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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Augenchirurgie zum Durchführen einer Behandlung
durch Bestrahlen eines Auges mit einem Behandlungs-Laserstrahl,
und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Ausrichten der optischen
Bestrahlungsachse eines optischen Laser-Bestrahlungssystems zum
Anwenden eines Behandlungs-Laserstrahls auf ein Patientenauge, und
auch auf eine Laser-Bestrahlungs-Steuervorrichtung,
die mit der Ausrichtung im Zusammenhang steht.
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Als
ein Gerät
zur Augenchirurgie für
die Durchführung
einer Behandlung durch Ausstrahlen eines Laserstrahls zur Behandlung
eines Patientenauges ist z.B. ein Gerät zur Hornhautchirurgie, das einen
Excimer-Laserstrahl verwendet, bekannt. Dieses Gerät wird für die Brechungskorrektur
durch Ändern
der Krümmung
der Hornhaut mit einem Excimer-Laserstrahl, der die Hornhautoberfläche bestrahlt,
verwendet.
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In
diesem Gerät
wird der Patient veranlasst, auf ein Fixierungsziel zu starren,
um die Position des Patientenaugapfels zu fixieren, und die optische
Bestrahlungsachse des optischen Laser-Bestrahlungssystem und das
Patientenauge werden unter Verwendung eines Ausrichtungsziels oder
dgl. in einer Linie in einem gewünschten
Zustand gebracht. Nach Beendigung der Ausrichtung wird ein Bereich
der Hornhaut zu einem festgelegten Ausmaß innerhalb eines vorgesehenen
Bereichs abgetragen.
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Wie
in der USP 6.159.202 offenbart, ist auch ein Gerät zur Hornhautchirurgie (Gerät zur Augenchirurgie)
mit einer automatischen Nachverfolgungsvorrichtung entwickelt worden.
Dieses Gerät
weist eine Funktion auf, bei der die optische Bestrahlungsachse des
optischen Laser-Bestrahlungssystem bewegt wird, um der Bewegung
des Patientenaugapfels zu folgen (nachverfolgen). Das Gerät macht
es möglich, die
Hornhaut vom Abtragen in einer ungeplanten Form zu schützen, während der
Bediener die Laser-Bestrahlung fortsetzt, ohne dass er die Bewegung
des Patientenaugapfels während
der Laser-Bestrahlung gewahr wird. Mit dieser Nachverfolgungsvorrichtung
wird ein Bild eines älteren
Bereiches des Patientenauges durch eine CCD-Kamera oder dgl. während der
Laser-Bestrahlung ständig
erhalten. Wenn dann auf der Basis des erhaltenen Bildes ermittelt
wird, dass die erfasste Position des Pupillenmittelpunktes aus einem
vorbestimmten ersten zulässigen
Bereich über
eine Referenzposition, wie z.B. die optische Bestrahlungsachse (z.B.
außerhalb
eines Bereichs von 0,005 mm im Radius von der Referenzposition),
hinausgeht, wird die optische Bestrahlungsachse einer Nachverfolgung
unterzogen, so dass die Position des Pupillenmittelpunktes und die Referenzposition
miteinander in einer Linie auf der Basis des erhaltenen Bildes sind.
Zusätzlich
wird die Laser-Bestrahlung
unterbrochen, wenn sich die Position des Pupillenmittelpunktes außerhalb
eines vorbestimmten zweiten zulässigen
Bereichs bewegt, wie z.B. dem Bildbereich der Kamera, dem beweglichen Bereich
der optischen Bestrahlungsachse, und einem Bereich mit großem Versatz
von der Referenzposition (z.B. einem Bereich von 1 mm im Radius
von der Referenzposition).
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Jedoch
ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit zusammen mit der Bilderfassung
durch die Kamera und der Bildbearbeitungsablauf geringer im Vergleich zur
Geschwindigkeit der Augapfelbewegung. Daher weist das automatische
Nachverfolgen der bekannten Technik eine leichte Verzögerung auf,
bis die optische Bestrahlungsachse einem Nachverfolgen unterzogen
oder die Laser-Bestrahlung unterbrochen wurde, nachdem das Patientenauge
bewegt wurde. Besonders in einem Fall, bei dem die Laser-Bestrahlung
unterbrochen wurde, kann ein unvorhergesehener Bereich während der
Verzögerung
bis zur Unterbrechung abgetragen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
der oben beschriebenen Probleme der bekannten Technik, ist es Aufgabe
der Erfindung, ein Gerät
zur Augenchirurgie zu schaffen, das zum Ausführen einer genauen Behandlung
durch Gewährleisten
einer entsprechenden Ausrichtung zwischen der optischen Bestrahlungachse
des optischen Laser-Bestrahlungssystems und des Patientenauges geeignet
ist.
- (1) Gerät zur Augenchirurgie, durch
das ein Laserstrahl zur Behandlung auf einen gewünschten Bereich eines Patientenauges
ausgestrahlt wird und zur Behandlung dieses Bereiches, das folgendes
aufweist:
Laserbestrahlungs-Vorrichtung mit einer Laserstrahlquelle
zum Aussenden des Behandlungslaserstrahles und ein optisches Bestrahlungssystem
zur optischen Führung
des Behandlungslaserstrahles, der von der Laserstrahlquelle auf
den Bereich ausgesendet wird;
Okkularbewegungs-Erfassungsvorrichtung
zum Ermitteln einer Potentialdifferenz zwischen einer Hornhaut und
einer Netzhaut, und zum Ermitteln einer Okkularbewegung des Patientenauges,
das auf der ermittelten Potentialdifferenz basiert; und
Bestrahlungs-Steuervorrichtung
zum Steuern der Bestrahlungsvorrichtung, die auf dem Ermittlungsergebnis
durch die Erfassungsvorrichtung basiert.
- (2): Gerät
von (1), wobei die Erfassungsvorrichtung eine Vielzahl an Elektroden
aufweist, die an der Peripherie um das Patientenauge herum anzuordnen
sind.
