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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein
Gerät zum
Ausführen
von Augen-Laserchirurgieverfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Trennen von Lamellen in dem Stroma
des Auges. Die Vorrichtung wird zum Ausführen von Augen-Laserchirurgieverfahren
verwendet, die zur Neubildung oder Neustrukturierung der Hornhaut
eines Auges durchgeführt
werden, indem Fotodisruptions-Techniken zum Entfernen von Stroma-Gewebe
eingesetzt werden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird
insbesondere, aber nicht ausschließlich, zum Schaffen eines Lappens
in der Hornhaut eines Auges eingesetzt, der verschoben oder angehoben
werden kann, um Stroma-Gewebe zur Fotodisruption freizulegen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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In
den letzten Jahren wurde das so genannte LASIK-Verfahren erfolgreich
eingesetzt, um Sehschwierigkeiten bei einer beträchtlich großen Anzahl von Patienten zu
korrigieren. Zusammenfassend wird ein LASIK-Verfahren verwendet,
um die Hornhaut eines Auges neu zu bilden oder neu zu strukturieren,
um ihre Brechungseigenschaften zu ändern. Das Ziel dabei ist,
damit optische Anomalien zu minimieren und das Sehvermögen eines
Patienten durch Verändern
der Hornhaut-Form zu verbessern.
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Wie
Fachleuten bekannt ist, umfasst ein LASIK-Verfahren das Entfernen
von Stroma-Gewebe durch
Fotodisruption. Bei einem typischen LASIK-Verfahren wird diese Fotodisruption
unter Verwendung eines "Excimer"-Lasers ausgeführt. Excimer-Laser
sind jedoch am wirkungsvollsten, wenn sie für eine oberflächliche
Fotodisruption von Gewebe verwendet werden. Dementsprechend, wenn
ein Excimer-Laser für
die Fotodisruption von Gewebe verwendet wird, ist es notwendig,
das Zielgewebe, für das
die Fotodisruption durchgeführt
werden soll, auf irgendeine Weise freizulegen. In dem Fall eines
LASIK-Verfahrens
war es üblich,
sich mechanisch zu dem Zielgewebe Zugang zu verschaffen. Bisher
umfasste dies das Schaffen eines Hornhaut-Lappens, der verschoben
oder an gehoben werden kann, um das Zielgewebe freizulegen. Der "Excimer"-Laser wird dann
für die
Fotodisruption des freigelegten Stroma-Gewebes eingesetzt. Nachdem
die Fotodisruption von Gewebe durchgeführt worden ist, kann der Lappen
wie gewünscht
wieder über
dem Stroma positioniert werden. Ein Hauptvorteil dieses so genannten "Auf- und Zuklapp"-Vefahrens ("Flap and Zap" procedure) besteht
darin, dass Trauma für
die Epithel-Schicht an der Vorderfläche der Hornhaut minimiert
wird. Trauma für
das Stroma unter der Epithel-Schicht kann jedoch immer noch beträchtlich sein.
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US 5,993,438 zeigt ein Gerät für die Fotodisruption
von Gewebe der Hornhaut ohne mechanisch geschaffenen Lappen.
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Eine
allgemeine Kenntnis der Anatomie der Hornhaut eines Auges ist hilfreich
für das
Verständnis der
Probleme, mit denen man sich auseinandersetzen muss, wenn ein Hornhautlappen
geschaffen wird. Insbesondere umfasst die Hornhaut mehrere Gewebeschichten,
die sich strukturell voneinander unterscheiden. Der Reihenfolge
nach, von der Außenseite
des Auges ausgehend in Rückwärts-Richtung
zur Innenseite des Auges, umfasst die Hornhaut die folgenden verschiedenen
Schichten: eine Epithelschicht, die Bowman-Membran, das Stroma,
die Decimet-Membran und eine Endothel-Schicht. Von diesen verschiedenen
Strukturen ist das Stroma das ausgedehnteste und ist allgemein um
vierhundert Mikrometer dick.
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Im
Detail besteht das Stroma des Auges aus rund zweihundert erkennbaren
und unterscheidbaren Schichten von Lamellen. Jede dieser Lamellenschichten
in dem Stroma ist im Allgemeinen kuppelförmig, wie die Hornhaut selbst,
und sie erstrecken sich alle über
einen kreisförmigen
Bereich, der einen Durchmesser von etwa 6 Millimetern aufweist.
