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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft refraktive Laserablationssysteme
und insbesondere ein refraktives Excimerlaserablationssystem, in
dem eine Blendenkarte verwendet wird, die ein besonderes Ablationsprofil
erzeugt.
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Hintergrundtechnik
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Systeme
zum Reprofilieren des Auges für eine
refraktive Korrektur sind sehr populär geworden. Solche Systeme
verwenden typischerweise einen 193 nm Argonfluorid-Excimerlaser,
wobei das Licht auf das Hornhautgewebe geleitet wird, wo eine sehr präzise Gewebemenge
durch einen Laserschuss vom Auge "abgetragen" wird. Kommerziell werden verschiedene
Mechanismen und Systeme verwendet, z.B. Systeme, in denen eine feste
Strahlfleckgröße über die
Oberfläche
des Auges bewegt wird, Systeme, in denen die Strahlfleckgröße variiert
wird, und Systeme, in denen auflösbare
oder abtragbare Masken im Weg des Excimerlaserstrahls angeordnet werden.
Ziel all dieser Systemen ist es, das Profil der Hornhautoberfläche durch
volumetrisches Ändern der
Gewebemenge innerhalb der Hornhaut zu ändern. Außerdem wurden diese Techniken
unter Verwendung einer fotorefraktiven Keratektomietechnik (PRK)
auf der Oberfläche
der Hornhaut unter dem Epithel sowie unter Verwendung der als LASIK-Technik
oder "Laser in situ
Keratomileusis" bekannten Technik
im Innern der Hornhaut angewendet.
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Im
US-Patent Nr. 5376086 von Khoobehi et al. wird ein Laserchirurgieverfahren
zum Modellieren der Hornhaut eines Patienten beschrieben, wobei
ein Maskensystem mit mehreren Öffnungen
verwendet wird, in dem die Laserleistungsübertragung durch Beugung und
Absorption gesteuert wird. Jede Öffnung
in der Maske wirkt wie eine einzelne Lichtquelle, so dass die Laserleistung
als Funktion der Loch- oder Öffnungsgröße und -form
und durch Überzugsschichten
verteilt wird. Durch Aufsummieren der von jedem Öffnungsmuster ausgegebenen
Leistung über eine
vorgegebene Fläche
wird eine mittlere Leistungsverteilung erzeugt. Die Technik ist
jedoch eingeschränkt,
weil die Leistungsübertragung
der Maske nur für
eine bestimmte Hornhautoberfläche
angepasst ist, indem topographische Informationen dieser Oberfläche verwendet
werden. Die Hornhautoberflächentopografiedaten
bilden den Steuermechanismus zum Konstruieren des Maskenmusters.
Der Chirurg kann die Topografieinformation betrachten und dann das
Maskenmuster gemäß diesen
Topografieinformationen herstellten. Die Öffnungen dieser herkömmlichen
Maske haben eine Größe in der
Größenordnung
von 10 μm.
Beispielsweise kann eine Öffnung
kleiner sein, z.B. 0,6 μm,
und eine andere Öffnung
größer, z.B.
10 μm. In
jedem Fall übertragen alle Öffnungen
den Laserstrahl diffraktiv.
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In
der EP-A-714646 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Gewebe von
der Hornhaut eines Auges beschrieben. Die Vorrichtung weist ein
Lasersystem auf, das entweder einen breiten oder einen schmalen
Laserablationsenergiestrahl zum Abtragen von Hornhautgewebe erzeugen
kann. Aufgabe der Erfindung ist es, die während eines Ablationsvorgangs
zum Korrigieren einer Hornhautanomalie, z.B. Myopie, entfernte Hornhautgewebemenge
zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch Übertragen eines gewünschten
Querschnittsprofils für
die Hornhautabtragung auf den Laserstrahl mit Hilfe eines Blen denelements
gelöst.
Der Strahlfleck oder Strahlflecke, der (die) durch das Blendenelement
erzeugt wird (werden), kann (können)
dann die erwünschte
Strukturierung des Hornhautgewebes durch Ablation erzeugen. Der
das Blendenelement durchlaufende Laserstrahl nimmt die Form des Öffnungsbereichs
des Blendenelements an. Exemplarische Ausführungsformen der Öffnungsform
des Blendenelements sind sternförmige
Strukturen mit fraktalen, regelmäßigen oder
unregelmäßigen Rändern, Formen
eines Vielecks, z.B. eine Rechteck- oder eine Sechseckform, und
mehrere kreisförmige Öffnungen
mit verschiedenen Durchmessern. Das Blendenelement kann während der
Behandlung des Auges eines Patienten gedreht werden, um die gewünschte Ablationsstruktur zu
erhalten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der Laserablation
von Augengewebe, wodurch Nachteile herkömmlicher Verfahren vermieden oder
verringert werden.
