DE60223731T2 - Adaptives Wellenfront-Modulationssystem und Verfahren zur refraktiven Augenoperation - Google Patents

Adaptives Wellenfront-Modulationssystem und Verfahren zur refraktiven Augenoperation Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren im Zusammenhang mit der korrektiven Augenchirurgie und insbesondere Verfahren, die erfaßte Daten auf der Grundlage von Daten vorangegangener Eingriffe adaptiv modulieren.
  • In der herkömmlichen refraktiven Laserchirurgie modifiziert ein Arzt in der Regel eine Verordnung, die in das Behandlungssystem eingegeben wird. Solche Modifikationen basieren auf der vorherigen Kenntnis von Ergebnissen, die mit diesem konkreten Behandlungssystem erzielt wurden, und ebenso auf der Kenntnis bestimmter Patientenpopulationen, die zum Beispiel aus demografischen Daten gewonnen wurden. Zum Beispiel könnte ein Chirurg eine Verordnung einer Kurzsichtigkeitsbehandlung um 2 Dioptrien für einen Patienten, bei dem Kurzsichtigkeit mit drei Dioptrien diagnostiziert wurden, eingeben, wenn eine Analyse früherer Ergebnisse eine 50%-ige Überkorrektur bei Verwendung dieses Systems für Patienten einer bestimmten Kategorie anzeigt. Eine solche empirische Änderung eingegebener Behandlungsparameter auf der Grundlage früherer Erfahrungswerte wird als eine Nomogrammkorrektur bezeichnet. Nomogramme werden von der Augenärzteschaft als unverzichtbar angesehen, weil verschiedene Ärzte verschiedene chirurgische Techniken verwenden, unter verschiedenen Umgebungsbedingungen arbeiten, eine eigene Patientendemographie haben usw.
  • Bei der herkömmlichen Chirurgie wird eine begrenzte Anzahl präzise definierter Behandlungsparameter verwendet. Grundsätzlich sind das sphärischer Fehler, astigmatischer Fehler, astigmatische Achse, Sehfeldgröße und Mischfeldgröße. Darum ist es für einen Chirurgen relativ unkompliziert, Nomogrammformeln auf der Grundlage herkömmlicher klinischer Untersuchungen vor und nach chirurgischen Eingriffen zu erstellen. Im Gegensatz dazu beinhalten wellenfrontgestützte personenspezifische Behandlungen, wie zum Beispiel die, die in dem US-Patent Nr. 6,270,221 B1 des gleichen Patentinhabers offenbart ist, eine komplexe mathematische Beschreibung des präoperativen Aberrationsprofils, das elektronisch an das Behandlungssystem übermittelt wird.
  • Obgleich eine solche präzise Wellenfrontbeschreibung theoretisch empirisch so modifiziert werden kann, daß ein besseres Ergebnis erreicht wird, sind Ärzte in der Regel nicht auf die analytischen Interpretationen dieser mathematischen Parameter geschult. Darüber hinaus gibt es derzeit kein bekanntes, einfach zu handhabendes Verfahren, mit dem ein Chirurg eine wellenfrontbasierte Verordnung vor einem Eingriff, wie zum Beispiel der Laserchirurgie, modifizieren kann.
  • Bei den derzeit verwendeten wellenfrontbasierten Behandlungen werden die unverarbeiteten Wellenfrontdaten so moduliert, daß ein Behandlungsprofil entsteht, um eine offenbare radiale Abhängigkeit der Effektivität einer ablativen Behandlung vom Hornhautgewebe zu berücksichtigen. Dies wird jedoch derzeit in identischer Weise bei allen Behandlungen angewendet.
  • Das zum Stand der Technik gehörende Dokument US 6,086,204 (D1) offenbart Verfahren und Vorrichtungen für das Design und die Herstellung von Oberflächen auf Kontaktlinsen, welche die optischen Abberationen des Auges korrigieren. Die zum Stand der Technik gehörenden Dokumente WO 01 28410 und US 6 149 643 betreffen Hornhautumformungsverfahren und -systeme, und obgleich sie die Erfahrungswerte der Vergangenheit in Betracht ziehen, stellen sie keine klare und quantitative Möglichkeit bereit, diese Erfahrungswerte zu berücksichtigen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren gemäß dem folgenden Anspruch bereit, das insbesondere geeignet ist, ein Nomogramm zum adaptiven Modulieren erfaßter Wellenfrontdaten auf der Grundlage der Ergebnisse früherer Behandlungen zu erstellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, ein solches Verfahren bereitzustellen, das standortspezifisch ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, ein solches Verfahren bereitzustellen, das auf Demographie basiert.
