DE3785568T2

DE3785568T2 - Abtragvorrichtung zur Krümmungskorrektur der Hornhaut.

Info

Publication number: DE3785568T2
Application number: DE87310283T
Authority: DE
Inventors: Esperance Francis A L; Clifford A Martin; William B Telfair; Yoder, Jr
Original assignee: Visx Inc
Current assignee: AMO Manufacturing USA LLC
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2007-11-21
Also published as: EP0274205A3; EP0274205B1; EP0274205A2; CA1288481C; DE3785568T3; JPH0344534B2; ATE88335T1; EP0274205B2; US4911711A; JPS63150069A; DE3785568D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Aspekt der Augenchirurgie, der mit Laseroperationen auf der äußeren Oberfläche der Hornhaut befaßt ist, solchen Operationen, die die gesteuerte Abtragung der Hornhaut bei Eindringung in das Bindegewebe und die volumetrische Entfernung des Hornhautgewebes beinhalten, womit die äußere Oberfläche durch eine geformte neue Krümmung mit verbesserten optischen Eigenschaften gekennzeichnet ist.
Mehrere verschiedene Verfahren und entsprechende Vorrichtungen werden für eine solche Formgebung der Hornhaut in anhängigen L'Esperance Patentanmeldungen einschließlich der EP-A-0209992, EP-A-0247260, EP-A-0218427 und EP-A-0257836 beschrieben, auf die noch näher Bezug genommen werden wird. Diese Anmeldungen sollen jedoch nur nach Art. 54 (3) EPC unter dem Gesichtspunkt der Neuheit betrachtet werden. Es sei nur soviel gesagt, daß die in diesen Erfindungen beschriebenen Verfahren vorzugsweise Laserstrahlung im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums verwenden, d. h. von weniger als 200 nm Wellenlänge, wie es zum Beispiel durch einen mit Argonfluorid arbeitenden Excimerlaser erreicht wird. Typische Strahlabmessungen des Excimerlasers sind rechtwinklig, und die EP-A-0218427 offenbart die Anwendung einer kreisförmigen Öffnung in einer Maske zur Reduzierung des Laserstrahls auf einen Zylinder mit Kreisquerschnitt; danach ist der zylindrische Strahl unterschiedlich charakterisiert, so daß beim Einfall auf die Hornhaut und auf die Augenachse die Lichtstromverteilung ein entsprechend verteiltes Muster der Krümmumgskorrektur der Hornhaut wird.
In der EP-A-0257836 werden die Formgebungsergebnisse für eine Krümmungskorrektur der Hornhaut erzielt, indem man die Hornhaut in unterschiedlichen, aber zugeordneten Bereichen einer Reihe von Maskenöffnungen aussetzt, wodurch die kumulative Wirkung darin besteht, bestimmte Bereiche in Bezug auf andere mehr zu belichten, so daß die Folge davon die gewünschte Netto-Krümmungsänderung ist. Ein ähnliches Verfahren wird in der EP-A-0191688 angewendet, die eine Anordnung offenbart, in der eine bewegliche Linse oder eine bewegliche Strahlausblendeinrichtung (Obturateur) einen veränderlichen Bereich der Laserbestrahlung auf die Hornhautoberfläche entwickelt, um eine Operation zur Formgebung der Hornhaut zu bewirken. In der EP-A-0207648, die nur nach Art. 54(3) EPC auch unter Gesichtspunkten der Neuheit relevant ist, wird eine Zoomlinse oder eine Reihe von indexierbaren Masken oder Spiegel verschiedener Größen verwendet, um die Laserpunktgröße bei Hornhauteinwirkung zu variieren.
Sowohl das Verfahren nach der EP-A-0218427 als auch das der EP-A-0257836 gehen davon aus, daß ein genügend homogener Strahl vorliegt, bevor dieser zur formgebenden Aussendung an die Hornhaut eine besondere Charakterisik erhält. Wir haben jedoch herausgefunden, daß die Lichtstromverteilung in einem solchen Strahl nicht unbedingt gleichmäßig ist, und daß sie zeitlich variieren kann, was damit die Möglichkeit der beeinträchtigten Qualität der beabsichtigten Krümmungskorrektur bietet. Dasselbe Problem würde mit den Anordnungen der EP-A-0191688 und der EP-A-0207648 auftreten. Die vorliegende Erfindung widmet sich diesem spezifischen Problem.
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine augenchirurgische Vorrichtung zum Operieren auf einem Auge mit einem Laserstrahl vorgesehen, um Krümmungskorrekturen auf der Hornhaut durch volumetrische, abtragende Entfernung von Bindegewebe aus einem vorbestimmten Bereich der vorderen Hornhautoberfläche zu bewirken, wobei die Vorrichtung eine Lasereinrichtung zum Aussenden eines Laserstrahls enthält, der vorzugsweise im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, eine Einrichtung zum Ausrichten des Strahls entlang eines Strahlenganges zur Einwirkung auf die Hornhaut auf eine Achse, die der optischen Achse des Auges entspricht und eine Strahlcharakterisierungseinrichtung in dem Strahlengang zur Bestimmung der Lichtstromverteilung des Laserstrahls bei Einwirkung auf die vordere Hornhautoberfläche in dem Bereich, um im Lauf einer vorbestimmten Belichtungszeit unterschiedliche Gebiete des vorbestimmten Bereichs der vorderen Hornhautoberfläche mit unterschiedlichen kumulativen Beträgen der Strahlung zu belichten, wodurch eine gewünschte Krümmungsänderung der Hornhaut erzielt wird, wie es zum Beispiel aus der oben erwähnten EP-A-0191688 bekannt ist, wobei die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie weiterhin eine in dem Strahlengang zwischen der Lasereinrichtung und der Strahlcharakterisierungseinrichtung vorgesehene Strahlhomogenisierungseinrichtung enthält.
Wie im folgenden erläutert wird, besteht die technische Lehre der vorliegenden Erfindung darin, einen Laserstrahl bestimmten Formungs- und Homogenisierungsverfahren vor jedem Versuch der speziellen Strahlcharakterisierung für ein besonderes chirurgisches Formgebungsverfahren zu unterziehen. Die Qualität der lasergeformten Krümmungskorrektur der Hornhaut kann somit durch Verbesserung der Homogenität der Laserlichtverteilung vor Charakterisierung der Verteilung für bestimmte verschiedene Krümmungskorrekturzwecke verbessert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es hiernach beschrieben wird, liefern die Formungs- und Homogenisierungsverfahren einen einigermaßen homogenen Strahl von vergrößerter Abmessung, so daß eine Spezialcharakteristik bei einem Maßstab gegeben werden kann, der größer als die der unmittelbaren chirurgischen Aussendung auf das Auge entsprechende Abmessung ist, so daß eine bessere Qualitätskontrolle für die Spezialcharakteristik ermöglicht wird. Es sind Maßnahmen vorgesehen, um die Qualität der Homogenität und/oder der Strahlform des speziell charakterisierten Strahls selektiv zu steuern, sowie weitere Maßnahmen, um die Laserstrahlaussendung auf ein Auge für den Fall automatisch abzuschalten, daß die Qualität nicht in den vorbestimmten Toleranzgrenzen liegt. Und vorzugsweise werden alle Strahlformungs-, Homogenisierungs- und Charakterisierungsverfahren in einer kontrollierten Umgebung ablaufen, die eine Ozonentwicklung ausschließt, um somit die schädliche Wirkung des Ozons und von Partikeln oder anderer Verunreinigungen auf den Strahl zu minimieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Block-Schaltbild, das die funktionelle Relation der allgemeinen optischen, mechanischen und elektrischen Bestandteile einer exemplarischen Vorrichtung zeigt, die die Erfindung enthält;
Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung einiger optischer Bauteile von Fig. 1;
Fig. 2a eine Teilansicht, die eine Alternative für bestimmte Bestandteile von Fig. 2 zeigt;
Fig. 3a, 3b, 3c jeweils einen Strahlausschnittsbereich und horizontale und vertikale Strahlintensitätsprofile für einen ersten Zustand in der Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 4a, 4b, 4c und 5a, 5b, 5c, entsprechend den Fig. 3a, 3b, 3c, zweite und dritte Zustände;