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Kurze Beschreibung der
Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Blendeneinrichtung
für einen
Laserstrahl bereitzustellen, die in einem fotorefraktiven Scanning-Lasersystem
verwendbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß bestimmten
Merkmalen der Erfindung wird ein refraktives Laserablationssystem
für das
Auge, z.B. ein 193 nm Excimer-Lasersystem, zum Erzeugen eines spezifischen
Ablationsprofils mit "abgeflachter" Intensität, z.B.
eines Nicht-Gaußprofils
oder eines abgeflachten Gaußprofils
(truncated-Gausssian
profile), bereitgestellt, das hierin als "Soft-Spot"-Profil ("weiches" Intensitätsprofil)
bezeichnet wird. Der "obere
Abschnitt" des Soft-Spot-Profils
ist im wesentlichen abgeflacht, während die Seitenabschnitte
des Profils schräg
bzw. geneigt verlaufen, bis ein Ablationsintensi tätsschwellenwert
erreicht ist, wobei die Rand- oder Seitenabschnitte an diesem Punkt
in einen im wesentlichen vertikalen Verlauf übergehen. Das Profil wird unter Verwendung
einer Blendenkarte basierend auf Beugungseffekten erzeugt. Die Blendenkarte
weist vorzugsweise Öffnungen
mit einem Durchmesser von 1 und 2 mm auf, die von mehreren sehr
kleinen Löchern
umgeben sind und hierin als Soft-Spot-Blenden bezeichnet werden,
die es ermöglichen,
dass der Beugungseffekt des Laserlichts sich akkumuliert, um das
gewünschte
Profil zu erhalten. Außerdem
weist die Blendenkarte eine Blende zum Erzeugen eines Intensitätsprofils
mit Rechteckflanken auf [die hierin als "Hard-Spot"-Blende (Blende zum Erzeugen eines "harten" Intensitätsprofils)
bezeichnet wird] zum Prüfen
des Strahlflusses (Fluenz) des Excimerlasersystems auf.
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Die
Blendenkarte ist für
eine einmalige chirurgische Anwendung vorgesehen, weil sich ihre
Eigenschaften oder Kenngrößen mit
der Zeit ändern können, obwohl
dies für
einige Ausführungsformen nicht
unbedingt zutrifft. Die Karte wird vorzugsweise für eine einmalige
Verwendung von einem Blendenkartenhalter in das System geladen und
unter Verwendung eines Horizontal- und Vertikalbewegüngsrobotermechanismus
in Position gebracht. Dann bestimmt ein Lasersystem, ob die Blendenkarte
geeignet positioniert ist, und der Laserbetrieb wird blockiert,
wenn die Karte nicht innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen angeordnet
ist. Alternativ kann das Lasersystem die Position bestimmen und
das berechnete Ablationsprofil einstellen oder das optische System
einstellen, um eine fehlerhafte Ausrichtung der Blende in der Blendenkarte
zu korrigieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen refraktiven
Laserablationssystems für
das Auge;
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2 zeigt
die Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lasersystems
von 1 mit einer Blendenkarte;
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3 zeigt
einen in einer Ausführungsform der
Erfindung vorgesehenen Mechanismus zum Halten einer Blendenkarte
in Position;
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4 zeigt
eine andere Ansicht des Mechanismus von 3;
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5 zeigt
eine Ansicht eines Teils des Mechanismus von 3 mit der
Blendenkarte von 2 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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6 zeigt
eine andere Ansicht des Teils von 5, wobei
die Blendenkarte von 2 entfernt ist;
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7 zeigt
einen in einer anderen Ausführungsform
der Erfindung verwendeten Mechanismus zum Halten einer Blendenkarte;
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8 zeigt
einen 7 entsprechenden, alternativen Positionierungs-
und Ausrichtungsmechanismus für
die Blendenkarte;
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9 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung vorgesehenen Blendenmaske, die einen Teil einer Blendenkarte
bildet;
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10 zeigt
ein gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehenes rechteckiges räumliches Intensitätsprofil
einer Blende zum Erzeugen eines rechteckigen Intensitätsprofils,
die einen Teil der Blendenmaske von 9 bildet;
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11 zeigt
eine gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehene "Soft-Spot"-Blende (Blende zum
Erzeugen eines "weichen" Strahlflecks);
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12 zeigt
ein gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung durch eine Soft-Spot-Blende erzeugtes, geeignetes
Ablationsprofil;
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13 zeigt
einen Vergleich zwischen einem Rechteckprofil und einem Soft-Spot-Profil
für eine
Ausführungsform
der Erfindung; und
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14 zeigt
einen Vergleich zwischen einem Rechteckprofil und einem Soft-Spot-Profil
mit den jeweils erhaltenen Gewebeablationsprofilen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
ein exemplarisches Excimerlasersystem 10, in dem ein in
Verbindung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendetes System 12 zum Handhaben
oder Transportieren einer Blendenkarte für ein spezifisches Profil (auch
als lineares Translationsmodul bezeichnet) dargestellt ist. Das
System 12 nimmt die Position einer Irisblende für eine Strahlgrößendimensionierung ein.
Es ist in einem Rahmen zwischen einem Schwenkspiegel 13 und
einem Abtast- oder
Ablenkblock 14 (vgl. 1) angeordnet.
Das Excimerlasersystem ist typischerweise ein 193 nm Excimerlasersystem.