- (3): Gerät
von (2), wobei die Elektroden ein Elektrodenpaar aufweisen, das
an der Peripherie um das Patientenauge herum anzuordnen ist und
zumindest in entweder vertikaler oder horizontaler Richtung angeordnet
ist.
- (4): Gerät
von (1), wobei die Bestrahlungs-Steuervorrichtung die Bestrahlungsvorrichtung
so steuert, dass die Laserbestrahlung eingestellt wird, wenn die
Erfassungsvorrichtung eine Potentialdifferenz ermittelt, die nicht
kleiner als oder nicht größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
- (5): Gerät
von (1), das ferner folgendes aufweist:
Einstellvorrichtung
zur variablen Einstellung des Schwellenwertes, der auf den Eingabedaten
des Patientenauges basiert.
- (6): Gerät
von (1), das ferner folgendes aufweist:
Bewegungsvorrichtung
zur relativen Bewegung einer optischen Bestrahlungsachse des optischen Bestrahlungssystems
bezüglich
des Patientenauges; und
Bewegungs-Steuerungsvorrichtung zur
Steuerung der Bewegungsvorrichtung, die auf dem Ermittlungsergebnis
durch die Erfassungsvorrichtung basiert.
- (7): Gerät
von (6), das ferner folgendes aufweist:
Signal-Erzeugungsvorrichtung
zur Erzeugung eines Nachführsignals
zum Nachführen
der Bewegung des Patientenauges, wenn die Erfassungsvorrichtung
eine Potentialdifferenz ermittelt, die nicht kleiner als oder nicht
größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und wobei die Bewegungs-Steuerungsvorrichtung
die Bewegungsvorrichtung steuert, die auf dem Nachführsignal
basiert.
- (8): Gerät
von (1), umfassend:
Gerät
mit einem die Hornhaut betreffenden chirurgischen Gerät; und
die
Laserstrahlquelle, die einen Kaltlicht-Laserstrahl als Behandlungs-Laserstrahl
aussendet.
- (9): Gerät
zur Augenchirurgie, durch das ein Behandlungs-Laserstrahl auf einen gewünschten Bereich
eines Patientenauges ausgestrahlt wird und zur Behandlung des Bereiches,
umfassend:
Laser-Bestrahlungsvorrichtung mit einer Laserstrahlquelle
zum Aussenden des Behandlungs-Laserstrahles und ein optisches Bestrahlungssystem
zur optischen Führung
des Behandlungs-Laserstrahles,
der von der Laserstrahlquelle auf den Bereich ausgesendet wird;
Okkular-Bewegungs-Erfassungsvorrichtung
zum Ermitteln einer Potentialdifferenz zwischen einer Hornhaut und
einer Netzhaut, und zum Ermitteln einer Okkularbewegung des Patientenauges,
das auf der ermittelten Potentialdifferenz basiert;
Bewegungs-Vorrichtung
zur relativen Bewegung einer optischen Bestrahlungsachse des optischen Bestrahlungssystems
bezüglich
des Patientenauges; und
Bewegungs-Steuerungsvorrichtung zur
Steuerung der Bewegungsvorrichtung, die auf einem Ermittlungsergebnis
durch die Erfassungsvorrichtung basiert.
- (10): Gerät
von (9), das ferner folgendes aufweist:
Signal-Erzeugungsvorrichtung
zum Erzeugen eines Nachführsignals
zum Nachführen
der Bewegung des Patientenauges, wenn die Erfassungsvorrichtung
eine Potentialdifferenz ermittelt, die nicht kleiner als oder nicht
größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und
wobei die Bewegungs-Steuerungsvorrichtung
die Bewegungsvorrichtung steuert, die auf dem Nachführsignal
basiert.
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die behandelte Thematik,
die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-98411 (eingereicht am 31.03.2000) enthalten
ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Gesamtdarstellung eines Gerätes zur Hornhautchirurgie gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine Darstellung, die die Bewegungsvorrichtung zum Bewegen eines
Armbereichs und eines distalen Endbereichs des Armes des Gerätes darstellt;
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3 ist
eine schematische Darstellung eines optischen Systems und eines
Steuersystems des Gerätes;
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4 ist
eine schematische Darstellung eines Okular-Bewegungs-Erfassungssystems des Gerätes;
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5 ist
ein Schaubild, das ein Beispiel darstellt, in dem ein Bild, das
auf der optischen Bestrahlungsachse zentriert ist, in 16 Bereiche
unterteilt ist;
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6 ist
ein Schaubild, das ein Bild vom älteren
Bereich des Patientenauges, das durch eine CCD-Kamera aufgenommen wurde, darstellt;
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7 ist
ein Schaubild, das die Verteilung der Lichtmenge auf einer Linie
A-A' in 6 darstellt;
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8 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Erfassen der Okular-Bewegung
darstellt; und
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf des automatischen Ausrichtens
und Nachführens
erläutert.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezüglich der
Zeichnung wird eine Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung abgegeben.
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[Gesamtanordnung]
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1 ist
eine schematische Gesamtdarstellung eines Gerätes zur Hornhautchirurgie zum
Ausführen
einer Hornhautchirurgie unter Verwendung eines Kaltlicht-Laserstrahls.
Referenznummer 1 bezeichnet einen Hauptkörper des
Geräts,
in dem eine Kaltlicht-Laserlichtquelle und dgl. angeordnet ist.
Nr. 2 bezeichnet einen Armbereich zum Führen eines Kaltlicht-Laserstrahls vom
Hauptkörper 1 zum
distalen Endbereich 5 des Armes mit einer Laser-Bestrahlungsöffnung.
Der distale Endbereich 5 ist ferner mit einem optischen
Beobachtungssystem, das eine Binokular-Mikroskop-Einrichtung 3 und
eine Beleuchtungseinrichtung 4 aufweist, einem optischen
Erfassungssystem für
die Augapfelposition (die Systeme werden später genauer beschrieben), und
dgl. versehen. Der Armbereich 2 wird in X-Richtung (in
eine Links und Rechts-Richtung bzgl. des Bedieners) durch eine Armantriebsvorrichtung 31 in
X-Richtung, und
in Y-Richtung (eine Vor- und Zurückrichtung
bzgl. des Bedieners) durch eine Armantriebsvorrichtung 32 in
Y-Richtung bewegt. Ferner wird der distale Endbereich 5 des
Armes in eine Z-Richtung durch eine Armantriebsvorrichtung 33 in
Z-Richtung bewegt. Jede der Armantriebsvorrichtungen weist eine
bekannte Anordnung mit einem Motor, einer Gleitvorrichtung und dgl.
