DE69704652T2

DE69704652T2 - Anordnung zur Durchführung von Augenoperationen

Info

Publication number: DE69704652T2
Application number: DE69704652T
Authority: DE
Inventors: Mikio Arashima; Hirohiko Hanaki; Toshifumi Sumiya
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: EP0850614A3; DE69704652D1; JP3828626B2; US6030376A; JPH10192334A; EP0850614A2; EP0850614B1; ES2155966T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe zum Durchführen einer Behandlung des Auges eines Patienten mittels eines Laserstrahls und genauer eine Vorrichtung, die einen Ausrichtmechanismus zum Richten des Behandlungslaserstrahls auf eine erwünschte Stelle des Auges des Patienten oder zum Richten des Laserstrahls auf die gewünschte Stelle, indem einer Bewegung des Auges des Patienten gefolgt wird, und einen Beobachtungsmechanismus zum Beobachten einer Unebenheit der Cornea des Auges des Patienten unmittelbar nach Beendigung der Behandlung.
Eine ophthalmologische Behandlungsvorrichtung zum Behandeln einer Cornea bzw. Hornhaut mittels eines Excimerlaserstrahls ist als ein ophthalmologischer Behandlungsapparat zum Durchführen einer Behandlung eines Auges eines Patienten mittels Laserstrahl wohlbekannt.
Die Vorrichtung wird verwendet, um einen krankhaften Bereich einer Hornhautoberfläche zu entfernen, indem der Excimerlaserstrahl auf die Hornhautoberfläche projiziert wird, oder zum Korrigieren einer Ametropie durch Abtragen der Hornhautoberfläche, so dass die Krümmung der Hornhaut verändert wird. Bei Verwendung der Vorrichtung wird das Auge des Patienten mittels eines Fixierungsziels fixiert, so dass ein Operateur eine Ausrichtung beginnt, um das Auge des Patienten und ein optisches Bestrahlungssystem durch Beobachten eines Ausrichtziels in einen erwünschten Zustand zu bringen. Nachdem die Ausrichtung vollständig ist, wird das Abtragen innerhalb eines erwünschten Bereiches durch Steuerung der Vorrichtung nur für eine eingestellte Höhe durchgeführt.
Nachdem die Hornhautoberfläche durch Einsatz der ophthalmologischen Behandlungsvorrichtung dieser Bauart abgetragen ist, wird die Gestalt der Hornhaut betrachtet, um zu bestätigen, dass die Cornea des Auges des Patienten in geeigneter Weise abgetragen ist. Diese Betrachtung war das Kriterium zum Abschätzen der cornealen Apazifikation, zum Bestätigen einer Fixierungsabweichung des Auges des Patienten und zum Bestimmen, ob ein weiterer Eingriff nochmals erforderlich ist.
Bei einem LASIK-Eingriff wird der Lappen (corneales Epithel und ein Teil der Stroma) teilweise zurückgeschält und dann wird der Excimerlaserstrahl aktiviert. Der Lappen wird dann an die Stelle, wo er war, zurückbewegt, so dass er daran befestigt wird. Bei dem Zurückbewegen wird der befestigte Zustand beobachtet, speziell, ob Luft unter dem Lappen vorhanden ist oder nicht.
Obwohl das Fixierungssziel am bzw. auf das Auge des Patienten fixiert ist, haben einige Patienten, deren Augen mit einem Defekt behaftet sind, ein Problem dahingehend, dass ihre Augen nicht stabil sind. Sobald festgestellt wird, dass sich das Auge während der Ausrichtung oder der Laserstrahlbestrahlung bewegt hat, sollte die Laserstrahlbestrahlung daher gestoppt werden und die Ausrichtung sollte vom ersten Schritt aus beginnen. Im Ergebnis führt eine wiederholte Ausrichtung zu einer Belastung dahingehend, dass die Operations- bzw. Eingriffszeit für den Patienten und den Operateur verlängert wird. Weiter hat ein Patient, dessen Augen sich wiederholt bewegt haben, große Schwierigkeiten.
Wenn die Laserstrahlbehandlung fortgesetzt wird, ohne dass die Bewegung des Auges des Patienten beachtet wird, wird die Oberfläche der Hornhaut nicht auf die erforderliche Gestalt abgetragen. Entsprechend wird das nach der Behandlung vorhandene Brechungsvermögen beeinflußt.
Weiter kann geschehen, dass der Zustand nach der Behandlung unter Verwendung einer anderen Vorrichtung betrachtet werden muss und es kann eine weitere Schwierigkeit für den Patienten und den Operateur entstehen.
Die WO 94/18883, auf der die zweiteilige Form des Anspruchs 1 basiert, beschreibt ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System für ophthalmologische Chirurgie und Gewerbeausrüstung. Die Vorrichtung enthält einen Laser, ein Nachführsystem und einen Mikroprozessor zum Durchführen eines Eingriffs an einem sich bewegenden Auge.
Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Umstände gebracht und hat die Aufgabe, die vorgenannten Probleme zu lösen oder zumindest zu mindern.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Das strahlungssensitive Element ist vorzugsweise ein fotografisches Element zum Fotografieren des Bildes des Auges.
Wie vorstehend beschrieben und entsprechend der Erfindung ermöglicht die Vorrichtung, die Bewegung eines Auges eines Patienten zu verfolgen, selbst wenn das Auge während de Ausrichtung oder der Laserstrahlbehandlung sich bewegt, so dass eine Verschiebung der bestrahlten Fläche vermieden werden kann, um die einwandfreie Behandlung zu erreichen.
