DE602005003750T2

DE602005003750T2 - Laser zur Photoablation mit regulierbarer Puls-Emissionsfrequenz.

Info

Publication number: DE602005003750T2
Application number: DE602005003750T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe 74100 D'Ippolito
Original assignee: LIGI TECNOLOGIE MEDICALI SpA
Current assignee: LIGI TECNOLOGIE MEDICALI SpA
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: ES2298949T3; ITMI20042020A1; EP1649843A1; US20060095024A1; EP1649843B1; DE602005003750D1; CA2524105A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laser zur Photoablation.
Bekanntlich werden Laser zur Photoablation weithin in der Augenchirurgie verwendet, um die Hornhaut zur Korrektur von Sehfehlern umzubilden, indem aufeinanderfolgende, in ihrer Fläche variierende Hornhautschichten nach einem vorbestimmten Ablationsprofil entfernt werden. Normalerweise werden zuerst die kleinflächigen Schichten und anschließend die großflächigeren Schichten behandelt. Ein Laser zur Photoablation sendet Pulsfolgen von vorbestimmter Frequenz und Energie auf die Hornhaut, um lokal mikroskopische Volumina des Hornhautgewebes zu verdampfen. Um eine ungleichmäßige Ablationsdicke zu vermeiden, welche durch die Wechselwirkung zwischen den auf die Hornhaut auftreffenden Laserflecken und den durch die unmittelbar vorhergehenden Laserflecken verursachten Dämpfe des verdampfenden Hornhautgewebes entstehen, und um eine Schädigung durch Überhitzung zu vermeiden, werden die Pulse derart emittiert, dass die zu entfernende Schicht anstatt in einer geordneten Abfolge in einer zufälligen Abfolge bedeckt wird.
Das üblicherweise verwendete Verfahren ist jedoch nicht zufriedenstellend, da es nur im Hinblick auf großflächige Schichten effektiv ist. Wenn kleinflächige Hornhautgewebeschichten entfernt werden, bleiben die Probleme der ungleichmäßigen Ablationsdicke und der Überhitzung bestehen, da die Energieakkumulation immer noch beträchtlich ist.
Gemäß einem Verfahren zur Ablation von Gewebe mittels eines rasternden Laserstrahls, welches in WO 99/38443 A offenbart ist, pulsiert ein Laser während erster Zeitabschnitte mit einer Wiederholungsrate, die schneller ist als ein Rastermechanismus zulässt, und während zweiter Zeitabschnitte werden keine Pulse abgegeben. Während der ersten Zeitabschnitte sind Rasterspiegel stationär oder werden über kleine Bereiche bewegt, während in den zweiten Zeitabschnitten größere Bewegungen stattfinden.
Andere Beispiele ablativer Vorrichtungen und Verfahren sind in WO 03/101326 A , in US-A-5 984 916 und in US-B1-6 302 877 beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Nachteile zu beheben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Laser zur Photoablation gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Eine Anzahl nicht einschränkender Ausführungsbeispiele der Erfindung wird im folgenden beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Lasers zur Photoablation gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ein detaillierteres Blockdiagramm eines Teils des Lasers zur Photoablation aus 1 zeigt,
3 und 4 Diagramme des Patientenauges und ein Referenzachsensystem zeigen,
5 und 6 jeweils ein vereinfachtes Blockdiagramm eines zweiten beziehungsweise eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen.
Gemäß 1 verfügt ein Laser zur Photoablation 1 für die Augenchirurgie über eine Anordnung 2 zur Emission von Laserpulsen P auf die Hornhaut 3a eines Patientenauges 3, über eine Steuerungsvorrichtung 4, welche mit der Laserpulsemissionsanordnung 2 zusammenwirkt, um die Emission von Laserpulsen P zu steuern, und über eine Speichervorrichtung 5, welche ein weiter unten definiertes Ablationsprofil speichert.
Die Laserpulsemissionsanordnung 2 verfügt über eine Laserpulserzeugungsvorrichtung 7, welche durch eine Antriebsvorrichtung 8 gesteuert wird, über ein optisches System 9, über eine Ausrichtvorrichtung 10 und über ein internes Ziel 11.
Die Laserpulserzeugungsvorrichtung 7 ist von einer bekannten Art, beispielsweise eines Excimer- oder Festkörpertyps, und liefert Folgen von Laserpulsen P einer vorbestimmten Energie mit einer Erzeugungsfrequenz R_G von vorzugsweise über 100 Hz.