(siehe 2) auf.
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Die
Referenznummer 6 bezeichnet eine Steuereinrichtung, die
einen Steuerknüppel 7 zum Übermitteln
der Signale für
das Antreiben des Armbereichs 2 in die X- und Y-Richtung,
verschiedene Bedienschalter, und dgl. aufweist. Die verschiedenen Signale
von der Steuereinrichtung 6 werden an eine arithmetische
Steuer/Regeleinheit 30, die später beschrieben wird, gesendet.
Nr. 8 bezeichnet einen Fußschalter
zum Aussenden eines Triggersignals zur arithmetischen Steuer/Regeleinheit 30,
um die Laserausstrahlung anzuordnen. Nr. 9 bezeichnet einen Computer
zum Ausführen
der Eingabe verschiedener Daten auf der Basis notwendiger chirurgischer Bedingungen,
der Berechnung von chirurgischen Daten (Laser-Bestrahlungsdaten), der Anzeige, der Speicherung
und dgl., und weist eine Haupteinheit 90, einen Bildschirm 91,
eine Tastatur 92, eine Maus 93 und dgl. auf. Nr.
10 bezeichnet ein Bett für
einen darin liegenden Patienten.
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Referenznummer 50 bezeichnet
eine Anschlussvorrichtung zum Verbinden der Elektrodenleitungen,
die am Umfang des Patientenauges angeordnet sind, wobei in dieser
Ausführungsform
vier Anschlussvorrichtungen vorgesehen vorgesehen sind (eine genaue
Beschreibung wird später
abgegeben).
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[Anordnung verschiedener
Einrichtungen]
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3 ist
eine schematische Darstellung des optischen Systems und des Steuersystems
dieses Gerätes.
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<Optisches Laser-Bestrahlungssystem>
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Die
Referenznummer 11 bezeichnet eine Laser-Lichtquelle zum
Aussenden eines Kaltlicht-Laserstrahls (nachstehend einfach als
Laserstrahl bezeichnet) mit einer Wellenlänge von 193 nm. Der Laserstrahl,
der von der Laser-Lichtquelle 11 ausgesandt wird und einen
rechteckigen Querschnittsbereich aufweist, wird durch die Planspiegel 12 und 13 reflektiert.
Der Spiegel 13 wird parallel zur Bewegungsvorrichtung 35 bewegt,
wobei der Laserstrahl bewegt wird, um den gesamten Bereich der Öffnung einer
Blende 15 abzudecken. Die Nr. 14 bezeichnet eine Bilddreheinrichtung,
die durch eine Drehvorrichtung 36 gedreht wird, um den
Laserstrahl, der durch den Spiegel 13 reflektiert wird,
um die optische Bestrahlungsachse L1 zu drehen. Die Nr. 15 bezeichnet die
Blende zum Eingrenzen des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls,
und ihr Blendendurchmesser wird durch eine Veränderungsvorrichtung 37 geändert. Die
Nr. 16 bezeichnet eine Projektionslinse zur Projektion des Bildes
der Blende 15 auf die Hornhaut EC des
Patientenauges E. Die Blende 15 ist an einer konjugierten
Position der Hornhaut EC bezüglich der
Linse 16 angeordnet, so dass ein abzutragender Bereich
begrenzt wird, während
der Bereich, der durch die Blende 15 definiert ist, auf
die Hornhaut EC projiziert wird. Da solch
ein optisches System in der USP 5.507.799, USP 5.637.109 und dgl.
beschrieben ist, sollte beachtet werden, dass darauf Bezug genommen
wird.
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Die
Referenznummer 17 bezeichnet einen zweifarbigen Spiegel,
der die Charakteristik der Reflektion des Kaltlicht-Laserstrahls aufweist,
und der das sichtbare Licht und das Infrarotlicht überträgt, und
bei dem die optische Bestrahlungsachse L1 des optischen Laser-Bestrahlungssystems
mit der optischen Ermittlungsachse L2 einer Objektivlinse 18 des
optischen Beobachtungssystems und dem optischen Erfassungssystems
für die
Augapfelposition, die später
beschrieben werden, übereinstimmend gemacht
wird.
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<Optisches Beobachtungssystem>
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Die
Referenznummer 18 bezeichnet die Objektivlinse und Nr.
19 einen zweifarbigen Spiegel, der die Charakteristik der Übermittlung
des sichtbaren Lichtes und die Reflektion des Infrarotlichtes aufweist.
Das Strahlenbündel
eines Bildes eines älteren Bereichs
des Auges E, das durch das sichtbare Beleuchtungslicht von der Beleuchtungseinrichtung 4 beleuchtet
wird, wird auf der Mikroskopeinrichtung 3 durch den zweifarbigen
Spiegel 17, die Linse 18 und den zweifarbigen
Spiegel 19 einfallend hergestellt. Folglich kann der Bediener
das Auge E durch die Binokularmikroskopeinheit 3 beobachten.
Es sollte beachtet werden, dass eine nicht dargestellte Fadenkreuzplatte
im optischen Beobachtungssystem angeordnet ist, die als Bezug für die Ausrichtung
des Auges E in der X- und
Y-Achsenrichtung verwendet werden kann.
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Ein
optisches Zielvorgabe-Projektionssystem (Bezug nehmend auf USP 5.562.656)
mit zwei Spalten ist im optischen Beobachtungssystem angeordnet,
um somit die Ausrichtung in Richtung der Z-Achse herbeizuführen. Die
Nr. 20 bezeichnet eine Fixierungslampe, die auf der optischen Erfassungsachse
L2 angeordnet ist.
