WO2010149300A1 - Laser device and method, in particular operating method for a laser device, for generating irradiation control data for a pulsed laser - Google Patents
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Definitions
- Laser apparatus and method in particular operating method for a laser apparatus, for generating irradiation control data for a pulsed laser
- the invention relates to a method for generating irradiation control data for the ablation of material from a curved surface (be it aspherical or spherical), in particular a cornea, according to a predetermined SoII ablation profile by means of a pulsed laser, a method for ablating material from a curved one Surface (aspheric or spherical), in particular a cornea, according to a predetermined target ablation profile and a laser device for carrying out these methods with a laser for a pulsed operation.
- the ablation that is, the removal of material from a surface of a body, by means of a pulsed laser beam is basically known.
- a laser beam is directed onto the surface to be ablated, where material of the body absorbs at least a portion of the laser radiation. With sufficient energy input material is removed from the surface.
- This laser ablation can therefore be used to form a body without contact with high accuracy, in particular even at low ablation depths.
- a "flying spot” method material is removed from the surface by passing a pulsed laser beam across the surface in accordance with predetermined radiation control data by means of a scanning unit ("scanner").
- the irradiation control data comprise a sequence of positions of target locations on the surface, to which at least one pulse of the laser beam is to be directed in.
- the irradiation control data may additionally contain at least one indication, for the irradiation, a beam or pulse property, in particular the energy of one or more pulses or the fluence, that is to say the energy of one or more pulses with respect to the irradiated area, is determined on a plane orthogonal to the direction of the laser beam on the surface of the body , pretends n for the energy / fluence, must be between two consecutive Pulses are changed. If the laser operates at a constant pulse energy or fluence during ablation, no radiation control data need be given in terms of pulse energy or fluence.
- the irradiation control data are determined on the basis of a predetermined SoII ablation profile. This is a lot of desired material removal depending on the location on the surface. Typically, the material depth to be ablated is predefined for several locations (referred to below as destination).
- the desired ablation profile can be displayed in any desired manner. For example, points on a given dot matrix in a reference plane and the points respectively associated with ablation depths may be present. However, it is also possible to specify the desired ablation profile by at least one function parameterized by at least one function parameter and a value of the function parameter, wherein the function and the value of the function parameter are chosen such that the function depends on the value of the function parameter and on Place in the reference plane indicates the Ablationstiefe.
- polynomials such as Zernike polynomials or splines can be used, for example.
- each pulse removes a single-pulse ablation volume, which is given by the cross-section of the laser beam at the surface assumed to be orthogonal to the beam direction for this purpose and by the ablation depth. If several pulses arrive at the same target location, the ablation depths accumulate so that overall a greater depth is achieved.
- the irradiation control data are now determined so that the ablation volumes achieved by the entry of the pulses at the destinations specified by the irradiation control data coincide as well as possible with the desired target ablation profile. It should be noted that the ablation actually achieved at a target site depends on the effective energy input, which generally differs from the pulse energy delivered by the laser and in turn depends on the surface characteristics at the respective target location.
- the fluence at a particular destination depends on the surface slope of the target treating body at this point, because the angle of incidence of the laser beam on the one hand determines the effective irradiated area and on the other hand, the degree of (absorption-reducing) reflection. For this reason, the irradiation control data must be corrected in a location-dependent manner in order to be able to generate a predefined SoII ablation profile as precisely as possible.
- US 2003/0105457 A1 describes the correction of the energy of the laser pulses for the refractive surgical treatment of the cornea as a function of the angle of incidence of the laser beam, taking into account the above-mentioned effects of the angle of incidence on the fluence at the destination.
- An improved correction of irradiation control data for the cornea is described in US 2008/058781 A1, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference.
- ablation program the shape of the beam profile and the surface inclination of the cornea are taken into account.
- provisional irradiation control data are determined on the basis of the desired ablation profile and iteratively approximates the desired ablation profile by simulation of the irradiation on the basis of the surface inclination to be determined.
- US 2004/0019346 A1 also describes the correction of the irradiation control data as a function of the local surface inclination.
- the target ablation profile is centered around the pupil whose position is determined for this purpose.
- the problem is that the human eye can move during a laser surgery treatment, in particular can perform so-called saccadic movements at a speed up to about 800 ° per second, so that in extreme cases drastic deviations of the current irradiation position can occur within a short time. It is therefore necessary to determine movements of the eye and to take into account the current position of the eye when determining the radiation control data. This is also called tracking the laser beam. Such measures are known, for example, from US 2005/0278004 A1, in which rotational and translational movements of the eye are tracked. According to the method described in EP 1 923 027 A1, the instantaneous position of the eye is determined by identifying the center of the pupil. In addition, a deviation of the determined Corrected pupil center from the corresponding site on the corneal surface.
- the invention has for its object to further improve the aforementioned method and a laser device of the type mentioned, so that the actually generated shape better matches the target ablation.
- the object is achieved by a method having the features specified in claim 1, and by a laser device having the features specified in claim 12.
- a method for generating irradiation control data that a position of a (momentary) vertex of the surface to be ablated relative to an optical axis of the laser is determined and used in the preparation of the irradiation control data.
- a device for determining a position of the (instantaneous) vertex of the curved surface to be irradiated with respect to an optical axis of the laser and a control unit for carrying out the method according to the invention is provided for a laser device, wherein the device comprises a light source and a spatially resolving light receiver for receiving having reflected light on the surface and is connected to the control unit for data transmission.
- the position is determined in the coordinate system of the laser (typically Cartesian coordinates x / y / z with z in the direction of the optical axis of the laser).
- the determination of the position of the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser but takes place in particularly advantageous embodiments, regardless of a fixation on a predetermined line of sight (for general surfaces: regardless of the current orientation of the surface).
- the vertex with respect to the optical axis of the laser is that point of the surface to be ablated, which lies closest to the laser along this optical axis (ie in the zero position of the laser beam).
- the optical axis of the laser while the optical axis of those optics is to be considered that the Laser device terminates towards the surface to be ablated.
- the vertex with respect to the optical axis of the laser is the point of the surface whose orthogonal projection on the optical axis has the smallest distance to the laser device.
- it can be defined as a peak (highest point) in the direction of the optical axis of the laser or as a local maximum or extremum with respect to the optical axis of the laser.
- this point In the case of the cornea, this point, referred to as a vertex with respect to the optical axis of the laser, generally deviates from the puncture point of the visual axis (also referred to as the visual axis) through the cornea surface, from the center of the comea surface (ie, the puncture point of the optical axis of the eye) and from the highest point of the cornea at fixation (which is approximately identical to the puncture point of the visual axis). However, depending on the individual shape of the cornea, placement of the eye and line of vision, it may coincide coincidentally with one of these points.
- the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser is not surface-stable, it generally moves (in both spherical and aspherical surfaces) with surface roughness in a surface-fixed reference frame relative to surface-solid dots (such as the puncture point of the visual axis through the comea surface, the puncture point of the axis of symmetry of the eye through the corneal surface).
- the instantaneous vertex has a constant position in the reference frame of the laser, but moves in a surface-fixed reference frame.
- an aspheric surface it also moves in the reference frame of the laser.
- translation movements it moves (regardless of the surface shape) in the reference frame of the laser, but not in the surface-fixed reference frame.
- combined translational and rolling movements it moves in both frames.
- Ablation of curved surfaces typically has radially varying ablation efficiencies that result in distortion of the resulting ablation profile.
- ablation efficiency can have different causes and become refer to different reference points.
- the reference center (the reference point) for projection losses (reduced effective energy input) due to the surface tilt is just the vertex with respect to the optical axis of the laser, since these losses depend exclusively on the angle of incidence.
- the reference point here the point of penetration of the axis of symmetry of the ablation efficiency model through the surface to be ablated, is the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser.
- the so-called apex which is in the case of a rotationally symmetric surface such as the cornea of the piercing point of its axis of symmetry through the surface, a fixed relative position with respect to the surface to be ablated.
- the apex may be referred to as the ocular reference point.
- the accuracy of a surface ablation, in particular a laser surgical treatment of the cornea can be improved if this vertex and an ocular reference point such as the puncture point of the visual axis through the corneal surface is not coincide.
- an ocular reference point such as the puncture point of the visual axis through the corneal surface is not coincide.
- the target to be fixed in the case of non-optimal fixation of the eye (due to the deviation from the optical axis of the laser and the visual axis, the target to be fixed must lie away from the optical axis of the laser).
- Embodiments in which the position of the instantaneous vertex during an irradiation (in particular repeatedly) is determined and the laser is tracked with respect to the instantaneous vertex are particularly preferred, for example by compensating ablation efficiency variations of at least one submodel relative to the instantaneous vertex as the reference point.
- the position of an eye-fixed feature such as the apex, the pupil (center, centroid) or the limbus is additionally determined in a conventional manner, tracked and used to track the laser. If the laser energy to be used is predetermined, not only can the point of incidence of the laser be tracked, but additionally the desired ablation profile can be adapted.
- the desired ablation profile is to be decomposed into the profile of the desired correction times an efficiency compensation function.
- the center of the profile of the desired correction may be, for example, the pupil center, which is the efficiency compensation function of the current vertex.
- the irradiation control data are expediently recalculated for tracking the laser as a function of the position of the instantaneous vertex. This includes the consideration of ablation efficiency variations as a function of the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser (and, where determined, other reference points).
- movements of the surface to be ablated for example in the case of the cornea, arbitrary or involuntary eye movements, are automatically taken into account in the generation of the irradiation control data.
- an iterative approach of the actual ablation profile to the desired ablation profile succeeds in this way with little effort and high accuracy.
- a model of an ablation efficiency distribution can be used which is dynamically determined for tracking the laser as a function of the position of the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser.
- At least two submodels of a respective ablation efficiency distribution, in particular accumulated, are used to correct the irradiation control data when the irradiation control data is generated, wherein the first submodel refers to an eye-fixed point, in particular an apex or a vertex with respect to an optical axis of an eye or the pupil or the limbus, is referred to as a reference point and the second sub-model is based on the particular momentary vertex with respect to the optical axis of the laser as a reference point.
- This embodiment is based on the recognition that causes of variations of the ablation efficiency are possible leading to other reference centers (reference points) than the vertex with respect to the optical axis of the laser.
- variation may occur due to biomechanical circumstances, for example, in response to the current or previous (laser) surgical treatment.
- the reference point here is the symmetry axis of the desired ablation profile (the current or earlier treatment), ie an eye-tight point.
- stationary structural changes of the comeal tissue typically have as reference point the apex of the cornea.
- each of the different effects leads to a separate ablation efficiency distribution, which, while considered individually, can generally be described approximately radially symmetrically, but may each have different reference centers (more generally for non-radially symmetric variations: reference points).
- reference points more generally for non-radially symmetric variations: reference points.
- the conventional ablation efficiency model is decomposed into a plurality of radially symmetric sub-efficiency functions (submodels). This, in conjunction with the determination of the location of the vertex of the cornea with respect to the optical axis of the laser, allows for multiple compensation of local ablation efficiency variations and thus improves the accuracy of laser surgical treatment.
- the first submodel and the second submodel are each radially symmetric with respect to the respective reference point. This allows the preparation of the irradiation control data with little effort and thus done in a short time. The duration of irradiation (duration of treatment) is minimized.
- the target ablation profile is corrected for ablation efficiency using the first partial model with the eye-fixed reference point before the radiation control data is generated. This reduces the effort for the preparation of the irradiation data and thus the required irradiation time, since the compensation needs to be performed only once based on the first partial model.
- irradiation control data of the laser pulses actually emitted are recorded during the irradiation and taken into account in particular in the case of an iterative generation of irradiation control data.
- a change in the position of the vertex with respect to the optical axis of the laser by means of a device for measuring a movement of the surface, in particular for measuring an eye movement are determined.