Es weist einen Excimerlaser 15 auf und arbeitet als Scanning-Lasersystem
unter Verwendung von Spiegeln (z.B. galvanometerbetriebene Präzisionsspiegel
für 193
nm), um den Laserstrahl zu geeigneten Punkten auf der Hornhaut in
einer Behandlungsebene 16 abzulenken. Vorzugsweise verwendet
das Lasersystem 10 ein Augennachführsystem mit einer Nachführgeschwindigkeit
von mindestens 100 Hz. Das Lasersystem 10 wird durch ein
Steuerungssystem 17, z.B. einen Computer, gesteuert. Das
Steuerungssystem kann ein Schussmuster zum Erzeugen eines gewünschten
Ablationsprofils lokal berechnen oder ein Ablationsprofil von einem
abgesetzten Ort empfangen, wie beispielsweise im US-Patent Nr. 5891132
mit dem Titel "Distributed
Excimer Laser Surgery System",
erteilt für
Hohla beschrieben ist. Solche Systeme sind Fachleuten bekannt. Au ßerdem können von
Excimerlasern verschiedene Laser verwendet werden.
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Auf
jeden Fall ist das System gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung dazu geeignet, eine Blenden- oder Anwendungskarte 100 aufzunehmen,
wie in 2 dargestellt ist. Die Karte 100 wird im
Laserweg des Excimerlasersystems exakt positioniert, so dass Licht Öffnungen
durchlaufen kann, die einen Teil der Blendenkarte bilden. In einer
Ausführungsform
ist die Blendenkarte ein Maskenhalter, der einem in einem kartenbasierten
System für
Chipkarten verwendeten Halter ähnlich
ist, der einen Satz aus mehreren Präzisionsbohrungen aufweist,
die als Bezugspunkte für
die geometrische Anordnung der Karte verwendet werden. Die Genauigkeit
dieser Vorrichtungen ist typischerweise bezüglich beiden Achsen besser
als 30 μm,
und die Fertigungsverfahren können
automatisiert und durch mikroskopische Messwerkzeuge kontrolliert
werden. In einer alternativen Ausführungsform wird die Blendenkarte
durch Druck- und Fixierpunkte in Verbindung mit einer Präzisionsbearbeitung
und -fertigung positioniert und ausgerichtet. Dadurch wird eine
Kartenpositionierung mit einer reproduzierbaren Genauigkeit in der
Größenordnung
von 5 μm
oder besser für
eine Einzelverwendung erzeugt.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Blendenkartensystems 12. 4 zeigt
eine andere Ansicht des Blendenkartensystems 12. Nachdem
das Lasersystem 10 aktiviert und Patientendaten in den
Computer 17 eingegeben wurden, fordert die Software bzw.
das Programm des Systems 10 dazu auf, die Blendenkarte 100 in
das System 12 einzuführen.
Ein Pfeil 101 zeigt die Richtung an, in die die Karte 100 in
das System 12 eingeführt wird,
vorzugsweise von einer Hülle
oder einem Halter (nicht dargestellt), der die Blendenkarte 100 schützt und
sauber hält.
Die Blendenkarte 100 wird von Hand durch einen Schlitz 102 in
einer ersten Orientierung, z.B. seitlich, zu einer Karteneinzug-
oder Aufnahmevorrichtung 103 (z.B. zu einem seitlichen
Lademechanismus) geführt,
obwohl dieser Vorgang bei anderen Ausführungsformen automatisch ausgeführt werden
kann. Die Karteneinzugsvorrichtung 103 zieht die Blendenkarte 100 in
das Lasersystem 10. Ein Aufnahme- und Positionierungsschlitten 104 (z.B.
ein vertikaler Lademechanismus) bewegt sich zur Karteneinzugsvorrichtung 103 vorwärts, wie
in 3 allgemein durch einen Pfeil 101' angezeigt ist, die
die Blendenkarte 100 zum Aufnahme- und Positionierungsschlitten 104 bewegt.
Der Aufnahme- und Positionierungsschlitten 104 bewegt sich
rückwärts, wie
in 3 allgemein durch einen Pfeil 101'' angezeigt ist, zu einer gewünschten
Blendenposition und lädt
die Blendenkarte 100 in einer zweiten Orientierung, z.B.
vertikal, für
eine exakte Positionierung und Verriegelung (z.B. in einer vertikalen
Position) im optischen Weg des Excimerlasers 15 durch Stifte,
wie nachstehend beschrieben wird. Dann fährt der Aufnahme- und Positionierungsschlitten 104 selbst
zu einer von der gesicherten Karte 100 entfernten Position
und aus dem Weg der Laserschüsse
heraus. Dann kann die Laserbehandlung des Auges beginnen.
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In
den 3 und 4 sind außerdem drei Positionierungslöcher 105 dargestellt,
die zum Positionieren der Karte 100 auf Stiften im Lasersystem 10 verwendet
werden, wie nachstehend beschrieben wird. In der Nähe der Mitte
der Karte 100 ist ein Blendenhalteschlitz 106 zum
Halten einer Blendenmaske 108 angeordnet. Die Maske 108 wird
im Schlitz 106 der Blendenkarte 100 angeordnet
und vorzugsweise in Position verleimt (verklebt).
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In 5 ist
die Blendenkarte 100 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung nach dem Transport in einem Blendenkartenhalter 200 des
Lasersystems 10 angeordnet. Wie er sichtlich ist, erstrecken sich
drei Stifte 202 durch Stiftlöcher 105 (vgl. auch 3)
zum exakten Positionieren der Blendenkarte 100 (ein Stift 202 ist
in 3 nicht sichtbar, und in 4 ist keiner
der Stifte sichtbar). Außerdem
ist in einigen Ausführungsformen
ein in den 3 – 5 dargestelltes
Ausrichtungsloch 204 als Bezugsposition für Laserausrichtungen
im Excimerlasersystem 10 vorgesehen, um die Blendenkarte 100 im
System auszurichten, bevor die Blendenkarte 100 verwendet wird.