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<Optisches Erfassungssystem für die Augapfelposition>
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Die
Referenznummer 21 bezeichnet eine Infrarot-Beleuchtungs-Lichtquelle wie z.B.
eine LED, und vier Infrarot-Beleuchtungs-Lichtquellen 21 sind in 90°-Intervallen
mit der optischen Bestrahlungsachse L1 (die optische Erfassungsachse
L2) als Mittelpunkt angeordnet. Die Nr. 22 bezeichnet eine Bildlinse,
Nr. 23 einen Reflex-Spiegel, Nr. 24 einen Infrarot- Übertragungsfilter und Nr. 25
eine CCD-Kamera für
Infrarotlicht.
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Die
Strahlenbündel
eines Bildes eines älteren
Bereichs des Auges E, das durch das Infrarot-Beleuchtungs-Licht
beleuchtet wird, geht durch den zweifarbigen Spiegel 17 und
die Linse 18 hindurch und wird durch den zweifarbigen Spiegel 19 reflektiert.
Nachfolgend wird das Bild auf der Bildebene der Kamera 25 durch
die Linse 22, durch den Spiegel 23 und den Filter 24 abgebildet.
Gleichzeitig trennt der Filter 24 das sichtbare Licht,
das durch den zweifarbigen Spiegel 19 geringfügig reflektiert
wird.
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<Steuersystem>
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Die
Referenznummer 30 bezeichnet die arithmetische Steuer/Regeleinheit
zum Steuern des Antriebs der Laser-Lichtquelle 11, der Bewegungsvorrichtung 35,
Drehvorrichtung 36, Veränderungsvorrichtung 37,
einer Verschlussvorrichtung 38, die später beschrieben wird, und der
Antriebsvorrichtungen 31, 32, 33, und
dgl.
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<Okular-Bewegungs-Erfassungsvorrichtung>
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4 ist
eine schematische Darstellung des Okular-Bewegungs-Erfassungssystems
dieses Geräts.
In einem Organismus wird in jedem Bereich seines Körpers sehr
schwache Elektrizität
erzeugt. Dieses bezieht sich auch auf den Augapfel, wobei die Hornhautseite
ein Plus(+)-Potential, während
die Netzhautseite ein Negativ(–)-Potential
aufweist (dies wird als Ruhepotential des Augapfels bezeichnet), als
ob eine kleine Batterie innerhalb des Augapfels angeordnet ist.
Wenn sich der Augapfel bewegt (sich dreht), tritt eine Änderung
im umgebenden elektrischen Feld infolge des Ruhepotentials auf,
und wenn diese Änderung
unter Verwendung von Elektroden erfasst wird, kann die Okular-Bewegung
als eine elektrische Änderung ermittelt
werden (dieses wird als Elektro-Okulographie bezeichnet).
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Folglich
wird die Ausrichtung in diesem Gerät zwischen der optischen Bestrahlungsachse
L1 und der Augenposition E und der Steuerung der Laser-Bestrahlungsverbindung
mit der Ausrichtung auf der Basis der elektrischen Änderung,
die durch die Okular-Bewegung
hervorgerufen wird, herbeigeführt.
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Die
Referenznummern 55a bis 55d bezeichnen Elektroden,
die am Umfang des Auges E angeordnet sind, wobei Elektrodenkleber
oder Vinylband verwendet wird. Die Elektroden werden an Orten auf dem
kreisförmigen
Seitenrand (kreisförmigen
Rand) und auf horizontalen und vertikalen Linien angeordnet, die
durch die Pupille des nach vorne schauenden Auges hindurchgehen.
Es sollte beachtet werden, dass es verschiedene Typen von Elektroden
gibt, aber in dieser Ausführungsform
werden Silberboden-Elektroden für
das Elektrolenzephalogramm verwendet.
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Die
Referenznummern 57a und 57b bezeichnen Messeinrichtungen.
Die Elektroden 55a und 55b zum Erhalten der Horizontalbewegung
des Augapfels werden mit der Messeinrichtung 57a über entsprechende
Leitungen 56a und 56b und der Anschlussvorrichtung 50 verbunden,
so dass die Messeinrichtung 57a die Änderung in der Augenposition
in horizontaler Richtung als eine Potentialdifferenz misst. Die
Elektroden 55c und 55d zum Erhalten der Vertikalbewegung
des Augapfels werden mit der Messeinrichtung 57b über entsprechende
Leitungen 56c und 56d und der Anschlussvorrichtung 50 verbunden,
so dass die Messeinrichtung 57b die Änderung in der Augenposition
in vertikaler Richtung als eine Potentialdifferenz misst. Es sollte
beachtet werden, dass jede der Messeinrichtungen 57a und 57b mit
einem Filter, der die Spitzen kappt, um somit nur die gewünschte elektrische
Leistung herauszuholen (mit Ausnahme eines Elektromyogramms und
dgl., dass dem Orbicularis Oculi-Muskel des Auges oder dgl. zuschreibbar
ist), einem Verstärker
zum Verstärken
des sehr schwachen elektrischen Potentials (ungefähr 1 mV,
und ungefähr
gleich dem Wert eines Elektrokardiogramms), das die Okularbewegung
begleitet, einem Kalibrator, einem Verarbeitungsschaltkreis, der
später
beschrieben wird, usw., ausgerüstet ist.
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[Erfassung der Position
des Augapfels]
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung von einem Verfahren zur Erfassung der Position
des Augapfels unter Verwendung der Kamera 25 abgegeben. Da
ein Objekt, mit dem die optische Bestrahlungsachse L1 in einer Linie
steht, als Position des Pupillenmittelpunkts festgelegt wird, sollte
beachtet werden, dass eine Beschreibung in dieser Ausführungsform
für die
Erfassung der Position des Pupillenmittelpunkts abgegeben wird. 5 ist
ein Schaubild, das ein Beispiel darstellt, in dem ein erzieltes
Bild, das auf der optischen Bestrahlungsachse L1 (die optische Erfassungsachse
L2) zentriert ist, in 16 Bereiche unterteilt wird. 6 ist
ein Schaubild, das ein Bild eines älteren Bereichs des Auges E
darstellt, erzielt durch die Kamera 25. 7 ist
ein Schaubild, das die Verteilung der Lichtmenge auf einer Linie A-A' darstellt, das aus
den Bildsignalen von der Kamera 25 erzielt wird.