- a laser device which achieves this advantage has, for determining the position of the instantaneous vertex, a device for measuring a movement of the surface, in particular for measuring an eye movement. For example, rotational movements are measured around two or three axes and optionally translational movements along two or three axes.
- wavefront information of the surface in particular of an ocular wavefront
- the wavefront information and the vertex are preferably determined by means of the same device.
- the determination of the wavefront information can be done by measuring or accepting a corresponding data set.
- the vertex with respect to the optical axis in the state of fixing the eye to a fixation target along the optical axis of the wavefront measuring device used can be detected and used as a reference point for registering an ablation efficiency model for wavefront portions of a laser surgery operation.
- the instantaneous vertex for tracking the laser can be determined and used.
- an original position of a vertex of the cornea with respect to the optical axis of the laser can be determined preferably in a fixed state of the eye in question, as in correct fixation coincides with the ophthalmic puncture point of the visual axis through the corneal surface.
- the laser device having a device for identifying a fixation of an eye.
- the determination of the position of the instantaneous vertex succeeds, for example, by accumulation of the individual changes to the starting position of the vertex with respect to the optical axis of the laser.
- a higher accuracy of this determination is achieved by intermediately referencing (for example at regular intervals) by measuring the absolute position of the vertex with respect to the optical axis of the laser. For example, can Intermediate referencing a fixing light can be switched flashing, so that the patient is stopped for fixation.
- the generation of irradiation control data according to the invention is expediently carried out before or during an ablation of material from a surface, in particular a cornea, by means of a pulsed laser according to a predetermined desired ablation profile, whereby pulses of the laser are generated on the surface in accordance with the generated irradiation control data to produce an actual ablation profile be delivered.
- the invention also includes control units and computer programs that are set up to carry out a method according to the invention.
- FIG. 1 schematically shows a first laser device and an eye with reference points for ablation efficiency variations
- Fig. 2 shows a second laser device with external Fixierlichtario
- FIG. 3 is a flowchart of a method for generating radiation control data and for ablating material from a surface.
- the method described in DE 10 2005 006 897 A1 and the arrangement described therein can be used in expanded form according to the invention for generating irradiation control data and for ablating material from a surface, for example in principle.
- the use of other methods and the use of other arrangement are possible.
- 1 shows a schematic representation of a laser device 1 for the ablation of material from a curved surface 2, in this case a cornea of an eye 3, with a pulsed laser 4, for example an excimer laser.
- the laser is controlled by a control unit 5.
- an xy-scanning unit 6, a z-scanning unit 7, a first illumination light source 8 and a second illumination light source 9 are controlled by the control unit 5.
- a spatially resolving detector 10 for example a CCD video camera or a CMOS detector, is coupled via a color-neutral beam splitter 11 into the illumination beam path of the illumination light sources 8, 9. Both the laser 4 and the illumination light sources 8, 9 are imaged by a focusing optics 12, which at the same time terminates the laser device 1 towards the surface 2.
- the visual axis VAA of the eye 3 pierces the surface of the cornea 2 at the piercing point A. Shown is also the optical axis OA L of the laser 4 and an orthogonal O to this, which marks the highest point V of the cornea 2 in the direction of the optical axis OAL , This point V of the cornea 2, which is closest to the laser device 1 (here only coincidentally located on the optical axis OA L of the laser 4), is the vertex V with respect to the optical axis OA L of the laser 4. Since the eye 3 is not on the laser device 1 is aligned (no fixation of the fixation light not shown here), the two optical axes OA A and OAL do not coincide, but are oriented at an angle to each other. Even with the correct fixation, the axes do not necessarily coincide, for example due to a lateral displacement of the eye 3. Due to a superposition of different causes, there is a non-radially symmetrical variation of the ablation efficiency on the cornea 2.
- the illumination beam path of the illumination light sources 8, 9 is coupled via a further beam splitter 11 to the illumination beam path of the laser 4 such that the laser 4 and the first illumination light source 8 have coaxial optical axes.
- the second illumination light source 9 is arranged away from the optical axis so that it is suitable for the reflection-free recording of an image of the cornea and, for example, the pupil 13 behind it by means of the detector 10. This is to detect and track the position of the apex A or pupil 13 (its center or center of gravity) or limbus (not shown).
- the second illumination light source 9 can also be used to identify a fixation by the eye 3, for example by evaluation of the images of the detector 10 by means of image processing.
- the first illumination light source 8 In contrast to the second illumination light source 9 causes the first illumination light source 8, whose light is expanded by the optics 12, 14 so that the entire eye 3 is illuminated, in an image recording by means of the detector 10 due to their coaxial, coinciding with the zero position of the laser 4 Placement of a mirror reflex on the surface 2 of the cornea or the sclera 15.
- the location of this reflection in the recorded image in the simplest conceivable case of a smooth surface 2, the position of the vertex V of the cornea with respect to the optical axis OA L of the laser 4 in laser coordinates and serves to identify and track this situation.
- a focus can be formed on the disturbed mirror image of the first illumination light source 8 on the rough surface 2 by image processing.
- a plurality of illumination light sources 9, which are noncoaxial with the observation beam path of the detector 10 and whose mirror images lie outside the area of the surface 2 to be ablated or outside a region of a corneal flap, but which are sharply imaged, are used
- the location of the vertex V is determined from the mirror images of the coaxial first illumination light source 8 relative to the mirror images of the non-coaxial second illumination sources 9.
- the mirror images of the non-coaxial second illumination light sources become the current vertex This is done assuming an approximately spherical geometry of the cornea.
- a complete topography of the eye 3 is first determined (means are not shown for the sake of simplicity), for example in a known manner by imaging Placido - Wrestling and derivation of surface slopes and hence determination of the height of the cornea.
- a follow - up of the eye orientation and the lateral movement takes place and from this calculation of the momentarily highest point (Vertex V).
- the tracking is achieved, for example, by one or more video cameras 10, which record the limbus of the eye, wherein the lateral offset and from its ellipticity the orientation of the eye 3 is determined from the center of the limbus.
- a multi-point sensor which analyzes the direction of movement and speed of the eye 3 at several points of the eye 3 and which works on the principle of an optical mouse, for example by evaluating laser speckles different speeds and directions can track the movement and orientation change of the eye 3.
- the points of the sensor are optimally located on the sclera 15 or on the iris 13, since they are non-transparent.
- FIG. 2 shows an alternative arrangement in which the second illumination light source 9 is arranged outside the laser device 1.
- the (instantaneous) vertex V which in turn is marked as the highest point V of the cornea by an orthogonal O to the optical axis OA L of the laser 4, lies neither on the optical axis OA L of the laser 4 nor on the visual axis VAA of the laser Eye 3.
- Fig. 3 the implementation of the method according to the invention is illustrated by a flow chart.
- a corresponding computer program is executed, for example, by the control unit 5.
- the irradiation control data of the respectively treated destination are referred to as current irradiation control data, the destinations being treated sequentially.
- the control unit 5 is to specify a target ablation profile on the basis of which, for example, it generates a set of irradiation control data comprising a multiplicity of corresponding destinations.
- a target ablation profile on the basis of which, for example, it generates a set of irradiation control data comprising a multiplicity of corresponding destinations.
- the algorithms used concretely for the generation of the irradiation control data reference is made to DE 10 2005 006 897 A1.
- the correction of the irradiation control data by compensation of ablation efficiency variations likewise takes place with the algorithm according to DE 10 2005 006 897 A1, but several times each with a different submodel which relates to a respective reference point A or V respectively.
- a partial model according to FIG DE 10 2005 013 252 A1 can be used for a compensation (correction) of an ablation efficiency variation of biological origin.
- Other partial models with other reference points can be considered in alternative embodiments (not shown).
- the tracking and control of the laser 4 and the determination of the position of the instantaneous vertex V and the eye-fixed reference point can be carried out as described above or in another way.
- the ocular point A for example, a center of gravity of the pupil or the limbus (or the apex) may be used.
- the eye-fixed profile components, which are corrected in the tracking of the shooting position based on a change in position of the eye-fixed reference point, are for example a basic correction and a partial model of the ablation efficiency distribution. The order of the steps is not set to the order shown.
- the determination of the position of the instantaneous vertex V and the associated compensation of the ablation efficiency can be carried out before the determination of the position of the ocular point A (apex or pupil or limbus) and the associated compensation of the ablation efficiency. It is also conceivable first to determine the position of both reference points A, V and only then to correct the irradiation control data for compensation of the ablation efficiency variations. Instead of radially symmetrical submodels centered around the reference points A, V, one or both of the two submodels may not be radially symmetrical.
- the control of the ablation takes place, for example, according to the instantaneous distance of the instantaneous vertex V by variation of the number of shots per destination of the SoII ablation profile, ie per irradiation point on the surface 2, or by varying the energy of the individual single shot assigned to the respective destination.
- varying the number of shots per destination by logging during the procedure, a log of how many shots have already been fired at each destination is recorded, for each shot the position (distance) relative to the current location of the current vertex V.
- the irradiation control data associated with this destination such as energy, spot size, and shape, are also logged, and the actual vertex spacing, which is particularly dependent on interim eye movements, and the irradiation control data are used for Determining a successful effective ablation volume of the single shot that models the ablation efficiency. These individual volumes are added to a current ablation map that represents the effective ablation. On the basis of the ablation card, the decision is made before each subsequent single shot whether it is still applied or whether enough ablation has already been achieved in order to fulfill the desired ablation profile. In the latter case, the shot is not made, but continued with the next destination. The iterative repetition including remeasurement of the location of the current vertex V can be done either after each shot or after completion of a destination.
- control unit 5 can create a list of randomly distributed destinations that cover the area of the ablation sufficiently densely. It can successively process this list several times and calculate a single shot for each target location and decide on the delivery as described above, for example until the target ablation profile has been achieved with a deviation of less than a single, smallest possible ablation volume.
- Another alternative is the so-called onion peel ablation.
- 1/10 of the total ablation to be achieved per target location and shot is generated in the manner of an onion dish and the test for adequate fulfillment of the desired ablation profile is carried out after each dish, not after each shot ,
- VA A visual axis of the eye
Abstract
2.1 It is known in laser ablation to correct the irradiation control data determined from a target ablation profile with respect to the energy of the laser pulses for refractive surgical treatment of the cornea depending on the impingement angle of the laser beam. The shape of the beam profile and the surface inclination of the cornea can be taken into consideration. The invention is to enable an even better agreement of the actually created shape with the target ablation profile. 2.2 A position of a (current) vertex of the surface to be ablated relative to an optical axis of the laser is determined and used for generating the irradiation control data. According to the invention, it was found that by considering the actual position of the vertex relative to the optical axis of the laser, the accuracy of a surface ablation, in particular of a laser surgical treatment of the cornea, can be improved, if said vertex and an ocularly fixed reference point, such as the puncture point of the optical axis through the surface of the cornea, do not coincide. 2.3 The invention can be used in ophthalmology.
Description
Lasergerät und Verfahren, insbesondere Betriebsverfahren für ein Lasergerät, zur Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten für einen gepulsten Laser Laser apparatus and method, in particular operating method for a laser apparatus, for generating irradiation control data for a pulsed laser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten für die Ablation von Material von einer gekrümmten Oberfläche (sei sie asphärisch oder sphärisch), insbesondere einer Cornea, gemäß einem vorgegebenen SoII- Ablationsprofil mittels eines gepulsten Lasers, ein Verfahren zur Ablation von Material von einer gekrümmten Oberfläche (asphärisch oder sphärisch), insbesondere einer Cornea, gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil und ein Lasergerät zur Durchführung dieser Verfahren mit einem Laser für einen gepulsten Betrieb.The invention relates to a method for generating irradiation control data for the ablation of material from a curved surface (be it aspherical or spherical), in particular a cornea, according to a predetermined SoII ablation profile by means of a pulsed laser, a method for ablating material from a curved one Surface (aspheric or spherical), in particular a cornea, according to a predetermined target ablation profile and a laser device for carrying out these methods with a laser for a pulsed operation.