Ein ebenfalls bekanntes optisches System 9 ist entlang des Weges der Laserpulse P angeordnet und kann beispielsweise Kollimatoren, Linsensysteme und Filter aufweisen (nicht dargestellt).
Die Ausrichtvorrichtung 10 fängt die Laserpulse P ab und richtet sie gemäß der Steuervorrichtung 4 aus. Wie in 2 schematisch dargestellt ist, weist die Ausrichtvorrichtung 10 zwei Spiegel 12, 13 auf, welche entlang des Wegs der Laserpulse P angeordnet sind und die mittels Aktuatoren 14, 15 um entsprechende rechtwinklige Rotationsachsen A_X, A_Y ausrichtbar sind, die durch entsprechende Ausrichtsignale S_X, S_Y der Steuervorrichtung 4 (1) gesteuert werden.
Genauer gesagt ist die Steuervorrichtung 4 mit der Speichervorrichtung 5 verbunden und erzeugt basierend auf dem in der Speichereinheit gespeicherten Ablationsprofil Ausrichtsignale S_X, S_Y.
Das Ablationsprofil wird durch Koordinatensätze bezüglich eines Teils des Hornhautgewebes 3a definiert, der im folgenden als Zielvolumen V_TAR bezeichnet wird und der entfernt werden muss, um einen refraktiven Fehler des Auges 3 zu korrigieren. Gemäß 3 und 4 werden die Koordinaten aus einem System von drei rechtwinkligen kartesischen Achsen X, Y, Z entnommen, wobei die Z-Achse mit der optischen Achse des Auges 3 zusammenfällt. Im Ablationsprofil, welches in der Speichereinheit 5 gespeichert ist, ist das Zielvolumen V_TAR in der Form einer Anzahl von zu entfernenden Schichten L₁, L₂, ..., L_N definiert. Die Schichten L₁, L₂, ..., L_N haben vorzugsweise eine gleichmäßige Dicke und entsprechende Flächen A₁, A₂, ..., A_N. Bei dem Beispiel von 3 und 4 bietet es sich bei dem ausgewählten Ablationsprofil an, die kleinflächigen Schichten L₁, L₂, ..., L_N zuerst zu entfernen. Es sei hervorgehoben, dass im Fall einer besonders ungleichmäßigen Hornhaut 3a einige Schichten eine Anzahl nicht miteinander verbundener Bereiche aufweisen können, und der Begriff „Schichten" kann auch verschiedene Bereiche derselben physikalischen Hornhautschicht umfassen, die in verschiedenen Stadien entfernt werden müssen und deshalb getrennt in der Speichereinrichtung 5 gespeichert werden.
Unter der Steuerung der Steuervorrichtung 5 sendet die Emissionsvorrichtung 2 mit einer mittleren Wiederholungsfrequenz R_DK Laserpulse P in ein Zielvolumen V_TAR aus. Hier und im folgenden bezieht sich der Ausdruck „mittlere Wiederholungsfrequenz R_DK" ausschließlich auf die mittlere Frequenz der von der Laserpulserzeugungsvorrichtung 7 erzeugten Laserpulse P, welche durch die Ausrichtvorrichtung 10 in das Zielvolumen V_TAR gerichtet werden, um eine ursprüngliche Schicht L_K im Zeitraum zwischen der beginnenden Ablation der ursprünglichen Schicht L_K und dem Beginnen des Abtrags der nächsten Schicht L₁, L₂, ..., L_N zu entfernen. Es versteht sich außerdem, dass die für die Entfernung der ursprünglichen Schicht L_K erforderliche Zeit gleich diesem besagten Zeitraum ist und Verfahrensschritte enthält, bei denen das Zielvolumen V_TAR von Laserpulsen P erreicht wird, sowie Verfahrensschritte, bei denen das Zielvolumen V_TAR nicht von Laserpulsen P erreicht wird. Die mittlere Wiederholungsfre quenz R_DK ist daher kleiner oder höchstens gleich der Erzeugungsfrequenz R_G.
Die Steuervorrichtung 4 steuert die Ausrichtvorrichtung 10 derart, dass Laserpulse P abwechselnd in das Zielvolumen V_TAR und abseits des Zielvolumens V_TAR (vorzugsweise auf das interne Ziel 11) ausgerichtet werden und dass die mittlere Wiederholfrequenz R_DK gesteuert wird. Tatsächlich ist die Anzahl der Laserpulse umso größer, die auf einen Bereich abseits des Zielvolumens V_TAR gerichtet werden, je geringer die mittlere Wiederholfrequenz R_DK ist.