Da vom Augenhintergrund reflektiertes Licht zur Erfassung der Pupillenstellung verwendet wird, kann erfindungsgemäß die Pupillenposition definitiv erfaßt werden, ohne dass sie von einer Änderung der Hornhautgestalt beeinflußt wird, die von dem Abtragen verursacht wird. Daher kann das Verfolgen des Augapfels genau geschehen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:
Fig. 1 eine Ansicht eines gesamten Aufbaus einer ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht einer Anordnung ophthalmologischer Elemente innerhalb eines Armteils der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 3 eine Ansicht eines Bewegungsmechanismus des Armteils der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 4 eine Ansicht, die eine Skizze des optischen Systems der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform zeigt;
Fig. 5 eine Ansicht, die eine Skizze eines Analysesystem der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 eine Ansicht, die ein Bild eines Pupillenteils zeigt, das von einer CCD-Kamera der ophthalmologische Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform aufgenommen ist,
Fig. 7 (a) eine Ansicht, die eine Verteilung einer Lichtmenge auf eine Linie A-A der Fig. 6 zeigt.
Fig. 7 (b) eine Ansicht, die die Verteilung eines Differentialwertes auf der Linie A-A der Fig. 6 zeigt;
Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Analyseverfahrens der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut der bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung eines digitalen Bildes, das in der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform gespeichert wird;
Fig. 10 eine Ansicht, die eine Probe eines postoperativen, rückbeleuchteten Bildes eines vorderen Teils eines Patientenauges zeigt, das auf einem Monitor der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform angezeigt wird;
Fig. 11 eine Ansicht, die eine Schnittform der Hornhaut eines Auges eines Patienten zeigt, die dem Schnittbereich C-C in Fig. 10 äquivalent ist;
Fig. 12 ein Blockschaltbild eines Steuersystems der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform und
Fig. 13 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktion des automatischen Ausrichtens und Verfolgens eines Auges eines Patienten der ophthalmologischen Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut entsprechend der bevorzugten Ausführungsform.
Im folgenden erfolgt eine detaillierte Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtaufbau der Vorrichtung zum Operieren einer Hornhaut unter Verwendung des Strahls eines Excimerlasers. Eine Excimerlaserstrahlquelle und ähnliches sind in einem Grundkörper 1 der Vorrichtung eingebaut. Der Laserstrahl der Excimerlaserstrahlquelle wird von einem Spiegel innerhalb des Grundkörpers 1 derart reflektiert, dass er an einen Armteil 2 emittiert bzw. abgegeben wird. Der Armteil 2 ist aus einem biokularen Mikroskop 3 zum Beobachten eines Auges eines Patienten, einem Beleuchtungsteil 4, einem Laserstrahlbestrahlungsauslaß, der hier nicht dargestellt ist, und einem optischem Beobachtungsteil 5 mit einem optischen System zum Erfassen der Augenstellung und ähnliches, was nachfolgend erläutert wird, zusammengesetzt. Der Laserstrahl wird zu einem Auge eines Patienten mittels optischer Elemente gerichtet, wie einem Spiegel oder ähnlichem, die innerhalb des Armteils 2 und des optischen Beobachtungsteils 5 (siehe Fig. 2) angeordnet sind. Der Armteil 2 wird von einer X-Richtungsarmantriebseinrichtung 31 in X-Richtung (seitliche Richtung bezüglich des Operateurs) bewegt, und in Y-Richtung (Richtung auf den Operateur zu und von ihm weg) von einer Y- Richtungsarmantriebseinrichtung 32 bewegt. Weiter wird der optische Beobachtungsteil 5 in Z-Richtung von einer Z-Richtungsarmbetriebseinrichtung 33 bewegt. Die Antriebseinrichtungen 31, 32 und 33 sind aus Motoren, Gleitmechanismen und ähnlichem zusammengesetzt.
Eine Steuereinrichtung 6 enthält einen Steuerknüppel 7 zum. Erzeugen eines Signals zum Antrieb des Armteils 2 in X-Y-Richtung, einen Fokuseinstellschalter 60 zum Starten der Ausrichtung in Z-Richtung, einen automatischen Ausrichtungsschalter 61 zum Einstellen einer Schaltung AN/AUS für die automatische Ausrichtung, einen Fertig-Schalter 62 zum Schalten aus dem Zustand Stand by auf den möglichen Zustand der Laserstrahlbestrahlung, einen V. Facter Beobachtungsumschalter 63 zum Beobachten einer Unebenheit einer postoperativen Hornhaut (im folgenden V. Facter genannt) und ähnliches. Ein Einstellmenüschirm zum Einstellen des Betriebszustandes und ein Rückbeleuchtungsbild eines vorderen Teils des Patientenauges zum Zeitpunkt der V. Facter-Überprüfung werden auf einem Monitor 74 dargestellt.
Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Fußschalter zum Weiterleiten eines Laseremittiersignals, und in einen Computer 9 werden verschiedene, für den Betriebszustand notwendige Daten eingegeben und werden die Daten der Laserstrahlbestrahlung berechnet, angezeigt und gespeichert. Der Computer 9 liest auch ein erfaßtes Bild des V. Facters ein, um es anzuzeigen, zu analysieren und zu speichern. Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Bett, auf das sich ein Patient legt.