Die Ablation, das heißt, die Abtragung von Material von einer Oberfläche eines Körpers, mittels eines gepulsten Laserstrahls ist grundsätzlich bekannt. Dabei wird ein Laserstrahl auf die zu ablatierende Oberfläche gelenkt, wo Material des Körpers wenigstens einen Teil der Laserstrahlung absorbiert. Bei hinreichendem Energieeintrag wird Material von der Oberfläche entfernt. Diese Laserablation kann daher dazu eingesetzt werden, einen Körper berührungslos mit hoher Genauigkeit, insbesondere auch bei nur geringen Abtragstiefen, zu formen.The ablation, that is, the removal of material from a surface of a body, by means of a pulsed laser beam is basically known. In this case, a laser beam is directed onto the surface to be ablated, where material of the body absorbs at least a portion of the laser radiation. With sufficient energy input material is removed from the surface. This laser ablation can therefore be used to form a body without contact with high accuracy, in particular even at low ablation depths.
Zur Formgebung sind verschiedene Verfahren der Laserablation bekannt. Bei einem Verfahren mit einem beweglichen Laserlichtfleck (engl, „flying spot") wird Material von der Oberfläche abgetragen, indem ein gepulster Laserstrahl gemäß vorgegebenen Bestrahlungssteuerdaten mittels einer Abtasteinheit (engl. „Scanner") über die Oberfläche geführt wird (engl, „scanning"). Die Bestrahlungssteuerdaten umfassen dabei eine Folge von Lagen von Zielorten auf der Oberfläche, auf die jeweils wenigstens ein Puls des Laserstrahls gelenkt werden soll. Sind die Strahl- und/oder Pulseigenschaften des verwendeten Laserstrahls einstellbar, können die Bestrahlungssteuerdaten zusätzlich wenigstens eine Angabe enthalten, die für die Bestrahlung eine Strahl- oder Pulseigenschaft, insbesondere die Energie eines oder mehrerer Pulse oder die Fluenz, das heißt die Energie eines oder mehrerer Pulse bezogen auf die bestrahlte Fläche ermittelt auf einer orthogonal zu der Richtung des Laserstrahls an der Oberfläche des Körpers angeordneten Ebene, vorgibt. Die Vorgaben für die Energie/Fluenz kann, muss zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Pulsen geändert werden. Arbeitet der Laser während einer Ablation mit einer konstanten Pulsenergie oder Fluenz, brauchen hinsichtlich der Pulsenergie oder Fluenz keine Bestrahlungssteuerdaten vorgegeben zu werden.For shaping various methods of laser ablation are known. In a "flying spot" method, material is removed from the surface by passing a pulsed laser beam across the surface in accordance with predetermined radiation control data by means of a scanning unit ("scanner"). In this case, the irradiation control data comprise a sequence of positions of target locations on the surface, to which at least one pulse of the laser beam is to be directed in. If the beam and / or pulse properties of the laser beam used are adjustable, the irradiation control data may additionally contain at least one indication, for the irradiation, a beam or pulse property, in particular the energy of one or more pulses or the fluence, that is to say the energy of one or more pulses with respect to the irradiated area, is determined on a plane orthogonal to the direction of the laser beam on the surface of the body , pretends n for the energy / fluence, must be between two consecutive Pulses are changed. If the laser operates at a constant pulse energy or fluence during ablation, no radiation control data need be given in terms of pulse energy or fluence.
Die Bestrahlungssteuerdaten werden ausgehend von einem vorgegebenen SoII- Ablationsprofil ermittelt. Es handelt sich dabei um eine Menge gewünschter Materialabträge in Abhängigkeit des Ortes auf der Oberfläche. Typischerweise wird dabei für mehrere Orte (nachfolgend als Zielort bezeichnet) die zu ablatierende Materialtiefe vorgegeben. Das Soll-Ablationsprofil kann in beliebiger Weise dargestellt werden. Beispielsweise kann es durch Punkte auf einem vorgegebenen Punktraster in einer Bezugsebene und den Punkten jeweils zugeordnete Ablationstiefen gegeben sein. Es ist jedoch auch möglich, das Soll-Ablationsprofil durch wenigstens eine durch wenigstens einen Funktionsparameter parametrisierte Funktion und einen Wert des Funktionsparameters anzugeben, wobei die Funktion und der Wert des Funktionsparameters so gewählt sind, dass die Funktion in Abhängigkeit von dem Wert des Funktionsparameters und vom Ort in der Bezugsebene die Ablationstiefe angibt. Bei einer Darstellung durch Funktionen können beispielsweise Polynome wie Zernike-Polynome oder Splines verwendet werden.The irradiation control data are determined on the basis of a predetermined SoII ablation profile. This is a lot of desired material removal depending on the location on the surface. Typically, the material depth to be ablated is predefined for several locations (referred to below as destination). The desired ablation profile can be displayed in any desired manner. For example, points on a given dot matrix in a reference plane and the points respectively associated with ablation depths may be present. However, it is also possible to specify the desired ablation profile by at least one function parameterized by at least one function parameter and a value of the function parameter, wherein the function and the value of the function parameter are chosen such that the function depends on the value of the function parameter and on Place in the reference plane indicates the Ablationstiefe. When represented by functions, polynomials such as Zernike polynomials or splines can be used, for example.
Zur Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten wird in der Regel davon ausgegangen, dass jeder Puls ein Einzelpuls-Ablationsvolumen abträgt, das durch den Querschnitt des Laserstrahls an der für diesen Zweck als orthogonal zur der Strahlrichtung angenommenen Oberfläche und durch die Ablationstiefe gegeben ist. Treffen mehrere Pulse an demselben Zielort auf, akkumulieren sich die Ablationstiefen, so dass insgesamt eine größere Tiefe erzielt wird. Die Bestrahlungssteuerdaten werden nun so bestimmt, dass die durch den Eintrag der Pulse an den durch die Bestrahlungssteuerdaten vorgegebenen Zielorten erzielten Ablationsvolumina möglichst gut mit dem gewünschten Soll-Ablationsprofil übereinstimmen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die an einem Zielort tatsächlich erzielte Ablation von dem effektiven Energieeintrag abhängt, der sich im allgemeinen von der vom Laser abgegebenen Pulsenergie unterscheidet und seinerseits von den Oberflächeneigenschaften am jeweiligen Zielort abhängt. Beispielsweise hängt die Fluenz an einem bestimmten Zielort von der Oberflächenneigung des zu
behandelnden Körpers an dieser Stelle ab, weil der Auftreffwinkel des Laserstrahls einerseits die effektiv bestrahlte Fläche und andererseits den Grad der (absorptionsmindernden) Reflexion bestimmt. Aus diesem Grunde müssen die Bestrahlungssteuerdaten ortsabhängig korrigiert werden, um ein vorgegebenes SoII- Ablationsprofil möglichst genau erzeugen zu können.To generate the radiation control data, it is generally assumed that each pulse removes a single-pulse ablation volume, which is given by the cross-section of the laser beam at the surface assumed to be orthogonal to the beam direction for this purpose and by the ablation depth. If several pulses arrive at the same target location, the ablation depths accumulate so that overall a greater depth is achieved. The irradiation control data are now determined so that the ablation volumes achieved by the entry of the pulses at the destinations specified by the irradiation control data coincide as well as possible with the desired target ablation profile. It should be noted that the ablation actually achieved at a target site depends on the effective energy input, which generally differs from the pulse energy delivered by the laser and in turn depends on the surface characteristics at the respective target location. For example, the fluence at a particular destination depends on the surface slope of the target treating body at this point, because the angle of incidence of the laser beam on the one hand determines the effective irradiated area and on the other hand, the degree of (absorption-reducing) reflection. For this reason, the irradiation control data must be corrected in a location-dependent manner in order to be able to generate a predefined SoII ablation profile as precisely as possible.
Im Stand der Technik sind solche Maßnahmen bekannt: US 2003/0105457 A1 beschreibt die Korrektur der Energie der Laserpulse zur refraktiv-chirurgischen Behandlung der Cornea in Abhängigkeit vom Auftreffwinkel des Laserstrahls, wobei die obengenannten Auswirkungen des Auftreffwinkels auf die Fluenz am Zielort berücksichtigt werden. Eine verbesserte Korrektur von Bestrahlungssteuerdaten für die Cornea beschreibt US 2008/058781 A1 , deren Offenbarungsgehalt hier in vollem Umfang einbezogen wird. In dieser Korrektur der Bestrahlungssteuerdaten (dort als Ablationsprogramm bezeichnet) werden die Form des Strahlprofils und die Oberflächenneigung der Cornea berücksichtigt. Zu diesem Zweck werden anhand des Soll-Ablationsprofils vorläufige Bestrahlungssteuerdaten ermittelt und durch Simulation der Bestrahlung anhand der zu ermittelnden Oberflächenneigung iterativ dem Soll-Ablationsprofil angenähert. Auch US 2004/0019346 A1 beschreibt die Korrektur der Bestrahlungssteuerdaten in Abhängigkeit der lokalen Oberflächenneigung. Das Soll-Ablationsprofil wird dabei um die Pupille zentriert, deren Lage zu diesem Zweck ermittelt wird.Such measures are known in the prior art: US 2003/0105457 A1 describes the correction of the energy of the laser pulses for the refractive surgical treatment of the cornea as a function of the angle of incidence of the laser beam, taking into account the above-mentioned effects of the angle of incidence on the fluence at the destination. An improved correction of irradiation control data for the cornea is described in US 2008/058781 A1, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference. In this correction of the irradiation control data (referred to there as ablation program), the shape of the beam profile and the surface inclination of the cornea are taken into account. For this purpose, provisional irradiation control data are determined on the basis of the desired ablation profile and iteratively approximates the desired ablation profile by simulation of the irradiation on the basis of the surface inclination to be determined. US 2004/0019346 A1 also describes the correction of the irradiation control data as a function of the local surface inclination. The target ablation profile is centered around the pupil whose position is determined for this purpose.