Fig. 6 eine Kurve einer optischen Filtercharakteristik;
Fig. 7a, 7b, 7c, entsprechend den Fig. -Gruppen 3, 4, 5, einen vierten Zustand;
Fig. 8 eine Teildarstellung von Einzelheiten der Strahlüberwachungseinrichtung der Erfindung;
Fig. 9 ein optisches Schaubild von Einzelteilen einer Alternative für bestimmte Strahlhomogenisierungselemente von Fig. 2; und
Fig. 10 eine Kurve, die die funktionelle Wirkung der Einzelteile von Fig. 9 zeigt.
In Fig. 1 ist die Erfindung in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Aussendung des Ausgangsstrahls 10 eines Ultraviolettlasers 11 entlang eines Strahlenganges gezeigt, der horizontal verläuft, bis er beim Bezugszeichen 12 umgelenkt wird, um senkrecht nach unten auf einer festen Achse auf das Auge 13 eines Patienten zu gelangen, wobei der Patient geeignet mit dem Gesicht nach oben fixiert und zur Deckung der Augenachse mit der Achse 14 der einwirkenden Laserbestrahlung auch das Auge 13 festgehalten wird. Zur Vorbereitung der Laserchirurgie auf der vorderen äußeren Oberfläche des Auges 13 werden Beleuchtungs- und Reflexionselemente eines Corneaskops oder andere Einrichtungen zur Ermittlung der vorderen Topographie des Auges 13 in Übereinstimmung mit der Achse 14 gebracht, wie durch das Montieren solcher Elemente an einen Indexierarm, der selektiv in die Topographie-Meßposition hinein und aus dieser heraus geschwenkt werden kann; in der Zeichnung sind diese Beleuchtungs- und Reflexionselemente gemeinsam durch Umlenkspiegel 15,16 symbolisiert, und Kamera und die Wiedergabeelemente des Corneaskops sind als Teil der Einrichtung 17 für die Oberflächendiagnostik zu verstehen.
Die Erfindung betrifft in erster Linie Einrichtungen für die Bearbeitung und Überwachung des Ausgangsstrahls 10 zur Gewährleistung der Sicherheit und Qualität der Strahlung, die beim Bezugszeichen 14 für die Operation auf das Auge 13 ausgesendet wird. Und die optischen Einrichtungen für solch eine Bearbeitung und Überwachung sind vorzugsweise in einem abgedichteten Gehäuse 18 enthalten, womit eine geeignete Inertgasumgebung gegen solch einen Qualitätsverlust des Strahls schützen kann, wie er durch Ozonentwicklung in einer Luftumgebung auftreten würde. Die an den entsprechenden Einlässen des Ventils 19 verwendeten Beschriftungen deuten an, daß die Inertgasumgebung nach der Evakuierung der Luft aus dem Gehäuse 18 durch Versorgung mit wasserfreiem Stickstoffgas geschaffen werden kann.
Eines der bestehenden handelsüblichen Ultraviolettlasererzeugnisse der Questek Inc., Billerica, Massachusetts, zum Beispiel ihr Modell 2460 Excimerlaser, das mit Argonfluorid arbeitet, ist für die Verwendung als Laser 11 zufriedenstellend. Für dieses Erzeugnis ist die Energie pro Impuls selektiv bis zu 275 Mill&ijlig;oule variabel, die Impulsbreite liegt im Bereich von 8 bis 20 Nanosekunden und die Impulswiederholrate ist selektiv bis zu 150 Hz verfügbar, die typischerweise und vorzugsweise für vorliegend beschriebene Zwecke im Bereich von 5 bis 15 Hz liegt. Die volle Energie ist bei der Anwendung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, aber dieser Laser enthält einen eigenen eingebauten Mikroprozessor, um Laserausgangsleistung, Gaseinfüllung und Lasersystemdiagnose zu steuern, wobei für eine verlängerte Lebensnutzungsdauer im Vergleich zu anderen Excimerlasern die vorbestimmte Ausgangsleistung automatisch aufrechterhalten werden kann.
Der Laser 11 emittiert einen Parallelstrahl 10 mit typischen Querschnittsabmessungen von ca. 22mm mal 7mm, wobei die lange Abmessung horizontal ist, und auf die im folgenden als Breitenabmessung (W) entlang der X-Achse Bezug genommen wird und die kurze Abmessung vertikal ist und wobei die kurze Abmessung vertikal angeordnet ist, auf die im folgenden als Höhenabmessung (H) entlang der Y-Achse Bezug genommen wird. Diese Abmessungen werden als angenähert bezeichnet, weil, wie die Ansicht der räumlichen (Querschnitt) und Breitenverteilung in den Fig. 3a und 3b zeigt, der allgemein rechteckige, ausgesendete Strahlquerschnitt durch sich seitlich ausdehnende, nicht regelmäßige Randgebiete von größerer relativer Intensität an beiden Enden der Breitenabmessung (W) gekennzeichnet ist. Diese Randgebiete werden von einer Schablone 20 (Fig. 2) zur Ablenkung an eine Falle 21 abgegriffen; die Schablone 20 hat eine langgestreckte, rechteckige Öffnung auf ihrer Reflexionsoberfläche, wodurch der geformte Strahl durch die leicht reduzierte Breite W' eines regelmäßigeren, rechteckigen Querschnittsbereichs gekennzeichnet ist, in dem die Breite (W') die Höhenabmessung H noch weit übertrifft. Wie am besten in den Fig. 3b und 3c zu sehen ist, sind die Querschnittsintensitätsprofile in der X-Richtung und der Y-Richtung unterschiedlich. In der X-Richtung ist das Profil im Grunde ein "oben flaches", in dem die höheren Enderhebungen durch die Schablone ausgeschieden worden sind. In der Y-Richtung ist die Intensitätsverteilung im wesentlichen eine Gaußsche Verteilung um den Mittelpunkt der H-Abmessung. Aus den für die Fig. 3c verwendeten Abmessungsbeschriftungen ist ersichtlich, daß die Schablone 20 den Teil der Y-Achsen-Intensitätsverteilung ausgewählt hat, der die Hälfte des Maximums überschreitet.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist die Schablone 20 nur eines aus einer Reihe von optischen Elementen einer ersten Strahlbearbeitungseinrichtung 22, die allgemein in der Fig. 1 als Strahlhomogenisierungs- und Formungseinrichtung gezeigt ist, deren Funktion darin besteht, einen hinreichend homogenen Parallelstrahl mit Kreisquerschnitt an einer Strahlengangposition 10' voreinzustellen, wobei der Kreisdurchmesser beträchtlich größer ist (z. B. 14 mm) als der mit einem Maximaldurchmesser von 5 bis 7 mm charakterisierte Strahl, der schließlich beim Bezugszeichen 14 auf das Auge ausgesendet wird.
Der große homogene, kreisförmige Strahl 10' ist dann beim Bezugszeichen 23 der weiteren Bearbeitung zu Profilierungszwecken ausgesetzt. Das kann nach der technischen Lehre der EP-A-0218427 die Anwendung einer charakteristischen Reflexion oder eine Filterung des Strahls beinhalten, oder es kann nach der technischen Lehre der EP-A-0257836 die Anwendung einer charakteristischen Reihe von Maskenöffnungen beinhalten, um eine besondere Reihe von überlappenden Bereichen der Strahlprojektion im Lauf eines vorgegebenen chirurgischen Eingriffs zu steuern.
Nach diesem zweiten oder Profilierungsvorgang beim Bezugszeichen 23 ist der Strahl an der Position 10'' vollständig (entweder durch Bereichsverteilung der Intensität (I) oder durch Zeitverteilung oder zeitliche Steuerung von korrelierten Überlappungsbereichen), jedoch in einem Maßstab charakterisiert (ausgebildet), der vorzugsweise in der Größenordnung von wenigstens dem Zweifachen des für die Aussendung zum Auge beim Bezugszeichen 14 erforderlichen Maßstabs liegt.
Eine dritte Strahlbearbeitungseinrichtung 24, die als "Strahlkondensor" bezeichnet wird und ein Zoomteleskop einschließt, wenn eine Maßstabseinstellung erwünscht sein sollte, bringt den charakterisierten Strahl auf die gewünschten Maßstababmessungen für eine chirurgische Aussendung beim Bezugszeichen 14.