  • Diese und weitere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gelöst. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Präzisieren einer Verordnung für eine intraokulare Linse oder für ein phakisches refraktives Linsenimplantat. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Empfangens einer gemessenen Korrekturverordnung für einen aktuellen Patienten. In der Regel wird die Verordnung unter Verwendung einer Wellenfrontbestimmung erhalten. Dem aktuellen Patienten wird ein Klassifizierungselement zugeordnet, um den Patienten in mindestens einer bestimmten Kategorie abzulegen.
  • Als nächstes wird auf eine Datenbank mit Behandlungsergebnissen für zuvor behandelte Patienten zugegriffen. Die Datenbank enthält für jeden zuvor behandelten Patienten mindestens ein Klassifizierungselement und umfaßt außerdem eine präoperative Verordnung einer wellenfrontbestimmten Korrektur und ein postoperatives Sehprofil. Ein Unterschied zwischen der präoperativen Korrekturverordnung und dem postoperativen Sehprofil stellt eine Über- oder Unterkorrektur dar, die aus dem Eingriff resultiert.
  • Auf die Daten von Behandlungsergebnissen in der Datenbank wird auf der Grundlage des Besitzes eines Klassifizierungselements, das dem aktuellen Patienten entspricht, zugegriffen. Anhand dieser Daten kann eine durchschnittliche Differenz zwischen der präoperativen Verordnung und dem postoperativen Profil errechnet werden. Diese durchschnittliche Differenz wird dann dafür verwendet, die Korrekturverordnung des aktuellen Patienten anzupassen, um eine optimierte Verordnung zu erstellen, bevor der Eingriff oder die Herstellung oder die patientenspezifische Anpassung eines Linsenimplantats ausgeführt wird.
  • Ein weiterer Aspekt enthält ein Verfahren zum Erstellen eines Systems zum Optimieren einer Verordnung für oder für ein Linsenimplantat, das die Schritte des Bildens einer Datenbank mit Behandlungsergebnissen, wie oben beschrieben, enthält. Eine Suchmaschine, die auf einem Prozessor installiert ist, ist dafür geeignet, Behandlungsergebnisse auf der Grundlage eines Klassifizierungselements herauszusuchen. Es ist auch eine Software zum Ausführen der Berechnungsschritte, wie oben angesprochen, vorhanden.
  • Die Merkmale, welche die Erfindung sowohl im Hinblick auf die Organisation als auch auf das Verfahren der Durchführung kennzeichnen, werden zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung besser verstanden. Die Zeichnungen dienen dem Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung. Diese und weitere durch die vorliegende Erfindung gelösten Aufgaben und gebotenen Vorteile werden noch besser verdeutlicht, wenn die nun folgende Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung gelesen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Schaubild des Systems der vorliegenden Erfindung.
  • 2A und 2B sind ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Optimieren einer Behandlungsverordnung für einen aktuellen Patienten.
  • 3 veranschaulicht einen beispielhaften Algorithmus zum Berechnen optimierter Koeffizienten für eine Behandlungsverordnung.
  • 4 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Erstellen einer Datenbank mit Behandlungsergebnissen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es folgt nun eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 1–4.
