DE60212559T2 - Adaptives Wellenfront-Modulationssystem zur refraktiven Augenoperation - Google Patents

Adaptives Wellenfront-Modulationssystem zur refraktiven Augenoperation Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, die mit dem Durchführen einer Korrekturchirurgie am Auge verknüpft sind, und spezieller auf Systeme, welche ermittelte Daten auf der Basis von Daten aus vorherigen Behandlungen adaptiv modulieren.
  • Bei einer gewöhnlichen refraktiven Laserchirurgie ändert ein Klinikarzt typischerweise eine Verschreibung, welche in das Behandlungssystem eingegeben ist. Solche Änderungen basieren auf vorherigen Erfahrungen bezüglich der mit dem speziellen Behandlungssystem erzielten Ergebnisse und auf Erfahrungen mit speziellen Patientenpopulationen abgeleitet aus beispielsweise demographischen Daten. Zum Beispiel kann ein Chirurg eine Verschreibung einer Zwei-Dioptrie-Kurzsichtigkeitsbehandlung für einen Patienten, bei dem eine Kurzsichtigkeit von drei Dioptrie diagnostiziert ist, eingeben, wenn eine Analyse vorheriger Ergebnisse eine Überkorrektur um 50 Prozent mit Hilfe dieses Systems für Patienten einer speziellen Kategorie anzeigt. Eine solche empirische Abänderung eingegebener Behandlungsparameter basierend auf vorherigen Erfahrungen wird als eine Nomogrammanpassung bezeichnet. Nomogramme werden von der Gemeinschaft der Augenärzte als essentiell angesehen, da verschiedene Klinikärzte verschiedene chirurgische Verfahren einsetzen, unter verschiedenen Umweltbedingungen operieren, eigene Patientendemographien aufweisen, etc..
  • Gewöhnliche Chirurgie umfaßt eine beschränkte Anzahl an wohl definierten Behandlungsparametern, hauptsächlich den sphärischen Fehler, den astigmatischen Fehler, die astigmatische Achse, die Abmessung der optischen Zone (optical zone size) und die Abmessung der Mischzone (blend zone size). Es ist daher für einen Chirurgen relativ einfach, basierend auf üblichen klinischen Untersuchungen vor und nach chirurgischen Behandlungen, Nomogrammformeln zu entwickeln. Im Gegensatz dazu umfassen wellenfrontgesteuerte, maßgeschneiderte Behandlungen, wie z.B. jene, welche in dem in gemeinschaftlicher Inhaberschaft befindlichen US Patent Nr. 6 270 221 B1 offenbart ist, eine komplexe mathematische Beschreibung des präoperativen Aberrationsprofils, welches elektronisch in das Behandlungssystem übertragen wird.
  • Obwohl theoretisch solch eine präzise Wellenfrontbeschreibung zum Erzielen eines besseren Ergebnisses empirisch abgeändert werden kann, sind Klinikärzte üblicherweise nicht in der analytischen Interpretation dieser mathematischen Parameter geübt. Ferner gibt es gegenwärtig kein bekanntes geeignetes Verfahren, wonach ein Chirurg eine wellenfrontbasierte Verschreibung vor einer Behandlung abändern kann, wie z.B. einer Laserchirurgie.
  • Bei momentan eingesetzten wellenfrontbasierten Behandlungen werden die ursprünglichen Wellenfrontdaten zum Erzeugen eines Behandlungsprofils moduliert, um einer scheinbaren radialen Abhängigkeit in der Wirksamkeit einer ablativen Behandlung an dem Hornhautgewebe Rechnung zu tragen. Dies wird jedoch momentan bei allen Behandlungen identisch angewendet.
  • Dokument US 6,086,204 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Verschreibung zur refraktiven Korrektur zum Durchführen einer Chirurgie oder zum Herstellen eines Implantats.
  • Kurzer Abriß der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein System in Übereinstimmung mit nachfolgenden Ansprüchen zum Erzeugen eines Nomogramms bereit, um ermittelte Wellenfrontdaten basierend auf vorherigen Behandlungsergebnissen adaptiv zu modulieren.
  • Ein weiteres Ziel ist es, ein solches System bereitzustellen, welches standortspezifisch ist.
  • Ein weiteres Ziel ist es, ein solches System bereitzustellen, welches demographisch basiert ist.