Problematisch ist, dass das menschliche Auge sich während einer laserchirurgischen Behandlung bewegen kann, insbesondere sogenannte Sakkadenbewegungen mit einer Geschwindigkeit bis zu etwa 800° pro Sekunde durchführen kann, so dass im Extremfall drastische Abweichungen der momentanen Bestrahlungsposition innerhalb kurzer Zeit auftreten können. Es ist daher notwendig, Bewegungen des Auges zu ermitteln und bei der Ermittlung der Bestrahlungssteuerdaten die momentane Lage des Auges zu berücksichtigen. Dies wird auch als Nachführen des Laserstrahls bezeichnet. Derartige Maßnahmen sind beispielsweise aus US 2005/0278004 A1 bekannt, worin Rotations- und Translationsbewegungen des Auges verfolgt werden. Nach dem in EP 1 923 027 A1 beschriebenen Verfahren wird die momentane Stellung des Auges ermittelt, indem das Zentrum der Pupille identifiziert wird. Darüber hinaus wird eine Abweichung des ermittelten
Pupillenzentrums von der korrespondierenden Stelle an der Hornhautoberfläche korrigiert.The problem is that the human eye can move during a laser surgery treatment, in particular can perform so-called saccadic movements at a speed up to about 800 ° per second, so that in extreme cases drastic deviations of the current irradiation position can occur within a short time. It is therefore necessary to determine movements of the eye and to take into account the current position of the eye when determining the radiation control data. This is also called tracking the laser beam. Such measures are known, for example, from US 2005/0278004 A1, in which rotational and translational movements of the eye are tracked. According to the method described in EP 1 923 027 A1, the instantaneous position of the eye is determined by identifying the center of the pupil. In addition, a deviation of the determined Corrected pupil center from the corresponding site on the corneal surface.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Verfahren und ein Lasergerät der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, so dass die tatsächlich erzeugte Form besser mit dem Soll-Ablationsprofil übereinstimmt.The invention has for its object to further improve the aforementioned method and a laser device of the type mentioned, so that the actually generated shape better matches the target ablation.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Lasergerät, welches die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by a method having the features specified in claim 1, and by a laser device having the features specified in claim 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist für ein Verfahren zur Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten vorgesehen, dass eine Lage eines (momentanen) Vertex der zu ablatierenden Oberfläche bezüglich einer optischen Achse des Lasers ermittelt und bei der Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten verwendet wird. Darüber hinaus ist für ein Lasergerät eine Einrichtung zur Ermittlung einer Lage des (momentanen) Vertex der zu bestrahlenden gekrümmten Oberfläche bezüglich einer optischen Achse des Lasers und eine Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, wobei die Einrichtung eine Lichtquelle und einen ortsauflösenden Lichtempfänger zur Aufnahme von an der Oberfläche reflektiertem Licht aufweist und zur Datenübertragung mit der Steuereinheit verbunden ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Ermittlung der Lage im Koordinatensystem des Lasers (typischerweise kartesische Koordinaten x/y/z mit z in Richtung der optischen Achse des Lasers). Die Ermittlung der Lage des momentanen Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers erfolgt aber in besonders vorteilhaften Ausgestaltungen unabhängig von einer Fixation auf eine vorgegebene Blickrichtung (für allgemeine Oberflächen: unabhängig von der momentanen Orientierung der Oberfläche).According to the invention, it is provided for a method for generating irradiation control data that a position of a (momentary) vertex of the surface to be ablated relative to an optical axis of the laser is determined and used in the preparation of the irradiation control data. In addition, a device for determining a position of the (instantaneous) vertex of the curved surface to be irradiated with respect to an optical axis of the laser and a control unit for carrying out the method according to the invention is provided for a laser device, wherein the device comprises a light source and a spatially resolving light receiver for receiving having reflected light on the surface and is connected to the control unit for data transmission. Expediently, the position is determined in the coordinate system of the laser (typically Cartesian coordinates x / y / z with z in the direction of the optical axis of the laser). The determination of the position of the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser but takes place in particularly advantageous embodiments, regardless of a fixation on a predetermined line of sight (for general surfaces: regardless of the current orientation of the surface).
Im Sinne der Erfindung ist der Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers derjenige Punkt der zu ablatierenden Oberfläche, der längs dieser optischen Achse (also in Nullposition des Laserstrahls) dem Laser am nächsten liegt. Als optische Achse des Lasers ist dabei die optische Achse derjenigen Optik anzusehen, die das
Lasergerät zur zu ablatierenden Oberfläche hin abschließt. Mit anderen Worten, der Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers ist derjenige Punkt der Oberfläche, dessen Orthogonalprojektion auf die optische Achse die kleinste Entfernung zum Lasergerät aufweist. Alternativ kann er als Gipfelpunkt (höchster Punkt) in Blickrichtung der optischen Achse des Lasers oder als lokales Maximum oder Extremum bezüglich der optischen Achse des Lasers definiert werden. Dieser im Sinne der Erfindung als Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers bezeichnete Punkt weicht im Falle der Cornea im allgemeinen von dem Durchstoßpunkt der Sehachse (auch als visuelle Achse bezeichnet) durch die Corneaoberfläche, von dem Mittelpunkt der Comeaoberfläche (also dem Durchstoßpunkt der optischen Achse des Auges) und von dem höchsten Punkt der Cornea bei Fixierung (der näherungsweise identisch zum Durchstoßpunkt der Sehachse ist) ab. Je nach individueller Form der Cornea, Platzierung des Auges und Blickrichtung kann er jedoch zufällig mit einem dieser Punkte zusammenfallen. Der momentane Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers ist nicht oberflächenfest, er bewegt sich (sowohl bei sphärischen als auch bei asphärischen Oberflächen) im allgemeinen bei Rollbewegungen der Oberfläche in einem oberflächenfesten Bezugssystem relativ zu oberflächenfesten Punkten (wie dem Durchstoßpunkt der Sehachse durch die Comeaoberfläche, dem Durchstoßpunkt der Symmetrieachse des Auges durch die Corneaoberfläche). Im Falle von reinen Rollbewegungen einer sphärischen Oberfläche weist der momentane Vertex im Bezugssystem des Lasers eine konstante Lage auf, bewegt sich aber in einem oberflächenfesten Bezugssystem. Im Falle einer asphärischen Oberfläche bewegt er sich auch im Bezugssystem des Lasers. Bei Translationsbewegungen bewegt er sich (unabhängig von der Oberflächenform) im Bezugssystem des Lasers, nicht aber im oberflächenfesten Bezugssystem. Bei kombinierten Translations- und Rollbewegungen bewegt er sich in beiden Bezugssystemen.For the purposes of the invention, the vertex with respect to the optical axis of the laser is that point of the surface to be ablated, which lies closest to the laser along this optical axis (ie in the zero position of the laser beam). As the optical axis of the laser while the optical axis of those optics is to be considered that the Laser device terminates towards the surface to be ablated. In other words, the vertex with respect to the optical axis of the laser is the point of the surface whose orthogonal projection on the optical axis has the smallest distance to the laser device. Alternatively, it can be defined as a peak (highest point) in the direction of the optical axis of the laser or as a local maximum or extremum with respect to the optical axis of the laser. In the case of the cornea, this point, referred to as a vertex with respect to the optical axis of the laser, generally deviates from the puncture point of the visual axis (also referred to as the visual axis) through the cornea surface, from the center of the comea surface (ie, the puncture point of the optical axis of the eye) and from the highest point of the cornea at fixation (which is approximately identical to the puncture point of the visual axis). However, depending on the individual shape of the cornea, placement of the eye and line of vision, it may coincide coincidentally with one of these points. The instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser is not surface-stable, it generally moves (in both spherical and aspherical surfaces) with surface roughness in a surface-fixed reference frame relative to surface-solid dots (such as the puncture point of the visual axis through the comea surface, the puncture point of the axis of symmetry of the eye through the corneal surface). In the case of pure rolling movements of a spherical surface, the instantaneous vertex has a constant position in the reference frame of the laser, but moves in a surface-fixed reference frame. In the case of an aspheric surface, it also moves in the reference frame of the laser. In translation movements, it moves (regardless of the surface shape) in the reference frame of the laser, but not in the surface-fixed reference frame. In combined translational and rolling movements, it moves in both frames.
Bei der Ablation gekrümmter Oberflächen wie beispielsweise cornealem Gewebe treten typischerweise radial variierende Ablationseffizienzen auf, die zu einer Verzerrung des resultierenden Ablationsprofils führen. In der Folge einer laserchirurgischen Behandlung der Cornea kommt es, wenn diese Verzerrung nicht berücksichtigt wird, zur Ausbildung eines suboptimalen Visus. Die lokalen Variationen der Ablationseffizienz können unterschiedliche Ursachen haben und sich
auf verschiedene Referenzpunkte beziehen. Beispielsweise ist das Referenzzentrum (der Referenzpunkt) für Projektionsverluste (verminderter effektiver Energieeintrag) durch die Oberflächenneigung gerade der Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers, da diese Verluste ausschließlich vom Auftreffwinkel abhängen.Ablation of curved surfaces, such as corneal tissue, typically has radially varying ablation efficiencies that result in distortion of the resulting ablation profile. As a consequence of a laser surgical treatment of the cornea, if this distortion is not taken into consideration, a suboptimal visual acuity develops. The local variations of ablation efficiency can have different causes and become refer to different reference points. For example, the reference center (the reference point) for projection losses (reduced effective energy input) due to the surface tilt is just the vertex with respect to the optical axis of the laser, since these losses depend exclusively on the angle of incidence.
Ähnlich verhält es sich gemäß einem Ablationseffizienz-Modell, bei dem die Cornea eine parallel zur Oberfläche verlaufende, radialsymmetrische Schichtstruktur aufweist. Dabei kommen Wirkungsverluste (verminderter effektiver Energieeintrag) durch Änderung des Ablationsverhaltens (auch als Ätzrate bezeichnet) in Abhängigkeit vom Neigungswinkel zustande. Auch hier ist der Referenzpunkt, hier der Durchstoßpunkt der Symmetrieachse des Ablationseffizienz-Modells durch die zu ablatierende Oberfläche, der momentane Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers. Im Gegensatz dazu hat der sogenannte Apex, der im Falle einer rotationssymmetrischen Fläche wie der Cornea der Durchstoßpunkt ihrer Symmetrieachse durch die Fläche ist, eine feste relative Lage bezüglich der zu ablatierenden Oberfläche. Im Falle der Cornea kann der Apex als augenfester Referenzpunkt bezeichnet werden.Similarly, according to an ablation efficiency model in which the cornea has a radially symmetric layer structure running parallel to the surface. In this case, losses in effect (reduced effective energy input) are brought about by changing the ablation behavior (also referred to as etch rate) as a function of the angle of inclination. Again, the reference point, here the point of penetration of the axis of symmetry of the ablation efficiency model through the surface to be ablated, is the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser. In contrast, the so-called apex, which is in the case of a rotationally symmetric surface such as the cornea of the piercing point of its axis of symmetry through the surface, a fixed relative position with respect to the surface to be ablated. In the case of the cornea, the apex may be referred to as the ocular reference point.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch Berücksichtigung der tatsächlichen Lage des Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers die Genauigkeit einer Oberflächenablation, insbesondere einer laserchirurgischen Behandlung der Cornea, verbessert werden kann, wenn dieser Vertex und ein augenfester Referenzpunkt wie der Durchstoßpunkt der Sehachse durch die Corneaoberfläche nicht zusammenfallen. Ein solcher Zustand liegt im Fall der Cornea beispielsweise bei nicht optimaler Fixation des Auges vor (aufgrund der Abweichung von optischer Achse des Lasers und Sehachse muss das zu fixierende Ziel abseits der optischen Achse des Lasers liegen). Durch Messung und Berücksichtigung der Lage des Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers bei der Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten wird eine bessere Übereinstimmung eines resultierenden Ablationsprofils mit dem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil erreicht, da lokale Ablationseffizienzvariationen, die von diesem nicht-augenfesten Vertex als Referenzpunkt abhängen, mit höherer Genauigkeit kompensiert werden können als bisher.
Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen, in denen die Lage des momentanen Vertex während einer Bestrahlung (insbesondere wiederholt) ermittelt und der Laser bezüglich des momentanen Vertex nachgeführt wird, indem beispielsweise die Kompensation von Ablationseffizienzvariationen zumindest eines Teilmodells relativ zu dem momentanen Vertex als Referenzpunkt erfolgt. Dadurch wird bei Bewegungen der zu ablatierenden Oberfläche, im Falle der Cornea beispielsweise willkürliche oder unwillkürliche Augenbewegungen, zu jedem Zeitpunkt zumindest näherungsweise eine genauere Positionierung und Energieeinstellung des Laserstrahls erreicht. Zweckmäßigerweise wird zusätzlich in herkömmlicher Weise die Lage eines augenfesten Merkmals (eines augenfesten Referenzpunkts) wie dem Apex, der Pupille (Mittelpunkt; Schwerpunkt) oder dem Limbus ermittelt, verfolgt und zur Nachführung des Lasers herangezogen. Falls die zu verwendende Laserenergie vorgegeben ist, kann nicht nur der Auftreffpunkt des Lasers nachgeführt werden, sondern es kann zusätzlich das Soll-Ablationsprofil angepasst werden. Es ist auch denkbar, eine iterative Annäherung durch Vergleich zwischen einer neuen Sollfunktion und dem bereits ablatierten Profil durchzuführen und in jeder Iteration zu entscheiden, ob aufgrund der verbleibenden Abweichung an der aktuellen Position ein Schuss abgegeben wird oder nicht. Hierzu ist das Soll-Ablationsprofil in das Profil der gewünschten Korrektur mal eine Effizienz-Kompensations-Funktion zu zerlegen. Diese beiden Komponenten haben unterschiedliche Zentren (Referenzpunkte). Das Zentrum des Profils der gewünschten Korrektur kann beispielsweise die Pupillenmitte, das der Effizienz-Kompensations-Funktion der momentanen Vertex sein.According to the invention, it has been recognized that by taking into account the actual position of the vertex with respect to the optical axis of the laser, the accuracy of a surface ablation, in particular a laser surgical treatment of the cornea, can be improved if this vertex and an ocular reference point such as the puncture point of the visual axis through the corneal surface is not coincide. In the case of the cornea, for example, such a condition is present in the case of non-optimal fixation of the eye (due to the deviation from the optical axis of the laser and the visual axis, the target to be fixed must lie away from the optical axis of the laser). By measuring and taking into account the position of the vertex with respect to the optical axis of the laser in the preparation of the irradiation control data, a better match of a resulting ablation profile with the predetermined target ablation profile is achieved since local ablation efficiency variations that depend on this non-ophthalmic vertex as a reference point higher accuracy can be compensated than before. Embodiments in which the position of the instantaneous vertex during an irradiation (in particular repeatedly) is determined and the laser is tracked with respect to the instantaneous vertex are particularly preferred, for example by compensating ablation efficiency variations of at least one submodel relative to the instantaneous vertex as the reference point. As a result, during movements of the ablatierenden surface, in the case of the cornea, for example, arbitrary or involuntary eye movements, at least approximately a more accurate positioning and energy adjustment of the laser beam is achieved at any time. Conveniently, the position of an eye-fixed feature (an eye-fixed reference point) such as the apex, the pupil (center, centroid) or the limbus is additionally determined in a conventional manner, tracked and used to track the laser. If the laser energy to be used is predetermined, not only can the point of incidence of the laser be tracked, but additionally the desired ablation profile can be adapted. It is also conceivable to perform an iterative approximation by comparison between a new desired function and the already ablated profile and to decide in each iteration whether or not a shot is fired due to the remaining deviation at the current position. For this purpose, the desired ablation profile is to be decomposed into the profile of the desired correction times an efficiency compensation function. These two components have different centers (reference points). The center of the profile of the desired correction may be, for example, the pupil center, which is the efficiency compensation function of the current vertex.
Zweckmäßigerweise werden zum Nachführen des Lasers die Bestrahlungssteuerdaten in Abhängigkeit der Lage des momentanen Vertex neu berechnet. Dies schließt die Berücksichtigung von Ablationseffizienzvariationen in Abhängigkeit des momentanen Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers (und, soweit ermittelt, weiteren Bezugspunkten) ein. Dadurch werden Bewegungen der zu ablatierenden Oberfläche, beispielsweise im Falle der Cornea willkürliche oder unwillkürliche Augenbewegungen, automatisch bei der Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten berücksichtigt. Insbesondere eine iterative Annäherung des tatsächlichen Ablationsprofils an das Soll-Ablationsprofil gelingt auf diese Weise mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit.
Vorteilhafterweise kann beim Erstellen der Bestrahlungssteuerdaten ein Modell einer Ablationseffizienzverteilung verwendet werden, das zum Nachführen des Lasers in Abhängigkeit der Lage des momentanen Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers dynamisch ermittelt wird. Dadurch wird bei Bewegungen der zu ablatierenden Oberfläche, im Falle der Cornea beispielsweise willkürliche oder unwillkürliche Augenbewegungen, (zumindest näherungsweise) zu jedem Zeitpunkt eine hochgenaue Kompensation vertexbezogener Ablationseffizienzvariationen ermöglicht.The irradiation control data are expediently recalculated for tracking the laser as a function of the position of the instantaneous vertex. This includes the consideration of ablation efficiency variations as a function of the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser (and, where determined, other reference points). As a result, movements of the surface to be ablated, for example in the case of the cornea, arbitrary or involuntary eye movements, are automatically taken into account in the generation of the irradiation control data. In particular, an iterative approach of the actual ablation profile to the desired ablation profile succeeds in this way with little effort and high accuracy. Advantageously, when creating the irradiation control data, a model of an ablation efficiency distribution can be used which is dynamically determined for tracking the laser as a function of the position of the instantaneous vertex with respect to the optical axis of the laser. As a result, during movements of the surface to be ablated, in the case of the cornea, for example, arbitrary or involuntary eye movements, (at least approximately) a high-precision compensation of vertex-related ablation-efficiency variations is made possible at all times.
In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung werden beim Erstellen der Bestrahlungssteuerdaten mindestens zwei Teilmodelle einer jeweiligen Ablationseffizienzverteilung insbesondere akkumuliert zur Korrektur der Bestrahlungssteuerdaten verwendet, wobei das erste Teilmodell auf einen augenfesten Punkt, insbesondere einen Apex oder einen Vertex bezüglich einer optischen Achse eines Auges oder die Pupille oder den Limbus, als Referenzpunkt bezogen ist und das zweite Teilmodell auf den insbesondere momentanen Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers als Referenzpunkt bezogen ist.In a further, preferred embodiment, at least two submodels of a respective ablation efficiency distribution, in particular accumulated, are used to correct the irradiation control data when the irradiation control data is generated, wherein the first submodel refers to an eye-fixed point, in particular an apex or a vertex with respect to an optical axis of an eye or the pupil or the limbus, is referred to as a reference point and the second sub-model is based on the particular momentary vertex with respect to the optical axis of the laser as a reference point.
Diese Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass Ursachen von Variationen der Ablationseffizienz möglich sind, die zu anderen Bezugszentren (Referenzpunkten) als dem Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers führen. Beispielsweise kann eine Variation aufgrund biomechanischer Umstände auftreten, beispielsweise als Reaktion auf die aktuelle oder eine frühere (laser)chirurgische Behandlung. Der Referenzpunkt ist hier die Symmetrieachse des Soll-Ablationsprofils (der aktuellen beziehungsweise der früheren Behandlung), also ein augenfester Punkt. Bezüglich der Cornea ortsfeste Strukturänderungen des comealen Gewebes, beispielsweise pathologischer Art, haben als Referenzpunkt typischerweise den Apex der Cornea. Die verschiedenen Effekte führen jeweils zu einer eigenen Ablationseffizienzverteilung, die zwar für sich betrachtet in der Regel näherungsweise radialsymmetrisch beschrieben werden können, aber jeweils verschiedene Referenzzentren (allgemeiner für nicht-radialsymmetrische Variationen: Referenzpunkte) aufweisen können. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass im allgemeinen Fall des Zusammenkommens mehrerer Variationseffekte die
Referenzpunkte auseinanderfallen, so dass die insgesamt resultierende Ablationseffizienzverteilung aus der Perspektive des ablatierenden Lasers nicht radialsymmetrisch ist, was bei nicht exakter Fixation des Auges die Genauigkeit der Kompensation von lokalen Ablationseffizienzvariationen vermindert. Erfindungsgemäß wird daher das herkömmliche Ablationseffizienz-Modell in mehrere radialsymmetrische Teil-Effizienzfunktionen (Teilmodelle) zerlegt. Dadurch wird in Verbindung mit der Ermittlung der Lage des Vertex der Cornea bezüglich der optischen Achse des Lasers eine mehrfache Kompensation von lokalen Ablationseffizienzvariationen ermöglicht und somit die Genauigkeit der laserchirurgischen Behandlung verbessert.This embodiment is based on the recognition that causes of variations of the ablation efficiency are possible leading to other reference centers (reference points) than the vertex with respect to the optical axis of the laser. For example, variation may occur due to biomechanical circumstances, for example, in response to the current or previous (laser) surgical treatment. The reference point here is the symmetry axis of the desired ablation profile (the current or earlier treatment), ie an eye-tight point. With respect to the cornea, stationary structural changes of the comeal tissue, for example of a pathological nature, typically have as reference point the apex of the cornea. Each of the different effects leads to a separate ablation efficiency distribution, which, while considered individually, can generally be described approximately radially symmetrically, but may each have different reference centers (more generally for non-radially symmetric variations: reference points). According to the invention, it has been recognized that in the general case of the combination of several variation effects Points of reference fall apart such that the overall resulting ablation efficiency distribution is not radially symmetric from the perspective of the ablating laser, which, if the eye is not precisely fixed, reduces the accuracy of compensation for local ablation efficiency variations. According to the invention, therefore, the conventional ablation efficiency model is decomposed into a plurality of radially symmetric sub-efficiency functions (submodels). This, in conjunction with the determination of the location of the vertex of the cornea with respect to the optical axis of the laser, allows for multiple compensation of local ablation efficiency variations and thus improves the accuracy of laser surgical treatment.
Vorteilhafterweise sind das erste Teilmodell und das zweite Teilmodell bezüglich des betreffenden Referenzpunktes jeweils radialsymmetrisch. Dadurch kann die Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten mit geringem Aufwand und damit in kurzer Zeit erfolgen. Die Bestrahlungsdauer (Behandlungsdauer) wird minimiert.Advantageously, the first submodel and the second submodel are each radially symmetric with respect to the respective reference point. This allows the preparation of the irradiation control data with little effort and thus done in a short time. The duration of irradiation (duration of treatment) is minimized.
Vorzugsweise wird das Soll-Ablationsprofil vor dem Erstellen der Bestrahlungssteuerdaten anhand des ersten Teilmodells mit dem augenfesten Referenzpunkt ablationseffizienzkorrigiert. Dies reduziert den Aufwand für die Erstellung der Bestrahlungsdaten und damit die benötigte Bestrahlungsdauer, da die Kompensation anhand des ersten Teilmodells nur einmal durchgeführt zu werden braucht.Preferably, the target ablation profile is corrected for ablation efficiency using the first partial model with the eye-fixed reference point before the radiation control data is generated. This reduces the effort for the preparation of the irradiation data and thus the required irradiation time, since the compensation needs to be performed only once based on the first partial model.
In einer möglichen Ausprägung der Erfindung werden während der Bestrahlung Bestrahlungssteuerdaten der tatsächlich abgegebenen Laserpulse protokolliert und insbesondere bei einer iterativen Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten berücksichtigt. Durch Protokollierung der bisherigen „Schüsse" gelingt eine iterative Annäherung an das Soll-Ablationsprofil durch Wiederholung eines oder mehrerer Schüsse, ohne dass die Pulsenergie verändert zu werden braucht. Dies verbessert die Genauigkeit der Ablation.In one possible embodiment of the invention, irradiation control data of the laser pulses actually emitted are recorded during the irradiation and taken into account in particular in the case of an iterative generation of irradiation control data. By logging the previous "shots", an iterative approach to the target ablation profile is achieved by repeating one or more shots without the pulse energy needing to be changed, thus improving the accuracy of the ablation.
Vorteilhafterweise kann eine Veränderung der Lage des Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers mittels einer Einrichtung zur Messung einer Bewegung der Oberfläche, insbesondere zur Messung einer Augenbewegung, ermittelt werden.