Optische Systeme

Fig. 4 ist eine Ansicht einer Skizze des optischen Systems der bevorzugten Ausführungsform.

(a) Optisches Laserbestrahlungssystem

Eine Laserstrahlquelle 11 emittiert den Excimerlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 193 nm. Ein Planspiegel 12 reflektiert den Laserstrahl, der aus der Laserstrahlquelle 11 in horizontaler Richtung emittiert wird, aufwärts in 90º. Ein Planspiegel 13 ist in vertikaler Richtung (der Pfeilrichtung) beweglich, um den Laserstrahl wiederum in horizontaler Richtung abzulenken. Eine Bilddreheinrichtung 14 dreht den Laserstrahl um eine optische Achse L. Eine Apertur 15 begrenzt eine Bestrahlungsfläche des Laserstrahls und ihre Aperturdurchmesser können durch eine nicht dargestellte Aperturantriebseinrichtung verändert werden. Eine Projektionslinse 16 projiziert die Blende bzw. Apertur 15 auf eine Hornhaut Ec eines Auges E eines Patienten. Die Apertur 15 ist bezüglich der Projektionslinse 16 in einer konjugierten Stellung zu der Hornhaut Ec und die von der Apertur 15 begrenzte Fläche wird auf die Hornhaut projiziert, wodurch die abzutragende Fläche begrenzt ist.
Der Laserstrahl mit rechteckigem Querschnitt, der von der Laserstrahlquelle 11 emittiert wird, wird durch eine parallele Bewegung des Spiegels 13 in eine konstante Richtung bewegt, so dass er die gesamte Aperturfläche der Apertur 15 überdeckt. Das Abtragen mittels der Bewegungssteuerung des Spiegels 13 und der Apertursteuerung der Apertur 15 sind in der offengelegten Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-242644 der Anmelderin der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme beschrieben (entsprechend der US 5, 507,799).
Ein dichroitischer Spiegel 17 hat die Eigenschaft, dass er den Excimerlaserstrahl reflektiert und sichtbare Strahlen und Infrarotstrahlen durchläßt und bewirkt, dass die optische Achse des optischen Laserbestrahlungssystems koaxial mit der optischen Achse der Objektivlinse des nachfolgend beschriebenen optischen Beobachtungssystems ist.

(b) Optisches Beobachtungssystem

Bezugszeichen 21 ist eine Objektivlinse und ein dichroitischer Spiegel 22 hat die Eigenschaft, dass er sichtbares Licht durchläßt und Infrarotlicht reflektiert. Das Bild des vorderen Teils des Auges E, das von einer Quelle 4a sichtbaren Beleuchtungslichtes innerhalb des Beleuchtungsteils 4 beleuchtet wird, fällt durch den dichroitischen Spiegel 17, der Objektivlinse 21 und dem dichroitischen Spiegel 22 auf den binokularen Mikroskopteil 3. Der Operateur beobachtet das Auge E aus dem binokularen Mikroskopteil 3. Eine nichtdargestellte Strich- bzw. Zielmarkenplatte ist in das optische Beobachtungssystem eingesetzt, so dass die Strichplatte ein Standardpunkt für die Ausrichtung der X-Y- Richtungen des Auges E sein kann.
Weiter ist ein optisches Zielprojektionssystem, das aus zwei Stücken von Schlitzen zum Durchführen der Ausrichtung in Z-Richtung zusammengesetzt ist, ist in dem optischen Beobachtungssystem angeordnet (siehe Japanische, offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 6-47901, entsprechend US 5,562,656, angemeldet von dem vorliegenden Anmelder).
Ein Fixierungslicht 23 ist auf der optischen Achse der Objektivlinse 21 angeordnet.

(c) Optisches Rückbeleuchtungs-Bilderfassungssystem

Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Beleuchtungslichtquelle, wie eine LED oder ähnliches zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge im nahen Infrarot, 25 bezeichnet eine Sammellinse, 26 einen Strahlteiler, 28 einen für Infrarotlicht durchlässigen Filter und 29 eine CCD-Kamera, die für Infrarotwellenlängen empfindlich ist. Die fotografische Linse 27 ist in der Pfeilrichtung mittels einer nichtdargestellten Antriebseinrichtung beweglich. Durch Bewegen der fotografischen Linse 27 während der Operation wird eine fotografierende Fläche der CCD-Kamera 29 optisch derart angeordnet, dass sie mit der Stelle nahe der Pupille des Auges E bezüglich der fotografischen Linse 27 und der Objektivlinse 21 nahezu konjugiert ist. Nach Ausführen der Operation wird die fotografierende Oberfläche optisch so angeordnet, dass sie annähernd mit der Position nahe der Hornhaut des Auges E konjugiert ist, um das Operationsergebnis zu betrachten.
Nachdem das von der Beleuchtungslichtquelle 24 emittierte Infrarotlicht durch die Sammellinse 25 und den Strahlteiler 25 hindurchtritt, wird es vom dichroitischen Spiegel 22 reflektiert, so dass es koaxial mit einer Zentralachse des binokularen Beobachtungssystems ist. Das von dem dichroitischen Spiegel 22 reflektierte Licht wird von der Objektivlinse 21 zu einem parallelen Lichtstrahl geformt und gelangt dann zum Auge E. Das Licht aus der Pupille des Auges E wird vom Augenhintergrund Er reflektiert, so dass der vordere Teil von der Hinterseite über eine Kristallinse erleuchtet werden kann. Dann tritt das reflektierte Licht durch den dichroitischen Spiegel 17, die Objektivlinse 21, dem dichroitischen Spiegel 22, den Strahlteiler 26, die fotografische Linse 27 und das für Infrarotlicht durchlässige Filter 28 hindurch, so dass es auf der fotografierenden Oberfläche der CCD- Kamera 29 abgebildet wird. Dabei blockiert das Infrarotlicht durchlässige Filter 28 das sichtbare Licht, das vom dichroitischen Spiegel 22 leicht reflektiert wird.

