WO2021023799A1 - Planungsverfahren und vorrichtungen zur präzisen änderung eines brechungsindex - Google Patents

Planungsverfahren und vorrichtungen zur präzisen änderung eines brechungsindex Download PDF

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WO2021023799A1
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Carl Zeiss Meditec Ag
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    • A61F2009/00872—Cornea

Definitions

  • the present invention relates to planning methods and a planning device for generating control data for a control unit of a laser processing device for changing a refractive index in the processing zone of a transparent organic material.
  • the present invention further relates to a laser processing device and a Com puterprogramm product.
  • Common refractive corrections such as laser vision correction (LVC) or intraocular lens implantations (IOL), suffer from residual errors in the correction actually achieved. These deviations can be the result of measurement errors before the operation, tolerances of the correction itself or of fluctuations, slight eye movements, etc. during the operation, but they can often also be due to patient-specific properties, such as patient-specific and therefore difficult to predict scar formation, healing, different tissue properties or an ambient or patient-specific hydration state of the cornea. Due to the inaccurate refraction correction that often results from this, there is currently often a need to carry out a subsequent refraction correction (such as glasses or contact lenses) or even an operative improvement.
  • a subsequent refraction correction such as glasses or contact lenses
  • a laser ametropia correction can be adapted to a subsequent laser ametropia treatment, such as an excimer LASIK.
  • a subsequent laser ametropia treatment such as an excimer LASIK.
  • correcting the IOL results is more difficult.
  • laser ametropia correction of the cornea is often the only remaining choice or alternative to glasses.
  • optical elements such as IOLs, but possibly also of contact lenses or glasses, through postoperative refractive index adaptation.
  • This is possible, for example, through the use of UV-sensitive polymers for the production of these optical elements, as proposed, for example, in DE 60221 902 T2.
  • a more recent approach to such corrections is the laser-induced refractive index change (LIRIC) and / or the intratissue refractive index change (IRIS), such that a non-invasive refractive correction of the refractive index (of a material) in the tissue after the operation by using and corresponding modification of an adjustable refraction component in the material or tissue.
  • LIRIC laser-induced refractive index change
  • IRIS intratissue refractive index change
  • LIRIC refractive index
  • the surface of the cornea 4 is otherwise usually ablated, or cuts are made in the cornea 4 by means of photodisruption.
  • a focused femtosecond laser beam 2, 2 ' is used with a significantly lower pulse energy (e.g. 100 to 1000 times lower pulse energy depending on the site of action)
  • this pulse energy is used in the cornea 4 or in deeper structures such as a lens, in particular also a natural or artificial intraocular lens 5, through the input of the pulsed radiation 2, 2 ', the refractive index of the tissue or also an artificial optical element at this point 17 deliberately changed without creating a cut.
  • An as yet unsolved problem is the setting of a really precise refractive index profile in a single treatment process, i.e. changing the refractive index in the treated area of the tissue / artificial structure so that the result corresponds to the previously planned profile of the refractive index with which the ametropia is affected is essentially completely corrected.
  • tissue properties for example, the hydration that varies the refractive index of the tissue, systemically or locally applied drugs, radiation, previous illnesses, i.e. natural or previously artificially generated refractive index gradients or local refractive index variations
  • laser properties power fluctuations, focus deformation due to entry into tissue layers
  • environmental parameters Absorption, tissue movement / vibration, pressure or tension on the tissue
  • the object of the present invention is to describe the device and method to enable a precise correction of the refractive index, that is, the previously planned (ideal) profile of the refractive index in the one to be processed Area of a transparent organic or inorganic material, in particular a patient's eye, in spite of disturbances caused by factors that are difficult to control during the treatment.
  • very locally limited refractive index variations should also be corrected, the extent of which is difficult to determine in advance, as is the case, for example, with almost transparent floaters in the vitreous body of a patient's eye.
  • a planning method for generating control data for a control unit of a laser processing device for changing a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material, for example a patient's eye comprises the following steps:
  • an indicator structure in an examination zone which is arranged in an optical path behind a processing zone of the transparent organic or inorganic material that is illuminated by an examination radiation, is characterized.