Ein Lasergerät, das diesen Vorteil erzielt, weist zur Ermittlung der Lage des momentanen Vertex eine Einrichtung zur Messung einer Bewegung der Oberfläche, insbesondere zur Messung einer Augenbewegung, auf. Beispielsweise werden Rotationsbewegungen um zwei oder drei Achsen und optional auch Translationsbewegungen längs zwei oder drei Achsen gemessen.Advantageously, a change in the position of the vertex with respect to the optical axis of the laser by means of a device for measuring a movement of the surface, in particular for measuring an eye movement, are determined. A laser device which achieves this advantage has, for determining the position of the instantaneous vertex, a device for measuring a movement of the surface, in particular for measuring an eye movement. For example, rotational movements are measured around two or three axes and optionally translational movements along two or three axes.
In einer weitergehenden Ausführungsform kann eine Wellenfrontinformation der Oberfläche, insbesondere einer okularen Wellenfront, ermittelt und zum Ermitteln des Soll-Ablationsprofil verwendet werden, beispielweise gemäß US 6,848,790 B1. Dabei erfolgt vorzugsweise die Ermittlung der Wellenfrontinformation und des Vertex mittels derselben Vorrichtung. Die Ermittlung der Wellenfrontinformation kann durch Messen oder Entgegennehmen eines entsprechenden Datensatzes erfolgen. In einer solchen Ausgestaltung kann beispielsweise der Vertex bezüglich der optischen Achse im Zustand der Fixation des Auges auf ein Fixierziel längs der optischen Achse der verwendeten Wellenfrontmessvorrichtung ermittelt und als Bezugspunkt zur Registrierung eines Ablationseffizienz-Modells für von Wellenfrontanteile einer laserchirurgischen Operation verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der momentane Vertex zur Nachführung des Lasers ermittelt und verwendet werden.In a further embodiment, wavefront information of the surface, in particular of an ocular wavefront, can be determined and used to determine the desired ablation profile, for example according to US Pat. No. 6,848,790 B1. In this case, the wavefront information and the vertex are preferably determined by means of the same device. The determination of the wavefront information can be done by measuring or accepting a corresponding data set. In such a configuration, for example, the vertex with respect to the optical axis in the state of fixing the eye to a fixation target along the optical axis of the wavefront measuring device used can be detected and used as a reference point for registering an ablation efficiency model for wavefront portions of a laser surgery operation. Alternatively or additionally, the instantaneous vertex for tracking the laser can be determined and used.
Als Ausgangspunkt für die Ermittlung der Lage des momentanen Vertex einer zu ablatierenden Cornea bezüglich der optischen Achse des Lasers mittels Bewegungsverfolgung kann eine ursprüngliche Lage eines Vertex der Cornea bezüglich der optischen Achse des Lasers vorzugsweise in einem fixierten Zustand des betreffenden Auges ermittelt werden, da er bei korrekter Fixation mit dem augenfesten Durchstoßpunkt der Sehachse durch die Corneaoberfläche zusammenfällt. Dies gelingt vorteilhafterweise, indem das Lasergerät eine Einrichtung zur Identifikation einer Fixation eines Auges aufweist. In Verbindung mit einer Bewegungsmessung gelingt die Ermittlung der Lage des momentanen Vertex beispielsweise durch Akkumulation der einzelnen Änderungen auf die Ausgangslage des Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers. Eine höhere Genauigkeit dieser Ermittlung gelingt, indem zwischenzeitlich (beispielsweise in regelmäßigen Abständen) eine Zwischenreferenzierung durch Messung der absoluten Lage des Vertex bezüglich der optischen Achse des Lasers erfolgt. Beispielsweise kann zur
Zwischenreferenzierung ein Fixierlicht blinkend geschaltet werden, so dass der Patient zur Fixation angehalten wird.As a starting point for determining the position of the current vertex of a cornea to ablatierenden with respect to the optical axis of the laser by means of motion tracking, an original position of a vertex of the cornea with respect to the optical axis of the laser can be determined preferably in a fixed state of the eye in question, as in correct fixation coincides with the ophthalmic puncture point of the visual axis through the corneal surface. This is advantageously achieved by the laser device having a device for identifying a fixation of an eye. In connection with a movement measurement, the determination of the position of the instantaneous vertex succeeds, for example, by accumulation of the individual changes to the starting position of the vertex with respect to the optical axis of the laser. A higher accuracy of this determination is achieved by intermediately referencing (for example at regular intervals) by measuring the absolute position of the vertex with respect to the optical axis of the laser. For example, can Intermediate referencing a fixing light can be switched flashing, so that the patient is stopped for fixation.
Die erfindungsgemäße Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten wird zweckmäßigerweise vor oder während einer Ablation von Material von einer Oberfläche, insbesondere einer Cornea, mittels eines gepulsten Lasers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durchgeführt, wobei zur Erzeugung eines tatsächlichen Ablationsprofils Pulse des Lasers entsprechend den erstellten Bestrahlungssteuerdaten auf die Oberfläche abgegeben werden.The generation of irradiation control data according to the invention is expediently carried out before or during an ablation of material from a surface, in particular a cornea, by means of a pulsed laser according to a predetermined desired ablation profile, whereby pulses of the laser are generated on the surface in accordance with the generated irradiation control data to produce an actual ablation profile be delivered.
Die Erfindung umfasst auch Steuereinheiten und Computerprogramme, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind.The invention also includes control units and computer programs that are set up to carry out a method according to the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Fig. 1 schematisch ein erstes Lasergerät und ein Auge mit Referenzpunkten für Ablationseffizienzvariationen,1 schematically shows a first laser device and an eye with reference points for ablation efficiency variations,
Fig. 2 ein zweites Lasergerät mit externer Fixierlichtquelle undFig. 2 shows a second laser device with external Fixierlichtquelle and
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten und zur Ablation von Material von einer Oberfläche.3 is a flowchart of a method for generating radiation control data and for ablating material from a surface.
In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.In all drawings, like parts bear like reference numerals.
Gemäß der Erfindung können zur Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten und zur Ablation von Material von einer Oberfläche beispielsweise dem Prinzip nach die in DE 10 2005 006 897 A1 beschriebene Verfahren und die dort beschriebene Anordnung in erfindungsgemäß erweiterter Form verwendet werden. Auch die Anwendung anderer Verfahren und die Verwendung anderer Anordnung sind möglich.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lasergeräts 1 für die Ablation von Material von einer gekrümmten Oberfläche 2, in diesem Fall einer Cornea eines Auges 3, mit einem gepulsten Laser 4, beispielsweise einem Excimerlaser. Der Laser wird von einer Steuereinheit 5 gesteuert. Ebenso werden eine x-y-Abtasteinheit 6, eine z-Abtasteinheit 7, eine erste Beleuchtungslichtquelle 8 und eine zweite Beleuchtungslichtquelle 9 von der Steuereinheit 5 gesteuert. Ein ortsauflösender Detektor 10, beispielsweise eine CCD-Videokamera oder ein CMOS-Detektor, ist über einen farbneutralen Strahlteiler 11 in den Beleuchtungsstrahlengang der Beleuchtungslichtquellen 8, 9 eingekoppelt. Sowohl der Laser 4 als auch die Beleuchtungslichtquellen 8, 9 werden von einer Fokussieroptik 12 abgebildet, die gleichzeitig das Lasergerät 1 zur Oberfläche 2 hin abschließt.According to the invention, the method described in DE 10 2005 006 897 A1 and the arrangement described therein can be used in expanded form according to the invention for generating irradiation control data and for ablating material from a surface, for example in principle. The use of other methods and the use of other arrangement are possible. 1 shows a schematic representation of a laser device 1 for the ablation of material from a curved surface 2, in this case a cornea of an eye 3, with a pulsed laser 4, for example an excimer laser. The laser is controlled by a control unit 5. Similarly, an xy-scanning unit 6, a z-scanning unit 7, a first illumination light source 8 and a second illumination light source 9 are controlled by the control unit 5. A spatially resolving detector 10, for example a CCD video camera or a CMOS detector, is coupled via a color-neutral beam splitter 11 into the illumination beam path of the illumination light sources 8, 9. Both the laser 4 and the illumination light sources 8, 9 are imaged by a focusing optics 12, which at the same time terminates the laser device 1 towards the surface 2.
Die visuelle Achse VAA des Auges 3 durchstößt die Oberfläche der Cornea 2 am Durchstoßpunkt A. Dargestellt ist auch die optische Achse OAL des Lasers 4 sowie eine Orthogonale O zu dieser, die den höchsten Punkt V der Cornea 2 in Blickrichtung der optischen Achse OAL markiert. Dieser Punkt V der Cornea 2, der dem Lasergerät 1 am nächsten liegt (hier lediglich zufällig auf der optischen Achse OAL des Lasers 4 gelegen), ist der Vertex V bezüglich der optischen Achse OAL des Lasers 4. Da das Auge 3 nicht auf das Lasergerät 1 ausgerichtet ist (keine Fixation des hier nicht abgebildeten Fixierlichts), fallen die beiden optischen Achsen OAA und OAL nicht zusammen, sondern sind unter einem Winkel zueinander orientiert. Auch bei korrekter Fixierung fallen die Achsen nicht zwangsläufig zusammen, beispielsweise aufgrund einer lateralen Versetzung des Auges 3. Aufgrund einer Überlagerung unterschiedlicher Ursachen kommt es auf der Cornea 2 zu einer nicht radialsymmetrischen Variation der Ablationseffizienz.The visual axis VAA of the eye 3 pierces the surface of the cornea 2 at the piercing point A. Shown is also the optical axis OA L of the laser 4 and an orthogonal O to this, which marks the highest point V of the cornea 2 in the direction of the optical axis OAL , This point V of the cornea 2, which is closest to the laser device 1 (here only coincidentally located on the optical axis OA L of the laser 4), is the vertex V with respect to the optical axis OA L of the laser 4. Since the eye 3 is not on the laser device 1 is aligned (no fixation of the fixation light not shown here), the two optical axes OA A and OAL do not coincide, but are oriented at an angle to each other. Even with the correct fixation, the axes do not necessarily coincide, for example due to a lateral displacement of the eye 3. Due to a superposition of different causes, there is a non-radially symmetrical variation of the ablation efficiency on the cornea 2.
Der Beleuchtungsstrahlengang der Beleuchtungslichtquellen 8, 9 ist über einen weiteren Strahlteiler 11 mit dem Beleuchtungsstrahlengang des Lasers 4 so gekoppelt, dass der Laser 4 und die erste Beleuchtungslichtquelle 8 koaxiale optische Achsen aufweisen. Die zweite Beleuchtungslichtquelle 9 ist so abseits der optischen Achse angeordnet, dass sie zur reflexfreien Aufnahme eines Bildes der Cornea und beispielsweise der dahinterliegenden Pupille 13 mittels des Detektors 10 geeignet ist. Dies dient der Ermittlung und Verfolgung der Lage des Apex A oder der Pupille 13 (deren Mitte oder Schwerpunkt) oder des Limbus (nicht dargestellt). Die
zweite Beleuchtungslichtquelle 9 kann auch zur Identifikation einer Fixation durch das Auge 3 dienen, beispielsweise durch Auswertung der Bilder des Detektors 10 mittels Bildverarbeitung. Im Gegensatz zur zweiten Beleuchtungslichtquelle 9 bewirkt die erste Beleuchtungslichtquelle 8, deren Licht durch die Optiken 12, 14 so aufgeweitet wird, dass das gesamte Auge 3 ausgeleuchtet wird, bei einer Bildaufnahme mittels des Detektors 10 aufgrund ihrer koaxialen, mit der Nullposition des Lasers 4 übereinstimmenden Anordnung einen Spiegelreflex auf der Oberfläche 2 der Cornea oder der Sklera 15. Der Ort dieses Reflexes im aufgenommenen Bild gibt im einfachsten denkbaren Fall einer glatten Oberfläche 2 die Lage des Vertex V der Cornea bezüglich der optischen Achse OAL des Lasers 4 in Laserkoordinaten wieder und dient der Ermittlung und Verfolgung dieser Lage.The illumination beam path of the illumination light sources 8, 9 is coupled via a further beam splitter 11 to the illumination beam path of the laser 4 such that the laser 4 and the first illumination light source 8 have coaxial optical axes. The second illumination light source 9 is arranged away from the optical axis so that it is suitable for the reflection-free recording of an image of the cornea and, for example, the pupil 13 behind it by means of the detector 10. This is to detect and track the position of the apex A or pupil 13 (its center or center of gravity) or limbus (not shown). The second illumination light source 9 can also be used to identify a fixation by the eye 3, for example by evaluation of the images of the detector 10 by means of image processing. In contrast to the second illumination light source 9 causes the first illumination light source 8, whose light is expanded by the optics 12, 14 so that the entire eye 3 is illuminated, in an image recording by means of the detector 10 due to their coaxial, coinciding with the zero position of the laser 4 Placement of a mirror reflex on the surface 2 of the cornea or the sclera 15. The location of this reflection in the recorded image in the simplest conceivable case of a smooth surface 2, the position of the vertex V of the cornea with respect to the optical axis OA L of the laser 4 in laser coordinates and serves to identify and track this situation.