Signalverarbeitungssystem

Im weiteren werden Einzelheiten der Verarbeitung und Analyse von Signalen, die von dem optischen Rückbeleuchtungs-Bilderfassungssystem erfaßt werden, unter Verwendung des Blockschaltbildes gemäß Fig. 5 beschrieben, das eine Skizze des Analysesystems zeigt.
Betreffend das von der CCD-Kamera 29 fotografierte Bild wird das Analogsignal von einem Datenerfassungsbord 70 innerhalb des Computers 9 in eine digitales Signal umgewandelt. Dann wird das Bild, nachdem es eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 73 passiert hat, auf dem Monitor 74 angezeigt. Beim Erfassen des V. Facters, wird das eingegebene Signal aus der CPU 73 an das Datenerfassungsbord 70 weitergegeben, wenn der Operateur ein Signal unter Verwendung einer Tastatur 71 oder einer Maus 72 eingibt. Das Datenerfassungsbord 70, das das Signal empfängt, schneidet einen Rahmen aus den kontinuierlichen Bildern, die von der CCD-Kamera 29 geliefert werden, um es als ein digitales Bildsignal an die CPU 73 zu übertragen. Die übertragenen digitalen Bildsignale werden in einer Speichereinrichtung 75 unter Steuerung der CPU 73 gesammelt bzw. gespeichert.

(a) Erfassung der Augposition

Die Augposition wird von dem Computer 9 wie folgt erfaßt. Fig. 6 ist eine Ansicht, die ein Bild des Pupillenteils zeigt, das von der CCD-Kamera 29 fotografiert wird (da der Infrarotstrahl des inneren Beleuchtungslichtes nicht blockiert wird, ist der Infrarotstrahl leicht enthalten). Obwohl der vordere Teil mit Ausnahme des Pupillenteils von der CCD-Kamera 29 fotografiert wird, ist daher eine kleine Lichtmenge vorhanden. Fig. 7 (a) ist eine Ansicht, die die Verteilung einer Lichtmenge auf der Linie A-A zeigt, die auf Basis des fotografischen Signals aus der CCD-Kamera 29 erhalten wird, und Fig. 7 (b) ist eine Ansicht, die die Verteilung des Differentialwertes zeigt, wenn die Verteilung der Lichtmenge in Fig. 7 (a) differenziert wird.
Da die Lichtmenge des Bildes des Pupillenteils im Vergleich mit anderen peripheren Teilen stark zunimmt, kann, wie in Fig. 7 (a) gezeigt, durch Differenzieren der Lichtmenge ein Variationspunkt erhalten werden. Wie in Fig. 7 (b) gezeigt, können, da der Differentialwert an dem deutlichen Teil der Verteilungsvariation der Lichtmenge groß ist, das Maximum Dmax und Minimum Dmin als Pupillenrand einer seitlichen Richtung (A-A Richtung) erfaßt werden. Als Ergebnis der Erfassung des Pupillenrandes kann weiter ihre Zentralposition, mit anderen Worten, die Mittelposition der Pupille der seitlichen Richtung erhalten werden. In ähnlicher Weise kann, basierend auf Differentialdaten der Lichtverteilung auf eine Linie B-B einer Längsrichtung die Mittelposition der Pupille auf der Längsrichtung erhalten werden. Im Ergebnis kann durch Erhalten der Zentralposition der Pupille in beiden Richtungen die Zentralpositionen der Pupille bezüglich der optischen Achse des optischen Erfassungssystems (optische Achse des optischen Laserbestrahlungssystems), das in einer vorbestimmten Positionsbeziehung auf dem fotografischen Element der CCD-Kamera 29 eingestellt wird, erhalten werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Erfassungslinien der Seiten- und Längsrichtung die Verteilungsfunktion der Lichtmenge für mehrere Linien mit dem Zentrum in der Mitte des fotografischen Elements der CCD-Kamera 29 finden, und die Information daraus dann gemittelt wird. Obwohl ein cornealer Reflexionsleuchtpunkt, der von der Lichtquelle 24 verursacht wird, von der CCD-Kamera 29 erfaßt wird, kann dieser Effekt durch geeignete Einstellung eines Schwellwertes zum Erfassen des Pupillenrandes entsprechend der Lichtmenge an dem Pupillenteil beseitigt werden. Die von der Beleuchtungslichtquelle 24 verursachte corneale Reflektion kann weggelassen werden, indem für die Seite der Beleuchtungslichtquelle 24 und der CCD-Kamera 29, die durch den Strahlteiler 26 getrennt sind, Ablenkplatten vorgesehen werden, deren Ablenkachsen sich rechtwinklig schneiden.