  • Such “behavior” can be, for example, an optical appearance, such as a light intensity or phase distribution, a shadow cast, interference pattern or an OCT signal distribution or combinations thereof.
  • the indicator structure can be arranged directly in the examination zone or it can represent an image of a structure in the processing zone in the examination zone (that is to say represent a virtual indicator structure).
  • the target behavior of the indicator structure in the examination zone is determined.
  • a “definition” can be the confirmation of a previously stored target behavior, but a definition of the target behavior at this point based on a formulation by the doctor is possible (for example, a desired change in total refraction or local optical path length change, i.e. the course of a refractive index -Profiles over a large area or the refractive index curve over a beam path at a specific point, an appearance that is achieved after reaching a homogeneous refractive index in the processing zone, in particular by adapting a delimited Area of the processing zone to its immediate surroundings in the processing zone, etc.).
  • the planning process then takes these wishes into account in order to “translate” them into a target behavior.
  • this - manually or automatically - specifies a target behavior that can be achieved and tested in the examination zone.
  • a change profile of the refractive index in the processing zone is then determined from the difference between the actual behavior and the target behavior of the indicator structure in the examination zone. This can be done in a simple manner as follows: The actual behavior of the indicator structure in the examination zone is determined by the actual distribution of the refractive index in the processing zone - from a deviation in the actual behavior of the indicator structure in the examination zone thus conclude at least a deviation of the actual distribution of the refractive index in the processing zone from the nominal distribution.
  • a clear conclusion from the actual behavior to a certain refractive index profile is not always possible, since different refractive index profiles can produce the same or very similar actual behavior and optical path length changes can also be implemented through different combinations of refractive index changes and processing zone lengths.
  • a certain one-, two- or three-dimensional target profile of the refractive index in the processing zone always corresponds to an expected target behavior of the indicator structure in the examination zone, so that there is always one solution, but possibly several feasible solutions (within given error tolerances ) that can be tracked.
  • From the difference between the target and actual behavior, for example the two intensity distributions it is sometimes possible to directly deduce a change profile of the refractive index, which indicates the amount by which the refractive index at which position (x, y, z) in the processing zone could be changed to achieve the target behavior.
  • this is only possible for certain types of actual behavior, such as optical signals with access to phase information.
  • other forms of actual behavior such as intensity distributions, do not allow this, or only partially.
  • the simulated refractive index profile corresponds sufficiently to the actual refractive index profile, so that its difference to the nominal refractive index profile then corresponds to the required change profile .
  • control data for the control unit of the laser processing device for executing the scan pattern are determined therefrom.
  • the steps of the planning method are repeated at (temporally) predetermined intervals:
  • the last characterization of the actual behavior of the indicator structure in the examination zone is always assumed as the new actual behavior. If the steps of such a planning process are, for example, after a partial execution of the If the scan pattern is used again, this means a check of the success of what has been done so far and a possibility of correcting the control data determined in the previous run.
  • a laser-induced change in the refractive index can be carried out in such a way that the desired target behavior can actually be achieved in the examination zone.
  • an advantageous variant is when the change profile is adjusted so that there is an undercorrection (e.g. 75% or 90% of the required change in the refractive index).
  • an undercorrection e.g. 75% or 90% of the required change in the refractive index.
  • This avoids the occurrence of partial overcorrection caused by possibly unavoidable tolerances, such as laser fluctuations or patient-specific tissue reactions, which may not be eliminated or can only be eliminated at great expense, e.g. by changing the refractive index of all non-overcorrected points in the processing zone.
  • the strength of the undercorrection can be optimized by analyzing the first processing steps, for example to minimize the number of processing steps required and thus the processing time.
  • the radiation or waves from another processing energy source can be used, provided that this enables energy to be introduced into the processing zone and this can cause a change in the refractive index.
  • the planning method presented here can contribute to a much more precise achievement of the target behavior in the examination zone, regardless of the type of processing energy source, provided that the area to be processed is “driven through” or scanned in the processing zone.
  • a processing radiation can be scanned in the processing zone or processing shafts can be aligned according to the control data, with the energy used for this also being stored in the control data: For example, with a low energy processing radiation in the processing zone and multiple scanning of the area to be processed or - when implementing a very irregular change profile of the refractive index - partial multiple scanning of the area to be processed where the change in the refractive index to be achieved is greater than in areas in which only a slight change in the index of refraction is required to achieve the goal.