Zur Berücksichtigung einer Rauheit der Oberfläche 2 der Cornea kann eine Schwerpunktbildung über das gestörte Spiegelbild der ersten Beleuchtungslichtquelle 8 auf der rauen Oberfläche 2 per Bildverarbeitung erfolgen. Zusätzlich werden mehrere zum Beobachtungsstrahlengang des Detektors 10 nichtkoaxiale Beleuchtungslichtquellen 9, deren Spiegelbilder außerhalb des zu ablatierenden Bereiches der Oberfläche 2 oder außerhalb eines Bereiches einer Hornhautklappe (engl, „corneal flap") liegen, die aber scharf abgebildet werden, verwendet. Vor der Ablation oder dem Öffnen einer Hornhautklappe wird die Lage des Vertex V aus den Spiegelbildern der koaxialen ersten Beleuchtungslichtquelle 8 relativ zu den Spiegelbildern der nicht-koaxialen zweiten Beleuchtungsquellen 9 bestimmt. Während der laserchirurgischen Behandlung wird nur aus den Spiegelbildern der nichtkoaxialen zweiten Beleuchtungslichtquellen auf die Lage des momentanen Vertex V geschlossen. Das geschieht unter der Annahme einer näherungsweise sphärischen Geometrie der Cornea.To take into account a roughness of the surface 2 of the cornea, a focus can be formed on the disturbed mirror image of the first illumination light source 8 on the rough surface 2 by image processing. In addition, a plurality of illumination light sources 9, which are noncoaxial with the observation beam path of the detector 10 and whose mirror images lie outside the area of the surface 2 to be ablated or outside a region of a corneal flap, but which are sharply imaged, are used When opening a corneal flap, the location of the vertex V is determined from the mirror images of the coaxial first illumination light source 8 relative to the mirror images of the non-coaxial second illumination sources 9. During the laser surgery, only the mirror images of the non-coaxial second illumination light sources become the current vertex This is done assuming an approximately spherical geometry of the cornea.
Im Fall einer asphärischen Hornhaut oder jedenfalls einer Hornhaut, für die eine sphärische Näherung nicht ausreichend ist, wird vor dem Öffnen zunächst eine komplette Topographie des Auges 3 ermittelt (Mittel dazu sind der Einfachheit halber nicht abgebildet), beispielsweise in bekannter Weise mittels Abbildung von Placido- Ringen und Ableitung von Oberflächenneigungen und daraus Ermittlung der Höhe der Cornea. Während der chirurgischen Behandlung erfolgt eine Nachverfolgung der Augenorientierung und der lateralen Bewegung und hieraus Berechnung des
momentan höchsten Punktes (Vertex V). Die Nachverfolgung gelingt beispielsweise durch eine oder mehrere Videokameras 10, die den Limbus des Auges aufnehmen, wobei aus dem Zentrum des Limbus der laterale Versatz und aus seiner Elliptizität die Orientierung des Auges 3 bestimmt wird. Alternativ ist ein Mehrpunkt-Sensor denkbar, der die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Auges 3 an mehreren Punkten des Auges 3 analysiert und der nach dem Prinzip einer optischen Maus funktioniert, beispielsweise unter Auswertung von Laser-Interferenzflecken (engl, „speckies"). Aus den unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen lässt sich die Bewegung und Orientierungsänderung des Auges 3 verfolgen. Die Punkte des Sensors liegen hierbei optimaler Weise auf der Sklera 15 oder auf der Iris 13, da diese nicht-transparent sind.In the case of an aspherical cornea or at least a cornea for which a spherical approximation is insufficient, a complete topography of the eye 3 is first determined (means are not shown for the sake of simplicity), for example in a known manner by imaging Placido - Wrestling and derivation of surface slopes and hence determination of the height of the cornea. During the surgical treatment a follow - up of the eye orientation and the lateral movement takes place and from this calculation of the momentarily highest point (Vertex V). The tracking is achieved, for example, by one or more video cameras 10, which record the limbus of the eye, wherein the lateral offset and from its ellipticity the orientation of the eye 3 is determined from the center of the limbus. Alternatively, a multi-point sensor is conceivable which analyzes the direction of movement and speed of the eye 3 at several points of the eye 3 and which works on the principle of an optical mouse, for example by evaluating laser speckles different speeds and directions can track the movement and orientation change of the eye 3. The points of the sensor are optimally located on the sclera 15 or on the iris 13, since they are non-transparent.
Fig. 2 zeigt eine alternative Anordnung, bei dem die zweite Beleuchtungslichtquelle 9 außerhalb des Lasergeräts 1 angeordnet ist. In diesem Beispiel liegt der (momentane) Vertex V, der wiederum als höchster Punkt V der Cornea durch eine Orthogonale O zur optischen Achse OAL des Lasers 4 markiert ist, weder auf der optischen Achse OAL des Lasers 4 noch auf der Sehachse VAA des Auges 3.FIG. 2 shows an alternative arrangement in which the second illumination light source 9 is arranged outside the laser device 1. In this example, the (instantaneous) vertex V, which in turn is marked as the highest point V of the cornea by an orthogonal O to the optical axis OA L of the laser 4, lies neither on the optical axis OA L of the laser 4 nor on the visual axis VAA of the laser Eye 3.
In Fig. 3 ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms verdeutlicht. Ein entsprechendes Computerprogramm wird beispielsweise von der Steuereinheit 5 ausgeführt. Als aktuelle Bestrahlungssteuerdaten werden dabei die Bestrahlungssteuerdaten des jeweils behandelten Zielorts bezeichnet, wobei die Zielorte sequentiell behandelt werden.In Fig. 3, the implementation of the method according to the invention is illustrated by a flow chart. A corresponding computer program is executed, for example, by the control unit 5. In this case, the irradiation control data of the respectively treated destination are referred to as current irradiation control data, the destinations being treated sequentially.
Der Steuereinheit 5 ist ein Soll-Ablationsprofil vorzugeben, anhand dessen sie beispielsweise einen eine Vielzahl von entsprechenden Zielorten umfassenden Satz von Bestrahlungssteuerdaten erstellt. Bezüglich der für die Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten konkret verwendeten Algorithmen wird auf DE 10 2005 006 897 A1 verwiesen. Die Korrektur der Bestrahlungssteuerdaten durch Kompensation von Ablationseffizienzvariationen erfolgt ebenfalls mit dem Algorithmus gemäß DE 10 2005 006 897 A1 , jedoch mehrfach mit jeweils einem anderen Teilmodell, das sich auf einen jeweiligen Referenzpunkt A beziehungsweise V bezieht. Beispielsweise kann für eine Kompensation (Korrektur) einer Ablationseffizienzvariation biologischen Ursprungs ein Teilmodell gemäß
DE 10 2005 013 252 A1 verwendet werden. Weitere Teilmodelle mit anderen Referenzpunkten können in alternativen Ausgestaltungen (nicht abgebildet) berücksichtigt werden.The control unit 5 is to specify a target ablation profile on the basis of which, for example, it generates a set of irradiation control data comprising a multiplicity of corresponding destinations. With regard to the algorithms used concretely for the generation of the irradiation control data, reference is made to DE 10 2005 006 897 A1. The correction of the irradiation control data by compensation of ablation efficiency variations likewise takes place with the algorithm according to DE 10 2005 006 897 A1, but several times each with a different submodel which relates to a respective reference point A or V respectively. For example, for a compensation (correction) of an ablation efficiency variation of biological origin, a partial model according to FIG DE 10 2005 013 252 A1 can be used. Other partial models with other reference points can be considered in alternative embodiments (not shown).
Die Nachführung und Steuerung des Lasers 4 und die Ermittlung der Lage des momentanen Vertex V und des augenfesten Referenzpunkts können wie oben beschrieben oder auf andere Weise erfolgen. Als augenfester Punkt A kann beispielsweise ein Schwerpunkt/Mittelpunkt der Pupille oder des Limbus (oder der Apex) verwendet werden. Die augenfesten Profilanteile, die bei der Nachführung der Schussposition anhand einer Lageänderung des augenfesten Referenzpunktes korrigiert werden, sind beispielsweise eine Grund-Korrektur und ein Teilmodell der Ablationseffizienzverteilung. Die Reihenfolge der Schritte ist nicht auf die gezeigte Reihenfolge festgelegt. Beispielsweise kann die Ermittlung der Lage des momentanen Vertex V und die zugehörige Kompensation der Ablationseffizienz vor der Ermittlung der Lage des augenfesten Punktes A (Apex oder Pupille oder Limbus) und der zugehörigen Kompensation der Ablationseffizienz durchgeführt werden. Es ist auch denkbar, zunächst die Lage beider Referenzpunkte A, V zu ermitteln und erst danach die Bestrahlungssteuerdaten zur Kompensation der Ablationseffizienzvariationen zu korrigieren. Anstelle von radialsymmetrischen, um die Referenzpunkte A, V zentrierten Teilmodellen kann eines der beiden oder können beide Teilmodelle nicht radialsymmetrisch ausgebildet sein.The tracking and control of the laser 4 and the determination of the position of the instantaneous vertex V and the eye-fixed reference point can be carried out as described above or in another way. As the ocular point A, for example, a center of gravity of the pupil or the limbus (or the apex) may be used. The eye-fixed profile components, which are corrected in the tracking of the shooting position based on a change in position of the eye-fixed reference point, are for example a basic correction and a partial model of the ablation efficiency distribution. The order of the steps is not set to the order shown. For example, the determination of the position of the instantaneous vertex V and the associated compensation of the ablation efficiency can be carried out before the determination of the position of the ocular point A (apex or pupil or limbus) and the associated compensation of the ablation efficiency. It is also conceivable first to determine the position of both reference points A, V and only then to correct the irradiation control data for compensation of the ablation efficiency variations. Instead of radially symmetrical submodels centered around the reference points A, V, one or both of the two submodels may not be radially symmetrical.