(b) Erfassung des V. Facters

Im weiteren wird die Analyseverarbeitung basierend auf einem Flußdiagramm, das den Analysevorgang der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 8 zeigt, und einem Diagramm des in der Vorrichtung bevorzugten Ausführungsform gespeicherten digitalen Bildes, das in Fig. 9 gezeigt ist, beschrieben.
Das gesammelte bzw. gespeicherte Bild wird digital verarbeitet und Fig. 9 zeigt eine Anordnung. Das Bild ist mit Iij bezeichnet. Das Bild wird von der CPU 73 aus der Speichereinrichtung 75 ausgelesen, so dass jedes einzelne Pixel des Bildes der Reihe noch erfasst werden kann. Die Erfassungsrichtung erfolgt von dem linken oberen Punkt I&sub1;&sub1; zur seitlichen Richtung hin, so dass eine Erfassung bis zum rechten oberen Teil Iw1 erfolgt. Dann wird einmal mehr vom linken oberen Punkt I&sub2;&sub1; begonnen, um in seitlicher Richtung zu erfassen. Der Vorgang wird bis zum rechten unteren Punkt Iwh wiederholt. Dann wird das Gewicht eines erfassten Pixels mit einer definierten Schablone verglichen; wenn das Gewicht des erfassten eines Pixels innerhalb der definierten Schablone enthalten ist, wird das erfaßte eine Pixel durch eine Farbe der definierten Schablone ersetzt. Die Definition der Schablone ist als der folgende Ausdruck gegeben:
Tn ≤ Farbe n < Tn+1(n = 0 ~ m)
Das eine Pixel, das durch eine Farbe ersetzt wird, wird in der gleichen Reihenfolge wie beim Erfassen angezeigt. Das gleiche Verfahren wird für den gesamten Bereich des Bildes durchgeführt und dann kann ein Bild einer Farbkarte angezeigt werden. Die Abtragfläche kann ebenfalls als ein numerischer Wert oder eine Kurve angezeigt werden, wobei das Ausmaß von jeder Farbe besetzt wird.
Fig. 10 ist ein Beispiel eines postoperativen Rückbelichtungsbildes des vorderen Teils eines Auges eines Patienten, das auf dem Monitor 74 angezeigt wird. Fig. 11 ist eine Querschnittsform der Hornhaut eines Auges eines Patienten, die dem Schnitt C-C (siehe Fig. 10) entspricht. Wie vorstehend beschrieben, wird, da die Hornhaut mit der Laserstrahlbestrahlung durch allmähliches Vergrößern der Apertur 15 abgetragen wird, die Schnittgestalt der Hornhaut in einer Mikroansicht treppenförmig. Wenn die Hornhaut gleichmäßig zu einer erwünschten Form abgetragen wird, kann der Pupillenteil des vorderen Teils des Auges des Patienten, der vom Monitor 74 angezeigt wird, als ein gleichmäßig hell gefärbtes Bild betrachtet werden.
Wenn sich das Auge des Patienten während der Operation bewegt hat, wird die Cornea dagegen nicht zu der erwünschten Gestalt abgetragen. Daher können sich Teile des Überlappungsrandes, der treppenförmig sein sollte, überlappen, was dazu führt, dass Randteile mit fehlerhafter Höhe ausgebildet werden. Bezugszeichen 51 der Fig. 10 bezeichnet einen Schatten, der bei ungeeigneter bzw. fehlerhafter Abtragung gebildet wird. In dem Schatten 51 wird ein Teil des Reflexionslichtes vom Augenhintergrund her wegen der Brechung oder ähnlichem nicht zu der CCD-Kamera 29 übertragen. Daher nimmt die von der CCD- Kamera 29 erfaßte Lichtmenge ab und im Ergebnis erscheint auf dem Monitor 74 ein dunkler Schatten.
Basierend auf dem Monitor 74 gezeigten Schatten 51 beurteilt der Operateur, ob eine weitere Operation durchgeführt werden sollte oder nicht. Wenn es unmöglich ist, basierend nur auf dem Schatten 51, der auf dem Monitor 74 angezeigt wird, zu beurteilen, wird die Bildanalyse durchgeführt, um einwandfrei zu beurteilen.
Bezugnehmend auf die Vorrichtung mit dem vorgenannten Aufbau wird ein Operationsverfahren, basierend auf dem Blockschaltbild eines detaillierten Steuersystems gemäß Fig. 12 erläutert.
Durch Einschalten der Stromversorgung der Vorrichtung zum Starten des Systems wird auf dem Monitor 74 des Computers 9 ein Menüschirm dargestellt. Es gibt zwei Arten von Betriebsmoden zum Operieren der Hornhaut unter Verwendung des Excimerlaserstrahls; eine ist eine Brechungskorrekturoperation (PRK: fotorefraktive Keratektomie) und die andere ist eine Heiloperation zum Abtragen einer Hornhautoberfläche (PTK: fototherapeutische Keratektomie). In dieser Stufe soll das PRK-Verfahren auf dem Menüschirm gewählt werden. Der Operateur gibt mittels der Tastatur 71 des Computers 9 verschiedene Daten der Brechkraft des Auges E des Patienten und des Operationszustandes ein, die vorher geprüft werden. Der Computer 9 berechnet die Abtragmenge der Hornhaut, basierend auf den eingegebenen Daten. Die berechneten Betriebs- bzw. Operationsdaten werden durch Betätigen der Tastatur 71 an die Steuereinrichtung 40 gegeben.