  • the goal is achieved with one-time or only low multiple scans of the area to be processed, and thus a target distribution of the refractive index in the processing zone is achieved.
  • the respective local exposure time of machining radiation or waves from a machining energy source can be part of the control data.
  • processing energy sources are UV radiation (especially in conjunction with UV-light-changeable polymers), (highly focused) ultrasound or microwaves, heat or, if necessary, processing energy that arises from other physical or chemical effects and has a tissue-changing effect, provided that they are applied precisely locally can.
  • the change in the refractive index is laser-induced (LIRIC) through the number of applied laser pulses (for example femtosecond laser oscillators typically have 80 MHz) or through the treatment time.
  • LIRIC laser-induced
  • the characterization of the actual behavior is repeated, a (possibly only local) change in the refractive index compared to the previous actual measurement is recognized and processed, and a new scan pattern (changed compared to the first scan pattern) of focus spots of this pulsed processing laser radiation is determined from this .
  • the planning method according to the invention thus describes an intraoperative feedback loop in order to measure the effect of a laser-induced change in the refractive index.
  • the measurement of local changes in optical paths is used; in a further embodiment, the imaging is evaluated through the treated areas.
  • the planning method according to the invention makes it possible, for example, to plan a highly precise change in the refractive index; even floaters can be treated accordingly.
  • the planning process can be part of a LIRIC process with a closed control loop.
  • tissue for a patient's eye is characterized with regard to all possible local refractive index variations in order to try to compensate for this with a corresponding treatment.
  • a structurally as well as locally different tissue behavior can occur, which can only be taken into account with difficulty.
  • the effects of femtosecond laser radiation on the change in the refractive index in a processing zone - for example in a cornea (i.e. the cornea) of the patient's eye - can be achieved, for example, through the use of sodium fluorescein (see, for example, L. Nagy: Potentiation of Femtosecond Laser Intratissue Refractive Index Shaping (IRIS) in the Living Cornea with Sodium Fluorescein).
  • IRIS Femtosecond Laser Intratissue Refractive Index Shaping
  • a target distribution of the refractive index in a processing zone can be derived from the target behavior of the indicator structure in the examination zone and an actual distribution of the refractive index in the processing zone the actual behavior of the indicator structure in the investigation zone can be determined.
  • indicator structures are used in several examination zones to characterize the actual behavior and to define the target behavior. These examination zones are arranged in the optical path in front of and behind the processing zone, and a behavior of an indicator structure in an examination zone in front of the processing zone is compared with the behavior of the indicator structure in an examination zone behind the processing zone , and / or a behavior of an indicator structure in an examination zone, which is arranged in the optical path behind the processing zone, but not behind an area of the processing zone processed by means of the scan pattern of focus spots, with the behavior of an indicator structure behind the processing zone Scan pattern compared to the processed area of the processing zone.
  • the comparison of the behavior of indicator structures in several examination zones means to put the behavior of the indicator structures in the different examination zones in relation to one another and in particular also to change the behavior of the indicator structures in the different examination zones between one characterization and one the first point in time and a characterization at a subsequent point in time.
  • the desired changes in the refractive index in the cornea can be 0.005, for example.
  • the optical path between two indicator structures also called marker structures
  • OCT phase-sensitive optical coherence tomography
  • Suitable indicator structures can be tissue structures or boundaries (such as layers of the cornea or the surface of the crystalline lenses). Suitable indicator structures can, however, also be artificial structures such as refractive index change markers in an intraocular lens (IOL), which can be produced by laser inscription during manufacture or intraoperatively. Speckle patterns, for example in OCT scans, can also be suitable indicator structures as long as they do not change or change only insignificantly as a result of the processing, so that their shift remains detectable through the change in the optical path length change.
  • IOL intraocular lens
  • the influence of at least one zone, which represents a distorting transmitting medium in the optical path of the examination radiation can be taken into account.
  • the pulsed processing laser radiation of the laser processing device possibly with reduced energy, and / or at least one examination radiation from the range between X-rays over the range of visible light and microwave radiation up to ultrasound.