Die Steuerung der Ablation erfolgt beispielsweise gemäß dem momentanen Abstand des momentanen Vertex V durch Variation der Schussanzahl pro Zielort des SoII- Ablationsprofils, also pro Bestrahlungspunkt auf der Oberfläche 2, oder durch Variation der Energie des dem jeweiligen Zielort zugeordneten individuellen Einzelschusses. Im Fall der Variation der Schussanzahl pro Zielort erfolgt durch Speicherung während des Verfahrens eine Protokollierung, wie viele Schüsse bereits auf jeden Zielort abgegeben wurden, wobei für jeden Schuss die Position (Abstand) relativ zur momentanen Lage des momentanen Vertex V aufgezeichnet wird. Die zu diesem Zielort gehörigen Bestrahlungssteuerdaten wie beispielsweise Energie, Laserfleckgröße (engl, „spot size") und -form werden ebenfalls protokolliert. Der tatsächliche Vertexabstand, der insbesondere von zwischenzeitlichen Augenbewegungen abhängt, und die Bestrahlungssteuerdaten dienen zur
Bestimmung eines erfolgten effektiven Ablationsvolumens des Einzelschusses, das die Ablationseffizienz modelliert. Diese Einzelvolumina werden zu einer aktuellen Ablationskarte addiert, die den effektiven Abtrag wiedergibt. Anhand der Ablationskarte erfolgt jeweils vor Durchführung des nächsten Einzelschusses die Entscheidung, ob dieser noch appliziert wird, oder bereits genug Ablation erreicht wurde, um das Soll-Ablationsprofil zu erfüllen. In letzterem Fall wird der Schuss nicht getätigt, sondern mit dem nächsten Zielort fortgefahren. Die iterative Wiederholung einschließlich Neuvermessung der Lage des aktuellen Vertex V kann entweder nach jedem Schuss oder nach Vollendung eines Zielortes erfolgen.The control of the ablation takes place, for example, according to the instantaneous distance of the instantaneous vertex V by variation of the number of shots per destination of the SoII ablation profile, ie per irradiation point on the surface 2, or by varying the energy of the individual single shot assigned to the respective destination. In the case of varying the number of shots per destination, by logging during the procedure, a log of how many shots have already been fired at each destination is recorded, for each shot the position (distance) relative to the current location of the current vertex V. The irradiation control data associated with this destination, such as energy, spot size, and shape, are also logged, and the actual vertex spacing, which is particularly dependent on interim eye movements, and the irradiation control data are used for Determining a successful effective ablation volume of the single shot that models the ablation efficiency. These individual volumes are added to a current ablation map that represents the effective ablation. On the basis of the ablation card, the decision is made before each subsequent single shot whether it is still applied or whether enough ablation has already been achieved in order to fulfill the desired ablation profile. In the latter case, the shot is not made, but continued with the next destination. The iterative repetition including remeasurement of the location of the current vertex V can be done either after each shot or after completion of a destination.
Alternativ zur obengenannten Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten kann die Steuereinheit 5 eine Liste von zufällig verteilten Zielorten erstellen, die das Gebiet der Ablation ausreichend dicht abdecken. Sie kann diese Liste sukzessiv mehrfach abarbeiten und für jeden Zielort einen einzelnen Schuss berechnen und über die Abgabe entscheiden wie zuvor beschrieben, beispielsweise bis das Soll- Ablationsprofil mit einer Abweichung von weniger als einem einzelnen, kleinstmöglichen Ablationsvolumen erreicht wurde.As an alternative to the above-mentioned generation of irradiation control data, the control unit 5 can create a list of randomly distributed destinations that cover the area of the ablation sufficiently densely. It can successively process this list several times and calculate a single shot for each target location and decide on the delivery as described above, for example until the target ablation profile has been achieved with a deviation of less than a single, smallest possible ablation volume.
Eine weitere Alternative stellt die sogenannte Zwiebelschalen-Ablation dar. Hier wird beispielsweise pro Zielort und Schuss jeweils 1/10 der zu erzielenden Gesamtablation in Art einer Zwiebelschale erzeugt und die Prüfung auf ausreichende Erfüllung des Soll-Ablationsprofil nach jeder Schale durchgeführt, nicht nach jedem Schuss.
Another alternative is the so-called onion peel ablation. In this case, for example, 1/10 of the total ablation to be achieved per target location and shot is generated in the manner of an onion dish and the test for adequate fulfillment of the desired ablation profile is carried out after each dish, not after each shot ,
BezuαszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMERALS
1 Lasergerät1 laser device
2 Oberfläche2 surface
3 Auge3 eye
4 Laser4 lasers
5 Steuereinheit5 control unit
6 x-y-Abtasteinheit6 x-y scanner
7 z-Abtasteinheit7 z-scanning unit
8 Erste Beleuchtungslichtquelle8 First illumination light source
9 Zweite Beleuchtungslichtquelle9 Second illumination light source
10 Detektor10 detector
11 Strahlteiler11 beam splitter
12 Fokussieroptik12 focusing optics
13 Pupille13 pupil
14 Optik14 optics
15 Sklera15 sclera
VAA Sehachse des AugesVA A visual axis of the eye
OAL Optische Achse des LasersOA L Optical axis of the laser
V Vertex bezüglich der optischen Achse des LasersV vertex with respect to the optical axis of the laser
A Augenfester Referenzpunkt
A Eye-tight reference point
Claims
1. Verfahren, insbesondere Betriebsverfahren für ein Lasergerät (1 ), zur Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten für die Ablation von Material von einer gekrümmten Oberfläche (2), insbesondere einer Cornea, gemäß einem vorgegebenen SoII- Ablationsprofil mittels eines gepulsten Lasers (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage eines Vertex (V) der Oberfläche (2) bezüglich einer optischen Achse (OAL) des Lasers (4) ermittelt und bei der Erstellung der Bestrahlungssteuerdaten verwendet wird.1. A method, in particular operating method for a laser device (1), for generating irradiation control data for the ablation of material from a curved surface (2), in particular a cornea, according to a predetermined SoII ablation profile by means of a pulsed laser (4), characterized in that a position of a vertex (V) of the surface (2) relative to an optical axis (OAL) of the laser (4) is determined and used in the preparation of the irradiation control data.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Lage des momentanen Vertex (V) während einer Bestrahlung insbesondere wiederholt ermittelt und der Laser (4) bezüglich des momentanen Vertex (V) nachgeführt wird.2. The method according to claim 1, wherein the position of the instantaneous vertex (V) during an irradiation in particular repeatedly determined and the laser (4) with respect to the current vertex (V) is tracked.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zum Nachführen des Lasers (4) die Bestrahlungssteuerdaten in Abhängigkeit der Lage des momentanen Vertex (V) neu berechnet werden.3. The method of claim 2, wherein for tracking the laser (4), the irradiation control data depending on the position of the current vertex (V) are recalculated.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei beim Erstellen der Bestrahlungssteuerdaten ein Modell einer Ablationseffizienzverteilung verwendet wird, das zum Nachführen des Lasers (4) in Abhängigkeit der Lage des momentanen Vertex (V) ermittelt wird.4. The method of claim 2 or 3, wherein in the preparation of the irradiation control data, a model of an ablation efficiency distribution is used, which is determined for tracking the laser (4) in dependence on the position of the current vertex (V).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Erstellen der Bestrahlungssteuerdaten mindestens zwei Teilmodelle einer jeweiligen Ablationseffizienzverteilung insbesondere akkumuliert zur Korrektur der Bestrahlungssteuerdaten verwendet werden, wobei das erste Teilmodell auf einen augenfesten Punkt (A) als Referenzpunkt bezogen ist und das zweite Teilmodell auf den insbesondere momentanen Vertex (V) bezüglich der optischen Achse (OAL) des Lasers (4) als Referenzpunkt bezogen ist.5. The method according to claim 1, wherein at least two partial models of a respective ablation efficiency distribution, in particular accumulated, are used for the correction of the irradiation control data when the irradiation control data is generated, wherein the first partial model is related to an eye-fixed point (A) as the reference point and the second partial model is referred to the particular momentary vertex (V) with respect to the optical axis (OAL) of the laser (4) as a reference point.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste Teilmodell und das zweite Teilmodell bezüglich des betreffenden Referenzpunktes (A, V) jeweils radialsymmetrisch sind. 6. The method of claim 5, wherein the first sub-model and the second sub-model with respect to the respective reference point (A, V) are each radially symmetrical.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Soll-Ablationsprofil vor dem Erstellen der Bestrahlungssteuerdaten anhand des ersten Teilmodells mit dem augenfesten Referenzpunkt (A) ablationseffizienzkorrigiert wird.7. The method according to claim 5, wherein the target ablation profile is corrected for ablation efficiency on the basis of the first partial model with the eye-fixed reference point (A) before generating the irradiation control data.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Bestrahlung Bestrahlungssteuerdaten der tatsächlich abgegebenen Laserpulse protokolliert und insbesondere bei einer iterativen Erstellung von Bestrahlungssteuerdaten berücksichtigt werden.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein during the irradiation irradiation control data of the actually delivered laser pulses logged and taken into account in particular in an iterative preparation of irradiation control data.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Veränderung der Lage des Vertex (V) bezüglich der optischen Achse des Lasers mittels einer Einrichtung zur Messung einer Bewegung der Oberfläche (2), insbesondere zur Messung einer Augenbewegung, ermittelt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein a change in the position of the vertex (V) with respect to the optical axis of the laser by means for measuring a movement of the surface (2), in particular for measuring an eye movement, is determined.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wellenfrontinformation der Oberfläche (2), insbesondere einer okularen Wellenfront, ermittelt und zum Ermitteln des Soll-Ablationsprofil verwendet wird, insbesondere mit Ermittlung der Wellenfrontinformation und des Vertex mittels derselben Vorrichtung.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein a wavefront information of the surface (2), in particular an ocular wavefront, determined and used to determine the desired ablation profile, in particular with determination of the wavefront information and the vertex by means of the same device.
11.Verfahren zur Ablation von Material von einer Oberfläche (2), insbesondere einer Cornea, mittels eines gepulsten Lasers (4) gemäß einem vorgegebenen Soll- Ablationsprofil, wobei anhand des Soll-Ablationsprofils Bestrahlungssteuerdaten gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche erstellt werden und Pulse des Lasers (4) entsprechend den Bestrahlungssteuerdaten auf die Oberfläche (2) abgegeben werden.11.A method for ablation of material from a surface (2), in particular a cornea, by means of a pulsed laser (4) according to a predetermined target ablation profile, wherein on the basis of the target ablation profile irradiation control data according to one of the preceding claims are created and pulses of the laser (4) are delivered to the surface (2) according to the irradiation control data.
12. Steuereinheit oder Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche.12. Control unit or computer program, set up for carrying out a method according to one of the method claims.
13. Lasergerät (1 ) für die Ablation von Material von einer gekrümmten Oberfläche (2), insbesondere einer Cornea, mit einem Laser (4) für einen gepulsten Betrieb, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ermittlung einer Lage eines Vertex (V) der Oberfläche bezüglich einer optischen Achse (OAL) des Lasers (4), wobei die Einrichtung eine Lichtquelle (8, 9) und einen ortsauflösenden Lichtempfänger (10) zur Aufnahme von an der Oberfläche reflektiertem Licht aufweist, und durch eine Steuereinheit (5) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einrichtung und die Steuereinheit (5) zur Datenübertragung miteinander verbunden sind.Laser device (1) for the ablation of material from a curved surface (2), in particular a cornea, with a laser (4) for pulsed operation, characterized by a device for determining a position of a Vertex (V) of the surface with respect to an optical axis (OA L ) of the laser (4), the device having a light source (8, 9) and a spatially resolving light receiver (10) for receiving light reflected on the surface, and by a Control unit (5) according to the preceding claim, wherein the device and the control unit (5) are connected to one another for data transmission.
14. Lasergerät (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einrichtung zur Ermittlung der Lage des momentanen Vertex (V) eine Einrichtung zur Messung einer Bewegung der Oberfläche (2), insbesondere zur Messung einer Augenbewegung, umfasst.14. Laser device (1) according to the preceding claim, wherein the device for determining the position of the current vertex (V) comprises means for measuring a movement of the surface (2), in particular for measuring an eye movement.
15. Lasergerät (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, aufweisend eine Einrichtung zur Identifikation einer Fixation eines Auges (3). 15. Laser device (1) according to the preceding claim, comprising means for identifying a fixation of an eye (3).
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