in den Kreisringen (D&sub1;, D&sub2;, D&sub3;...) im Verlauf einer einzigen Laserstrahlbelichtung auf die Hornhaut des Auges eine dem Fresnel-Typ entsprechende Änderung der Hornhautkrümmung erreicht werden kann.

4. Formgebungsvorrichtung zur Operation auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut eines Auges eines Patienten, die eine Laservorrichtung (13) zur Erzeugung eines kreisförmigen Ausgangsstrahls längs eines vorbestimmten Strahlenganges enthält, wobei der Laserausgangsstrahl vorzugsweise im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorcharakterisierte Strahlspalteinrichtung (50) im Strahlengang angeordnet ist, um den Laserstrahl in eine Reflexionsstrahlkomponente und eine Übertragungsstrahlkomponente zu zerlegen, wobei die Vorcharakterisierung der Strahlspalteinrichtung (50) so gestaltet ist, daß die Feldstärkeverteilung in der Übertragungstrahlkomponente um eine einzige Durchmesserausrichtung durch die Mitte des Strahls symmetrisch ist, die Verteilung so beschaffen ist, daß sich die Feldstärke gleichmäßig und symmetrisch zu den gegenüberliegenden Querseiten der Durchmesserausrichtung verringert, und es sind Mittel (51) vorgesehen, um die Strahlspalteinrichtung (50) zur wahlweisen Drehung um die Mittelachse der Übertragungstrahlkomponente zu halten, sodaß eine dem Astigmatismus-Typ entsprechende Krümmungsänderung auf der vorderen Oberfläche der Hornhaut durch geeignete Dreheinstellung der Strahlspalteinrichtung (50) auf eine vorgeschriebene Achse für Astigmatismus-Korrektur und Belichtung einer zur Übertragungsstrahlkomponente ausgerichteten Hornhaut zu einer geeigneten Zeitperiode bewirkt werden kann.

5. Formgebungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die Strahlspalteinrichtung (50) auf einer Kreisplatte (51) mittig angeordnet ist, und in der eine Augenkontakthalterung (18) angepaßt ist, um die Platte (51) in leicht geneigter Stellung zu unterstützen, in der die geometrische Mittelnormale zur Platte leicht winkelversetzt zur Mittelachse des Auges ist oder angepaßt ist, um die Platte in ihrer Mitte ausgerichtet mit der Mittelachse des Auges zu halten.

6. Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einen davon abhängigen Anspruch, in der die Feldstärkeverteilung (i) eine umfangsgleiche, ansteigende Funktion des Radius auf eine maximale Feldstärke bei einer ersten radialen Begrenzung des korrigierten Übersichtigkeitsbereiches und (ii) eine umfangsgleiche, fallende Funktion des Radius von dem Maximum auf ein Minimum bei einer zweiten radialen Begrenzung des Laserstrahlquerschnittes darstellen.

7. Formgebungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche in der die Intensität der Laserbestrahlung so auf ein vorbestimmtes Niveau begrenzt ist, daß nur ein Bruchteil der vorbestimmten maximalen Durchdringung in den Stromabereich der Hornhaut in einer vorbestimmten Zeitperiode erreichbar ist, und in der zur Kontrolle der Dauer der vorcharakterisierten Laserstrahlbelichtung auf die Hornhaut Einrichtungen (16) vorgesehen sind, sodaß ein und dasselbe Vorcharakterisierungsmittel angewendet werden kann, um eine aus einer Vielzahl von verschiedenen vorbestimmten Dioptrieänderungen ausgewählte zu erzielen.

8. Formgebungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung (17) zum Stabilisieren des Kopfs des Patienten relativ zum Laserstrahl.

9. Formgebungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer optischen Feststellvorrichtung (20) mit einem Beobachtungsfadenkreuz und einer Linse, durch die das Auge, auf dem nicht operiert wird, das Fadenkreuz wie im Unendlichen sehen kann.