  • At least one of the following methods is selected for detection: interferometric detection, preferably optical coherence tomography (OCT), in particular using a phase OCT system; confocal detection; Fundus camera recordings, refractometric measurement, wavefront measurement, ultrasound imaging.
  • OCT optical coherence tomography
  • the treatment laser for characterization for example as a femtosecond broadband light source for optical coherence tomography.
  • OCT optical coherence tomography
  • other interferometric methods that only detect relative optical path changes are also conceivable with lasers that only cover narrow-band spectral ranges or are quasi-monochrome.
  • additional measures would be required to select the detection area, such as confocal filtering.
  • Two-beam concepts can be used as in the IOL master, i.e. mirror reflections from the patient's eye are used as a reference beam for optical coherence tomography, which ensures movement independence.
  • Confocal scanners can be used as an alternative to optical coherence tomography: They would be less sensitive, but may be sufficient depending on the change to be detected.
  • phase-sensitive optical coherence tomography can be implemented by parallel scanning beams or by polarization splitting of the OCT beam (Wollaston prism).
  • the scan pattern of focus spots for implementing the change profile of the refractive index is determined in such a way that at least part of the processing zone is swept over several times by the pulsed processing laser radiation, as already mentioned above.
  • control data include target coordinates of the focus spots, a pulse energy of the pulsed processing laser radiation and / or a processing time.
  • a subset of the target coordinates of the focus spots in the processing zone is determined. Further target coordinates are then interpolated between two target coordinates of this subset.
  • a preferred variant of the planning method according to the invention comprises a feedback loop (“closed loop”) for tracking a change in the refractive index in the processing zone. This planning process is completed when a target behavior of the indicator structure and thus the desired change profile of the refractive index has been implemented. Until this "success report" is received, the steps of the planning process are repeated over and over again at predetermined intervals.
  • the transparent organic or inorganic material to be processed comprises a tissue of a patient's eye, in particular if the processing zone is arranged in at least one of the following areas of the patient's eye: cornea, natural lens or intraocular lens, and / or if the examination zone is arranged in the retina of the patient's eye.
  • a planning device for generating control data for a control unit of a laser processing device for changing a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material comprising a laser device with a laser source for generating a pulsed processing laser radiation, a focusing device for focusing the pulsed processing -Laser radiation in a focus in the processing zone and a scanning device for scanning the focus of the pulsed processing laser radiation in the processing zone of the transparent organic or inorganic material and an examination device that emits examination radiation to characterize the actual behavior of an indicator structure detected in an examination zone with a detection device, comprises, contains an interface for supplying data to the examination device and an interface for Abhe listening of control data to the control unit of the laser machining device.
  • the control unit of the laser processing device is set up to control the laser device, the focusing device, the scanning device and the examination device.
  • the control unit can have several sub-units which are connected to one another, or can be configured as a central control unit which directly accesses the laser device, the focusing device, the scanning device and the examination device.
  • the indicator structure the actual behavior of which is to be characterized, can be arranged directly in the examination zone or it can represent an image of a structure in the processing zone in the examination zone.
  • the planning facility is now set up,
  • the planning device is now further set up to provide data while processing the processing of the transparent organic or inorganic material in the processing zone, i.e. at predetermined intervals between two partial processing steps or directly while processing the transparent organic or inorganic material in the processing zone from the examination device that contains the actual Describe the behavior of the indicator structure and transfer control data to the control unit of the laser processing device, whereby - after each partial execution of the scan pattern - the behavior of the indicator structure described last in the examination zone is always assumed as the new actual behavior of the indicator structure for the determination of the control data .
  • the predetermined intervals at which the planning device is supplied with data from the examination device can be established before or at the start of the process.
  • a supply of data from the examination device can, however, also take place quasi continuously.
  • the planning device for generating control data for a control unit of a laser processing device for changing a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material can now also be used as a planning device for generating Control data for a control unit of a processing device for changing a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material are used, in which radiation or waves from another processing energy source are used to change a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material as long as this enables energy to be introduced into the processing zone and this can cause a change in the refractive index.