  • Diese und weitere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, wovon ein Aspekt ein System zum Verfeinern einer Verschreibung für eine Hornhautbehandlung durch Laserablation oder für eine intraokulare Linse oder ein phakes refraktives Linsenimplantat ist. Das System umfaßt die Schritte des Empfangens einer gemessenen Korrekturverschreibung für einen momentanen Patienten. Typischerweise ist die Verschreibung mit Hilfe einer Wellenfrontbestimmung erhalten worden. Dem momentanen Patienten ist ein Klassifizierungselement zum Einordnen des Patienten in wenigstens eine spezielle Kategorie zugeordnet.
  • Als nächstes wird auf eine Datenbank mit Behandlungsergebnissen von mehreren zuvor behandelten Patienten zugegriffen. Die Datenbank umfaßt für jeden zuvor behandelten Patienten wenigstens ein Klassifizierungselement und ebenso eine präoperative, wellenfrontbestimmte Korrekturverschreibung sowie ein postoperatives visuelles Profil. Eine Differenz zwischen der präoperativen Korrekturverschreibung und dem postoperativem visuellen Profil stellt eine Über- oder Unterkorrektur als Folge der Chirurgie dar.
  • Auf Daten von Behandlungsergebnissen aus der Datenbank wird in Abhängigkeit davon zurückgegriffen, ob sie ein Klassifizierungselement mit dem momentanen Patienten gemeinsam haben. Aus diesen Daten kann eine gemittelte Differenz zwischen der präoperativen Verschreibung und dem postoperativem Profil berechnet werden. Diese gemittelte Differenz wird dann verwendet, um die Korrekturverschreibung für den momentanen Patienten zum Bilden einer optimierten Verschreibung vor dem Durchführen der Behandlung oder des Herstellens oder des Zuschnitts eines Linsenimplantats anzupassen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Softwarepaket zum Durchführen der vorstehend dargelegten Berechnungsschritte.
  • Ein weiterer Aspekt umfaßt ein Verfahren zum Erzeugen eines Systems zum Optimieren einer Verschreibung für eine Laserablationschirurgie oder für ein Linsenimplantat, welches die Schritte des Bildens einer Datenbank aus Behandlungsergebnissen, wie vorstehend beschrieben, umfaßt. Eine auf einem Prozessor ausgeführte Suchmaschine ist dazu geeignet, Behandlungsergebnisse basierend auf einem Klassifizierungselement herauszuziehen. Eine Software wird ebenfalls bereitgestellt zum Durchführen der vorstehend dargelegten Berechnungsschritte.
  • Die Merkmale, welche die Erfindung sowohl bezüglich der Organisation als auch dem Arbeitsverfahren kennzeichnen, werden, gemeinsam mit weiteren Zielen und Vorteilen, aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich werden. Die Zeichnungen dienen dem Zwecke der Erläuterung und Beschreibung und sind nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung zu sehen. Diese und weitere erreichte Ziele und sich ergebende Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nun folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung.
  • 2A und 2B ist jeweils ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Optimieren einer Behandlungsverschreibung für einen momentanen Patienten.
  • 3 stellt einen beispielhaften Algorithmus zum Berechnen optimierter Koeffizienten für eine Behandlungsverschreibung dar.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Datenbank aus Behandlungsergebnissen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 gegeben.
  • Das System 10 (1) und das Verfahren 100 (2A, 2B) der vorliegenden Erfindung bezieht sich in einer ersten Ausführungsform auf eine Optimierung einer Verschreibung für eine Hornhautbehandlung durch Laserablation oder eine ophthalmische Linse oder ein Implantat. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine gemessene Korrekturverschreibung mit Hilfe einer Wellenfrontbestimmungseinrichtung 11 für einen momentanen Patienten gemessen (Block 101). Typischerweise umfaßt die Korrekturverschreibung einen Algorithmus, welcher mehrere Terme aufweist, von denen jeder einen zugeordneten Koeffizienten aufweist. Zum Beispiel kann die Wellenfront in einer standardisierten Form mathematisch beschrieben werden, wie z.B. durch Zernike Polynome, Taylor Polynome oder Fourierreihen, obwohl diese nicht als Einschränkungen zu sehen sind. Für jede dieser Formen, welche eine mathematische Gestalt beschreiben, kann eine spezifische Wellenfront durch die numerischen Werte zum Gewichten der verschiedenen Terme in dem mathematischen Ausdruck beschrieben werden.