Im Gegensatz zu der Schicht, in der sich eine bestimmte Lamelle
befindet, erstreckt sich jede Lamelle über eine kürzere Strecke von nur etwa
einem Zehntel bis eineinhalb Millimeter. Auf diese Weise umfasst
jede Schicht mehrere Lamellen. Es ist von Bedeutung, dass jede Lamelle
viele Fibrillen umfasst, die in der Lamelle im Wesentlichen parallel
zueinander verlaufen. Die Fibrillen in einer Lamelle verlaufen jedoch nicht
allgemein parallel zu den Fibrillen in anderen Lamellen. Dies ist
der Fall sowohl zwischen Lamellen in der gleichen Schicht als auch
zwischen Lamellen in verschiedenen Schichten. Schließlich ist
anzumerken, dass in einer zu der Schicht senkrecht verlaufenden
Richtung die einzelnen Lamellen nur etwa 2 Mikrometer dick sind.
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Innerhalb
der oben beschriebenen allgemeinen Struktur gibt es wenigstens drei
wichtige Faktoren, die sich auf das Stroma beziehen, die insofern von
Interesse sind, als die Schaffung eines Hornhaut-Lappens betroffen
ist. Der erste dieser Faktoren ist struktureller Natur und ist hier
von Interesse, weil in dem Stroma eine beträchtliche Anisotropie vorliegt.
Insbesondere die Gewebestärke
innerhalb einer Lamelle beträgt
ungefähr
50 Mal die Stärke,
die durch das Adhäsionsgewebe
bereitgestellt wird, das die Lamellenschichten zusammenhält. Daher
ist viel weniger Energie erforderlich, eine Lamellenschicht von
einer anderen Schicht zu trennen (d.h. sie voneinander abzuschälen), als
für das
Schneiden durch eine Lamelle erforderlich wäre. Der zweite Faktor steht
in gewisser Weise in Zusammenhang mit dem ersten und umfasst die
Reaktion des Stroma-Gewebes auf Fotodisruption. Insbesondere wird
bei einem vorgegebenen Energieniveau in einem Fotodisruptions-Laserstrahl
die Blase, die durch Fotodisruption in dem stärkeren Lamellengewebe erzeugt
wird, merklich kleiner sein als eine Blase, die zwischen Lamellenschichten
erzeugt wird. Der dritte Faktor ist optischer Natur und ist hier
von Interesse, weil im Brechungsindex des Stroma zwischen aufeinander
folgenden Lamellenschichten eine Änderung vorhanden ist. Dies
ist auf Unterschiede in den Ausrichtungen von Fibrillen in den jeweiligen
Lamellen zurückzuführen. Wenn
in Erwägung
gezogen wird, einen Laserstrahl zu dem Zweck einzusetzen, einen
Hornhaut-Lappen in einem LASIK-Verfahren zu schaffen, können diese
Faktoren von Bedeutung sein.
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In
Anbetracht des Vorgenannten ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zum Trennen von Lamellen in dem Stroma
eines Auges bereitzustellen, das die Erwärmung des Stroma-Gewebes minimiert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
und ein Gerät
bereitzustellen, das einen Laserstrahl zum Trennen von Lamellen
in dem Stroma eines Auges verwendet, die rasch durchgeführt werden
kann, um die Fixationszeit eines Patienten zu minimieren. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Vorrichtung zum Trennen von Lamellen in dem Stroma, die übermäßiges Trauma
für das
Stroma-Gewebe in der Hornhaut vermeidet. Eine weitere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung
und eines Geräts zum
Trennen von Lamellen in dem Stroma, das einfach zu bedienen ist
und vergleichsweise kosteneffektiv im Betrieb ist.
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KURZDARSTELLUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Trennen
von Lamellen im Stroma eines Auges eine Einrichtung zum Ermitteln
einer Brennweite in dem Stroma, eine Einrichtung zum sequenziellen
Fokussieren eines Laserstrahls auf eine Vielzahl von Brennpunkten
in dem Stroma, um Fotodisruption von Stroma-Gewebe bei der Brennweite
durchzuführen,
um die Lamellen zu trennen und eine Fotodisruptions-Reaktion darauf zu
erzeugen, wobei die Fotodisruptions-Reaktion einen Durchmesser einer
Gasblase anzeigt, die während
der Fotodisruption des Stroma-Gewebes in dem Stroma erzeugt wurde,
und eine Einrichtung, um von einem ersten Energieniveau auf ein
zweites Energieniveau zu wechseln, wenn die Fotodisruptions-Reaktion
schwächer
ist als ein Bezugswert, und von dem zweiten Energieniveau auf das
erste Energieniveau zu wechseln, wenn die Fotodisruptions-Reaktion stärker ist
als der Bezugswert.