  • Das Verfahren 100 (2A, 2B) der vorliegenden Erfindung betrifft eine Optimierung einer Verordnung für eine ophthalmische Linse oder ein ophthalmisches Implantat. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine gemessene Korrekturverordnung unter Verwendung einer Wellenfrontbestimmungsvorrichtung 11 für einen aktuellen Patienten gemessen (Block 101). In der Regel umfaßt die Korrekturverordnung einen Algorithmus mit mehreren Termen, wobei jedem von ihnen ein Koeffizient zugeordnet ist. Zum Beispiel kann die Wellenfront mathematisch unter Verwendung einer standardisierten Form beschrieben werden, wie zum Beispiel als Zernike-Polynome, Taylor-Polynome oder Fourier-Reihen, obgleich diese keine einschränkende Aufzählung sein soll. Für jede solche Form, die eine mathematische Gestalt beschreibt, kann eine spezielle Wellenfront durch die numerischen Werte für die Gewichtung der verschiedenen Terme in dem mathematischen Ausdruck beschrieben werden.
  • Die unverarbeitete Korrekturverordnung wird in einem Prozessor 12 empfangen (Block 102), der ein Software-Paket 13 für einen aktuellen Patienten enthält, der mindestens ein eindeutig zugeordnetes Klassifizierungselement besitzt. Zu den Klassifizierungselementen können solche Daten gehören wie zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, patientenspezifische Daten, wie zum Beispiel Alter, Geschlecht und ethnische Herkunft, und standortspezifische Daten, wie zum Beispiel die lokale Höhe über dem Meeresspiegel sowie Umgebungsparameter wie zum Beispiel Temperatur und Luftfeuchte.
  • Auf die Datenbank 14 mit Behandlungsergebnissen für mehrere zuvor behandelte Patienten, die in Schritten, wie sie zum Beispiel in 4 veranschaulicht sind, erstellt wird, wird durch das Software-Paket 13 zugegriffen (Block 103). Jedem Ergebnis eines behandelten Patienten ist mindestens ein Klassifizierungselement zugeordnet, und es umfaßt eine präoperative wellenfrontbestimmte Korrekturverordnung und ein postoperatives Sehprofil.
  • Aus den Behandlungsergebnissen in der Datenbank 14 wird eine durchschnittliche Differenz zwischen der präoperativen Verordnung und dem postoperativen Profil für wenigstens einige der zuvor behandelten Patienten errechnet, die ein Klassifizierungselement mit dem aktuellen Patienten gemeinsam haben (Block 104). Lediglich als bevorzugte Ausführungsformen werden drei Verfahren zum Erreichen einer optimierten Verordnung anhand dieses Berechnungsschrittes im vorliegenden Text vorgestellt (Block 105). In dem ersten Verfahren 100, das in den 2A und 2B veranschaulicht ist, einer linearen Skalierungsjustierung, umfaßt der Berechnungsschritt des Weiteren das Berechnen eines prozentualen Unterschiedes anhand der durchschnittliche Differenz (Block 106). Die Korrekturverordnung für den aktuellen Patienten wird dann entsprechend der errechneten durchschnittlichen Differenz so justiert, daß eine optimierte Verordnung entsteht, wodurch eine statistisch errechenbare Über- oder Unterkorrektur vermieden wird. In dem Verfahren 100 umfaßt der Justierschritt das Multiplizieren der Algorithmus-Terme mit dem prozentualen Unterschied (Block 107), wodurch das Wellenfrontprofil global erhöht oder verringert wird, um die optimierte Verordnung zu bilden (Block 108).
  • In dem zweiten Verfahren 300, für das ein Algorithmus in 3 veranschaulicht ist und für das das Flußdiagramm in den 2A und 2B gezeigt ist, wird eine Vorgehensweise vom "Nomogramm"-Typ verwendet, wobei eine Aufgabe des Optimierungsverfahrens darin besteht, unter Verwendung des gleichen mathematischen Bezeichnungsschemas, das zum Bestimmen der Korrekturverordnung verwendet wurde, eine modifizierte Verordnung der gemessenen Wellenfront zu erhalten. Das Ziel der modifizierten Beschreibung besteht darin, ein optimales Behandlungsergebnis zu erreichen, wenn sie dafür verwendet wird, das Ablationsbehandlungsprofil, das für den Patienten verwendet werden soll, zu berechnen.
