WO2003045291A1 - Vorrichtung und verfahren zum abtragen von oberflächenmaterial - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a device for removing surface material, in particular a device for removing human or animal tissue, with at least one laser device consisting of at least one laser light source and at least one deflecting mirror for deflecting at least part of the laser beam generated and emitted by the laser light source in the direction of the surface material to be removed.
  • the present invention further relates to a method for removing surface material, in particular a method for removing human or animal tissue and the use of the device for removing surface material.
  • DE 41 03 615 A1 describes a device for the surgical treatment of an eye cornea skin surface with a laser light source, in which an integrator is used to homogenize the light intensity distribution in the beam cross section, which divides the beam cross section into several beam segments. The beam segments are in an image plane in which one Aperture device is arranged, shown.
  • EP 0 714 646 A1 also discloses a device for removing tissue from an cornea with a laser beam generator for generating laser radiation.
  • the known device also has an optical device by means of which the laser radiation is directed onto the corneal tissue to be removed with an approximately circular radiation cross section and a certain removal profile during the removal of tissue. At least two deflecting mirrors for the laser beam are usually used to deflect the laser radiation in the direction of the surface material to be removed.
  • a disadvantage of the known devices and methods is that only one punctiform surface of the laser beam occurs on the surface material to be removed. This means that a large number of laser points must be set until the material is removed, which results in a significantly slower removal process. In particular when removing corneal tissue or other human or animal tissue, this results in an additional burden on the patient to be treated.
  • a device according to the invention for removing surface material in particular a device for removing human or animal tissue, has at least one deflecting mirror, the deflecting mirror consisting of a multiplicity of individual mirrors and the position of the individual mirrors being individually controllable and controllable.
  • the deflecting mirror advantageously consists of at least 50 individual mirrors.
  • the deflecting mirror it is possible to set the number of laser beams striking the surface material and to deflect any laser beams that are not required into other areas so that they do not strike the material surface to be removed. It is advantageously sufficient for the deflecting mirror to be irradiated in at least one partial area with the laser beam generated by a laser light source.
  • the position of the individual mirrors can be electronically regulated and controlled. This ensures, among other things, that a deflection of the laser beam removes
  • the laser light source For corneal ablation, the laser light source generates a laser beam with a wavelength of usually 193 nm.
  • at least one individual mirror advantageously assigned a reflection level of the laser beam to be deflected. This results in a high precision in the removal of the desired surface material.
  • a method for removing surface material comprises the following method steps: a) generation of a laser beam by means of a laser light source; b) deflection of at least part of the laser beam generated and emitted by the laser light source in the direction of the surface material to be removed by means of at least one deflecting mirror, the deflecting mirror consisting of a large number of individual mirrors and the position of the individual mirrors being individually controllable; and c) removal of surface material according to a predetermined radiation and removal pattern resulting from the position of the individual mirrors of the entire deflecting mirror or a partial region thereof.
  • This method ensures that material from a surface is removed quickly and precisely.
  • the surface material is a human or animal cornea
  • the cornea is removed in method step c) according to predetermined radiation and ablation patterns in order to correct ametropia or to treat eye irregularities.
  • An inventive use of a device for removing surface material is the removal of human or animal corneas or the stroma tissue of the cornea for the correction of ametropia or for the treatment of eye irregularities.
  • Figure 1 is a schematic representation of an inventive
  • Figure 2 is a schematic representation of the device according to the invention for removing surface material with a deflecting mirror irradiated by the laser beam in a partial area.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 10 for removing surface material 22 with a laser device consisting of a laser light source 12 and a deflection mirror 14 for deflecting the laser beam 16 generated and emitted by the laser light source 12 in the direction of the surface material 22 to be removed
  • a laser beam with a wavelength of 193 nm and is an excimer laser It can be seen that the deflecting mirror 14 consists of a multiplicity of individual mirrors 20, in particular the deflecting mirror 14 consists of at least 50, in particular from 100 to 100,000 individual mirrors 20.
  • the position of the individual mirrors 20 can in each case be individually regulated and controlled, in particular electronically regulated. and controllable.
  • the incoming laser beam 16 is divided into a large number of individual beams, each of which is individually deflected or reflected onto the desired areas of the surface to be removed. Rays that are not required are deflected from the beam path by a corresponding position of the corresponding individual mirrors 20.
  • the material surface shown in the exemplary embodiment is the surface of a cornea 18 of an eye 24.