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Entsprechend
umfasst die Ermittlungseinrichtung einen Wellenfront-Sensor, mit
dem die Vorderfläche
der Hornhaut identifiziert werden kann.
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Die
Erfindung umfasst des Weiteren eine Vorrichtung zum Trennen von
Lamellen unter Verwendung eines Doppelbrechungs-Bezugs, der in einem
Fotodisruptions-Material generiert wird, die ein optisches System
zum Fokussieren eines Laserstrahls auf einen Brennpunkt in dem Material
umfasst, um eine Fotodisruptions-Reaktion darauf zu erzeugen, wobei
die Fotodisruptions-Reaktion einen Durchmesser einer Gasblase angibt,
die in dem Material während
der Fotodisruption des Materials erzeugt wurde, eine Computereinrichtung
zum Vergleichen der Fotodisruptions-Reaktion mit einem Bezugswert,
einen Mechanismus, um den Laserstrahl zu einem anderen Brennpunkt
in dem Material zu führen,
um Fotodisruption des Materials durchzuführen, eine Einrichtung zum
Wechseln der Energie in dem Laserstrahl von einem ersten Energieniveau
auf ein zweites Energieniveau, wenn die Fotodisruptions-Reaktion
schwächer
ist als der Bezugswert, und von dem zweiten Energieniveau auf das
erste Energieniveau, wenn die Fotodisruptions-Reaktion stärker ist
als der Bezugswert, und eine Einrichtung zum Erfassen des Doppelbrechungs-Bezugs
in dem Material, wenn das erste Energieniveau verwendet wird, wobei
der Doppelbrechungs-Bezug eine Grenzfläche zwischen Schichten von
Lamellen angibt.
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Zum
Betrieb der Vorrichtung der Erfindung gehört zunächst das Lokalisieren eines
Anfangspunkts in dem Stroma. Vorzugsweise befindet sich der Anfangspunkt
in einem Entfernung in dem Stroma, die sich ungefähr einhundertachtzig
Mikrometer von der Vorderfläche
der Hornhaut entfernt befindet. Sobald der Anfangspunkt lokalisiert
ist, wird für
Gewebe am Anfangspunkt Fotodisruption durchgeführt, um eine Blase zu erzeugen.
Die Größe dieser
Blase wird dann gemessen und mit einem Bezug verglichen, um zu bestimmen,
ob die Blase innerhalb einer Lamelle oder zwischen Schichten von
Lamellen erzeugt wurde. Wenn die Blase innerhalb einer Lamelle erzeugt
wurde, können
nachfolgende Blasen an verschiedenen Punkten in dem Stroma erzeugt
werden, bis die sich daraus ergebende Blasengröße angibt, dass zwischen Schichten
von Lamellen Fotodisruption auftritt. Anschließend wird ein Ellipsometer
wird verwendet, um einen Doppelbrechungszustand in dem Stroma zwischen
diesen Lamellenschichten zu erfassen. Insbesondere ergibt sich dieser
Doppelbrechungszustand aus einer Änderung in der Ausrichtung
von Fibrillen in den jeweiligen Lamellen und gibt die Grenzfläche zwischen
Schichten von Lamellen in dem Stroma an. Des Weiteren tritt von
Schicht zu Schicht von Lamellen eine Doppelbrechungsänderung
auf, die sich als Phasenänderung
von etwa einem halben Grad äußert. Es
sei daran erinnert, dass die Dicke der Lamellen rund 2 Mikrometer
beträgt. Die
Bedeutung all dessen ist, dass die Erfassung einer Doppelbrechungsänderung
eine Änderung
von einer Lamellenschicht zur anderen angibt. Daher kann sie dazu
verwendet werden, eine Brennweite in dem Stroma herzustellen und
aufrecht zu erhalten.
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Die
Fotodisruption von Gewebe entlang der Grenzfläche zwischen Schichten von
Lamellen in dem Stroma beginnt mit dem Fokussieren des Laserstrahls
auf einen Brennpunkt an der in dem Stroma hergestellten Brennweite.