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Zuerst
wird die Information von der relativen Dichte des reflektierten
Lichts vom älteren
Bereich als Folge der Beleuchtung des Infrarotlichts von der Lichtquelle 21 ermittelt.
Bei dieser Erfassung wird, wie in 5 dargestellt,
ein zweidimensionales Bild, das durch die Kamera 25 erzielt
wurde, bearbeitet, so dass ein Bild, das auf der optischen Strahlungsachse L1
(die optische Erfassungsachse L2) zentriert wird, in 4 × 4, d.h.
16, Bereiche unterteilt wird (S1 bis S16). Von den Pixeln (125 Pixel × 125 Pixel)
in jedem Bereich wird eine vorab festgelegte Anzahl von Pixeln (z.B.
64 Pixel) gemäß der Erfassung
der relativen Dichte in Form von Pixel-Positionen vorübergehend festgelegt,
so dass die zu ermittelnden Pixel einheitlich innerhalb des Bereiches
verteilt werden (alle Pixel können
als das zu ermittelnde Objekt festgelegt werden, wenn aber eine
begrenzte Anzahl von Pixeln, die für die Erfassung notwendig sind,
als das zu ermittelnde Objekt festgelegt wird, kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit
erhöht
werden). Die Bildsignale von der Kamera 25 werden, nachdem
sie durch einen Verarbeitungsschaltkreis 41 digital umgewandelt worden
sind, einer vorbestimmten Verarbeitung unterzogen und in die arithmetische
Steuer/Regeleinheit 30 eingegeben. Die arithmetische Steuer/Regeleinheit 30 erhält relative
Dichtegrade von jedem voreingestellten Pixel für die entsprechenden Bereiche auf
der Basis der eingegebenen Signale. Da der relative Dichtegrad für jedes
Pixel digitalisiert worden ist, ist es möglich, Werte von relativer
Dichte zu erhalten, die z.B. numerisch in 256 Stufen mit 0 bis 255
Stufen auszudrücken
(die 0-Stufe ist die dunkelste, und die 255-Stufe die hellste).
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Auf
der Basis der Information relativer Dichtewerte der voreingestellten
Pixel für
die entsprechenden Bereiche ruft die arithmetische Steuereinheit 30 als
nächstes
die relative Dichteinformation eines vorbestimmten Bereiches (z.B.
20 Stufen) unter Verwendung der Stufe des niedrigsten (des dichtesten)
relativen Dichtewertes im Bereich als Bezugswert ab. Danach wird
die Anzahl der Pixel, dessen Dichtewerte innerhalb des vorbestimmten
Bereiches liegen, für
jeden Bereich gezählt,
und dann wird eine Bestimmung durchgeführt, ob die gezählte Anzahl der
Pixel die vorbestimmte Anzahl (z.B. 20) erfüllt oder nicht. Wenn die gezählte Anzahl
die vorbestimmte Anzahl (20) erfüllt, wird eine Bestimmung durchgeführt, dass
die Pupille (oder die Iris um die Pupille herum) innerhalb des Bereiches
angeordnet ist. Wenn die ausgezählte
Anzahl nicht die vorbestimmte Anzahl (20) erfüllt, wird
eine Festlegung durchgeführt,
dass die Pupille teilweise innerhalb des Bereiches oder dass Bereiche
mit niedrigen relativen Dichtewerten, z.B. die Augenwimpern, im
Bereich angeordnet werden, und daher wird festgelegt, dass die Pupille
nicht erfasst wird.
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Wenn
sich mehrere Bereiche ergeben, die die vorbestimmte Anzahl (20)
erfüllen
und die nicht miteinander benachbart sind, wird ein Vergleich mit der
gezählten
Anzahl der Pixel zwischen dem Bereich mit der größten Anzahl und dem Bereich,
der hierzu nicht benachbart ist, durchgeführt, und es wird ermittelt,
ob sich eine vorbestimmte abweichende Anzahl ergibt oder nicht (z.B.
10). Auch wenn die Augenwimpern oder dgl. an einer Position, die
von der Pupille entfernt ist, angeordnet sind, und wenn sich eine
Abweichung bei der gezählten
Anzahl der Pixel ergibt, wird deswegen eine Bestimmung durchgeführt, dass
die Pupille im Bereich mit der größten Anzahl angeordnet wird,
wobei dieser Bereich von dem der Augenwimpern oder dgl. unterschieden
wird. Wenn sich keine Abweichung von der vorbestimmten Anzahl (10)
ergibt, wird bestimmt, dass die Pupille nicht erfasst wird. Wenn
sich eine Abweichung von der vorbestimmten Anzahl (10)
ergibt, wird festgelegt, dass die Pupille im Bereich mit der größten Anzahl
von Pixeln angeordnet wird. Dann wird eine Ermittlung durchgeführt, ob
die Anzahl der in den vier Bereichen S6, S7, S10 und S11 gezählten Pixel,
die auf der optischen Bestrahlungsachse L1 (optische Erfassungsachse
L2) zentriert werden, einheitlich sind oder nicht (einheitlich in
einem vorbestimmten Bereich). Wenn sich eine Abweichung ergibt,
wird die optische Bestrahlungsachse L1 in die Richtung bewegt, aus
der die Abweichung auf der Basis der Position des Bereiches herkommt,
der als der Bereich festgelegt wurde, bei dem die Pupille präsent ist. Folglich
kann die Pupille näher
an die optische Bestrahlungsachse L1 abgebildet werden, so dass
es möglich
ist, im Wesentlichen den gesamten Bereich der Pupille (Pupillenbereich)
zu erfassen.