Für die Situationen, bei denen ein astigmatischer Fehler korrigiert werden soll, ist die Charakterisierung beim Bezugszeichen 23 so zu verstehen, eine Charakterisierungssymmetrie auf seitlich gegenüberliegenden Seiten einer einzigen Durchmesserachse des Kreises des Laserstrahls zu entwickeln,und eine Strahldreheinrichtung 25 ist im Strahlengang vorgesehen, bevor er als Strahl 14 ausgesendet wird, damit der Chirurg die Orientierungsachse der Astigmatismusfehlerkorrektur einstellen kann, die auf der vorchirurgischen Diagnose des besonderen Auges 13 basiert.
Ein Computer 30 ist mit Vielfachspeicherung und Steuerungsmöglichkeiten gezeigt, nämlich mit einer Verbindung 31 aus dem Corneaskop oder einer anderen topographischen Meßgeräteausrüstung 17 zu Speicherungs- und Auswertungszwecken; Steuerungsverbindungen 32, 33, 34, 35 zu verschiedenen Strahlbearbeitungs- und Manipulierungselementen des Systems; eine Steuerungsverbindung 36 zu dem Laser 11; und eine Steuerungsverbindung 37 zu einer oder mehreren Sicherheitsverschlüssen, beispielsweise dem Verschluß 38, der gezeigt wird, wo der Strahl 14 gerade das umgebende Gehäuse 18 verläßt.
Es ist ein Strahlmonitor 40 gezeigt, der über einen Strahlungsteilerabgriff beim Bezugszeichen 41 und Umlenkspiegel 42 bis 43 mit einem Bruchteil des Gesamtstrahls versorgt wird, der für die chirurgische Aussendung charakterisiert und maßstäblich verkleinert wurde. Dieser Bruchteil betrifft den gesamten Strahlquerschnitt,jedoch ist der abgegriffene Energiebruchteil gegenüber dem Energieinhalt des nicht geteilten Strahls verhältnismäßig klein (z. B. 5 Prozent oder weniger).
Der Monitor 40 wird unten genauer beschrieben, es reicht hier festzustellen, daß er die Charakterisierung des ausgesendeten Strahls über eine Steuerungs- und Rückkopplungsleitung 44 (Bus) kontinuierlich überwacht und mit dem Computer in Verbindung steht. Eines oder mehrere Kriterien der Strahlcharakteristik und der Qualität in der Kontrollabtastung werden über den Computer ausgewertet, und wenn vorbestimmte Toleranzkriterien nicht erfüllt werden, dann gibt der Computer kein Verschlußöffnungssignal über die Steuerungsleitung 37 an den Sicherheitsverschluß 38 ab. Schließlich ist eine Computersteuerungsverbindung 45 für eine gleichzeitige körperliche Verstellung eines Strahlteilers 46 bei 10' in den homogenisierten, kreisförmigen Strahl bei 10' hinein und aus ihm heraus schematisch dargestellt, wobei die Verstellung koordiniert ist mit einer körperlichen Verstellung des Spiegels 42 in einen Strahlengang 47 der Teilkomponente zum Strahlmonitor 40 hinein und aus ihm heraus. Wodurch, wenn es erwünscht ist, als eine weitere Vorbedingung zur Strahlcharakterisierung und für die Aussendung auf das Auge der Strahl bei 10' auf die Einhaltung seiner Toleranzgrenzen überprüft werden kann.
Zurück zur Fig. 2, in der eine Strahlhomogenisierungs- und formungseinrichtung 22 zu sehen ist, die ein Paar anamorphotischer Strahlerweiterungselemente 50 bis 51, ein optionales räumliches Zusatzfilter 52, eine Lochmaske 53 mit einer Öffnung, die so gestaltet ist, daß sie den Übertragungsstrahl auf einen kreisförmigen Querschnitt reduziert (mit Ablenkung des nicht verwendeten Reststrahls zu einer Falle 54) und ein optisches Filter 55 einschließt. Genauer gesagt, können die anamorphotischen Strahlerweiterungselemente 50 bis 51 zylindrische Linsen oder Prismen (wie gezeigt), geeigneterweise mit einem Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks mit Kantenwinkeln von 45º sein. Die Prismen 50 bis 51 sind so ausgerichtet, daß die H-Abmessung entsprechend dem Ausmaß der Umwandlung des Strahls mit rechteckigem Querschnitt von Fig. 3a auf den Strahl mit quadratischem Querschnitt von Fig. 4a erweiterbar ist, so daß die erweiterte H-Abmessung gleich W' ist. Die sich ergebenden Strahlintensitätsprofile in der X-Richtung und der Y-Richtung sind in den Fig. 4b und 4c schematisch gezeigt.
Nach Erweiterung auf einen quadratischen Querschnitt kann der Strahl durch das räumliche Filter 52 hindurchgeführt werden, das die Gleichmäßigkeit der entsprechenden dimensionalen Intensitätsprofile (Fig. 4b und 4c) durch Fokussierung des Strahls durch eine kleine Öffnung oder Okularöffnung erhöht und dadurch hohe Raumfrequenz (spatial frequency) Intensitätsabweichungen entfernt. Dieses räumliche Filter kann entweder aus bildformgebenden Spiegeln oder Linsen bestehen (wegen schematischer Einfachheit werden die letzteren gezeigt). Am Ausgang aus dem räumlichen Filter 52 sind die Querschnittsabmessungen des Strahls im wesentlichen wie die in der Fig. 4a gezeigten.
Nachdem der Strahl beim Bezugszeichen 53 auf einen kreisförmigen Querschnitt geformt worden ist, der vorzugsweise im wesentlichen die entsprechenden Seiten des rechteckigen Abschnitts tangiert (Fig. 4a), sieht er allgemein so wie in den Fig. 5a, 5b, 5c abgebildet aus, worin die Abmessung W'' im wesentlichen der Abmessung W' der Fig. 4a entspricht. Der Strahl passiert dann das optische Filter 55, mit räumlich gleichmäßiger Übertragung in Richtung parallel zur X-Achse und mit nicht gleichmäßigen, aber axial symmetrischen Übertragungscharakteristiken in der senkrechten Richtung (Y), siehe Fig. 6. Das nicht gleichmäßige Übertragungsprofil von Fig. 6 ist das für die Kompensation des abgebrochenen Quasi-Gaußschen Profils erforderliche, das in der Fig. 5c dargestellt ist. Der kreisförmige Strahl 10', der aus der Filterwirkung beim Bezugszeichen 55 resultiert, weist annähernd in allen Richtungen eine gleichmäßige Querschnittsintensität auf, wie es schematisch in den Fig. 7b und 7c gezeigt ist, mit einem Querschnittsdurchmesser W'', der unverändert gegenüber demjenigen ist,der auf dem Filter 55 auftrifft. Der Strahl 10' ist so zu verstehen, daß er bezüglich seiner Lichtstromdichte (Intensität), im wesentlichen über seinen gesamten kreisförmigen Querschnitt homogenisiert worden ist, obwohl der Intensitätswert unter anderem durch die Einrichtung 55 auf einen reduzierten Höchstwert I' gedämpft worden ist.
Es wird in Erinnerung gerufen, daß der Maßstab des Querschnitts des Strahls 10' groß ist, zum Beispiel 13 oder 14 mm Durchmesser, im Vergleich zu der Größe, z. B. etwa 5 mm Durchmesser, die zur Aussendung beim Bezugszeichen 14 auf das Auge 13 vorgeschrieben werden kann. Die untere Hälfte von Fig. 2 zeigt bestimmte abbildende Elemente, um die Energieverteilung im Strahl und die Reduzierung des Strahlquerschnittbereichs für solch eine Aussendung beim Bezugszeichen 14 ausdrücklich zu beeinflussen.
In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird die Charakterisierung der Energieverteilung über dem Laserstrahlquerschnitt durch eine Filtereinrichtung bestimmt, die selektiv in dem Strahlengang positioniert ist, wobei das besondere, ausgewählte Filter für die durch den Ophtalmologen vorgeschriebene Hornhautabtragung geeignet ist, um Brechungsfehler des Patientenauges zu korrigieren. Dieses Verfahren wird detaillierter in der EP-A-0257836 offenbart. Kurz gesagt, es handelt sich bei einem ausgewählten Charakterisierungsfilter A um einen aus einer Vielzahl (A bis F), die an gleichmäßig beabstandeten Stellen auf einer Scheibe oder einem Revolverkopf 56 (Mehrstationshalter) getragen werden,das heißt winklig indexierbar um eine feste Achse 57. Der Durchmesser der Filteröffnungen an den Stellen A bis F kann etwas geringer als der des Strahls bei 10' sein, zum Beispiel eine Reduzierung des Strahldurchmessers um 0,5 mm, um so eine Toleranz für einen möglichen Ausrichtungsfehler zu schaffen.