  • the device 10 is shown with a deflection mirror 14 irradiated by the laser beam 16 in its entire area.
  • the deflecting mirror 14 it is also possible for the deflecting mirror 14 to be irradiated by the laser beam 16 only in a partial area.
  • This embodiment is in Figure 2 shown.
  • the reference symbols used there correspond to the reference symbols and features according to FIG. 1.
  • the deflection of the laser beam 16 results in an ablation of surface material 22 according to a predetermined radiation pattern and ablation pattern resulting from the position of the individual mirror 20 of the entire deflecting mirror 14 (compare FIG. 1) or a partial area thereof (compare FIG. 2).
  • each individual mirror 20 it is possible for each individual mirror 20 to be assigned a deflection direction and an individual reflection level of the laser beam 16 to be deflected.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere Vorrichtung zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit mindestens einer Laservorrichtung bestehend aus mindestens einer Laserlichtquelle (12) und mindestens einem Umlenkspiegel (14) zur Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle (12) erzeugten und ausgehenden Laserstrahls (16) in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials (22), wobei der Umlenkspiegel (14) aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln (20) besteht und die Stellung der Einzelspiegel (20) jeweils individuell regel- und steuerbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere ein Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit folgenden Verfahrensschritten: (a) Erzeugung eines Laserstrahls (16) mittels einer Laserlichtquelle (12); (b) Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle (12) erzeugten und ausgehenden Laserstrahls (16) in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials (22) mittels mindestens einem Umlenkspiegel (14), wobei der Umlenkspiegel (14) aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln (20) besteht und die Stellung der Einzelspiegel (20) jeweils individuell regel- und steuerbar ist; und (c) Abtragung von Oberflächenmaterial (22) nach einem vorbestimmten, aus der Stellung der Einzelspiegel (20) des gesamten Umlenkspiegels (14) oder eines Teilbereichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Abtragen von Oberflächenmaterial
BESCHREIBUNG:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere Vorrichtung zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit mindestens einer Laservorrichtung bestehend aus mindestens einer Laserlichtquelle und mindestens einem Umlenkspiegel zur Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle erzeugten und ausgehenden Laserstrahls in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe und die Verwendung der Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial.
Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE 41 03 615 A 1 eine Vorrichtung zur chirurgischen Behandlung einer Augenhorn-hautoberfläche mit einer Laserlichtquelle, bei der zur Homogenisierung der Lichtintensitätsverteilung im Strahlquerschnitt ein Integrator verwendet wird, der den Strahlquerschnitt in mehrere Strahlsegmente aufteilt. Dabei werden die Strahlsegmente in einer Bildebene, in welcher eine Blendeneinrichtung angeordnet ist, abgebildet. Aus der EP 0 714 646 A 1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Abtragen von Gewebe an einer Augenhornhaut mit einem Laserstrahlgenerator zur Erzeugung einer Laserstrahlung bekannt. Dabei weist die bekannte Vorrichtung zudem eine optische Einrichtung auf, durch welche bei der Gewebeabtragung die Laserstrahlung mit einem etwa kreisrunden Bestrahlungsquerschnitt und einem bestimmten Abtragungsprofil auf das abzutragende Hornhautgewebe gerichtet wird. Zur Umlenkung der Laserstrahlung in Richtung des abzutragenden Oberflächen-materials werden üblicherweise mindestens zwei Umlenkspiegel für den Laserstrahl verwendet.
Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist jedoch, dass jeweils nur eine punktförmige Fläche des Laserstrahls auf dem abzutragenden Oberflächenmaterial auftritt. Dies bedeutet, dass bis zur gewünschten Abtragung des Materials eine Vielzahl von Laserpunkten gesetzt werden müssen, was in einem deutlich langsameren Abtragungsvorgang resultiert. Insbesondere bei dem Abtragen von Hornhautgewebe oder anderem menschlichen oder tierischen Gewebe resultiert daraus eine zusätzliche Belastung für den zu behandelnden Patienten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial bereitzustellen, die eine schnelle und präzise Abtragung von Oberflächenmaterial gewährleistet.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtragen von Oberflächenmaterial bereitzustellen welches einen schnellen und präzisen Abtrag von Oberflächenmaterial erlaubt.
Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere eine Vorrichtung zum Abtragen von menschlichem oder tierischem Gewebe, weist mindestens einen Umlenkspiegel auf, wobei der Umlenkspiegel aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln besteht und die Stellung der Einzelspiegel jeweils individuell regel- und steuerbar ist. Vorteilhafterweise besteht der Umlenkspiegel dabei aus mindestens 50 Einzelspiegeln. Durch die Aufteilung des Umlenkspiegels in eine Vielzahl von Einzelspiegeln wird der auf den Umlenkspiegel treffende breite Laserstrahl vorteilhafterweise in mehrere Strahlen aufgeteilt, die den Laserstrahl nach vorbestimmter Art und Weise reflektieren. Durch die Aufteilung des Laserstrahls in mehrere Strahlen, die gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig auf die abzutragende Materialoberfläche auftreffen, erfolgt ein schneller und präziser Abtrag des Oberflächenmaterials. Dabei ist es möglich, die Anzahl der auf das Oberflächenmaterial auftreffenden Laserstrahlen einzustellen und etwaige nicht benötigte Laserstrahlen in andere Bereiche abzulenken, so daß sie nicht auf die abzutagende Materialoberfläche auftreffen. Vorteilhafterweise genügt es, dass der Umlenkspiegel in mindestens einem Teilbereich mit dem von einer Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahl bestrahlt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellung der Einzelspiegel elektronisch regel- und steuerbar. Somit ist unter anderem gewährleistet, dass eine Umlenkung des Laserstrahls eine Abtragung von
Oberflächenmaterial nach einem vorbestimmten und aus der Stellung der
Einzelspiegel des gesamten Umlenkspiegels oder eines Teilbereichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmusters ergibt. Dadurch ist es zum Beispiel bei der Behandlung von Fehlsichtigkeiten oder Augenirregularitäten möglich, frei programmierbare Muster für verschiedenste Behandlungsarten, wie zum Beispiel Myopie, myoper Astigmatismus, hyperoper Astigmatismus, gemischter Astigmatismus, Hyperopie und andere patienten-spezifische
Behandlungen bereitzustellen und einen entsprechenden Abtrag der Hornhaut gemäß diesen vorbestimmten Mustern zu gewährleisten. Für den Hornhautabtrag erzeugt die Laserlichtquelle einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von üblicherweise 193 nm. Zudem wird mindestens einem Einzelspiegel vorteilhafterweise eine Reflexionsstufe des abzulenkenden Laserstrahls zugeordnet. Daraus resultiert eine hohe Präzision der Abtragung des gewünschten Oberflächenmaterials.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere ein Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe umfasst folgende Verfahrensschritte: a) Erzeugung eines Laserstrahls mittels einer Laserlichtquelle; b) Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle erzeugten und ausgehenden Laserstrahls in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials mittels mindestens einem Umlenkspiegel, wobei der Umlenkspiegel aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln besteht und die Stellung der Einzelspiegel jeweils individuell regel- und steuerbar ist; und c) Abtragung von Oberflächenmaterial nach einem vorbestimmten, aus der Stellung der Einzelspiegel des gesamten Umlenkspiegels oder eines Teilbereichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster. Durch dieses Verfahren ist ein schneller und präziser Abtrag von Material einer Oberfläche gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das Oberflächenmaterial eine menschliche oder tierische Augenhornhaut und die im Verfahrensschritt c) nach vorbestimmten Bestrahlungs- und Abtragungsmuster erfolgende Abtragung der Augenhornhaut erfolgt zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten oder zur Behandlung von Augenirregularitäten.