Wenn die Eingabevorbereitung beendet ist, läßt der Operateur den Patienten sich auf das Bett 10 legen, so dass der optische Beobachtungsteil 5, der den Laserbestrahlungsausgang enthält, über dem Auge E eingestellt wird. Jede Lichtquelle wird angeschaltet und das Fixierlicht 23 wird auf das Auge E fixiert.
Der Operateur beobachtet den vorderen Teil des von dem Beleuchtungsteil 4 beleuchteten Auges E durch das Binokularmikroskop 3. Durch Betätigen des Steuerknüppels 7 kann die Ausrichtung in X-Y-Richtung derart durchgeführt werden, dass die Strichplatte (nicht dargestellt) und die Pupille sich in einer vorbestimmten Positionsbeziehung befinden, und dann kann die Ausrichtung in Z-Richtung durch Betätigen des Fokuseinstellschalters 60 durchgeführt werden.
Die Steuereinrichtung 40 betätigt jede Antriebsvorrichtung 31, 32 und 33 durch Signale von dem Steuerknüppel 7 und dem Fokuseinstellschalter 60, so dass der Armteil 2 in X-Y- Richtung und der optische Beobachtungsteil 5 in Z-Richtung bewegt werden.
Bei der Durchführung der Ausrichtung, basierend auf der Erfassung des Pupillenzentrums von dem Augpositionserfassungssystem, kann die automatische Ausrichtung gewählt werden, um die Ausrichtung durch Steuerung der Tätigkeiten der X- Richtungsarmantriebseinrichtung 31 und der Y-Richtungsarmantriebseinrichtung 32 zu starten.
Die automatische Ausrichtung startet durch Anschalten des Schalters 61 zur automatischen Ausrichtung (bezugnehmend auf das Flußdiagramm der Fig. 13). Wenn das Patientenauge in den Bereich gelangt, in dem der Pupillenrand der seitlichen und Längsrichtungen von dem Augpositionserfassungssystem erfaßt werden kann, berechnet der Computer 9 die Zentrumsposition der Pupille durch Verarbeitung des Signals von der CCD-Kamera 29, wie vorstehend beschrieben, so dass der Armteil 2 in X-Y-Richtung durch Antrieb und Steuerung der Antriebseinrichtungen 31 und 32 unter Steuerung der Steuereinrichtung 40 bewegt werden kann, so dass die optische Achse der Laserstrahlbestrahlung mit der Zentralposition der Pupille zusammenfällt.
Wenn die Laserstrahlbestrahlung durchgeführt wird, wobei die optische Achse der Laserstrahlbestrahlung mit der Zentralposition der Pupille zusammenfallend gehalten wird, wird zunächst die vollständige Ausrichtung bestätigt, dann wird der Fertigschalter 62 der Steuereinheit 6 gedrückt. Die vorbestimmte Position auf dem fotografischem Element der CCD Kamera 29 (die Position der optischen Achse des optischen Laserstrahlbestrahlungssystems) wird als eine Standardposition gespeichert, so dass die Standardposition mit der Zentralposition der Pupille (innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereiches) zusammenfällt. Dann wird der Augverfolgungsmechanismus zum Bewegen des Armteils 2 unter Steuerung der Steuereinrichtung 40 in Betrieb gesetzt. Die Zentralposition der Pupille, die durch Verarbeitung eines Signals aus der CCD-Kamera 29 gehalten wird, wird mit der Standardposition zu jeder Zeit verglichen. Wenn sich das Patientenauge E über den vorbestimmten zulässigen Bereich hinaus bewegt, werden die X-Richtungs- und Y- Richtungsarmantriebseinrichtungen 31 und 32 mittels der Steuereinrichtung 40 bewegt, basierend auf der Vergleichsinformation, die von dem Computer 9 übertragen wird, so dass der Armteil 2 in X-Y-Richtung bewegt wird, und die Zentrumsposition der Pupille innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereiches der Standardposition geführt wird. Wenn der Augverfolgungsmechanismus durch Eingeben des Signals des Fertig-Schalters 62 betätigt wird, wird ebenfalls bestätigt, dass das Auge E verfolgt werden kann. Dann wird eine Sicherheitsverschlußeinrichtung 41 geöffnet, so dass der Zustand erreicht werden kann, dass die Laserstrahlbestrahlung mittels des Fußschalters 8 durchgeführt werden kann.
Wenn der Operateur auf den Fußschalter 8 tritt, wird der Laserstrahl von der Steuereinrichtung 40 emittiert. Der Excimerlaserstrahl wird auf das Patientenauge E durch das optische Laserstrahlsystem projiziert und der erwünschte Bereich der Hornhaut Ec wird nur um das vorbestimmte Maß abgetragen. Bezugnehmend auf das erfindungsgemäße Augpositionserfassungssystem ist die Größe der Lichtmenge aus dem Pupillenteil wegen der Beleuchtung von der Rückseite mittels des reflektierten Lichtes des Augenhintergrundes des Auge E größer als die der Peripherie. Daher ist es einfach, den Pupillenrand und das Pupillenzentrum ohne Einfluß durch die Verformung der Hornhautgestalt, die von dem Abtragen verursacht wird, zu erfassen. Daher kann das Abtragen in dem Zustand durchgeführt werden, dass das Auge genau verfolgt wird. In dem Fall, dass sich das Patientenauge E jenseits des Bewegungsbereiches der X-Y-Richtung des Armteils bei der Laserstrahlaktivierung bewegt, wird die Sicherheitsverschlußeinrichtung 41 betätigt, um die Laserstrahlbestrahlung zu beenden.