Das Lasersystem bestimmt, ob die Blendenkarte 100 geeignet
positioniert ist, und die Laserfunktion wird blockiert, wenn die
Karte nicht innerhalb von Toleranzgrenzen positioniert ist. Alternativ
kann das Lasersystem 10 die Position bestimmen und das
berechnete Ablationsprofil einstellen oder ansonsten das optische
System einstellen und an die fehlerhafte Ausrichtung der Blende
in der Blendenkarte anpassen. 6 zeigt
die Stifte 202 detaillierter zusammen mit Haltevorrichtungen
oder Klemmen 208 zum Halten der Blendenkarte 100 (in 5 nicht
dargestellt) in Position im Blendenkartenhalter 200. Für Fachleute
ist ersichtlich, dass Modifikationen dieser Ausführungsform möglich sind,
um die Blendenkarte 100 in Position anzuordnen, z.B. kann
eine andere Anzahl von den Stiften 202 ähnlichen Stiften und eine andere Anzahl
von den Löchern 104 ähnlichen
Löchern
in der Blendenkarte 100 verwendet werden.
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Gemäß einem
in den 6 und 7 dargestellten alternativen
Aspekt dieser Ausführungsform
wird an Stelle von Ausrichtungslöchern
und Positionierungsstiften zum Positionieren, Ausrichten und Sichern
der Blendenkarte 100 ein druck-basierter Mechanismus verwendet. 7 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Blendenkartensystems 220 mit einer Struktur, die
teilweise der Struktur des in den 3 und 4 dargestellten
Blendenkartensystems 12 gleicht. Der Hauptunterschied besteht darin,
dass die Ausrichtungsstifte 202 (5) und die entsprechenden
Ausrochtungslöcher
(105) in der Blendenkarte 100 furch Fixierpunkte 222 und
Druckpunkte 224x , 224y ersetzt sind, wie in 8 dargestellt.
Gemäß einem
Aspekt dieser Ausführungsform weisen
die Fixierpunkte 222 drei gehärtete Zylinderstifte auf, die
mit hoher Genauigkeit in den Kartenhalter 26 eingepresst
sind. Die Karte 100 wird (in 8 gezeigt)
von rechts nach links in den Halter 226 gedrückt, bis
der linke Rand 227 der Karte den Fixierpunkt 222x berührt und der untere Rand 229 der
Karte Fixierpunkte 222y1 und 222y2 berührt. Die Karte wird durch die
Druckpunkte 224x , 224y , die vorzugsweise Federn sind, gegen
die Fixierpunkte gedrückt. Es
hat sich gezeigt, dass durch präzise
Fertigung der Karte 100, derart, dass die exakten Positionen
der Blenden bekannt ist, und dadurch, dass die Fixierpunkte an den
gleichen Positionen mit den Kartenrändern in Eingriff kommen, eine
reproduzierbare Positionierung der Karte mit einer Genauigkeit von ±5 μm oder besser
erreicht werden kann.
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Die
Maske 108 ist vorzugsweise aus einer lichtundurchlässigen oder
opaken Schicht auf Quarz konstruiert (die z.B. durch Aufdampfen
oder Beschichten oder als Überzug
aufgebracht wird). Die Schicht ist vorzugsweise eine mehrschichtige
Struktur mit einer auf einer Chromschicht angeordneten Titanschicht
und einer auf der Titanschicht aufgebrachten Goldschicht. Die mehrschichtige
Struktur besteht am bevorzugtesten aus einer auf einem Substrat
angeordneten, etwa 80 nm dicken Chromschicht, einer auf der Chromschicht
angeordneten, etwa 40 nm dicken Titanschicht und einer auf der Titanschicht
angeordneten, etwa 80 nm dicken Goldschicht. Durch die vorstehend
erwähnte
Schichtstruktur wird unerwünschte
Reflexion von Laserlicht vorteilhaft reduziert. Die Maske weist
eine "Soft-Spot"- Blende mit einem
effektiven Durchmesser von 2 mm (oder im wesentlichen 2 mm) (nachstehend
näher erläutert),
eine ähnliche "Soft-Spot"-Blende mit einem
effektiven Durchmesser von 1 mm (oder im wesentlichen 1 mm) und
eine mittige "Hard-Spot"-Blende zum Erzeugen einer
rechteckigen Intensitätsprofils
mit einem effektiven Durchmesser von 2 mm (oder im wesentlichen 2
mm) auf. Anders als die im vorstehend erwähnten US-Patent Nr. 5376086
beschriebene Maske ist das Muster der Maske 108 von Augentopographiedaten unabhängig und
kann für
eine beliebige Augentopographieoberfläche verwendet werden, z.B.
für eine beliebige
Hornhautoberfläche.
In Abhängigkeit
vom durch das Excimerlasersystem 10 verwendeten optischen
System kann der tatsächliche
Gesamtdurchmesser der vorstehend erwähnten Blenden größer oder
kleiner als das entsprechende auf ein Auge projizierte Bild- oder
Bestrahlungsmuster sein. Beispielsweise können typische Lichtflecke auf
dem Auge mit einem Durchmesser von 2 mm und 1 mm Blendenmustern
mit einem Gesamtdurchmesser von 3 mm bzw. 1,5 mm entsprechen.