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Was
die Erfassung der Pupille auf der Basis der oben erwähnten relativen
Dichteinformation betrifft, sollte beachtet werden, dass die Teilung
des zweidimensionalen Bildes von der Kamera 25 in Bereiche
der Einfachheit halber eine Teilung in vier Bereiche sein kann,
die auf der optischen Bestrahlungsachse L1 (optische Erfassungsachse
L2) zentriert sind.
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Wenn
der im Wesentlichen gesamte Bereich der Pupille (Pupillenbereich)
erfasst worden ist, wird als nächstes
die Position des Pupillenmittelpunktes ermittelt. Da sich die Lichtmenge
im Auge abhängig von
der Pupille, der Iris und der Lederhaut unterscheidet, ist es möglich, die
Koordinaten der Position des Pupillenrandes aus der Information
der Verteilung der Lichtmenge zu ermitteln, wie in 6 und 7 dargestellt.
Von den Koordinaten der Position des Pupillenrandes ist es dann
möglich,
die Koordinaten der Position seines Mittelpunktes zu erhalten, d.h.,
die Position des Pupillenmittelpunktes. Da die Ermittlung der Position
des Augapfels in der USP 6.159.202 beschrieben ist, sollte beachtet
werden, dass darauf Bezug genommen wird.
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[Erfassung der Okularbewegung
(Augapfelbewegung)]
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Okularbewegungs-Erfassung
abgegeben. Es sollte beachtet werden, dass hier nur eine Beschreibung
der Erfassung der Okularbewegung in horizontaler Richtung abgegeben
wird. Die Potentialdifferenz (siehe 8A) wird
infolge der Änderung
in der Augenposition in horizontaler Richtung, die durch die Elektroden 55a und 55b erfasst
wird, abgerufen und durch die Messeinrichtung 57a verstärkt, und durch
den Verarbeitungsschaltkreis in der Messeinrichtung 57a der
Differenzierungsverarbeitung (siehe 8B) unterzogen,
um die Hochgeschwindigkeits-Okularbewegung zu ermitteln. Es sollte
beachtet werden, dass die Potentialdifferenz auf 0 eingestellt wird,
wenn das Auge E auf die Fixierungslampe 20 in einem Zustand
fixiert wird, bei dem die Ausrichtung zwischen der Position des
Pupillenmittelpunktes und der Referenzposition (die später beschrieben werden
wird), wie z.B. die optische Bestrahlungsachse L1, erreicht wird.
Ferner bewirkt der Verarbeitungsschaltkreis in der Messeinrichtung 57a eine chronologische
Additionsverarbeitung bezüglich
der Potentialdifferenzen, die der Differenzierungsverarbeitung unterzogen
wurden, und bestimmt, ob die Summe ein Niveau, das höher (auf
der Plus-Seite) als der vorbestimmte Schwellenwert (Th in der Zeichnung)
oder niedriger (auf der Minus-Seite) als der gleiche Schwellenwert
ist, erreicht hat (siehe 8C). Wenn
die Summe ein höheres
Niveau (die Plus-Seite) oder ein niedriges Niveau (die Minus-Seite)
bezüglich
des vorbestimmten Schwellenwertes erreicht hat, wird ein diesbezügliches
Signal zur arithmetischen Steuereinheit 30 gesandt, und
die arithmetische Steuereinheit 30 unterbricht die Laser-Bestrahlung auf der
Basis des somit zugesandten Signals (siehe 8D).
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Es
sollte beachtet werden, dass der Schwellenwert auf einen Wert eingestellt
wird, dessen Niveau höher
(auf der Plus-Seite)
oder niedriger (auf der Minus-Seite) als die Potentialdifferenz
zu einem Zeitpunkt ist, wenn die Position des Pupillenmittelpunktes
aus dem vorbestimmten ersten zulässigen Bereich
von der Referenzposition bewegt wurde (ein Bereich, der kein automatisches
Nachführen
erfordert, z.B. ein Bereich von einem Radius von 0,005 mm von der
Referenzposition), und dessen Niveau niedriger (auf der Plus-Seite) oder höher (auf
der Minus-Seite) als die Potentialdifferenz zu einem Zeitpunkt ist,
wenn die Position des Pupillenmittelpunkts aus dem vorbestimmten
zweiten zulässigen
Bereich, wie z.B. dem Bildbereich der Kamera 25, dem beweglichen
Bereich der optischen Bestrahlungsachse L1, und einem Bereich mit
großem
Versatz von der Referenzposition (z.B. ein Bereich von 1 mm Radius von
der Referenzposition) bewegt wurde.
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Vorzugsweise
wird der Schwellenwert auf einen Wert der Potentialdifferenz bei
einem Punkt eingestellt, bei dem die Fehlausrichtung einen Einfluss auf
das Abtragungsergebnis erzeugen kann. Dieser Schwellenwert kann
durch die Haupteinheit 90 des Computers 9 auf
der Basis der Daten des Auges E bestimmt und zur arithmetischen
Steuereinheit 30 übertragen
werden, die den Schwellenwert zu den Verarbeitungsschaltkreisen
in den Messeinrichtungen 57a und 57b abwechselnd
aussendet, um somit festgelegt zu werden. In dieser Ausführungsform
wird der Schwellenwert auf eine Potentialdifferenz bei einem Punkt
festgelegt, der mit einem Radius von 0,5 mm von der Referenzposition
angeordnet ist (ein durch diesen Schwellenwert definierter Bereich
wird als dritter zulässiger
Bereich bezeichnet).
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Es
sollte beachtet werden, dass die oben erwähnte Differenzierungsverarbeitung,
Additionsverarbeitung und dgl. nicht durch die Verarbeitungsschaltkreise
in den Messeinrichtungen 57a und 57b, aber durch
die arithmetische Steuereinheit 30 beeinflusst werden können.
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[Betriebsablauf des Gerätes]
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Für den Betriebsablauf
im Gerät
mit der oben beschriebenen Anordnung wird eine Beschreibung bezüglich des
Ablaufdiagramms, das in 9 dargestellt ist, abgegeben.