  • Die ursprüngliche Korrekturverschreibung wird in dem Prozessor 12, auf dem das Softwarepaket 13 läuft, für einen momentanen Patienten mit wenigstens einem eindeutig zugeordneten Klassifizierungselement empfangen (Block 102). Zu den Klassifizierungselementen können Daten gehören, wie z.B. patientenspezifische Daten, beispielsweise Alter, Geschlecht und ethnischer Hintergrund, und standortspezifische Daten, beispielsweise lokale Höhe, und Umweltparameter, beispielsweise Temperatur oder Feuchtigkeit, worauf sie jedoch nicht beschränkt sind.
  • Auf die Datenbank 14 der Behandlungsergebnisse an mehreren zuvor behandelten Patienten, welche in Schritten erzeugt wird, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt sind, wird durch das Softwarepaket 13 zugegriffen (Block 103). Jedem Ergebnis eines behandelten Patienten ist wenigstens ein Klassifizierungselement zugeordnet, und es umfaßt eine präoperative wellenfrontbestimmte Korrekturverschreibung und ein postoperatives visuelles Profil.
  • Aus den Behandlungsergebnissen in der Datenbank 14 wird eine gemittelte Differenz zwischen der präoperativen Verschreibung und dem postoperativen Profil für wenigstens einige der zuvor behandelten Patienten berechnet, welche ein Klassifizierungselement mit dem momentanen Patienten gemeinsam haben (Block 104). Nur als bevorzugte Ausführungsformen werden drei Verfahren zum Erzielen einer optimierten Verschreibung aus diesem Berechnungsschritt hier dargestellt (Block 105). In dem ersten Verfahren 100, dargestellt in den 2A und 2B, einer linearen Skalierungsanpassung, umfaßt der Berechnungsschritt ferner ein Berechnen einer prozentualen Differenz aus der gemittelten Differenz (Block 106). Die Korrekturverschreibung des momentanen Patienten wird dann entsprechend der berechneten gemittelten Differenz angepaßt, um eine optimierte Verschreibung zu bilden, wodurch eine statistisch berechenbare Über- oder Unterkorrektur vermieden wird. Im Verfahren 100 umfaßt der Anpassungsschritt ein Multiplizieren der Algorithmusterme mit der prozentualen Differenz (Block 107), wodurch das Wellenprofil global erhöht oder vermindert wird, um die optimierte Verschreibung zu bilden (Block 108).
  • In dem zweiten Verfahren 300, welches in einem Algorithmus in 3 dargestellt und dessen Ablaufdiagramm in den 2A und 2B gezeigt ist, wird ein „Nomogramm"-artiger Ansatz verwendet, wobei es ein Ziel des Optimierungsverfahrens ist, eine modifizierte Beschreibung der gemessenen Wellenfront mit Hilfe des gleichen mathematischen Notationsschemas zu erreichen, wie es beim Bestimmen der Korrekturverschreibung verwendet wird. Das Ziel der modifizierten Beschreibung besteht darin, ein optimales Behandlungsergebnis zu erreichen, wenn sie dazu verwendet wird, das tatsächliche Ablationsbehandlungsprofil zur Verwendung an dem Patienten zu berechnen.
  • In 3 ist dargestellt, wie der Algorithmus 200 des Verfahrens 300 einen optimierten Wert für einen Ausgabekoeffizienten erreicht. In diesem Aspekt des Verfahrens 300 umfaßt die Datensatzeingabe an den Algorithmus 200 die wahren Koeffizienten der gemessenen Wellenfronten 200a, 200b, 200c, ..., 200N (Block 109, 2A). Zusätzliche Eingabedaten umfassen Eingabewerte für weitere Behandlungsparameter 201a, 201b, ..., 201N (Block 110). Die Behandlungsparameter könnten Daten umfassen, wie z.B. demographische Patientenparameter, beispielsweise Alter, Geschlecht oder Volkszugehörigkeit, einen standortspezifischen Umweltparameter, beispielsweise Höhe, Temperatur oder Feuchtigkeit, und einen Klappenparameter, beispielsweise erwartete Klappendicke oder Scharnierlage (hinch location).
  • Beim Algorithmus 200 umfaßt der Berechnungsschritt dann ferner ein Wandeln der berechneten gemittelten Differenz in einen Gewichtungsfaktor, gezeigt in 3 als W1, W2, W3, ..., WN, für jeden der Koeffizienten zugeordnet zu den Algorithmustermen der Wellenfrontbestimmung (Block 111) und ebenso ein Wandeln der berechneten gemittelten Differenz in einen Gewichtungsfaktor für die einen Behandlungsparameter, welche in 3 als T1, T2, ..., TN gezeigt sind, (Block 112). Der Anpassungsschritt umfaßt ein Multiplizieren jedes Koeffizienten und Behandlungsparameters mit dem jeweiligen Gewichtungsfaktor, um gewichtete Koeffizienten und gewichtete Behandlungsparameter zu bilden (Block 113). Als nächstes werden die gewichteten Koeffizienten für jeden Term und die gewichteten Behandlungsparameter summiert (Block 114; „Σ" 201 in 3), und jeder Term wird mit der Summe der gewichteten Koeffizienten und gewichteten Behandlungsparameter multipliziert (115).