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Die "Hard-Spot"-Blende zum Erzeugen
eines rechteckigen Intensitätsprofils
wird für
einen Fluenztest mit einer Standard-Fluenzplatte, z.B. einer auf beiden
Seiten mit Aluminium beschichteten Polyethylenfolie, verwendet.
Vorzugsweise wird der Fluenztest mit einer Hard-Spot-Blende zum
Erzeugen eines rechteckigen Intensitätsprofils für eine Systemkalibrierung ausgeführt, weil
es unter Verwendung eines rechteckigen Strahlprofils einfacher ist,
festzustellen, wie viele Schüsse
erforderlich sind, um eine schichtweise Materialabtragung zu erzielen
oder eine bestimmte Eindringtiefe zu erreichen, als unter Verwendung
eines durch eine Soft-Spot-Blende
erzeugten runden Ablationsstrahlprofils.
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9 zeigt
eine Blendenmaske 300, die ein Beispiel der Blendenmaske 108 ist,
die in den Blendenschlitz 106 eingepasst und vorzugsweise
in Position verleimt werden kann.
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Wie
in 9 dargestellt ist, hat eine mittlere Blende 302 mit "hartem" Rand einen Gesamtdurchmesser
von 3 mm oder im wesentlichen 3 mm und lässt einen Standardlaserlichtschuss
mit Rechteckflanken (d.h. Rechteckprofil) durch, wie beispielsweise
in 10 dargestellt ist. Eine "Soft-Spot"-Blende 304 mit
einem Gesamtdurchmesser von 3 mm weist einen Mittenblendenbereich 305 auf,
der von einem Muster mikroskopisch kleiner Löcher 306 umgeben ist,
die durch direkte Beugungseffekte das geeignete Ablationsprofil
erzeugen. Schließlich
hat eine dritte "Soft-Spot"-Blende 307 einen
Gesamtdurchmesser von 1,5 mm oder im wesentlichen 1,5 mm und weist ähnlich wie
die Blende 304 ebenfalls einen Mittenblendenbereich 308 und
kleine mikroskopische Löcher 309 auf,
um das geeignete Ablationsprofil zu erzeugen, wobei eine exemplarische
Ausführungsform davon
nachstehend in Verbindung mit 11 diskutiert
wird. Obwohl in 9 dargestellt ist, dass die Blendenmaske 300 eine
einzige Hard-Spot-Blende mit einem Durchmesser von 3 mm, eine "Soft-Spot"-Blende mit einem
Durchmesser von 3 mm und eine "Soft-Spot"-Blende mit einem
Durchmesser von 1,5 mm aufweist, könnten eine größere oder
kleinere Anzahl und mehr oder weniger Typen und möglicherweise
andere Durchmesser dieser Blenden in der Blendenmaske 300 verwendet
werden, wobei diese Ausführungsformen
oder Strukturen alle innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung eingeschlossen sind. Wie vorstehend diskutiert wurde,
werden durch diese Blenden typischerweise Lichtflecke mit größerem oder
kleinerem Durchmesser auf das Auge projiziert; hierin werden durch
die Blenden mit einem Durchmesser von 3 mm und 1,5 mm vorzugsweise
Lichtflecke mit einem Durchmesser von 2 mm bzw. 1 mm auf das Auge
projiziert.
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Vor
einem Ablationsprozess bewegt sich der Kartenhalter 200 (z.B.
seitlich) entsprechend dem gewünschten
Excimerla sersystem, um einen Fluenztest durchzuführen (wobei in diesem Fall
die mittlere 3 mm-Blende zum Erzeugen eines rechteckigen Intensitätsprofils
in Position angeordnet wird), und dann wird für die Laserablationen des Auges
entweder die "Soft-Spot"-Blende 304 (durch
die z.B. ein abgebildeter 2 mm-Strahlfleck erzeugt wird) oder 307 (durch
die z.B. ein abgebildeter 1 mm-Strahlfleck erzeugt wird) in Position
gebracht. Die "Soft-Spot"-Blenden werden im
Laserablationsprozess durch seitliches Bewegen der Blendenkarte 100 (z.B.
nach links und rechts) innerhalb des Blendenkartenhalters 200 in
Position gebracht.
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Auch
hier wird der Laserstrahl durch die "Soft-Spot"-Blenden 304 und 307 von 9 durch das
System 10 vorzugsweise auf 2 mm bzw. 1 mm oder im wesentlichen
auf 2 mm und 1 mm fokussiert. Die Blenden 302, 304 und 307 sind
vorzugsweise unter Verwendung einer beschriebenen, geeignet aufgedampften
Maske auf einer Quarzplatte 308 ausgebildet. Die Maske
kann dann unter Verwendung eines Laserätzsystems geeignet geätzt werden,
wie für Fachleute
ersichtlich ist. Alternativ können
eine Fotolithografietechnik, eine Siliciumwafertechnik, eine Chipkartentechnik
oder andere Techniken zum Herstellen der Maske 300 verwendet
werden.