Anfänglich
wird der Laserstrahl so eingestellt, dass er auf einem Energieniveau arbeitet,
das leicht über
dem Schwellenwert für
Fotodisruption von Stroma-Gewebe liegt, (d.h. über ungefähr eineinhalb Mikro-Joule für eine Punktgröße von 10
Mikrometer Durchmesser). Beispielsweise kann das anfängliche
Energieniveau, das für
den Laserstrahl verwendet werden kann, für einen Punkt von 10 Mikrometer
rund fünf
Mikro-Joule betragen. Wenn der Laserstrahl aktiviert wird, entsteht
in jedem Fall eine Fotodisruptions-Reaktion von dem Gewebe, die sich
aus dem speziellen verwendeten Energieniveau ergibt. Es ist wichtig,
dass sich diese Fotodisruptions-Reaktion entsprechend dem Energieniveau
des Laserstrahls verändert,
ebenso die Natur des Gewebes, das der Fotodisruption unterzogen
wird.
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Wie
für die
vorliegende Erfindung beabsichtigt, wird die Fotodisruptions-Reaktion
als der Durchmesser der Gasblase gemessen, die während Fotodisruption in dem
Stroma-Gewebe erzeugt wird. Diese Fotodisruption wird dann mit dem
oben erwähnten Bezugswert
verglichen, um zu bestimmen, ob das anfängliche Energieniveau für weiteres
Vorgehen ausreichend ist. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird dieser Bezugswert so
gewählt,
dass er einer hypothetischen Gasblase in dem Stroma entspricht,
die als Ergebnis von Fotodisruption einen Durchmesser von ungefähr fünfzehn Mikrometer
hätte.
Abhängig
von dem Unterschied zwischen der Fotodisruptions-Reaktion und dem
Bezugswert wird das Energieniveau des Laserstrahls entweder konstant
gehalten oder geändert.
Für die
vorliegende Erfindung liegt die Änderung
im Energieniveau zwischen einem relativ niedrigen Energieniveau,
(z.B. ungefähr
fünf Mikro-Joule
pro Punktgröße mit zehn Mikrometer
Durchmesser), und einem relativ hohen Energieniveau, (z.B. ungefähr fünfzehn Mikro-Joule pro
Punktgröße mit zehn
Mikrometer Durchmesser).
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Ein
Zustand, in dem die Fotodisruptions-Reaktion größer als der Bezugswert ist,
gibt an, dass die Fotodisruption von Gewebe in dem schwächeren Gewebe
auftritt, das sich an der Grenzfläche zwischen Lamellenschichten
statt innerhalb der Lamelle befindet. Dementsprechend wird weitere
Fotodisruption durch Aufrechterhalten des anfänglichen Energieniveaus des
Laserstrahls auf dem relativ niedrigeren Energieniveau und durch
Bewegen seines Brennpunkts auf der Brennweite zwischen den Lamellenschichten
durchgeführt.
Bei diesem Vorgang kann das Ellipsometer periodisch eingesetzt werden,
um sicherzustellen, dass die Fotodisruption an der gleichen Grenzfläche zwischen
Lamellen ausgeführt wird.
Dies wird so lange fortgesetzt, wie dieser Zustand andauert. Wenn
andererseits die Fotodisruptions-Reaktion geringer als der Bezugswert
wird, wird damit angegeben, dass der Brennpunkt sich nicht mehr
zwischen Lamellenschichten befindet. Daher muss das Energieniveau
auf ein höheres
Energieniveau erhöht
werden. Auch der Brennpunkt muss verschoben werden, bis die Fotodisruptions-Reaktion
im Wesentlichen größer als
der Bezugswert ist. An diesem Punkt, d.h. wenn die Fotodisruptions-Reaktion im Wesentlichen
größer als
der Bezugswert wird, wird angegeben, dass sich der Brennpunkt wieder zwischen
Lamellenschichten befindet. Das Energieniveau des Laserstrahls wird
dann auf den vorherigen niedrigeren Wert zurückgeführt. Falls ge wünscht kann
die Brennweite auch durch das Ellipsometer überprüft und wie erforderlich angepasst
werden.
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Beim
Betrieb der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Energieniveau
des Laserstrahls in der oben genannten Weise geändert, um der Grenzfläche zwischen
Lamellen zu folgen, und er wird so geführt, dass ein Lappen aus dem
Hornhaut-Gewebe geschaffen wird. Insbesondere wird der Brennpunkt
des Laserstrahls innerhalb einer Grenze bewegt, die im Allgemeinen
durch eine erste Kante und eine zweite Kante definiert werden kann. Insbesondere
zum Schaffen des Lappens sollte die erste Kante eine im Wesentlichen
gerade Linie zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt sein.