  • Dieses Verfahren (Blöcke 109 bis 115) wird für alle Terme in der Wellenfrontbeschreibung fortgesetzt (Block 116) bis eine vollständige, optimierte Verschreibung gebildet ist (Block 108).
  • Es ist dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, daß diese spezielle Ausführungsform ein beispielhaftes Verfahren darstellt und daß abgewandelte Ausführungsformen in Betracht gezogen werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel kann in einer dritten Ausführungsform (2A) ein nicht-linearer Ansatz verwendet werden, wobei wenigstens einige der Gewichtungskoeffizienten nicht einfache lineare Multiplikatoren sind (Block 117), beispielsweise Koeffizienten, welche sich in Abhängigkeit von dem Eingabewert ändern, oder von anderen Faktoren in einer voneinander abhängigen Art beeinflußt sind. Da das System 10 und die Verfahren 100 und 300 adaptiv ausgelegt sind, ist es dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, daß ein Algorithmus möglich ist, welcher aus neuen Eingabedaten „lernt", wenn die Datenbank ausreichend Daten aufweist, aus denen statistisch gültige Korrelationen gebildet werden können.
  • Sobald eine optimierte Verschreibung nach einem der Verfahren bestimmt ist (Block 108), kann die optimierte Verschreibung automatisch an die Behandlungsvorrichtung 15 (Block 118, 2B) oder die Implantatsherstellungsvorrichtung 16 übertragen werden. Alternativ dazu können die Berechnungen in dem Prozessor 12 im Anschluß an ein Übertragen der ursprünglichen Beschreibungsdaten an die Behandlungsvorrichtung 15 oder die Implantatsherstellungsvorrichtung 16 durchgeführt werden.
  • Bevorzugt wird im Anschluß an jede Behandlung eines momentanen Patienten (Block 119) ein Behandlungsergebnis an dem momentanen Patienten nach einer vorbestimmten Zeitdauer im Anschluß an die Behandlung gemessen (Block 120). Zum fortwährenden Erweitern der Datenbank wird das Behandlungsergebnis für den momentanen Patienten dann in die Datenbank eingegeben (Block 121).
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren 150 zum Erzeugen eines Systems, aus dem Optimierungsdaten zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Verfahren 100 herausgezogen werden. Nach diesem Aspekt der Erfindung, wie in 4 gezeigt ist, wird ein anfänglicher Parametersatz ausgewählt (Block 151), wobei die Gewichtungskoeffizienten auf Nominalwerte gesetzt sind. Zum Beispiel können die Gewichte zum unmittelbaren Übertragen der Meßwellenfront ohne Modifikationen in die Behandlungswellenfront gesetzt sein. In den 2A und 2B entspräche dies beim Bestimmen des ersten Behandlungswellenfrontkoeffizienten dem Fall, daß W1 220a gleich 1 und alle weiteren Terme gleich 0 sind.
  • Mit Hilfe dieses anfänglichen Parametersatzes wird eine erste Gruppe von Patienten behandelt (Block 152), und postoperative Behandlungsergebnisse werden nach einer vorbestimmten Zeitdauer erfaßt (Block 153). Die prä- und postoperativen Daten werden, gemeinsam mit dem bzw. den zugeordneten Klassifizierungselement(en), in eine Datenbank 14 eingegeben (Block 154).
  • Die auf dem Prozessor 12 ausgeführte Suchmaschine 18 ist dazu eingerichtet, für Korrelationsberechnungen Behandlungsergebnisse basierend auf einem gewünschten Klassifizierungselement herauszuziehen. Wie zuvor kann dann ein verbesserter Koeffizientensatz für eine zweite Patientengruppe mit Hilfe dieser Daten berechnet werden (Block 155).
  • Die Behandlungsergebnisse für die zweite Patientengruppe werden dann in die Datenbank 14 eingegeben (Block 156), wodurch die Datenstatistik weiter verbessert wird. Dieser Prozeß kann mit einer nächsten Patientengruppe fortgeführt (Block 157) und ferner im wesentlichen endlos weitergeführt werden, was durch den zu Block 153 zurückkehrenden Pfeil in 4 gezeigt ist, um den Anpassungsalgorithmus weiter zu verfeinern.