  • In 3 ist veranschaulicht, wie der Algorithmus 200 des Verfahrens 300 zu einem optimierten Wert für einen einzelnen Ausgabekoeffizienten führt. In diesem Aspekt des Verfahrens 300 enthält der in den Algorithmus 200 eingegebene Datensatz die wahren Koeffizienten der gemessenen Wellenfronten 200a, 200b, 200c, ..., 200N (Block 109, 2A). Zu weiteren Eingabedaten gehören Eingabewerte für weitere Behandlungsparameter 201a, 201b, ..., 201N (Block 110). Die Behandlungsparameter können solche Daten wie patientendemografische Parameter, wie zum Beispiel Alter, Geschlecht oder ethnische Herkunft; einen standortspezifischen Umweltparameter, wie zum Beispiel Höhe des Standortes über dem Meeresspiegel, Temperatur oder Luftfeuchte; und einen Flap-Parameter, wie zum Beispiel die erwartete Flap-Dicke oder den Anlenkpunkt, umfassen.
  • In dem Algorithmus 200 umfaßt der Berechnungsschritt dann des Weiteren das Umwandeln der errechneten durchschnittlichen Differenz in einen Gewichtungsfaktor, der in 3 als W1, W2, W3, ..., WN für jeden der Koeffizienten gezeigt ist, die den Wellenfrontbestimmungsalgorithmus-Termen zugeordnet sind (Block 111), und ebenso das Umwandeln der errechneten durchschnittlichen Differenz in einen Gewichtungsfaktor für die einen Behandlungsparameter, die in 3 als T1, T2, ..., TN gezeigt sind (Block 112). Der Justierschritt umfaßt das 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; "Sigma" 201 in 3), und jeder Term wird mit der Summe der gewichteten Koeffizienten und gewichteten Behandlungsparameter multipliziert (Block 115).
  • Dieses Vorgehen (Blöcke 109–115) wird für alle Terme in der Wellenfrontbeschreibung wiederholt (Block 116), bis eine vollständige optimierte Verordnung entstanden ist (Block 108).
  • Dem Fachmann ist klar, daß diese konkrete Ausführungsform ein beispielhaftes Verfahren darstellt und daß alternative Ausführungsformen in Betracht gezogen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann in einer dritten Ausführungsform (2A) eine nicht-lineare Vorgehensweise verwendet werden, wobei mindestens einige der Gewichtungskoeffizienten keine einfachen linearen Multiplikatoren sind (Block 117), wie zum Beispiel Koeffizienten, die sich je nach dem Eingabewert ändern, oder durch andere Faktoren in einer unabhängigen Weise beeinflußt werden. Da das System 10 und die Verfahren 100 und 300 als adaptiv verstanden werden, ist dem Fachmann klar, daß ein Algorithmus, der aus neuen Einga bedaten "lernt", möglich ist, wenn die Datenbank genügend Daten enthält, aus denen sich statistisch gültige Korrelationen bilden lassen.
  • Sobald mittels eines der Verfahren eine optimierte Verordnung bestimmt wurde (Block 108), kann die optimierte Verordnung automatisch zu einem Behandlungsapparat 15 (Block 118, 2B) oder einer Implantatherstellungsvorrichtung 16 übertragen werden. Alternativ können die Berechnungen innerhalb des Prozessors 12 im Anschluß an die Übertragung der unverarbeiteten Verordnungsdaten zu dem Behandlungsapparat 15 oder der Implantatherstellungsvorrichtung 16 ausgeführt werden.
  • Vorzugsweise wird im Anschluß an jede Behandlung (Block 119) eines aktuellen Patienten ein Behandlungsergebnis für den aktuellen Patienten in einem vorgegebenen Intervall im Anschluß an die Behandlung gemessen (Block 120). Um die Datenbank kontinuierlich weiter zu füllen, wird dann das Behandlungsergebnis für den aktuellen Patienten in die Datenbank eingegeben (Block 121).
  • 4 offenbart ein Verfahren 150 zum Erstellen eines Systems, aus dem Optimierungsdaten zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Verfahren 100 entnommen werden sollen. Wie in 4 gezeigt, wird ein anfänglicher Satz Parameters ausgewählt (Block 151), wobei die Gewichtungskoeffizienten auf Nennwerte eingestellt sind. Zum Beispiel können die Gewichte so eingestellt werden, daß die Messungswellenfront ohne Veränderung direkt in die Behandlungswellenfront umgesetzt wird. In den 2A und 2B würde dies W1 220a gleich 1 und alle weiteren Terme gleich 0 zum Bestimmen des ersten Behandlungswellenfrontkoeffizienten entsprechen.