Die zweite Kante kann dann eine gekrümmte Linie zwischen dem ersten
Punkt und dem zweiten Punkt sein, wobei die gekrümmte Linie einen Krümmungsradius
um die optische Achse des Auges von ungefähr viereinhalb Millimetern
aufweist. Des Weiteren sollte diese gekrümmte Linie ungefähr auf der
optischen Achse des Auges zentriert sein und sich durch einen Kreisbogen
von ungefähr
zweihundertsiebzig Grad erstrecken.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
neuartigen Merkmale dieser Erfindung sowie die Erfindung selbst
sind hinsichtlich ihrer Struktur und Arbeitsweise am besten aus
den folgenden begleitenden Zeichnungen in Verbindung mit der dazugehörigen Beschreibung
zu verstehen, in der ähnliche
Bezugszeichen auf ähnliche
Teile verweisen:
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1 ist
eine schematische Darstellung in einem geschlossenen Rückkopplungs-Kontrollformat (closed-loop
feedback control format), das die Funktionskomponenten der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein logisches Ablaufdiagramm der sequenziellen Schritte, die durch
die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durchzuführen sind;
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3 ist
eine Querschnittsansicht der Hornhaut eines Auges;
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4 ist
eine Querschnittsansicht von Lamellenschichten in der Hornhaut eines
Auges; und
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5 ist
eine Draufsicht auf die Hornhaut eines Auges.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
erster Bezugnahme auf 1 werden die Funktionskomponenten
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch in einem Kontrollschleifenformat dargestellt
und werden allgemein mit 10 bezeichnet. Wie dargestellt,
umfasst die Vorrichtung eine Laserquelle 12, die vorzugsweise eine
durchgehende Folge von ultrakurzen Impulsen generieren kann, wobei
jeder Impuls eine Impulsdauer von ungefähr einer Pikosekunde aufweist.
Insbesondere ist es notwendig, dass jeder Impuls ein Energieniveau
aufweist, das über
dem Schwellenwert liegt, der für
die Fotodisruption von Stroma-Gewebe erforderlich
ist (d.h. über
ungefähr
eineinhalb Mikro-Joule pro Punktgröße mit 10 Mikrometer Durchmesser).
Die Vorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein Ellipsometer 14,
das die Doppelbrechungs-Eigenschaften innerhalb von Stroma-Gewebe
bestimmen kann. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Ellipsometer der im U.S.-Patent
Nr. 5,822,035 offenbarten und beanspruchten Art, das Bille für eine Erfindung
mit dem Titel "Ellipsometer" erteilt wurde. Des
Weiteren zeigt 1, dass die Vorrichtung 10 einen
Wellenfront-Sensor 16 umfasst, wie beispielsweise einen
Hartmann-Shack-Sensor, der eine Wellenfront modellieren kann. Zusätzlich umfasst
die Vorrichtung 10 Führungsoptiken 18,
die einen Laserstrahl auf vorgegebene Brennpunkte steuern und fokussieren
können.
Eine Stromversorgungseinheit 20 ist ebenfalls vorgesehen.
In Kombination wirken diese Komponenten miteinander zusammen, um
einen Laserstrahl 22 zu generieren, der mit einem vorgegebenen
Energieniveau auf einen Brennpunkt in der Hornhaut 24 eines
Auges 26 gerichtet ist. Die Kontrolle über diesen Vorgang, einschließlich des
Brennpunkts und des Energieniveaus, wird durch das Ellipsometer 14 und
den Wellenfront-Sensor 16 ermöglicht, um reflektiertes Licht 28 zu überwachen,
wenn es von der Hornhaut 24 reflektiert wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, dass der Betrieb
der Vorrichtung 10 der Erfindung damit beginnt, einen Anfangspunkt
herzustellen (Vorgangsblock 30). In 3 ist zu
sehen, dass dieser Anfangspunkt 32 in dem Stroma 34 der
Hornhaut 24 hergestellt wird. Insbesondere wird der Anfangspunkt 32 in
einer Entfernung 36 hergestellt, die von der Vorderfläche 38 der
Hornhaut 24 in einer Richtung gemessen wird, die im Wesentli chen
senkrecht zu der Vorderfläche 38 verläuft. Wie
für die
Vorrichtung 10 beabsichtigt, kann die exakte Stelle der
Vorderfläche unter
Verwendung des Wellenfront-Sensors 16 bestimmt werden,
und die Entfernung 36 kann dann beliebig um etwa einhundertachtzig
Mikrometer von der Vorderfläche 38 entfernt
gewählt
werden.