  • the planning device can therefore be used regardless of the type of processing energy source - provided that the area to be processed is “traversed” or scanned in the processing zone - in order to contribute to a much more precise achievement of the target behavior in the examination zone .
  • a processing radiation can be scanned in the processing zone or processing shafts can be aligned according to the control data.
  • the energy to be used for this is preferably also stored in the control data:
  • the area of the processing zone to be processed can thus in particular with a comparatively low energy of a processing radiation in the processing zone, which always causes only a very small change in the refractive index at the position being processed, when implementing a very irregular change profile of the refractive index with a partial multiple scanning of the area to be processed where the change in the refractive index to be achieved is greater than in areas in which only a slight change in the refractive index is required, described by the planning device with corresponding control data.
  • the respective local exposure time of machining radiation or waves from a machining energy source can be part of the control data to be generated by the planning device.
  • processing energy sources are UV radiation (especially in conjunction with UV-light-changeable polymers), (highly focused) ultrasound or microwaves, heat or, if necessary, processing energy that arises from other physical or chemical effects and has a tissue-changing effect, provided that they are applied precisely locally can.
  • the planning device thus uses an intraoperative feedback loop in order to measure the effect, preferably of a laser-induced change in the refractive index.
  • One embodiment of the planning device according to the invention uses the measurement of local changes in optical paths; in a further embodiment, the imaging is evaluated through the treated areas.
  • the effects on the change in the refractive index in a processing zone - for example in a cornea of the patient's eye - can be increased, for example, by using sodium fluorescein, and this reinforcement effect can be taken into account in the planning unit according to the invention .
  • An embodiment of the planning device according to the invention is also set up, a target distribution of the refractive index in a processing zone from the target behavior of the indicator structure in the examination zone and an actual distribution of the refractive index in the processing zone from the actual behavior of the Determine indicator structure in the investigation zone.
  • the planning device is preferably also set up to record the actual behavior of indicator structures in several examination zones and to use them to determine the target behavior, these examination zones being arranged in the optical path in front of and behind the processing zone, and a behavior of a
  • the indicator structure in an examination zone in front of the processing zone is compared with the behavior of the indicator structure in an examination zone behind the processing zone (that is, they are related to one another and their behavioral changes are also determined), and / or the behavior of an indicator structure in an examination zone, which is arranged in the optical path behind the processing zone, but not behind an area of the processing zone processed by means of the scan pattern of focus spots, compared with the behavior of an indicator structure behind the area of the processing zone processed by means of the scan pattern wi approx.
  • OCT phase-sensitive optical coherence tomograph
  • tissue structures or boundaries such as layers of the cornea or the surface of the crystalline lenses
  • artificial structures such as refractive index change markers in an intraocular lens (IOL), which are generated during manufacture or intraoperatively by laser marking, can be suitable indicator structures .
  • IOL intraocular lens
  • the planning device according to the invention is set up to take into account the influence of at least one zone that represents a distorting transmitting medium in the optical path of the examination radiation.
  • the pulsed processing laser radiation of the laser processing device possibly with reduced energy, and / or at least one examination radiation from the range between X-rays over the range of visible light and microwave radiation through to ultrasound, and one of the following devices is selected for detection: interferometer, preferably optical coherence tomograph (OCT), in particular phase OCT system; confocal detector; Fundus camera.
  • OCT optical coherence tomograph
  • confocal detector confocal detector
  • Fundus camera Refractometer, wavefront survey device, ultrasound imaging system.
  • OCT optical coherence tomography
  • the planning device according to the invention is set up to “translate” changes in the optical path from a characterization wavelength into a reference wavelength in the visible wavelength range. This is possible if there is knowledge of the dispersion behavior in the system.
  • An embodiment of the planning device is also set up to determine the scan pattern of focus spots for converting the change profile of the refractive index so that at least part of the processing zone is swept over several times by the pulsed processing laser radiation.
  • control data include target coordinates of the focus spots, a pulse energy of the pulsed processing laser radiation and / or a processing time, and preferably only a subset of the target coordinates of the focus spots in the processing zone is determined and between two target coordinates of this subset, further target coordinates are interpolated.
  • the planning device is advantageously set up to carry out this "refractive index (change) analysis" only for a subset of treatment points in the processing zone, here the focus spots of the pulsed laser radiation, and to interpolate the expected effect in between in order to save time.