Wenn die Laserstrahlbestrahlung unter den Zustand durchgeführt wird, dass die optische Achse der Laserstrahlbestrahlung mit der Hornhaut des Auges E ausgerichtet ist, wird diese Ausrichtung mittels des Steuerknüppels 7 durchgeführt.
Die Ausrichtung ist vollständig erfolgt und sobald der Fertig-Schalter 62 gedrückt wird, wird die Koordinatenposition des Pupillenzentrums auf dem fotografischen Element der CCD-Kamera als Standardposition vom Computer 9 gespeichert (bei Betrieb der automatischen Ausrichtung, wenn das Betriebssignal des Steuerknüppels 7 eingegeben wird, wird die Koordinatenposition des Pupillenzentrums, die durch Offset seines Anteils erhalten wird, als Standardposition gespeichert). Wenn das Auge E bewegt wird, wird der Augenverfolgungsmechanismus zum Bewegen des Armteils 2 unter Steuerung der Steuereinrichtung 40 betätigt, so dass das erfaßte Pupillenzentrum mit der gespeicherten Standardposition übereinstimmt (in den vorbestimmten erlaubten Bereich gelangt). Wenn das Signal vom Fußschalter 8 eingegeben wird, wird der Excimerlaserstrahl aktiviert, wie oben erläutert; deshalb wird der erwünschte Bereich der Hornhaut Ec nur für das eingestellte Maß abgetragen.
Wenn das Abtragen vollständig ist, wird der V. Facter Beobachtungsumschaltschalter 63 der Steuereinrichtung 6 eingeschaltet. Die Steuereinrichtung 40, die das Signal von dem V. Facter Beobachtungsumschalter 63 empfängt, betätigt den Sicherheitsverschluß oder ähnliches, um die Laserbestrahlung zu stoppen und löst einen Antrieb der fotografischen Linse 27 aus, so dass die fotografische Oberfläche der CCD-Kamera 29 etwa mit der Position nahe der Hornhaut optisch konjugiert. Das von der Infrarotbeleuchtungslichtquelle 24 emittierte Infrarotlicht fällt auf die CCD-Kamera 29 längs des oben genannten Weges. Das Rückbeleuchtungsbild des vorderen Teils des Auges E, das von der CCD-Kamera fotografiert wird, wird in den Computer 9 übertragen, so dass es auf dem Monitor 74 angezeigt wird. Der Operateur beobachtet das Rückbeleuchtungsbild der Hornhaut, das auf dem Monitor 74 angezeigt wird, um zu beurteilen, ob eine weitere Operation bzw. Behandlung notwendig ist oder nicht, und dann bestimmt der Operateur die Durchführung einer weiteren Operation oder die Beendigung der Operation.
Wenn der Operateur nur anhand des Schattens des Rückbeleuchtungsbildes der Hornhaut nicht beurteilen kann, kann die Beurteilung mittels der oben erwähnten Bildkarte erfolgen, die von der Bildanalyseverarbeitungseinrichtung erzeugt wird.
Bei der vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird das Rückbeleuchtungsbild der Hornhaut zwar auf dem Monitor des Computers angezeigt; es ist jedoch möglich, einen getrennten Monitor zu verwenden. Bezüglich des Monitors kann nicht nur die Kathodenstrahlröhre der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, sondern es kann jeder andere Monitor, wie ein Monitor mit kleinen Abmessungen, wie ein Flüssigkristalldisplay (LCD), verwendet werden. Weiter ist es, obwohl die Steuereinrichtung mit dem V. Facter Beobachtungsumschaltschalter versehen ist, möglich, mittels Tastatur des Computers umzuschalten.
Obwohl die Erfassung des Auges von dem Computer 9 verarbeitet wird, ist es auch möglich, die Verarbeitung mittels der Steuereinrichtung 40 auszuführen.
Die Erfindung ist nicht auf die bevorzugte Ausführungsform eingeschränkt, sondern es sind unterschiedlichste Modifikationen möglich. Die Erfindung kann ohne Beziehung auf den Aufbau des optischen Systems des optischen Laserbestrahlungssystems zum Korrigieren einer Ametropie oder ähnliches eingesetzt werden.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung erfolgt. Sie soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die beschriebene Ausführungsform beschränken, und Modifikationen und Abänderungen sind im Licht der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der Erfindung herrühren. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit unterschiedlichen Modifikationen zu verwenden, wie sie für den jeweils in Betracht gezogenen Einsatz geeignet sind.
Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe mit:

einem optischen Beobachtungssystem (17, 21, 22, 3, 4a) zum Beobachten eines vorderen Teils des Auges (E) eines Patienten;

einem einen Laserstrahl emittierenden optischen System (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17), um einen Laserstrahl zur Behandlung des Auges zu erzeugen und den Laserstrahl auf das Auge zu projizieren;

Bewegungsmitteln (31, 32), um einen Teil des einen Laserstrahl emittierenden optischen Systems relativ zu dem Auge zu bewegen;

einem optischen Beleuchtungssystem (24-26, 22, 17), um eine Beleuchtungsstrahlung zu projizieren; und

einem strahlungssensitiven Element (29), um ein Bild des vorderen Teils des Auges zu detektieren, der durch das optische Beleuchtungssystem beleuchtet wird;

dadurch gekennzeichnet, dass das optische Beleuchtungssystem Beleuchtungsstrahlung durch die Pupille des Auges derart projiziert, dass der vordere Teil des Auges von hinten durch Beleuchtungsstrahlung beleuchtet wird, die am Augenhintergrund (Ef) reflektiert wird.

2. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 1, wobei das strahlungssensitive Element ein photographisches Element beinhaltet, um eine Photographie des Bildes bereitzustellen.

3. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 1 oder 2, die des weiteren beinhaltet:

Anzeigemittel (74) zum Anzeigen des von hinten beleuchteten Bildes des vorderen Teils des Patientenauges, das durch das strahlungssensitive Element detektiert wird.

4. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren beinhaltet:

Bildverarbeitungsmittel (73, 40) zum Verarbeiten und Analysieren eines Signals des Bildes, das durch das strahlungssensitive Element detektiert wird.

5. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 4, wobei die Bildverarbeitungsmittel einen Schatten einer Kante extrahieren, der durch eine Hornhautabtragung verursacht wird.

6. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 4, wobei die Bildverarbeitungsmittel basierend auf dem Signal des Bildes eine Pupillenposition erfassen und wobei die Vorrichtung des Weiteren beinhaltet:

Steuermittel (40) zum Ausführen einer Justierung durch Steuern der Bewegungsmittel basierend auf der erfassten Pupillenposition.

7. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 6, die des Weiteren Justierungs-Signalerzeugungsmittel (61) beinhaltet, um ein Startsignal für die Justierung zu erzeugen, um das Auge des Patienten bezüglich einer optische Achse des einen Laserstrahl emittierenden optischen Systems zu justieren, wobei die Steuermittel die Bewegungsmittel basierend auf dem Startsignal und der erfassten Pupillenposition derart steuern, dass das Auge des Patienten und die optische Achse des einen Laserstrahl emittierenden optischen Systems die vorgegebene Positionsbeziehung haben.

8. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 6 oder 7, die des Weiteren beinhaltet:

Bestrahlungs-Signalerzeugungsmittel (8), um ein Signal für die Beendigung der Justierung zu erzeugen und eine Laserstrahlbeleuchtung zu ermöglichen, wenn die Justierung innerhalb eines vorgegebenen erlaubten Bereiches liegt.

9. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 4, wobei die Bildverarbeitungsmittel eine Pupillenposition basierend auf dem Signal des Bildes erfassen und die Vorrichtung des Weiteren beinhaltet:

Steuermittel zum Steuern der Bewegungsmittel, um so eine Bewegung des Auges des Patienten basierend auf der erfassten Pupillenposition zu verfolgen.

10. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das optische Beleuchtungssystem ein Beleuchtungslicht im nahen Infrarotbereich projiziert und das strahlungssensitive Element innerhalb des nahen Infrarotbereiches empfindlich ist.

11. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Laserstrahl zur Behandlung des Auges ein Ultraviolett-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 200 nm ist und die Vorrichtung dazu dient, auf die Hornhaut (Ec) des Auges durch Abtragen der Hornhaut mittels Bestrahlen der Hornhaut mit dem ultraviolettem Laserstrahl einzuwirken.

12. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, die des Weiteren beinhaltet:

Speichermittel (75), um das von hinten beleuchtete Bild des vorderen Teils des Auges eines Patienten zu speichern, das durch das strahlungssensitive Element detektiert wird.

13. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die optische Achse des optischen Beobachtungssystems mit einer optischen Achse des einen Laserstrahl emittierenden optischen Systems zusammenfällt, wodurch auch das optische Beobachtungssystem durch die Bewegungsmittel bewegt wird.

14. Vorrichtung für ophthalmologische Eingriffe nach Anspruch 3, die des weiteren beinhaltet:

Brennpunktposition-Bewegungsmittel (27) zum Bewegen einer Brennpunktposition der reflektierten Beleuchtungsemission, um so das von hinten beleuchtete Bild der Pupille des Auges oder das von hinten beleuchtete Bild der Hornhaut (Ec) des Auges selektiv durch das strahlungssensitive Element zu detektieren;

wobei die Anzeigemittel das von hinten beleuchtete Bild der Pupille oder das von hinten beleuchtete Bild der Hornhaut anzeigen, das von dem strahlungssensitiven Element detektiert wird.