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Sobald
ein Anfangspunkt 32 in dem Stroma 34 hergestellt
worden ist, gibt der Vorgangsblock 40 in 2 an,
dass der nächste
Schritt darin besteht, Fotodisruption für Gewebe an dem Anfangspunkt 32 durchzuführen, um
eine Reaktion zu erzeugen (d. h. eine Blase in dem Stroma-Gewebe).
Wie durch den Abfrageblock 41 angegeben wird, wird diese
Reaktion dann mit einem Bezug (z.B. 15 μm) verglichen. Wenn die Reaktion
schwächer
ist als der Bezug, gibt der Vorgangsblock 43 an, dass der
Brennpunkt von dem Anfangspunkt 32 über eine Entfernung 42 (4)
verschoben werden sollte. Diese Entfernung 42 wird vorzugsweise
in einer vorderen Richtung abgenommen, (angegeben durch den Pfeil 44 in 4),
und beträgt
sehr wahrscheinlich weniger als 2 Mikrometer. Es ist jedoch klar,
dass in einigen Fällen
diese Entfernung 42 in einer rückwärtigen Richtung abgenommen
werden kann, (angegeben durch Pfeil 46 in 4).
In jedem Fall, wenn diese Bewegung von dem Anfangspunkt 32 aus
durchgeführt wird,
gibt der Abfrageblock 41 in 2 an, dass, wenn
die Reaktion stärker
als der Bezug wird, von der Hornhaut 24 reflektiertes Licht 28 durch
das Ellipsometer 14 überwacht
werden kann, um einen Doppelbrechungs-Bezug (Vorgangsblock 48)
zu bestimmen. Es kommt vor, dass dieser Doppelbrechungs-Bezug aufgrund
einer Veränderung
in der Ausrichtung von Gewebe in dem Stroma 34 bestimmt werden
kann und ist vielleicht am besten unter Bezugnahme auf 4 zu
verstehen.
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In 4 wird
ein Abschnitt des Stroma 34 in der Hornhaut des Auges 36 gezeigt,
der eine Vielzahl von Lamellen 50 enthält, für welche die Lamellen 50a, 50b,
und 50c nur beispielhaft sind. Dimensional weist jede der
Lamellen 50 in dem Stroma 34 eine Tiefe 52 auf,
die ungefähr
zwei Mikrometer beträgt, und
ein Breite 54, die zwischen ungefähr einem Zehntel und eineinhalb
Millimeter liegt. Somit weisen die Lamellen 50 jeweils
eine sehr dünne
Scheibenform auf. Anatomisch liegen die Lamellen 50 übereinander
in Schichten, die sich über
die Hornhaut 24 über
eine Entfernung 56 erstrecken, die ungefähr 9 Millimeter
beträgt.
Wie in 4 gezeigt, überlappen sich
die einzelnen Lamellen 50 in gewissem Ausmaß und sind
in gewisser Weise zufällig
angeordnet. Trotzdem erzeugen sie viele Grenzflächen-Schichten, die im Allgemeinen
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und sich vollständig über die Hornhaut 24 erstrecken.
Die in 4 gezeigte Grenzflächen-Schicht 58 ist
nur beispielhaft für
die vielen Grenzflächen-Schichten in der
Hornhaut 24.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung ist eine Grenzflächen-Schicht 58 in
zweierlei Hinsicht wichtig. Erstens ändern sich die Doppelbrechungs-Eigenschaften
von Stroma-Gewebe
in der Lamelle 50 an der Grenzflächen-Schicht 58. Es
sei aus der vorherigen Beschreibung daran erinnert, dass die Änderung
in den Doppelbrechungs-Eigenschaften auf Änderungen in der Ausrichtung
von (nicht gezeigten) Fibrillen in der Lamelle 50 zurückzuführen ist.
Zweitens ist das Stroma-Gewebe entlang der Grenzflächen-Schicht 58 schwächer als
Stroma-Gewebe in der Lamelle 50. Dementsprechend kann das
Stroma-Gewebe entlang der Grenzflächen-Schicht 58 effizient
einer Fotodisruption mit niedrigeren Energieniveaus unterzogen werden.
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Wenn
Stroma-Gewebe einer Fotodisruption unterzogen wird, geschieht es,
dass eine Blase in dem Stroma 34 ausgebildet wird. Bei
einer vorgegebenen Art von Gewebe ist die Größe der Blase, die ausgebildet
wird, eine Funktion des Energieniveaus in dem Laserstrahl 22.