  • Some sub-areas can be less critical than others, and target coordinates of the focus spots are only interpolated in the less critical areas , while each individual focus spot is determined for the critical areas.
  • the transparent organic or inorganic material to be processed comprises a tissue of a patient's eye, the processing zone being arranged in at least one of the following areas of the patient's eye: cornea, natural lens or intraocular lens, and / or where the Examination zone is arranged in the retina of the patient's eye.
  • a laser processing device for processing a transparent organic or inorganic material comprises a laser device with a laser source for generating a pulsed processing laser radiation, a focusing device for focusing the pulsed processing laser radiation in a focus in the processing zone and a scanning device for scanning the focus of the pulsed one Processing laser radiation in the processing zone of the transparent organic or inorganic material.
  • the laser processing device further comprises an examination device which detects an examination radiation to characterize an actual behavior of an indicator structure in an examination zone with a detection device, wherein the indicator structure can be arranged directly in the examination zone or an image of a structure in the processing zone in the examination zone.
  • the laser processing device according to the invention finally comprises a control unit for controlling the laser processing device by means of control data, as well as a planning device described above for generating control data for the control unit for changing a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material.
  • a computer program product with program code according to the invention is set up, when it is executed on a computer, to execute and / or the planning method according to the invention described above for generating control data for a control unit of a laser processing device for changing a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material to be readable on a planning device according to the invention described above for generating control data for a control unit of a laser processing device for changing a refractive index in a processing zone of the transparent organic or inorganic material, in particular by a processor of such a planning device, and if it is read by the planning device is executed, control data is generated in order to operate the laser machining device according to the invention.
  • a computer program product according to the invention can, however, be set up in a much more general embodiment, the planning method described above for generating control data for a control unit of a machining device that uses the radiation or waves from another machining energy source to change a refractive index in a machining zone of a transparent organic or inorganic one Material and / or be readable on a planning device according to the invention described above for generating control data for a control unit of a processing device that uses the radiation or waves from another processing energy source to change a refractive index in a processing zone of a transparent organic or inorganic material, in particular by a processor of such a planning device, and which, when it is executed by the planning device, can generate control data to the to operate laser processing device according to the invention.
  • the computer program product described above is stored on a computer-readable medium according to the invention.
  • control data for a laser processing device for changing the refractive index are generated using a planning method described above, and the transparent organic or inorganic material, in particular a tissue of a patient's eye, is processed with the laser processing device processed with the help of this tax data.
  • FIG. 1a and 1b show the principle of a laser-induced change in the refractive index (LIRIC) in a patient's eye according to the prior art, in a region of the cornea 4 or in an intraocular lens 5, as described above;
  • LIRIC refractive index
  • FIG. 2 shows the diagram of a laser machining device with a first planning device according to the invention
  • FIG. 3 shows the diagram of a further laser processing device according to the invention with a second planning device according to the invention, in which in particular the laser device is explained in more detail and the examination device is also physically integrated;
  • FIG. 4 shows a schematic planning constellation according to the invention of a LIRIC processing of an area of the cornea to achieve a desired change in the optical path of a patient's eye, and FIG. 4a again shows a section from FIG. 4 in the form of a real image in a very specific measurement constellation ;
  • FIG. 5 shows a schematic planning constellation according to the invention for a LIRIC treatment of a transparent floater in the glass body.
  • a laser device L emits pulsed and focused machining laser radiation 2 onto the patient's eye 3.
  • the operation of the laser device L takes place fully automatically, ie the laser device L starts the deflection of the processing laser radiation 2 in response to a corresponding start signal and generates modified areas in a processing zone 17 of a transparent organic or inorganic material.
  • the laser device L When used as an ophthalmic laser processing device 1, it generates modified areas in a processing zone 17 of a patient's eye, for example in the cornea 16, the natural lens or in the vitreous body 6 of the patient's eye 3, but also in an artificial intraocular lens 5 in the patient's eye 3 modified areas of the processing zone 17 is changed by the effect of the processing laser radiation 2, the refractive index of the transparent organic or inorganic material.