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Wenn
die Energieversorgung des Gerätes eingeschaltet
und das System gestartet wird, wird ein Menübild auf dem Bildschirm 91 des
Computers 9 angezeigt. Die Hornhautchirurgie, die einen
Kaltlicht-Laserstrahl verwendet, weist chirurgische Verfahren der
photorefraktiven Keratomie (PRK) und phototherapeutischen Keratomie
(PTK) auf, aber in diesem Fall wird das PRK auf dem Menübild ausgewählt. Der
Bediener gibt verschiedene Daten wie z.B. Werte der Brechkraft,
die im Voraus geprüft
wurden, chirurgische Bedingungen und dgl. über die Tastatur 92 des
Computers 9 ein. Die Haupteinheit 90 des Computers 9 berechnet
chirurgische Daten wie z.B. das Ausmaß der Hornhautabtragung und
dgl. auf der Basis der eingegebenen Daten. Die berechneten chirurgischen
Daten werden zur arithmetischen Steuereinheit 30 durch
die Betätigung
der Tastatur 92 und der Maus 93 übertragen.
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Nach
Beendigung der Eingabevorbereitungen lässt der Bediener den Patienten
sich auf dem Bett 10 niederlegen und ordnet den distalen
Endbereich 5, der mit der Laser-Bestrahlungsöffnung versehen
ist, oberhalb des Auges E an. Danach schaltet der Bediener die entsprechenden
Lichtquellen ein und bewirkt, dass das Auge E auf die Fixierungslampe 20 starrt.
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Der
Bediener beobachtet den älteren
Bereich des Auges E, das durch die Beleuchtungseinrichtung 4 beleuchtet
wird, unter Verwendung der Mikroskopeinrichtung 3, bewirkt
die Ausrichtung in die X- und Y-Richtung durch Betätigen des
Steuerknüppels 7,
so dass das nicht dargestellte Fadenkreuz und die Pupille ein vorbestimmtes
Verhältnis
aufweisen, und die Ausrichtung in Richtung der Z-Achse durch Betätigen eines
Fokus-Einstellschalters 60. Wenn
Signale auf der Basis des Steuerknüppels 7 und des Schalters 60 in
die arithmetische Steuereinheit 30 eingegeben werden, betätigt (treibt
an) die arithmetische Steuereinheit 30 die entsprechenden Antriebsvorrichtungen 31, 32, 33,
um den Armbereich 2 in X- und Y-Richtung und den distalen Endbereich
in Z-Richtung zu bewegen.
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Zur
Zeit der Ausrichtung wird, wenn ein automatischer Ausrichtungsschalter 61 auf
der Steuereinrichtung 6 auf EIN gestellt wird, ein automatischer Ausrichtungsmechanismus
aktiviert. Wenn das Auge E innerhalb eines Bereiches angeordnet
ist, in dem der Pupillenbereich und die Position des Pupillenmittelpunkts
im optischen Erfassungssystem der Augapfelposition ermittelt werden
kann, treibt das Gerät
die Armantriebsvorrichtungen 31 und 32 an, um
den Armbereich 2 in die X- und Y-Richtung zu bewegen, so
dass die Position des Pupillenmittelpunkts und die optische Bestrahlungsachse
L1 in einer Linie miteinander stehen.
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Ferner
wird in einem Fall, bei dem die Laser-Bestrahlung durch den Pupillenmittelpunkt
und die optische Bestrahlungsachse L1, die in einer Linie miteinander
stehen, durchgeführt
wird, und wenn ein Betriebsbereit-Schalter 62 an der Steuereinrichtung 6 auf
EIN gestellt wird, ein automatischer Nachführmechanismus aktiviert. In
diesem Fall wird eine vorbestimmte Position der Bildeinrichtung
der Kamera 25 (die Position der optischen Bestrahlungsachse
L1, wenn die automatische Ausrichtung durchgeführt wird) als Referenzposition
gespeichert, und das Nachführen
der optischen Bestrahlungsachse L1 durchgeführt, so dass die Position des
Pupillenmittelpunktes mit der Referenzposition (der Armbereich 2 wird
in die X- und Y-Richtung
bewegt) in einer Linie steht.
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Die
Position des Pupillenmittelpunktes, die durch Bearbeiten der Signale
von der Kamera 25 erzielt wird, wird mit der Referenzposition
nach Bedarf verglichen. Wenn sich das Auge dann in dieser Weise
bewegt, dass die Position des Pupillenmittelpunkts aus dem vorbestimmten
ersten zulässigen Bereich
bezüglich
der Referenzposition (z.B. aus einem Radius von 0,005 mm von der
Referenzposition heraus) bewegt wird, sendet die arithmetische Steuereinheit 30 ein
Nachführsignal
auf der Basis der Vergleichsinformation aus, und dadurch werden
die Armantriebsvorrichtungen 31 und 32 angetrieben, um
den Armbereich 2 in X- und Y-Richtung zu bewegen, so dass
die Position des Pupillenmittelpunkts innerhalb des ersten zulässigen Bereichs
bezüglich der
Referenzposition angeordnet wird.
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Wenn
sich ferner das Auge E in dieser Weise bewegt, dass die Position
des Pupillenmittelpunkts sich aus dem vorbestimmten dritten zulässigen Bereich
bezüglich
der Referenzposition (z.B. aus einem Radius von 0,5 mm von der Referenzposition
heraus) bewegt, weil die Bewegung des Augapfels, die über ein
vorbestimmtes Niveau hinausgeht, durch die Elektroden 55a bis 55d und
die Messeinrichtungen 57a und 57g ermittelt wurde,
betätigt
die arithmetische Steuereinrichtung 30 die Verschlussvorrichtung 38,
um die Laserbestrahlung zu unterbrechen.