  • Unter Verwendung dieses anfänglichen Parametersatzes wird eine erste Gruppe Patienten behandelt (Block 152), und postoperative Behandlungsergebnisse werden nach einem vorgegebenen Intervall gesammelt (Block 153). Die prä- und postoperativen Daten werden zusammen mit dem einen oder den mehreren zugeordneten Klassifizierungselementen in die Datenbank 14 eingegeben (Block 154).
  • Die in dem Prozessor 12 befindliche Suchmaschine 18 ist dafür geeignet, Behandlungsergebnisse auf der Grundlage. eines Klassifizierungselements herauszusuchen, das für Korrelationsberechnungen gewünscht wird. Wie oben beschrieben, kann dann unter Verwendung dieser Daten ein verbesserter Satz Koeffizienten für eine zweite Gruppe Patienten berechnet werden (Block 155).
  • Die Behandlungsergebnisse von der zweiten Gruppe Patienten werden dann in die Datenbank 14 eingegeben (Block 156), wodurch die Statistik für die Daten weiter verbessert wird. Dieser Prozeß kann mit einer nächsten Gruppe Patienten fortgesetzt werden (Block 157) und kann im Wesentlichen unendlich weiter fortgesetzt werden, wie durch den Rückkehrpfeil zu Block 153 in 4 gezeigt, um den Justieralgorithmus weiter zu verfeinern.
  • In der vorangegangenen Beschreibung wurden bestimmte Begriffe im Interesse der Kürze, der Klarheit und des Verständnisses verwendet, aber daraus sind keine ungerechtfertigten Einschränkungen über die Erfordernisse des Standes der Technik hinaus abzuleiten, weil diese Wörter im vorliegenden Text zu Beschreibungszwecken verwendet werden und in einem weitgefassten Sinn zu interpretieren sind. Darüber hinaus sind die Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens, die im vorliegenden Text veranschaulicht und beschrieben sind, lediglich beispielhaft.

Claims (1)

  1. Verfahren (100) zum Erzeugen eines Systems zur Optimierung einer Verordnung einer Refraktionskorrektur, das folgende Schritte aufweist: a) Bilden einer Datenbank (14) aus Behandlungsergebnissen von mehreren behandelten Patienten, wobei jedes Ergebnis eines behandelten Patienten wenigstens ein diesem zugeordnetes Klassifizierungselement besitzt und eine Korrekturverordnung durch präoperative Wellefrontbestimmung (11) und ein postoperatives visuelles Profil aufweist, b) Bereitstellen einer Suchmaschine (16), die mit einem Prozessor (12) in Verbindung steht, der dafür eingerichtet ist, Behandlungsergebnisse aufgrund eines Klassifizierungselements auszuwählen; c) Bereitstellen eines ersten Softwaremoduls (13) zur Verwendung durch den Prozessor, wobei das erste Softwaremodul dafür eingerichtet ist, aus den ausgewählten Behandlungsergebnissen in der Datenbank eine mittlere Differenz zwischen der präoperativen Verordnung und dem postoperativen Profil für wenigstens einige der vorhergehend behandelten Patienten zu berechnen (104), die ein Klassifizierungselement mit dem aktuellen Patienten gemein haben; d) Bereitstellen eines zweiten Softwaremoduls (13) zur Verwendung durch den Prozessor, wobei das zweite Softwaremodul dafür eingerichtet ist, eine Korrekturverordnung für den aktuellen Patienten entsprechend der berechneten mittleren Differenz abzustimmen, um eine optimierte Verordnung zu bilden (108), wobei der aktuelle Patient ein Klassifizierungselement besitzt, das diesem zugeordnet ist, und eine Wellefrontbestimmung hatte, die für eine Messung einer anfänglichen Korrekturverordnung vorgenommen wurde; und e) Bereitstellen von Mitteln zum automatischen Übertragen (118) der optimierten Verordnung an eine Vorrichtung zur Implantatherstellung (15).
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