Die Indexierdrehung wird durch eine Antriebseinrichtung 58 auf die Scheibe 56 in Zusammenwirkung mit der durch das Bezugszeichen 59 symbolisierten Einrichtung zur Bestimmung der genauen Lage jeder möglichen Indexierposition übertragen. Der Steuerungsweg oder Bus 33 von Fig. 1 schaltet den Computer in den Steuerkreis, der die Antriebs- und Positionsbestimmungseinrichtungen 58 bis 59 einschließt.
Ein Filter A kann durch ein Übertragungsprofil charakterisiert sein, das die maximale Strahlintensität in der Mitte durchläßt und das fortschreitend die Strahlintensität als eine ansteigende Funktion des Radius um die Mitte dämpft; solch ein Filter ermöglicht eine größte Abtragungstiefe in der Mitte des Strahls 14 und verringert sie fortschreitend auf Null oder auf eine im wesentlichen Null-Abtragung am Kreisumfang des Strahlquerschnitts. Solch ein Charakterisierungsfilter A findet für eine räumliche Formgebung der Hornhaut auf einen größeren Krümmungsradius bei korrigierender Reduzierung von Kurzsichtigkeit Anwendung.
In analoger Weise kann ein Charakterisierungsfilter B angeordnet werden, um eine räumliche korrigierende Reduzierung der Weitsichtigkeit zu bewirken, wenn die größte Strahlintensität am größten Radius der Kreisfläche der Hornhaut hindurchgeht, die optisch verbessert werden soll. In diesem Fall erhöht sich die Filterdämpfung des Strahls fortschreitend mit fallendem Radius, wodurch der Strahl 14 den Radius der Hornhautkrümmung reduzieren kann. In diesem besonderen Fall von Weitsichtigkeitsreduzierung ist es besser, wenn die Öffnung beim Bezugszeichen B größer ist, als die an anderen Filterörtlichkeiten, d. h. daß die Öffnung B nicht wirksam wird, um den Durchmesser des homogenisierten Strahls zu reduzieren, um so einen Kreisring zu bestimmen, der außerhalb der optisch korrigierten Fläche liegt; innerhalb dieses Kreisrings steigt die Dämpfungscharakteristik des Filters B vorzugsweise auf ein Maximum an dem äußeren Durchmesser, wodurch das Entstehen scharfer Kanten auf der geformten Oberfläche vermieden werden kann und das Nachwachsen des Epithels schneller fortschreiten kann.
In weiterhin analoger Weise kann ein Charakterisierungsfilter C angeordnet werden, um eine zylindrische Krümmungskorrektur zur korrigierenden Reduzierung eines astigmatischen Zustands des Auges 13 zu bewirken. Das Filter C kann so charakterisiert werden, daß es den zylindrischen Laserstrahl mit größter Intensität entlang einer Durchmesser-Ausrichtung durch die Mitte des Filters und mit einer seitlich symmetrischen Verteilung mit fortschreitender Strahldämpfung überträgt, die mit der seitlichen Versetzung aus der Durchmesser-Ausrichtung ansteigt. Die besondere Orientierung des so charakterisierten Strahls wird durch eine Strahldreheinrichtung 25 bewirkt, die ein Brechungsprisma sein kann, beispielsweise ein "Dove" oder "Delta" Prisma, die aber als ein sogenannter "K-Spiegel" gezeigt ist, der zur Drehung um die Ortsachse des charakterisierten Strahls montiert ist. Der Bus 35 von Fig. 1 ist so zu verstehen, daß er die Computer-Kontrolle eines Kantenantriebs 60 gemäß einer Abtastung der Winkelposition beim Bezugszeichen 61 ermöglicht, wobei dieselbe für ein vorgegebenes Verfahren in Übereinstimmung mit den Anforderungen ausgewählt und eingestellt worden ist, die aus einer vorherigen Untersuchung des Auges 13 erhalten wurden.
Bei Vorbereitung der Hornhaut zur Aufnahme eines Transplantats kann eine weitere Öffnungsstelle (z. B. D) einen Durchmesser aufweisen, der, nach Reduzierung beim Bezugszeichen 24 vorbestimmt worden ist, um eine formgebende Entfernung des Hornhautgewebes auf eine Größe vorzunehmen, die geeignet ist, das Transplantat aufzunehmen.
Die übrigen Scheibenabschnitte E und F können mit weiteren unterschiedlichen Filtern ausgerüstet sein, um z. B. eine Kurzsichtigkeitskorrektur oder Weitsichtigkeitskorrektur über Filterdichteverteilungen zu erhalten, die spezifisch verschieden von denen bei A und B sind. Oder diese Positionen können im Fall eines Qualitätsverlustes der Filter bei A oder B im Lauf einer weiteren Anwendung mit Ersatzfiltern ausgerüstet sein.
Der Sicherheitsverschluß 38 für eine ausfallsichere Betriebsweise ist schematisch gezeigt und hat ein drehbar um eine feste Achse angebrachtes Blatt 62, das ständig durch eine Spannfeder 63 auf seine erhöhte Position 62' vorgespannt ist, in der der Strahl 14 abgetrennt wird. Nur wenn ein Betätigungsmagnet 64 durch ein Eingangssignal im Steuerungsweg 37 betätigt wird, kann das Blatt 62 nach unten, in die in Fig. 2 mit einer durchgezogenen Außenkontur gezeigte Position, verstellt werden, um eine Strahlaussendung 14 auf das Auge 13 zu ermöglichen.
Die Teildarstellung von Fig. 2a ist lediglich beispielhaft für die alternative Verwendung der Indexiermaskentechnik der EP-A-0257836 anstelle der Charakterisierungsfiltertechnik, die in Verbindung mit der Scheibe 56 in Fig. 2 beschrieben wurde. Die Scheibe 66 von Fig. 2a ist mit einem computerkoordinierten Antrieb 67 versehen, der in Abhängigkeit von einer Positionsabtastung 68 betrieben ist, so daß computergesteuerte Strahlimpulsfolgen durch von einem zum nächsten Indexierort der Scheibe 66 fortschreitend unterschiedliche Maskenöffnungen begrenzt werden. Wenn diese Maskenöffnungen kreisförmig sind und fortschreitend unterschiedliche Radien aufweisen, dann entspricht die kumulative Wirkung einer indexierten Folge von Strahlimpulsen der in Richtung einer Kurzsichtigkeitskorrektur. Wenn diese Maskenöffnungen bei fortschreitender Breitenvariation langgestreckt rechteckig und für alle indexierten Positionen mit der mittleren Symmetrielängsachse einheitlich orientiert sind (z. B. genau radial), dann entspricht die kumulative Wirkung einer indexierten Folge von Strahlimpulsen einer Astigmatismuskorrektur mit der durch vorausgewähltes Einstellen der Bildorientierung über die Einrichtung 25 bestimmten Astigmatismuskorrekturachse.
Darüberhinaus wird Weitsichtigkeitskorrektur über die Indexiermaskentechnik ermöglicht, die aufeinanderfolgende, ringförmige Maskenöffnungen verwendet, in- denen (a) der Außendurchmesser in einem ganzen Kreisring außerhalb des Durchmessers der optischen Korrekturfläche unterschiedlich ist, (um eine glatte Kontur am nicht behandelten radialen Außenbereich der vorderen Oberfläche zu schaffen) und in denen (b) der Innendurchmesser in dem ganzen Bereich der optischen Korrektur unterschiedlich ist.
Die Strahlüberwachung, auf die sich das Bezugszeichen 40 in der Fig. 1 bezieht, wird in Verbindung mit Fig. 8 detaillierter beschrieben, in der ersichtlich ist, daß der Strahlteiler 46 zur Bewegung zwischen seiner normal eingezogenen Position (durchgezogene Umrandung) und seiner selektiv ausfahrbaren Position 46' drehbar montiert ist. Die Aufhängung des Spiegels 42 erlaubt eine begrenzte Drehbewegung aus seiner Reflexionsposition (gezeigt) in eine gegen einen Anschlag 69 zurückgezogene Position. Ein Verbindungsglied 70 (zwischen Kurbelarmen, die mit dem Strahlteiler 46 und dem Spiegel 42 verbunden sind) koordiniert die beschriebenen Verstellungen nach einer ferngesteuerten Ansteuerung einer einzelnen Betätigungseinrichtung 71 (Endlagenschalter).