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11 zeigt
eine detailliertere Darstellung einer exemplarischen "Soft-Spot"-Blende 350,
die für die "Soft-Spot"-Blenden 304 oder 307 verwendet werden
kann. Die dargestellte "Soft-Spot"-Blende 350 weist
eine den Blenden 305 und 308 von 9 ähnliche
mittlere offene Blende 352 auf, die von den mikroskopischen
Löchern 306 und 309 ähnlichen
mikroskopischen Löchern 354 umgeben
ist. Wenn das räumliche
Intensitätsprofil
einmal spezifiziert ist, können
verschiedenartige bekannte Techniken verwendet werden, um die Löcher auszubilden
und zu positionieren, wobei Fachleute in der Lage sind, eine solche
Blende herzustellen. Eine "Soft-Spot"- Blende (z.B. die Blende von 11),
durch die ein geeignetes räumliches
Intensitätsprofils
bereitgestellt wird, ist vom Fraunhofer Institut Siliziumtechnologie,
Fraunhoferstraße
1, D-25524 Itzehoe, Deutschland, und von anderen Quellen erhältlich.
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12 zeigt
ein gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung durch die "Soft-Spot"-Blende 304 erhaltenes
geeignetes Ablationsprofil (oder eine räumliche Intensitätsverteilung) 400.
In 12 ist das Profil normalisiert, und zur Vereinfachung
der Zeichnung ist nur eine Hälfte
des Profils 400 dargestellt, wobei das vollständige Profil 400 durch
Spiegelung um die Ordinatenachse von 12 erhalten würde. Die
Blende 307 würde
ein ähnliches,
jedoch schmaleres Profil erzeugen. Wie dargestellt ist, ist ein Mittelabschnitt 401 des
Blendenprofils 400 flach oder im wesentlichen flach, wohingegen
ein mit dem Abschnitt 401 zusammenhängender Randabschnitt 402 des
Profils 400 abgerundet ist. Der Abschnitt 401 ist vorzugsweise
symmetrisch um den Radius des Profils und erstreckt sich über etwa
60–80%,
vorzugsweise etwa 65–70%,
des Profils 400. An einem bestimmten Punkt z.B. an einem
Intensitätsschwellenpunkt 404,
an dem der Augengewebeablationsintensitätsschwellenwert nicht mehr
erreicht wird, fällt
das Profil 400 vorzugsweise rasch ab oder gemäß einer im
wesentlichen rechteckigen, vertikalen oder schrägen Flanke 406. Der
Ablationsschwellenwert und jegliche damit verbundenen Variationen
sind auf dem Fachgebiet bekannt. Die unter den Ablationsschwellenwert
fallende Energiemenge beträgt
vorzugsweise etwa 5% oder weniger der durch das Profil 400 erhaltenen
Gesamtenergie. Das Profil 400 ist nicht gaußförmig, und
seine Form kann beispielsweise zwischen einer Rechteck- und einer
Gaußform
oder einer abgeflachten Gaußform
liegen.
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Daher
wird ein automatisches System verwendet, um die Blendenkarte 100 an
der Position zu positionieren, an der die Blendenmaske 300 ein
Ablationsprofil mit einem im wesentlichen flachen oder abgeflachten
oberen Abschnitt, abgerundeten Flanken und im wesentlichen schrägen Seitenflanken
für die
Abtragung von Hornhautgewebe erzeugt. Außerdem kann die Karte 100 seitlich
in Positionen für
Laserschüsse
mit einem größeren Strahlfleck
mit "weicher Flanke", einem kleineren
Strahlfleck mit "weicher
Flanke" oder zu
einem zum Abstimmen der Fluenzwerte geeigneten Mittenabschnitt bewegt
werden.
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Ein
Vorteil des Profils 400 von 12 ist, dass,
weil es einen "flachen" oberen Abschnitt
aufweist, eine relativ gleichmäßige Abtragung
oder Ablation erhalten wird, wodurch unterstützt wird, dass die Seiten des
Ablationsbereichs steiler ausgebildet werden, obwohl das erhaltene
Gewebeprofil runder ist als bei einem Rechteckprofil. Dadurch werden, ähnlich wie
bei einem Gaußprofil,
außerdem
vorteilhaft "Schleier" (haze) vermieden,
die durch rechteckige Ablationsprofile entstehen können. Ziel
der Struktur und der Verwendung des Profils 400 ist es,
eine maximale Ablation pro Schuss zu erreichen, während der
mit rechteckigen Ablationsprofilen verbundene "Schleier" vermieden wird. Die Breite des flachen
Abschnitts und die Energiemenge unterhalb des Schwellenwertes werden,
wie vorstehend erörtert, gemäß diesem
Ziel festgelegt. Außerdem
wird durch die abgerundeten und vertikalen Ränder der "Treppenstufen" effekt typischer Ablationen mit rechteckigen
Ablationsprofilen reduziert, was die Heilung beeinflussen könnte. Außerdem kann
durch Verwendung des Profils 400 durch eine geeignete Struktur der
Maske 300 nahezu das gesamte Augengewebe entfernt werden,
das normalerweise durch ein rechteckiges Ablationsprofil entfernt
würde,
das beispielsweise durch die Blende 302 erzeugt wird, jedoch
mit abgerundeten und vertikalen Randabschnitten. Daher werden durch
das "Soft-Spot"-Profil beide Vorteile
des Gaußprofils
und des Rechteckprofils kombiniert.
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Obwohl
in 12 ein kleiner Abschnitt 408 des Ablationsprofils 400 vorhanden
ist, der möglicherweise
nicht den erforderlichen Ablationsschwellenwert erreicht, ist dieser
Abschnitt so gestaltet, daß er
nur einen sehr kleinen Teil des gesamten Ablationsprofils 400 ausmacht.