  • In der vorstehenden Beschreibung sind gewisse Ausdrücke zur Kürze, Klarheit und zum Verständnis verwendet worden, wobei darin keine unnötigen Einschränkungen über die Anforderungen des Standes der Technik hinaus zu sehen sind, da diese Worte nur zu Beschreibungszwecken verwendet werden und breit auszulegen sind. Ferner dienen die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens als Beispiel, und der Umfang der Erfindung ist nicht durch die exakten, offenbarten Details beschränkt.
  • Nachdem nun die Erfindung, die Konstruktion, die Wirkungsweise und Verwendung bevorzugter Ausführungsformen davon und die dadurch erzielten vorteilhaften neuen und nützlichen Ergebnisse beschrieben worden sind, werden die neuen und nützlichen Konstruktionen und deren angemessene mechanische Äquivalente, die für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet naheliegend sind, in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.

Claims (5)

  1. System (10) zum Optimieren einer Verschreibung für eine refraktive Behandlung, welches umfaßt: a) eine Einrichtung zur Wellenfrontmessung (11) zum Bestimmen einer Korrekturverschreibung für einen momentanen Patienten, wobei dem momentanen Patienten ein Klassifizierungselement zugeordnet ist; und b) einen Prozessor (12), auf welchem Software (13) gespeichert ist, zum i) Zugreifen (103) auf eine Datenbank (14) von Behandlungsergebnissen mehrerer zuvor behandelter Patienten, wobei jedem Ergebnis eines behandelten Patienten wenigstens ein Klassifizierungselement zugeordnet ist und jedes Ergebnis eine präoperative, Wellenfrontbestimmte Korrekturverschreibung sowie ein postoperatives visuelles Profil umfaßt, ii) Berechnen (104) einer gemittelten Differenz aus den Behandlungsergebnissen in der Datenbank zwischen der präoperativen Verschreibung und dem postoperativen Profil für wenigstens einige der zuvor behandelten Patienten, die ein Klassifizierungselement mit dem momentanen Patienten gemeinsam haben, iii) Anpassen der Korrekturverschreibung des momentanen Patienten entsprechend der berechneten gemittelten Differenz, um eine optimierte Verschreibung zu bilden (108), und iv) automatischen Übertragen (118) der optimierten Verschreibung an eine Vorrichtung zur Implantatherstellung (16).
  2. System nach Anspruch 1, wobei a) die präoperative, Wellenfront-bestimmte Korrekturverschreibung mit Hilfe eines Algorithmus berechnet wurde (104), welcher mehrere Algorithmusterme aufweist; und b) der Prozessor ferner Mittel zum Berechnen (106) einer prozentualen Differenz aus der gemittelten Differenz und Mittel zum Multiplizieren (107) der Algorithmusterme mit der prozentualen Differenz umfaßt.
  3. System nach Anspruch 1, wobei a) die Korrekturverschreibung eine unbearbeitete Verschreibung umfaßt; und b) die Software (13) ferner Mittel zum Korrigieren der unbearbeiteten Verschreibung umfaßt, um die optimierte Verschreibung automatisch zu bilden.
  4. System nach Anspruch 1, wobei die Software (13) ferner Mittel zum Eintragen (121) eines gemessenen Behandlungsergebnisses für den momentanen Patienten in die Datenbank (14) umfaßt, wobei das gemessene Behandlungsergebnis nach einer vorbestimmten Zeitdauer im Anschluß an die Behandlung bestimmt wird.
  5. System nach Anspruch 1, wobei a) die Korrekturverschreibung mit Hilfe eines Algorithmus berechnet wird, welcher mehrere Terme aufweist, wobei jedem Term ein Koeffizient (109) zugeordnet ist; und b) die Software (13) ferner Mittel zum Konvertieren (111) der berechneten gemittelten Differenz in einen Gewichtungsfaktor für jeden Koeffizienten und Mittel zum Multiplizieren jedes Koeffizienten mit dem jeweiligen Gewichtungsfaktor zum Bilden eines gewichteten Koeffizienten, Mittel zum Summieren (114) der gewichteten Koeffizienten für jeden Term und Mittel zum Multiplizieren (115) jedes Terms mit der Summe der gewichteten Koeffizienten umfaßt, um die optimierte Verschreibung zu bilden (108).
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