In der eingezogenen Position des Strahlteilers 46 wird der homogenisierte Strahl 10' direkt auf Einrichtungen 23,24 zur Strahlprofilierung oder solch einer anderen Charakterisierung übertragen, wie sie für die Strahlaussendung (14) ausgewählt werden kann, während ein Teil des charakterisierten Strahls beim Bezugszeichen 42 an die Überwachungseinrichtung 40 reflektiert wird. In der ausgefahrenen Position (46') des Strahlteilers 46 wird ein Teil 73 des homogenisierten Strahls 10' auf die Überwachungseinrichtung 40 gerichtet, während der charakterisierte Strahlteil 72 durch eine Öffnung 42' des Spiegels 42 zu einer Dämpfungsfalle 74 geführt wird. Somit überwacht bei der beschriebenen Anordnung die Überwachungseinrichtung 40 normalerweise - einen Teil des charakterisierten Strahls, der beim Bezugszeichen 14 ausgesendet wird oder aussendbar ist, während das Abtasten des homogenisierten Strahls 10' nur selektiv zur Beobachtung geschieht.
In einer bevorzugten Anwendung enthält die Überwachungseinrichtung 40 eine Videokameraeinrichtung, die die vom Laser ausgesendete Ultraviolettstrahlung erfassen kann; beispielsweise ist das ein Ultricon-Erzeugnis von RCA, Modell TC-2000, das mit einer für ultraviolettes Licht empfindlichen Photokathode ausgerüstet ist. Die Vorrichtung 40 schließt eine strahlungsdämpfende Filtereinrichtung ein, wie sie zur Anpassung der abgetasteten Strahlintensität an den Empfindlichkeitsbereich des Ultricons notwendig ist. Nach der Digitalisierung beim Bezugszeichen 75 wird ein Rahmen (Bildfeld) des Video-Ausgangssignals des Ultricons durch einen Rahmengreifer 76 gespeichert, so daß nur digitalisierte Signale über den Bus (44) an den Computer 30 übertragen werden. Das Verarbeiten am Computer dient nicht nur der Bestimmung, ob eines oder mehrere Kriterien erfüllt worden sind, sondern auch, um eine oder mehrere Anzeigen der verarbeiteten Daten zu ermöglichen. Es ist ein Drucker 77 gezeigt, der zum Ausdrucken von ausgewählten computerverarbeiteten Strahlintensitätsdaten angeschlossen ist. Eine Einrichtung 78 kann die Daten für eine oder mehrere Anzeigearten am Bezugszeichen 79 verarbeiten; zum Beispiel kann die Anzeige 79 eine isometrische Anzeige von Intensitätsprofilen eines abgegriffenen Rahmens des beobachteten Strahlteils sein, wobei die Profile aus der Abtastung der X-Zeile bei schrittweisen Zuwächsen der kombinierten Versetzung in X-Richtung und in Y-Richtung von einer zur nächsten Zeilenabtastung erhalten werden. Alternativ und wie durch konzentrische Kreise in der Anzeige 79 der Zeichnung vorgeschlagen ist, können abgetastete Intensitätsvariationen die Anzeige farbig modulieren, so daß für eine Strahlcharakterisierung zur Bewirkung einer Weitsichtigkeitskorrektur näher zusammenliegende, konzentrische Kreise bestimmter verschiedener Farben einen gewünschten oder vorbestimmten Zustand von ausreichend starker, größter Intensität am größten Strahlradius bei hinreichender Fortschreitung der Intensitätsreduzierung auf ein Minimum (d. h. entsprechend einer vorbestimmten Mindestgrenze der Abtragung) in der Mitte des überwachten Strahls anzeigen können. Abweichungen von den Normkriterien für einen vorgegebenen Radius der bestimmten Farbmodulation können an der Anzeige bei 79 visuell überwacht oder durch geeignetes Bearbeiten am Computer 30 bewertet werden, um das Ausdrucken der Abweichungsdaten beim Bezugszeichen 77 zu ermöglichen. Solange solche Abweichungen innerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen liegen, wird ein Signal zur Betätigung des Verschlusses 38 durch einen Sicherheitssignal-Generator 80 an die Steuerungsleitung 37 des Verschlusses gegeben werden.- Der Begriff "Videokameraeinrichtung" 40 ist nicht einschränkend aufzufassen, so daß auch andere bekannte Verfahren alternativ angewendet werden können und deshalb von der Bedeutung dieses Begriffs umfaßt werden.
Zum Beispiel kann die Videokameraeinrichtung eine luminiszente Platte enthalten, die auf einfallende Ultraviolettstrahlung empfindlich reagiert und die ein ultraviolettes Bild in ein sichtbares Bild umwandelt und eine Videokamera, die für sichtbares Licht empfindlich ist und auf das sichtbare Bild fokussiert wurde.
Die Fig. 8 zeigt auch die Verwendung des Ausgangsignals der Videokameraeinrichtung für eine intensitätsmodulierte oder TV-Anzeige 81 des zur Zeit betrachteten Strahlabschnitts mit einer VCR-Einrichtung (82) (Video-Cassetten-Recorder) zur Speicherung des Teilstrahls, z. B. zu unterschiedlichen Beobachtungszeiten. Die strichpunktierten Verbindungen sind so zu verstehen, daß beim Bezugszeichen 83 die Möglichkeit angedeutet wird, die mit einem Video-Cassetten-Recorder aufgenommenen Daten für jeden vorgegebenen Rahmen anzuzeigen. Durch die Zwischenschaltung eines Zeilengreifers 84 mit Einrichtungen 85,86 zur unabhängigen Auswahl der X-Zeile (85) und unabhängiger Auswahl der Y-Zeile beim (86), kann die Anzeige entweder ein X-Zeilen-Intensitätsprofil über dem beobachteten Strahl oder ein Y-Zeilen-Intensitätsprofil sein. Für den Fall, daß es erwünscht sein sollte, den Durchmesser zu drehen, entlang dem Strahlintensitätsprofil, das zu beobachten ist, reicht eine Verstellung der X-Zeileneinstellung (85) auf ihre Mittelposition (Y=0) und lediglich die kontrollierte Winkelverstellung der Strahldreheinrichtung 25 um die Ortsachse des Strahls aus. Solch eine Drehung findet dann Anwendung, wenn ein zylindrisch gekennzeichnetes (astigmatisch korrigierendes) Intensitätsprofil beobachtet werden soll. In diesem Fall wird die Einrichtung 25 gedreht, bis die zentrierte X-Zeilenanzeige- (83) der Intensität in ihrer X-Ausdehnung flach ist, worauf eine Y-Zeilenauswahl zur Anzeige bei unterschiedlichen Werten der X-Position eine schnelle visuelle Beobachtung ermöglicht, ob die "zylindrische" Intensitätsverteilung für alle X-Werte der beim Bezugszeichen 86 ausgewählten Y-Achse um den Punkt Y=0 geeignet symmetrisch ist.
Die Fig. 9 und 10 dienen zur Veranschaulichung einer weiteren Strahlumlenk-Homogenisierungstechnik als Ersatz für die Filtervorrichtung 55 (Fig. 6), die eine geringere Y-Achsenbegrenzung des Laserstrahls 10 erfordert, als die 1/2-Unterteilungen, die in Fig. 3c für den Ausgang aus der Schablone 20 dargestellt ist. Somit ist zur Erläuterung der Fig. 9 und 10 die ganze H-Abmessung des vertikal ausgedehnten Laserstrahls 10", der in die Umlenkvorrichtung der Fig. 9 eintritt, als wesentlich größer als die W"-Ausdehnung zu verstehen, die in Verbindung mit den Fig. 5a und 5c beschrieben wurde. Dies erfolgt unter anderem aus dem Grund, daß die Vorrichtung aus Fig. 9 dazu vorgesehen ist, eine viel größere Spreizung der Quasi-Gaußschen Verteilung auf der Y-Achse zuzulassen, die den Austrittsstrahl 10 des Lasers 11 kennzeichnet.
Genauer gesagt enthält die Umlenkvorrichtung der Fig. 9 erste und zweite Strahlteilgrenzflächen 90, 91 zwischen einem mittleren optischen Dreiecksprisma 92 und zwei äußeren kleineren Dreiecksprismen 93, 94 und zusätzlich eine Eintrittsanordnung von beabstandeten Reflektoren 95,96 und äußere Reflektorpaare 97, 97' und 98, 98', die jeweils umgelenkte Komponenten des Strahls 10 abgeben.
Jeder der Reflektoren 95,96 wählt ein äußeres Drittel der erweiterten Höhenabmessung H aus, lenkt diese Bruchteile in entgegengesetzte Richtungen parallel zum Strahlengang in Längsrichtung des übrigbleibenden mittleren Drittels, aber seitlich von diesem versetzt zur weiteren Reflexion durch Spiegel 97,98 um. An der Längserstreckung des wirksamen Teils des Strahlteilers 90, der das mittlere Drittel des ankommenden Strahls 10 unterteilt, lenkt der Spiegel 97' das abgeteilte obere Drittel in eine kumulativ additive Beziehung hin zum mittleren Drittel ab. In ähnlicher Weise ist an der Längserstreckung des wirksamen Teils des Strahlteilers 91, der die addierten mittleren und oberen Drittel des Strahls 10 schneidet, der Spiegel 98' vorgesehen, um das abgeteilte untere Drittel zum mittleren Drittel und zum bereits addierten oberen Drittel zu addieren.