In diesem Fall gilt, je höher das
Energieniveau, um so größer die
Blase. Des Weiteren ist für
ein vorgegebenes Energieniveau die Größe der Blase, die ausgebildet
wird, eine Funktion der Art von Gewebe. In diesem Fall gilt, dass
mit dem gleichen Energieniveau das stärkere Gewebe zu einer kleineren
Blase führt,
und das schwächere
Gewebe zu einer größeren Blase
führt.
Unter Berücksichtigung
dieser Tatsache sind die in 4 (nicht maßstabsgetreu)
dargestellten Blasen 60 und 62 zu betrachten,
die unter Verwendung eines gleichen Energieniveaus in dem Laserstrahl 22 ausgebildet
würden.
Die größere Blase 60 wird
im Allgemeinen in schwächerem
Gewebe an der Grenzflächen-Schicht 58 zwischen
der Lamelle 50a und 50b gezeigt. Andererseits
ist die kleinere Blase 62 in stärkerem Gewebe innerhalb der
Lamelle 50b dargestellt. Erfreulicherweise, wie für die vorliegende
Erfindung verwendet, dienen die jeweiligen Größen der Blasen 60 und 62 als
Fotodisruptions-Reaktionen, die durch den Wellenfront-Sensor 16 unter
Verwendung relativ bekannter Wellenfront-Techniken gemessen werden. Dementsprechend
kann die Fotodisruptions-Reaktion einer Blase 60 oder Blase 62 mit
einem Bezugswert verglichen werden, und das Energieniveau des Laserstrahls 22 kann
wie gewünscht
geändert
werden.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 und unter Berücksichtigung
der vorhergehenden Erläuterung
unter Bezugnahme auf 4 ist klar, dass die kombinierten
Funktionen von Abfrageblock 41 und Vorgangsblock 48 darin
bestehen, die Grenzflächen-Schicht 58 zu
ermitteln. Dies wird erreicht, wenn das Ellipsometer 14 eine
Doppelbrechungs-Änderung
erfasst. Es kommt vor, dass diese Doppelbrechungs-Änderung
sich in der Größenordnung
von plus oder minus einem halben Grad bewegt. Es ist von Bedeutung,
dass die Ermittlung der Grenzflächen-Schicht 58 eine
Brennweite für
den Laserstrahl 22 festlegt, die eine Kombination aus den Entfernungen 36 und 42 ist.
Dann kann die Vorrichtung 10 damit beginnen, Fotodisruption
für Stroma-Gewebe
durchzuführen
(Vorgangsblock 64).
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Vorgangsblock 64 in 2 gibt
an, dass wenigstens anfänglich
die Vorrichtung 10 Fotodisruption für Stroma-Gewebe mit einem relativ
niedrigen Energieniveau durchführt,
z.B. ungefähr
5 Mikro-Joule pro Punktgröße mit 10
Mikrometer Durchmesser. Wenn, wie oben angegeben, Fotodisruption
mit diesem Energieniveau in der Grenzflächen-Schicht 58 beginnt, wie
beabsichtigt, ergibt sich daraus eine relativ große Blase 60.
In jedem Fall, wie durch den Abfrageblock 66 angegeben,
wird die sich daraus ergebende Blase (Fotodisruptions-Reaktion)
mit einem Bezugswert verglichen, um zu bestimmen, ob Fotodisruption
auf diesem Energieniveau fortgesetzt werden soll (Abfrageblock 66).
Für die
vorliegende Erfindung entspricht der Bezugswert einer (nicht gezeigten)
hypothetischen Blase in Stroma-Gewebe, die einen Durchmesser von
ungefähr
15 Mikrometer hätte.
Wenn die sich daraus ergebende Blase in dem Stroma 34 eine Fotodisruptions-Reaktion
aufweist, die größer als
der Bezugswert ist, wird damit die Tatsache angegeben, dass Fotodisruption
in schwächerem
Gewebe in der Grenzflächen-Schicht 58 stattfindet.
In diesem Fall kann der Abfrageblock 67 selektiv dazu verwendet werden,
zu bestimmen, ob sich der Doppelbrechungs-Bezug geändert hat.
Eine solche Änderung würde sich
in der Größenordnung
von einem halben Grad bewegen und angeben, dass für eine andere Grenzfläche 58' eine Foto-Änderung
(photoaltered) durchgeführt
worden ist. Ist dies der Fall, gibt der Vorgangsblock 68 an,
dass der Doppelbrechungs-Bezug zurückgesetzt werden kann, um auf
der gewünschten
Grenzfläche 58 wiederhergestellt
zu werden. In jedem Fall gibt der Vorgangsblock 70 in 2 an, dass
die Führungsoptiken 18 fortfahren
sollen, mit dem Laserstrahl 22 durch die Grenzflächen-Schicht 58 abzutasten.