Genauer gesagt wird die mittlere Wiederholfrequenz R_DK als eine Funktion der Flächen A₁, A₂, ..., A_N der Schichten L₁, L₂, ..., L_N derart gesteuert, dass beim Entfernen jeder Schicht L₁, L₂, ..., L_N das Zielvolumen V_TAR pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit eine Anzahl von Laserpulsen P unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes N_T erhält. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die mittlere Wiederholfrequenz R_DK nach der Gleichung RDK = RG·TDK/TREF = RG·AK/AREF (1)festgesetzt.
In (1) ist T_REF die erforderliche Zeit zur Ablation einer Referenzschicht der Fläche A_REF, die größer als die Flächen A₁, A₂, ..., A_N der Schichten L₁, L₂, ..., L_N bei einer Erzeugungsfrequenz R_G ist, um eine vorbestimmte, unterhalb des Schwellwertes N_T liegende Anzahl N_R von einfallenden Laserpulsen P pro Zeiteinheit und Hornhautfläche zu erreichen. NR ≤ NT (2)
T_DK ist die Zeit, die zum Aussenden der zur Entfernung der ursprünglichen Schicht L_K der Fläche A_K erforderlichen Laserpulse P benötigt wird, und ist durch die Gleichung TDK = TREF·AK/AREF (3)gegeben.
In der hier beschriebenen Ausgestaltung ist die Anzahl der das Zielvolumen V_TAR pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit beim Entfernen jeder der Schichten L₁, L₂, ..., L_N beaufschlagenden Laserpulse P gleich der Anzahl N_R, die im Wesentlichen konstant ist und unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes N_T liegt.
Alternativ kann die Anzahl N_R auch als eine Funktion der Fläche A₁, A₂, ..., A_N der Schichten L₁, L₂, ..., L_N variieren, wobei sie immer niedriger als der Schwellwert N_T ist. Beispielsweise kann die Anzahl N_R etwas höher sein, um die Schichten L₁, L₂, ..., L_N einer kleinerer Fläche A₁, A₂, ..., A_N zu entfernen.
Die als R_OK bezeichnete Frequenz, mit der die Ausrichtvorrichtung 10 Laserpulse P zum internen Ziel 11 ablenkt, ist andererseits durch die Gleichung: ROK = RG – RDK (4)gegeben.
Für jede Schicht L_K ist die Gesamtzeit T_OK, während der die Spiegel die Laserflecken auf das interne Ziel 11 ablenken, wie folgt: TOK = TREF – TDK (5)
Beim Abtragen jeder Schicht L₁, L₂, ..., L_N kann die Gesamtzeit T_OK ein ununterbrochenes Zeitintervall oder ein in eine Anzahl getrennter Intervalle unterteilter Zeitraum sein.
Mit anderen Worten wirkt die Steuervorrichtung 4 derart, dass die mittlere Wiederholfrequenz R_DK den entsprechenden Flächen A₁, A₂, ..., A_N der Schichten L₁, L₂, ..., L_N bei ihrer Entfernung angepasst wird.
Der erfindungsgemäße Laser zur Photoablation hat den Vorteil, dass eine ungleichmäßige Ablationsdicke, welche durch Wechselwirkung zwischen den auf der Hornhaut auftreffenden Laserpulsen und den durch die unmittelbar vorausgehenden Laserpulse verursachten Dämpfe des verdampfenden Hornhautgewebes verursacht wird, vermieden wird und dass eine Überhitzung des Hornhautgewebes während der Behandlung und jeder mögliche daraus entstehende Schaden verhindert wird. Eine maximale Gleichmäßigkeit der Ablationsdicke wird offensichtlich durch die Verwendung derselben Anzahl von Pulsen pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit für alle Schichten erreicht.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei alle mit bereits beschriebenen Teilen übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In diesem Fall verfügt ein Laser zur Photoablation 100 über eine Anordnung 2 zur Emission von Laserpulsen P, über eine Steuervorrichtung 104, welche mit der Anordnung 2 zusammenwirkt, um die Emission von Laserpulsen P zu steuern, und über eine Speichervorrichtung 5.