Eine erfindungsgemäße Verwendung einer Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial ist die Abtragung menschlicher oder tierischer Augenhornhaut oder der Stroma-Gewebes der Augenhornhaut zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten oder zur Behandlung von Augenirregularitäten.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial mit einem durch einen Laserstrahl im gesamten Bereich bestrahlten Umlenkspiegel; und
Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial mit einem durch den Laserstrahl in einem Teilbereich bestrahlten Umlenkspiegel.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 von Abtragen von Oberflächenmaterial 22 mit einer Laservorrichtung bestehend aus einer Laserlichtquelle 12 und einem Umlenkspiegel 14 zur Umlenkung des von der Laserlichtquelle 12 erzeugten und ausgehenden Laserstrahls 16 in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials 22. Die Laserlichtquelle erzeugt dabei gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 193 nm und ist ein Excimer-Laser. Man erkennt, dass der Umlenkspiegel 14 aus einer Vielzahl von Einzelspiegel 20 besteht, insbesondere besteht der Umlenkspiegel 14 aus mindestens 50, insbesondere aus 100 bis 100000 Einzelspiegeln 20. Dabei ist die Stellung der Einzelspiegel 20 jeweils individuell regel- und steuerbar, insbesondere elektronisch regel- und steuerbar. Es wird deutlich, dass der ankommende Laserstrahl 16 in eine Vielzahl von Einzelstrahlen aufgeteilt wird, die jeweils individuell auf die gewünschten Bereiche der abzutragenden Oberfläche umgelenkt bzw. reflektiert werden. Nicht benötigte Strahlen werden dabei aus dem Strahlengang durch eine entsprechende Stellung der entsprechenden Einzelspiegel 20 ausgelenkt. Bei der in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Materialoberfläche handelt es sich um die Oberfläche einer Hornhaut 18 eines Auges 24. In Figur 1 wird die Vorrichtung 10 mit einem durch den Laserstrahl 16 in seinem ganzen Bereich bestrahlten Umlenkspiegel 14 dargestellt. Es ist aber auch möglich, dass der Umlenkspiegel 14 nur in einem Teilbereich durch den Laserstrahl 16 bestrahlt wird. Diese Ausführungsform ist in Figur 2 dargestellt. Die dort verwendeten Bezugszeichen entsprechen den Bezugszeichen und Merkmalen gemäß Figur 1.
Die Umlenkung des Laserstrahls 16 ergibt eine Abtragung von Oberflächenmaterial 22 nach einem vorbestimmten und aus der Stellung des Einzelspiegels 20 des gesamten Umlenkspiegels 14 (vergleiche Figur 1) oder eines Teilbereichs davon (vergleiche Figur 2) resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster. Zudem ist es möglich, dass jedem Einzelspiegel 20 eine Umlenkrichtung und eine individuelle Reflexionsstufe des abzulenkenden Laserstrahls 16 zugeordnet wird.

Claims

Vorrichtung und Verfahren zum Abtragen von OberflächenmaterialANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial, insbesondere Vorrichtung zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, mit mindestens einer Laservorrichtung bestehend aus mindestens einer Laserlichtquelle (12) und mindestens einem Umlenkspiegel (14) zur Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle (12) erzeugten und ausgehenden Laserstrahls (16) in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (14) aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln (20) besteht, wobei die Stellung der Einzelspiegel (20) jeweils individuell regel- und steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (14) aus mindestens 50 Einzelspiegeln (20) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Einzelspiegel (20) elektronisch regel- und steuerbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (14) in mindestens einem Teilbereich mit dem Laserstrahl (16) bestrahlt wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlenkung des Laserstrahls (16) eine Abtragung von Oberflächenmaterial (22) nach einem vorbestimmten und aus der Stellung der Einzelspiegel (20) des gesamten Umlenkspiegels (14) oder eines Teilbe- reichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster ergibt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Einzelspiegel (20) eine Refiexionsstufe des abzu- lenkenden Laserstrahls (16) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (12) einen Laserstrahl (16) mit einer Wellenlänge von 193 nm erzeugt.
8. Verfahren zum Abtrag von Oberflächenmaterial, insbesondere Verfahren zum Abtragen von menschlichen oder tierischen Gewebe, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Erzeugung eines Laserstrahls (16) mittels einer Laserlichtquelle (12); b) Umlenkung von zumindest einem Teil des von der Laserlichtquelle (12) erzeugten und ausgehenden Laserstrahls (16) in Richtung des abzutragenden Oberflächenmaterials (22) mittels mindestens einem
Umlenkspiegel (14), wobei der Umlenkspiegel (14) aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln (20) besteht und die Stellung der Einzelspiegel (20) jeweils individuell regel- und steuerbar ist; und c) Abtragung von Oberflächenmaterial (22) nach einem vorbestimm- ten, aus der Stellung der Einzelspiegel (20) des gesamten Umlenkspiegels (14) oder eines Teilbereichs davon resultierenden Bestrahlungs- und Abtragungsmuster.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmaterial (22) eine menschliche oder tierische Augenhornhaut (18) ist und die im Verfahrensschritt c) nach vorbestimmten Bestrahlungs- und Abtragungsmuster erfolgende Abtragung der Augenhornhaut (18) zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten oder zur Behandlung von Augenirregularitäten erfolgt.
10. Verwendung einer Vorrichtung zum Abtragen von Oberflächenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Abtragung menschlicher oder tierischer Augenhornhaut oder des Stroma-Gewebes der Augenhornhaut zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten oder zur Behandlung von Augenirregularitäten.
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