Die Fig. 10 zeigt graphisch das funktionelle Ergebnis dessen, was in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben worden ist, wobei die verwendete Höhe (H) des Laserstrahls 10 wesentlich größer ist (als diejenige, die in Verbindung mit der Fig. 3c beschrieben ist), um das meiste des Quasi-Gaußschen Intensitätsprofils P des Strahls 10 zu umfassen, wobei das Profil P mit den dick gestrichelten Linien dargestellt ist. Das obere Drittel dieses Profils P wird abgegriffen und durch die Spiegel 95, 97, 97' beim Bezugszeichen 90 zum mittleren Drittel addiert, wobei das so versetzte obere Drittel durch eine dünn gestrichelte Linie P' gezeigt ist. Ähnlich wird das untere Drittel dieses Profils P abgegriffen und durch Spiegel 96, 98, 98' zu den bereits kombinierten oberen und mittleren Dritteln beim Bezugszeichen 91 addiert. Das Nettoergebnis ist ein Ausgangsstrahl, der die H/3-Abmessung des mittleren Drittels und eine kumulativ addierte Y-Achsen- Intensitätsverteilung hat, wie es im wesentlichen durch das Profil PR mit der stark ausgezogenen Linie gezeigt ist.
Dieser Ausgangsstrahl mit im wesentlichen flachem Profil kann einer Bearbeitung mit anamorphotischen Linsen oder Prismen (wie in Verbindung mit Elementen 50,51 beschrieben wurde), unterzogen werden, um die H/3-Abmessung in Übereinstimmung mit der verwendbaren W'-Abmessung des am Anfang geformten Laserstrahls zu erweitern.
Es ist ersichtlich, daß die beschriebene Erfindung alle vorgegebenen Probleme löst und dem Chirurgen ein Präzisionsinstrument für eine gesteigerte Qualität und Sicherheit der Hornhautformgebungsverfahren liefert. Optische Systemkomponenten, zum Beispiel einschließlich der anamorphotischen Komponenten 50, 51 und der räumlichen Filterkomponenten, stehen von verschiedenen Lieferern, wie beispielsweise von Melles Griot, zur Verfügung, und es wird empfohlen, daß sie aus vakuumverschmolzenem Silica mit Ultraviolett-Qualität bestehen und vorzugsweise beschichtet sind, wie es für die verwendete Laserstrahlwellenlänge geeignet ist.
Obwohl die vom Computer (30) angesteuerten Einrichtungen 77, 78, 79 zweifellos für eine optimale Sicherheit und Überwachungssicherheit bevorzugt angewendet werden sollten, gewährleisten alleine die weiteren beschriebenen Überwachungseinrichtungen 81, 82, 83, 84 in Verbindung mit einer selektiven Handhabung der Einstelleinrichtungen 85, 86 für sich genommen eine ausreichend zuverlässige Überwachungsfunktion des Formgebungsverfahrens.
Der Einfachheit halber wurde für die diskutierten chirurgischen Verfahren vorausgesetzt, daß sie nur die Eliminierung oder die Reduzierung von optischen Fehlern betreffen, die der Topographie der Hornhaut zuzuschreiben ist und nicht diejenigen, die durch das Innere der natürlichen Linse eines vorgegebenen Auges hervorgerufen werden können.
Die beim Bezugszeichen 17 ermittelten Topographiedaten der Hornhaut sind aus Daten bestimmt worden, die aus einer vorherigen Untersuchung der Gesamtbeschaffenheit des Auges stammen. Aus einer solchen Untersuchung wird das Ausmaß der erforderlichen Korrektur ermittelt. Das erfindungsgemäße Hornhaut-Formgebungsverfahren geht von den Meßdaten der Topographie als Anfangspunkt aus, dem eine vorgeschriebene Kombination von am besten geeigneten sphärischen und/oder zylindrischen Abtragungsverfahren folgen muß, um durch Formgebungsmodifizierung der Topographie der Hornhaut einigermaßen die erwünschte Gesamtkorrektur der Beschaffenheit des Auges zu erhalten.
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und Verfahren beschrieben worden ist, können auch Modifizierungen durchgeführt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Wenn beispielsweise das Filter 55 von Fig. 2 weggelassen ist, wird ersichtlich, daß sich die Quasi- Gaußsche Verteilung der Fig. 5c derjenigen nähert, wie sie zum zylindrischen Abflachen zur Reduzierung eines Astigmatismus dienen kann; und um dieses Ergebnis mit der Vorrichtung der Fig. 2 zu erhalten, braucht man nur (a) ein Charakterisierungsfilter an einer der indexierbaren Öffnungen (z. B. F) des Revolverkopfes bzw. der Scheibe 56 wegzulassen und leitet dadurch den Strahl 10' direkt zum Kondensor 24 und die Strahldreheinrichtung 25, und (b) die Letztere auf eine Winkelposition einzustellen, bei der die Quasi-Gaußsche Verteilung über einer Durchmesserorientierung liegt, die für den zu korrigierenden Astigmatismus geeignet ist.
Weiterhin kann beispielsweise ebenfalls durch Weglassen des Filters 55 von Fig. 2, für einen begrenzten Bereich von Fällen, die eine Kurzsichtigkeitskorrektur erfordern, die Quasi-Gaußsche Verteilung sich derjenigen der Fig. 5c nähern, die zum notwendigen sphärischen, abflachenden Ergebnis führen kann. Um dieses Ergebnis mit der Vorrichtung der Fig. 2 zu erhalten, braucht man nur (a) ein Charakterisierungsfilter an einer indexierbaren Öffnung der Scheibe 56 wegzulassen und gibt dadurch den Strahl 10' direkt an den Kondensor 24 und die Strahldreheinrichtung 25 und (b) die Letztere für eine vorgegebene Anzahl von halben Drehungen im Lauf einer vorgegebenen Behandlung kontinuierlich zu drehen. In diesem kurzsichtigkeitskorrigierenden Betriebszustand ist es möglich, den begrenzten Bereich der Kurzsichtigkeitskorrektur durch eine kontrollierte Aufweitung der H-Verteilung der Lichtstromverteilung auszudehnen, wie von der ausgeprägten Krümmung der Fig. 3c (mit steilem Anstieg) zu der weniger ausgeprägten Krümmung der Fig. 4c . Die Strahldrehung wird im Lauf einer vorgegebenen Behandlung bei weniger ausgeprägter Krümmung (Fig. 4c) eine geringere Dioptrieänderung bewirken, als es die Strahldrehung an der stärker ausgeprägten Krümmung (Fig. 3c) vermag. Eine selektive Änderung der bestimmten Krümmung (z. B. zwischen oder größer derjenigen der Fig. 3c und 4c) wird beispielsweise durch selektive Relativdrehung von anamorphotischen Einrichtungen 50, 51 um quer zum Laserstrahl liegende Achsen und parallel zu den Längsachsen dieser Prismen ermöglicht.
Darüberhinaus kann für Fälle, bei denen sowohl Kurzsichtigkeits- als auch Astigmatismuskorrektur ermöglicht werden soll, die oben diskutierte Quasi-Gaußsche Verteilung angewendet werden, um diese beiden Korrekturarten bei einer gegebenen Behandlung zu erreichen, indem der Betrag der Bilddrehung als eine Funktion des Azimuts für jede Drehung geeignet programmiert wird. Die Programmierung wird so vorgenommen, daß eine größte Gesamtbelichtung entlang des die astigmatische Korrektur erfordernden Meridians erzeugt wird, während für dieselbe Behandlung eine ausreichende Gesamtbelichtung über die Gaußsche Verteilung für alle Azimut- Orientierungen erzeugt wird, um den gewünschten Betrag der Kurzsichtigkeitskorrektur zu erhalten. Mit anderen Worten ausgedrückt, der veränderliche Betrag der Drehung des Strahls mit Gaußscher Charakteristik sollte derart vorbestimmt sein, daß entlang der Astigmatismusachse eine längere Zeit, verglichen mit einer geringeren Zeit entlang der Achse senkrecht zur Astigmatismusachse, verbracht wird, um so eine kombinierte Astigmatismus- und Kurzsichtigkeitskorrektur zu erhalten.