Für ein
Gaußprofil
fällt dagegen
typischerweise eine wesentlich größere Energiemenge unter den
Ablationsschwellenwert. Wenn der Ablationsschwellenwert nicht erreicht
wird, wird das Gewebe typischerweise nur erwärmt und nicht abgetragen. Ohne
Ablation wird einer der Vorteile eines 193 nm Lasers durch die erhaltene
Erwärmung reduziert.
Daher ist es wünschenswert,
diesen Effekt zu reduzieren, weil durch die Erwärmung eine spätere Ablation
des erwärmten
Gewebes oder von in der Nähe
befindlichem Gewebe beeinflusst werden kann, oder es können andere
Effekte auftreten, z.B. können
Kratzer oder Trübungen
erzeugt werden. Die Gesamtenergie unterhalb des Schwellenwertes
des Profils 400 ist vorzugsweise begrenzt, um die Erwärmung zu
reduzieren und gleichzeitig eine maximale Ablation zu erhalten.
Indem der Abschnitt 408 so gestaltet wird, dass er schmal
ist, wird die mögliche nachteilige
Erwärmung
unterhalb des Schwellenwerts reduziert oder minimiert. 13 zeigt
einen Vergleich zwischen einem Rechteckprofil (z.B. wenn die Blende 302 oder
eine ähnliche
Blende für
eine Ablation verwendet würde)
und dem durch eine weiche oder Soft-Spot-Blende erhaltenen Profil 400.
Ein kleiner Teil der Gesamtenergie des Profils 400 tritt außerhalb
des Rechteckprofils auf, wie durch den äußeren schraffierten Bereich
dargestellt ist.
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Im
Vergleich zu Standardablationsprofilen hat das Profil 400 von 12 viele
Vorteile, z.B. wird dadurch nahe zu das gesamte Augengewebe gleichmäßig entfernt,
das normalerweise durch ein rechteckiges Ablationsprofil entfernt
wird (z.B. typischerweise bis 90%, obwohl andere Strukturen möglich sind,
durch die z.B. 80% entfernt werden), seine Randabschnitte sind jedoch
noch immer "abgerundet", wodurch das durch
jeden Laserschuss entfernte Gewebe abgerundet wird. 14 zeigt
einen Vergleich zwischen einem Rechteckprofil 500 mit einem dadurch
erhaltenen Laserschussablationsprofil 504 im Augengewebe
und einem dem erfindungsgemäßen Profil 400 ähnlichen
Profil 502 mit einem dadurch erhaltenen abgerundeten Laserschussablationsprofil 506 des
Augengewebes. Durch Abrunden der Randabschnitte des durch jeden
Schuss entfernten Gewebes wird außerdem vorteilhaft ermöglicht,
dass Irisnachführsysteme
der Pupillenposition kontinuierlicher und präziser nachgeführt werden
können.
Dies ist der Fall, weil durch die Verwendung von rechteckigen Schussprofilen
der vorstehend diskutierte "Schleier" auf dem Auge auftreten
kann, bevor ein im LASIK-Verfahren gebildetes Hornhautscheibchen wieder
in Position gebracht wird, wodurch die Fähigkeit des Augennachführgeräts, der
Pupillenposition des Auges nachzufolgen, beeinträchtigt werden kann. Außerdem treten
weniger Heilungseffekte auf, und das Auge kann schneller wieder
eine natürlichen Sehfunktion
erreichen, wenn die Randabschnitte abgerundet sind.
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Die
Blendenmaske 300 von 9 (oder
die Blendenmaske 108, oder sogar die Blendenkarte 100 von 4)
können
schneller verschleißen
als eine typische Blendenkarte für
ein Excimerlasersystem. Dafür
gibt es verschiedene Gründe,
z.B. kann der für
die Blendenmaske 300 verwendete Quarz mit der Zeit etwas
trüber
werden. Weil vorzugsweise eine Chrombeschichtung auf Quarz verwendet
wird, ist es daher außer
hinsichtlich der Reproduzierbarkeit auch hinsichtlich chirurgischer
Vorsichtsmaßnahmen,
und um Ablationen höchster Qualität zu erhalten,
wünschenswert,
die Blendenkarte bei jeder Excimerbehandlung für einen neuen Patienten zu
ersetzen. Die Karte kann z.B. durch einen Laser zerschossen werden
oder eine elektronische Signatur erhalten, um die Karte für eine weitere
Verwendung zu sperren.
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Außerdem kann
die Blendenkarte 100 auch eine elektrische Schaltung aufweisen,
um dem Lasersystem 10 Information zuzuführen und auszuführende Verarbeitungen
oder Arbeitsabläufe
zu validieren. Beispielsweise kann die Blendenkarte 100 einen SLE
4428-Sicherheitschipspeicher aufweisen. Dieser ist typischerweise
mit verschiedenen Daten codiert, z.B. mit der Seriennummer der Maschine
(oder der Maschinen, wie beispielsweise bei einem Laserzentrum),
auf denen die Karte 100 zur Verwendung validiert wird,
mit der für
die bestimmte Karte 100 zulässigen Anzahl von Arbeitsabläufen, mit
Information darüber,
welche Behandlungstypen zulässig
sind, und auf der Karte können
gegebenenfalls für
Nachverfolgungszwecke eine Kontrollnummer und der Patientenname
gespeichert werden, nachdem die Behandlung abgeschlossen ist. Außerdem könnten bei ausreichender
Speicherkapazität
die aktuellen Behandlungsprofile oder Irisausrichtungs- und Verifizierungsdaten
gespeichert werden. Vorzugsweise verhindert die Elektronik die Verwendung
des Excimerlasersystems ohne geeignete Validation, z.B. durch eine
PIN-Nummer, und verhindert weitere Verwendungen der Karte 100.