Wenn dies geschieht, gibt die Wechselwirkung der Blöcke 64, 66, 67 und 68 in 2 an, dass eine
Fotodisruptions-Reaktion kontinuierlich durch den Wellenfront-Sensor 16 überwacht
wird.
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Wenn
die Fotodisruptions-Reaktion unter den Bezugswert fällt, wie
dies geschehen würde, wenn
Fotodisruption innerhalb einer Lamelle 50 einträte (z.B.
Blase 62), gibt der Vorgangsblock 72 an, dass
das Energieniveau in dem Laserstrahl 22 auf ein höheres Energieniveau
erhöht
werden sollte. Dann wird die Fotodisruptions-Reaktion wieder durch den
Wellenfront-Sensor 16 überwacht.
Aufgrund des verwendeten höheren
Energieniveaus, wenn der Laserstrahl danach auf die Grenzflächen-Schicht 58 fokussiert
wird, ist die Fotodisruptions-Reaktion sehr wahrscheinlich viel
größer als
der Bezugswert. In jedem Fall geben der Abfrageblock 74 und
der Vorgangsblock 75 an, dass der Laserstrahl 22 sich
weiter bewegen und Gewebe einer Fotodisruption unterziehen wird,
bis die Fotodisruptions-Reaktion beträchtlich größer als der Bezugswert ist.
Wenn dies geschieht, kann der Laserstrahl abhängig von den Wünschen des
Operateurs den Vorgang mit einem relativ niedrigeren Energieniveau
fortsetzen (Vorgangsblock 64). In jedem Fall geben die
Blöcke 66, 67, 68 und 70 an,
dass die Fotodisruption von Stroma-Gewebe fortgesetzt wird, bis die Behandlung
beendet ist. Die Behandlung ist insbesondere beendet, wenn eine
Grenzflächen-Schicht 58 mit
einer vorgegebenen Abmessung erzeugt worden ist.
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Es
ist der Zweck der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, einen
Lappen von Hornhaut-Gewebe zu schaffen, der leicht von dem Auge
abgehoben werden kann, um Stroma-Gewebe unter dem Lappen für weitere
chirurgische Fotodisruption freizulegen. Dementsprechend stellen
die Vorrichtung und das Gerät
der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung für die Fotodisruption von schwächerem Gewebe
entlang einer Grenzflächen-Schicht 58 zwischen
Lamellen 50 bereit und um damit schwächere Laser-Energie einzusetzen.
Das Ausmaß dieser
Fotodisruption ist am besten unter Bezugnahme auf 5 zu
verstehen. In 5 ist eine im Wesentliche gerade
Kante 76 zwischen einem Punkt 78 und einem Punkt 80 dargestellt.
Auch eine im Wesentlichen gekrümmte
Kante 82 ist gezeigt, die den Punkt 78 mit dem
Punkt 80 verbindet. Insbesondere ist die gekrümmte Kante 82 allgemein
auf der optischen Achse 84 des Auges 26 zentriert
und weist einen Krümmungsradius 86 auf,
der die Kante 82 definiert. Wie gezeigt, erstreckt sich
die gekrümmte
Kante 82 über ungefähr zweihundertsiebzig
Grad. Gewissermaßen wird
der gewünschte
Hornhaut-Lappen zwischen der geraden Kante 78 und der ge krümmten Kante 82 geschaffen.
Infolgedessen kann durch Fotodisruption von Gewebe zwischen der
Vorderfläche 38 der
Hornhaut 24 und der gekrümmten Kante 82 ein
Lappen von Hornhaut-Gewebe von der Grenzflächen-Schicht 58 abgehoben
werden, um Stroma-Gewebe unter dem Lappen für weitere Fotodisruption freizulegen.
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Obwohl
die spezielle Vorrichtung und das Gerät, wie hier gezeigt und im
Detail offenbart, völlig in
der Lage sind, die Aufgaben zu erfüllen und die vorher genannten
Vorteile bereitzustellen, muss verstanden werden, dass sie nur veranschaulichend
für die
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung sind, und dass keine Einschränkungen hinsichtlich der hier
gezeigten Konstruktionsdetails oder Auslegung beabsichtigt sind,
die von den in den Ansprüchen
im Anhang beschriebenen abweichen.