Claims

1. Augenchirurgische Vorrichtung zum Operieren mit einem Laserstrahl auf einem Auge, um durch volumetrische, abtragende Gewebeentfernung von einem vorbestimmten Bereich der vorderen Hornhautoberfläche Krümmungskorrekturen der Hornhaut zu bewirken, wobei die Vorrichtung aus einer Lasereinrichtung (11) zum Aussenden eines Laserstrahls, der vorzugsweise im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, einer Einrichtung (12) zum Ausrichten des Strahls entlang eines Strahlengangs (10, 10', 10'') zur Einwirkung auf die Hornhaut auf eine Achse, die mit der optischen Achse (14) des Auges (13) übereinstimmt und einer Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) in dem Strahlengang (10, 10', 10'') zur Bestimmung der Lichtstromverteilung des Laserstrahls bei Einwirkung auf die vordere Hornhautoberfläche in dem Bereich besteht, um im Lauf einer vorbestimmten Belichtungszeit unterschiedliche Gebiete des vorbestimmten Bereichs der vorderen Hornhautoberfläche unterschiedlichen, sich addierenden Gesamtlichtflußbeträgen auszusetzen, wodurch eine gewünschte Krümmungskorrektur der Hornhaut erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin aus einer Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) besteht, die in dem Strahlengang zwischen der Lasereinrichtung (11) und der Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) vorgesehen ist.

2. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lasereinrichtung (11) aus einem Excimerlaser besteht, der einen Ausgangsstrahl erzeugt, der einen allgemein rechtwinkligen Querschnitt mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Intensitätsverteilung entlang einer ersten Längsabmessung und einer nicht gleichmäßigen Intensitätsverteilung entlang einer zweiten, relativ schmalen Abmessung, quer zur ersten, aufweist, wobei die nicht gleichmäßige Intensitätsverteilung einen niedrigen Intensitätswert an einem Extrempunkt der zweiten Abmessung hat und auf ein generell mittiges Maximum dieser zweiten Abmessung ansteigt und dann auf einen niedrigen Intensitätswert an dem anderen Extrempunkt der zweiten Abmessung abfällt.

3. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Intensitätsverteilung des Ausgangsstrahls entlang der zweiten Abmessung allgemein eine Gaußsche Verteilung ist.

4. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) eine mit einer Öffnung versehene Einrichtung (20) einschließt, die in dem Laserstrahlengang (10) positioniert ist, um die Strahlränder der ersten und der zweiten Abmessung auf eine vorbestimmte Größe zu begrenzen.

5. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Begrenzung der Strahlränder der zweiten Abmessung so ist, daß Strahlabschnitte mit einer Intensität von wenigstens etwa der Hälfte des Intensitätmaximums hindurchgehen.

6. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) eine Einrichtung (Fig. 9) zur additiven Kombination von niedrigen Intensitätsabschnitten an jeder Seite der zweiten Strahlabmessung mit dem dazwischenliegenden mittleren, höheren Intensitätsabschnitt einschließt.

7. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung (Fig. 9) zur additiven Kombination von niedrigen und höheren Intensitätsabschnitten der zweiten Strahlabmessung aus ersten und zweiten ebenen Reflektoren (95,96) besteht, die in dem Laserstrahlengang (10) positioniert sind, um Außenteile der zweiten Strahlabmessung gegenüber dem verbleibenden Mittelteil seitlich entgegengesetzt abzulenken - und erste und zweite Strahlreflexionseinrichtungen und Strahlkombinationseinrichtungen (97, 97' ,98, 98' ,92) zur Umlenkung der abgelenkten Außenteile und deren Kombination mit dem Mittelteil.

8. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) eine Strahlerweiterungseinrichtung (50, 51) enthält, die in dem Laserstrahlengang (10) untergebracht ist, um die zweite Strahlabmessung zu erweitern.

9. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Strahlerweiterungseinrichtung (50, 51) aus einem Paar von anamorphotischen Strahlerweiterungselementen besteht, die so orientiert sind, daß sie die zweite Strahlabmessung auf im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie die erste Abmessung erweitern.

10. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) eine räumliche Filtereinrichtung (52) enthält, die im Laserstrahlengang (10) der Strahlerweiterungseinrichtung (50, 51) folgt.

11. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) eine Lochmaske (53) aufweist, um an die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) einen Laserstrahl (10') mit einem vorbestimmten, kreisförmigen Querschnitt durchzulassen.

12. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) an die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) einen Laserstrahl (10') mit einem Strahlquerschnitt liefern kann, der wesentlich größer als der für die Beschickung auf das zu behandelnde Auge (13) erforderliche ist, wobei die- Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) die Strahllichtstromverteilung auf den Maßstab des größeren Strahlquerschnitts transformiert und wobei Strahlkondensoreinrichtungen (24) vorgesehen sind, um den transformierten Strahlquerschnitt auf die für die Hornhauteinwirkung erforderliche Fläche zu reduzieren.

13. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Strahlkondensoreinrichtung (24) aus einer Zoomlinse besteht.

14. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23) aus Lichtstromverteilungsfiltereinrichtungen besteht, die in den Laserstrahlengang (10') eingebaut sind.

15. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23) aus einem Mehrstationshalter (56) für eine Vielzahl von unterschiedlichen Lichtstromverteilungsfiltern (A bis F) und einer Einrichtung (58) besteht, mit der jeder ausgewählte Filter in den Laserstrahlengang (10') eingeführt werden kann.

16. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Strahlcharakterisierungseinrichtung (66) eine Einrichtung (66, 67) aufweist, die es ermöglicht, die Größe des Laserstrahls (10'') bei Hornhauteinwirkung nach einem vorbestimmten Programm zu variieren.

17. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Variierungseinrichtung (66,67) für die Strahlgröße aus einer Maskeneinrichtung (66) besteht, in der eine Reihe unterschiedlicher, die Strahlgröße bestimmender Öffnungen vorgesehen ist und eine Einrichtung (67), um die Maskeneinrichtung (66) so zu bewegen, daß die Öffnungen nacheinander in den Laserstrahlengang (10') geraten.

18. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) einen Strahl mit einer Lichtstromverteilung entlang einer Achse für die Astigmatismuskorrektur erzeugen kann und bei der in dem Laserstrahlengang (10'') aus der Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) eine Strahldreheinrichtung (25) angeordnet ist, um die Achse zur Ausrichtung mit der Astigmatismusrichtung zu drehen.

19. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) einen Strahl mit einer vorbestimmten krümmungskorrigierenden Lichtstromverteilung in einer einzigen Querschnittsrichtung erzeugen kann und bei der in dem Laserstrahlengang (10'') aus der Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) eine Strahldreheinrichtung (25) angeordnet ist, um während eines chirurgischen Eingriffs eine kontinuierliche Drehung des Laserstrahls um einen Winkel von wenigstens 180º zu bewirken.

20. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Lasereinrichtung (11) den Laserstrahl durch eine Öffnung in ein Gehäuse (18) hinein aussendet, das die Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) und die Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) enthält und der Laserstrahl aus dem Gehäuse (18) durch eine weitere Öffnung zur Einwirkung auf die Hornhaut ausgesendet wird, wobei das Gehäuse (18) im wesentlichen abgeschirmt ist, um einen Energieverlust des Laserstrahls zu verhindern.

21. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Gehäuse (18) eine Umfüllung aus einem Gas hat, das für die Laserstrahlung inert ist.

22. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine Strahlüberwachungseinrichtung (40) in dem Laserstrahlengang (10, 10', 10'') enthält, um eine Überwachung des Lichtstrahls zu ermöglichen.

23. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Strahlüberwachungseinrichtung (40) so eingerichtet ist, daß sie auf die abgegebene Lichtmenge aus der Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) reagiert, wobei eine Strahlabtasteinrichtung (41) in dem Laserstrahlengang (10'') stromabwärts von der Strahlcharakterisierungseinrichtung (23;66) vorgesehen ist.

24. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Strahlüberwachungseinrichtung (40) so eingerichtet ist, daß sie auf die abgegebene Lichtmenge der Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) reagiert, wobei eine Strahlabtasteinrichtung (46) in dem Laserstrahlengang (10') stromabwärts von der Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) vorgesehen ist.

25. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22, 23 und 24, wobei ein Computer (30) mit der Strahlüberwachungseinrichtung (40) verbunden ist, um deren Ausgangssignal zu analysieren.

26. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Computer (30) Daten speichern kann, die einen vorbestimmten Zustand des Lichtstrahls repräsentieren und den überwachten Lichtstrahl mit Bezug auf die Daten analysieren kann.

27. Augenchirurgische Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Computer (30) mit der Strahlhomogenisierungseinrichtung (22) und/oder der Strahlcharakterisierungseinrichtung (23; 66) verbunden ist, um deren Betriebsweise zu bestimmen.

28. Augenchirurgische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, die eine Blendeneinrichtung (38) enthält, die in dem Laserstrahlengang (10, 10', 10'') vorgesehen ist und in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Strahlüberwachungseinrichtung (40) gesteuert wird, um das Auge (13) nicht einer unerwünschten Laserbestrahlung auszusetzen.