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Es
können
verschiedene Techniken verwendet werden, um unter Verwendung dieser "Soft-Spot"-Blenden Ablationsprofile
für eine
spezifische refraktive Korrektur zu erzeugen, wobei das Lasersystem
das zum Erzeugen des Ablationsprofils erforderliche Schussmuster
bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Laserstrahlen
mit dem erfindungsgemäßen "Soft-Spot"-Intensitätsprofil in
einem Doppelmodus-Laserchirurgiesystem für das Auge verwendet. Im Doppelmodussystem (dual-mode
system) wird das Auge zunächst
hinsichtlich primärer
Hornhautdefekte, z.B. Myopie, Hyperopie und Astigmatismus, unter
Verwendung einer größeren, festen
Strahlfleckgröße behandelt
("geformt"). Dann wird eine
kleinere, feste Strahlfleckgröße verwendet, um
verbleibende Ungleichmäßigkeiten
zu entfernen ("Polierbehandlung"). Durch die größere Strahlfleckgröße wird
eine schnellere Behandlung ermöglicht. Durch
die kleinere Strahlfleckgröße wird
eine höhere Präzision bei
der Behandlung ungleichmäßiger Topografien
erreicht. Die Größe des größeren Strahlflecks entspricht
vorzugsweise einem relativ großen
Teil des typischen Bereichs der abzutragenden Hornhaut. Der größere Strahlfleck
hat typischerweise einen Durchmesser zwischen etwa 2 und 3,5 mm,
vorzugsweise von etwa 2 mm. Der kleinere Strahlfleck hat typischerweise
einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 1 mm und vorzugsweise
von etwa 1 mm. In der Internationalen Patentveröffentlichung WO 98/48746 wird
ein System mit zwei Strahlfleckgrößen (dual spot size system)
beschrieben, das ein 1mm und ein 2 mm großes rechteckiges Strahlfleckprofil
verwendet, die über
eine Hornhautoberfläche gescannt
werden, um ein gewünschtes
Ablationsprofil zu erzeugen. Als ein bestimmtes, nicht einschränkendes
Beispiel kann die 2mm-"Soft-Spot"-Blende verwendet
werden, um in einem ersten Durchgang mit niedrigerer Auflösung 80%
einer gewünschten Ablation
zu erhalten, und die restlichen 20% der Ablation werden durch die
1mm-"Soft-Spot"-Blende in einem
zweiten Durchgang mit höherer
Auflösung
erzeugt. Es sind andere relative Prozentanteile möglich.
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Unter
Verwendung der beispielsweise in der internationalen Patentveröffentlichung
WO 94/07447 beschriebenen Scanning-Techniken ("Plano-scan") können
die erfindungsgemäßen "Soft-Spot"-Blenden in einer
anderen Ausführungsform
zum Erzeugen eines beliebigen gewünschten Ablationsprofils, insbe sondere
von spezifischen Ablationsprofilen für ungleichmäßige Ablationen, verwendet
werden, die von einfachen myopischen, hyperopischen und astigmatischen
Profilen verschieden sind. Außerdem
können die
erfindungsgemäßen "Soft-Spot"-Blenden in einer anderen Ausführungsform
unter Verwendung der in der internationalen Patentveröffentlichung
WO 94/11655 beschriebenen Techniken zum Erzeugen spiralförmiger Schussmuster
und zufälliger
Schussmuster verwendet werden. Diese Techniken können durch eine einzige feste
Strahlfleckgröße erzeugte Ablationen
einschließen.
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Augentopografiesysteme,
z.B. das System ORBSCAN und ORBSCAN II® von
Bausch & Lomb/Orbtek®,
Inc., Salt Lake City, Utah, sind bekannt. Augentopografiedaten,
vorzugsweise höhenbasierte
Augentopografiedaten, einschließlich
Hornhauttopografiedaten, sowie Wellenfrontsensordaten, wie beispielsweise
im US-Patent Nr. 5777719, erteilt für Williams et al., beschrieben
ist, können
durch einen Augenchirurgen verwendet oder automatisch angewendet
werden, um für
die Sehfehlerkorrektur abzutragende Hornhautbereiche zu identifizieren.
Solche Techniken sind Fachleuten bekannt. Diese Daten können zur
Verwendung in Verbindung mit den erfindungsgemäßen "Soft-Spot"-Blenden und der erfindungsgemäßen Blendenkarte
umgeformt werden, um Ablationen durch eine Operation für eine spezifische
refraktive Korrektur auszuführen.
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Obwohl
vorstehend bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben
worden sind, ist für
Fachleute ersichtlich, dass basierend auf dem dargestellten erfindungsgemäßen Konzept
innerhalb des durch die beigefügten
Patentansprüche
definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung viele Änderungen und
Modifikationen und äquivalente
Ausführungsformen
möglich
sind.