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Wenn
die Position des Pupillenmittelpunkts sich innerhalb des vorbestimmten
zweiten zulässigen Bereichs
bezüglich
der Referenzposition (z.B. innerhalb eines Radius von 1 mm von der
Referenzposition) befindet, sendet die arithmetische Steuereinheit 30 zu
diesem Zeitpunkt ein Nachführsignal
auf der Basis der Vergleichsinformation, die durch die Kamera 25 erzielt
wurde, aus, und treibt die Armantriebsvorrichtungen 31 und 32 an,
um den Armbereich 2 in die X- und Y-Richtung zu bewegen,
so dass die Position des Pupillenmittelpunkts innerhalb des ersten zulässigen Bereichs
bezüglich
der Referenzposition angeordnet wird. Wenn die Position des Pupillenmittelpunkts
außerhalb
des vorbestimmten zweiten zulässigen
Bereichs bezüglich
der Referenzposition angeordnet ist, wird die Position des Pupillenmittelpunkts
so erstellt, dass sie durch manuelle Ausrichtung zumindest innerhalb
des zweiten zulässigen
Bereichs liegt. Folglich bewirkt die arithmetische Steuereinrichtung 30,
dass die Position des Pupillenmittelpunkts innerhalb des ersten
zulässigen
Bereichs bezüglich
der Referenzposition unter Verwendung des automatischen Nachführmechanismus
liegt.
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Wenn
sich die Position des Pupillenmittelpunkts innerhalb des ersten
zulässigen
Bereichs bezüglich
der Referenzposition unter Verwendung des automatischen Nachführmechanismus befindet,
wird die Verschlussvorrichtung 38 wieder in Betrieb gesetzt,
um einen Zustand zu erhalten, der die Laser-Bestrahlung erlaubt. Wenn der Bediener
nachfolgend den Fußschalter 8 betätigt, nimmt
die arithmetische Steuereinheit 30 die Laserbestrahlung
wieder auf (siehe 8D). Der Laserstrahl wird auf
das Auge E durch das optische Bestrahlungssystem aufgebraucht und
die Hornhaut EC wird auf der Basis der berechneten
chirurgischen Daten abgetragen.
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Im
Fall, bei dem die automatische Ausrichtung nicht verwendet wird,
und das automatische Nachführen
durchgeführt
wird, bei dem die Position der optischen Bestrahlungsachse L1, die
durch die manuelle Ausrichtung durch den Steuerknüppel 7 festgelegt
wurde, als Referenz eingestellt wird, wird die optische Bestrahlungsachse
L1 auf der Zielposition des Auges E durch manuelle Ausrichtung positioniert.
Wenn der Schalter 62 nach Beendigung der Ausrichtung eingeschaltet
wird, wird die Position des Pupillenmittelpunktes des Auges E als
die Referenzposition (d.h., die Referenzposition in diesem Fall
unterscheidet sich von der optischen Strahlungsachse L1) zu diesem
Zeitpunkt gespeichert. Danach kann das automatische Nachführen in
der gleichen Weise wie im Fall der automatischen Ausrichtung durchgeführt werden.
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Es
sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebene
Ausführungsform
begrenzt ist, und verschiedene Abänderungen möglich sind. Z.B. ist die Erfindung
auf andere Augengeräte
(ein Laserstrahl-Koagulationsgerät,
etc.) als das vorher genannte Gerät zur Augenchirurgie ebenfalls
anwendbar, und kann unabhängig
von der Konfiguration ihrer optischen Laser-Bestrahlungssysteme
angewendet werden. Zusätzlich
versteht es sich von selbst, dass die Erfindung auf Geräte anwendbar
ist, die nicht mit dem automatischen Ausrichtungs- und Nachführmechanismus
versehen sind.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform
das Ermittlungsergebnis der Okular-Bewegung nur für die Unterbrechung
der Laser-Bestrahlung verwendet wird, kann dieses Ergebnis zusätzlich für das automatische
Nachführen
verwendet werden. Die arithmetische Steuereinheit 30 schätzt die
Bewegungsrichtung (Rotation) und das Ausmaß der Bewegung (Rotation) des
Augapfels auf der Basis der Potentialdifferenz infolge der Änderung
der horizontalen Position des Auges, die durch die Elektroden 55a und 55b ermittelt
wird, und die Potentialdifferenz infolge der Änderung der Vertikalposition des
Auges, die durch die Elektroden 55c und 55d ermittelt
wird. Danach sendet die arithmetische Steuereinheit 30 ein
Nachführsignal
auf der Basis der Schätzung
aus, um die optische Bestrahlungachse L1 im Voraus zu bewegen. Folglich
kann das Nachführen
auf der Basis von Informationen des nachfolgenden Vergleichs zwischen
der Position des Pupillenmittelpunktes, die auf der Kamera 25 basiert,
und der Referenzposition effizient durchgeführt werden.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform
die optische Bestrahlungachse L1 und die optische Erfassungsachse
L2 miteinander übereinstimmend
gemacht wurden, müssen
diese Achsen ferner nicht miteinander übereinstimmend sein, wenn sie
ein vorbestimmtes Positionierungsverhältnis aufweisen. Es sollte
beachtet werden, dass in diesem Fall die entsprechende Position
der optischen Bestrahlungsachse L1 bezüglich der optischen Erfassungsachse
L2 im Voraus gespeichert ist.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform
die Elektroden und Messeinrichtungen zur einäugigen Anwendung für die Erfassung
der Okular-Bewegung erstellt wurden, können zusätzliche Elektroden und Messeinrichtungen
zur binokularen Verwendung eingerichtet werden. In diesem Fall reicht
es aus, wenn das Gerät
mit einer Eingabe-Auswahl-Vorrichtung und einem Schalter versehen
ist, um die Auswahl zwischen der Okular-Bewegungs-Erfassung des rechten und
des linken Auges zu ermöglichen.
Natürlich
kann in diesem Fall eine Abänderung
gemacht werden, indem die Anzahl der Anschlussvorrichtungen auf
z.B. 8 erhöht
wird.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform
die Steuerung der Laserbestrahlung durch die Verschlussvorrichtung 38 durchgeführt wird,
kann zusätzlich
die Ausstrahlung von der Laser-Lichtquelle 11 gesteuert
werden.
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Wie
oben beschrieben, kann die Ausrichtung gemäß der Erfindung zwischen der
optischen Bestrahlungsachse des optischen Laser-Bestrahlungssystems und des Patientenauges
angemessen durchgeführt
werden, wodurch es möglich
ist, eine genaue Behandlung auszuführen.