Die Steuervorrichtung 104 ist mit der Antriebseinheit 8 der Laserpulserzeugungsvorrichtung 7 verbunden, welche Laserpulse P mit einer variablen Erzeugungsfrequenz R_G emittiert. Mit anderen Worten steuert die Steuervorrichtung 104 die Antriebseinheit 8 derart, dass die Erzeugungsfrequenz R_G direkt gesteuert wird und dass die Anzahl N_R von Laserpulsen P, die pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit zum Zielvolumen V_TAR ausgesendet werden, unterhalb des vorbestimmten Schwellwertes N_T gehalten wird. Die Anzahl N_R ist vorzugsweise für alle Schichten L₁, L₂, ..., L_N konstant. In diesem Fall ist die mittlere Wiederholungsfrequenz R_DK gleich der Erzeugungsfrequenz R_G. Die Werte für die Erzeugungsfrequenz R_G für jede Schicht L₁, L₂, ..., L_N werden für jeden einzelnen Fall wie oben, insbesondere mit Bezug auf die Gleichungen (1)–(5), beschrieben, festgelegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 wird die mittlere Wiederholungsfrequenz R_DK eines Lasers zur Photoablation 200 durch eine Steuervorrichtung 204 gesteuert, die die Aktivierungszeit einer entlang des Weges der Laserpulse P angeordneten Blende 205 verändert.

Claims

Laser zur Photoablation mit einer Ablationsprofilspeichervorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, Sätze von Koordinaten zu speichern, die ein in der Gestalt einer Anzahl von Schichten (L₁, L₂, ..., L_N) von vorbestimmter Dicke und in zugehörigen Bereichen (A₁, A₂, ..., A_N) zu entfernendes Zielvolumen (V_TAR) definieren, mit einer Laserpulsemissionsanordnung (2), die dazu eingerichtet ist, Laserpulse (P) mit einer mittleren Wiederholungsfrequenz (R_DK) in das Zielvolumen (V_TAR) zum Entfernen der Schichten auszusenden, und mit einer Steuervorrichtung (4; 104; 204), die mit der Laserpulsemissionsanordnung (2) zusammenwirkt und dazu eingerichtet ist, die mittlere Wiederholungsfrequenz (R_DK) der Laserpulse als eine Funktion der jeweiligen Bereiche (A₁, A₂, ..., A_N) der Schichten (L₁, L₂, ...,L_N) zu kontrollieren, so dass beim Entfernen jeder Schicht das Zielvolumen (V_TAR) eine Anzahl (N_R) von Laserpulsen (P) pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit unterhalb einer vorbestimmten Schwelle (N_T) erhält, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (N_R) an Pulsen pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit für alle Schichten (L₁, L₂, ..., L_N) gleich ist.
Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulsemissionsanordnung (2) dazu eingerichtet ist, das Aussenden von Laserpulsen (P) in das Zielvolumen (V_TAR) für ein ununterbrochenes Zeitintervall (T_OK) beim Entfernen jeder Schicht zu unterbinden.
Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulsemissionsanordnung (2) dazu eingerichtet ist, das Aussenden von Laserpulsen (P) in das Zielvolumen (V_TAR) für eine Anzahl von einzelnen Zeitintervallen beim Entfernen jeder Schicht zu unterbinden.
Laser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulsemissionsanordnung (2) eine Laserpulserzeugungsvorrichtung (7) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Laserpulse (P) mit einer Erzeugungsfrequenz (R_G) bereitzustellen, und über eine Ausrichtvorrichtung (10) verfügt, die dazu eingerichtet ist, die Laserpulse auszurichten.
Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) mit der Ausrichtvorrichtung (10) verbunden und dazu eingerichtet ist, die Laserpulse (P) abwechselnd auf das Zielvolumen (V_TAR) und neben das Zielvolumen (V_TAR) auszurichten, um die Anzahl (N_R) von pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit beim Entfernen jeder Schicht in das Zielvolumen (V_TAR) ausgesendeten Laserpulse unterhalb des vorbestimmten Schwellwertes (N_T) zu halten.
Laser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die mittlere Wiederholungsfrequenz (R_DK) auf einen Wert unterhalb der Erzeugungsfrequenz (R_G) zu verringern.
Laser nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtvorrichtung (10) zwei Spiegel (12, 13) aufweist, die entlang des Weges der Laserpulse (P) angeordnet und durch die Steuervorrichtung (4) ansteuerbar sind.
Laser nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (104) mit der Laserpulserzeugungsvorrichtung (7) verbunden und dazu eingerichtet ist, die Erzeugungsfrequenz (R_G) zu kontrollieren, so dass die Anzahl (N_R) der pro Zeiteinheit und pro Flächen einheit beim Entfernen jeder Schicht in das Zielvolumen (V_TAR) ausgesendeten Pulse unterhalb des vorbestimmten Schwellwertes (N_T) gehalten ist.