  • the laser device L receives the control data required for the operation beforehand from a planning device P as a control data record via communication paths, such as, for example, control lines. Of course, communication can also be wireless. As an alternative to direct communication, it is also possible to arrange the planning device P spatially separated from the laser unit L and to provide a corresponding data transmission channel. The transmission preferably takes place before the laser device L is operated.
  • the control data set is preferably transmitted to the laser device L of the laser processing device 1 via an interface S2 of the planning device P and more preferably, operation of the laser device L is blocked until a valid control data set is available at the laser device L.
  • a valid control data record can be a control data record which is in principle suitable for use with the laser device L of the laser processing device 1.
  • the validity can also be linked to the fact that further tests are passed, for example whether additional information about the laser processing device 1, e.g. B. a device serial number, or the patient, such as a patient identification number, match with other information, for example read out on the laser processing device 1 or entered separately as soon as the patient is in the correct position for the operation of the laser device L.
  • the planning device P generates the control data or the control data set, which is made available to the laser device L for performing the operation, from the supplied data.
  • these are characterization data that were determined for the patient's eye 3 to be treated by means of an examination device M - using an examination radiation 27 - and that are supplied to the planning device P via an interface S1 for supplying characterization data.
  • these are data from the characterization of an actual behavior of an indicator structure 18 in an examination zone 16 of the patient's eye 3, which provide information about a processing zone 17 which is illuminated by the examination radiation 27 and in which the pulsed and focused processing -Laser radiation 2 should, is, or has worked.
  • target data are supplied via a further interface S1, which contain a target behavior of the indicator structure 18 in the examination zone 17, the difference between the actual behavior and the target behavior of the indicator structure 18 in the examination zone 16 a (two- or three-dimensional) change profile of the refractive index in the processing zone 17 is determined.
  • they are passed on to the planning device P automatically or manually via the interface S1 via an input device E.
  • the characterization data come from an independent examination device M which is in communication with the planning device P of the laser processing device 1.
  • a direct radio or wire connection of the examination device M to the laser processing device 1 with regard to the data transmission which can be used in one variant, has the advantage that the use of incorrect characterization data is excluded with the greatest possible certainty.
  • the control data generated by the planning device P determine the scan pattern 15 of the focus 14 of the laser device L in a tissue or a structure of the patient's eye 3, with which the laser processing device 1 can be controlled so that the change profile of the refractive index in the processing Zone 17, can be implemented by processing the transparent organic or inorganic material, i.e. by processing the tissue or the structure, and - if the control data are used in the laser processing device 1 - is also implemented by appropriate modification of the affected area in the processing zone 17 according to the control data generated using the change profile of the refractive index.
  • FIG 3 shows a second laser machining device 1 according to the invention with a second planning device P according to the invention, again schematically, in which a laser device L and an examination device M are fully integrated.
  • the planning device P which fulfills the functions already described above, is at least temporarily integrated into the laser processing device 1 and is in direct communication with the examination device M and the control unit 12 of the laser device L.
  • the elements of the laser processing device 1 and in particular the laser device L encompassed by it are specified more precisely, but only entered here insofar as they are necessary to understand the focus adjustment.
  • the pulsed processing laser radiation 2 in this specific example a femtosecond laser beam, is bundled in a focus 14 in a processing zone 17 of the patient's eye 3, for example in his cornea 4 or in his vitreous body 6, and the position of the focus 14 in the patient's eye 3 is adjusted along a scan pattern 15 so that a modification of the affected area in the processing zone 17 according to the control data generated in the control unit 12 using the change profile of the refractive index (coordinates, pulse energies, processing time / number of scans in an area , etc .7) is made possible.
  • the patient's eye 3 is preferably fixed to the laser processing device 1 by means of a patient interface 13.
  • An xy scanner 9 which is implemented in one variant by two essentially orthogonally deflecting galvanometer mirrors, guides the from the laser source 8 coming pulsed machining laser radiation 2 from two dimensions.
  • the x-y scanner 9 thus effects an adjustment of the position of the focus 14 essentially perpendicular to the main direction of incidence of the pulsed processing laser radiation 2 in the processing zone 17, i.e. in the cornea 4 or the glass body 6 (for this example).
  • a z-scanner 11 is provided in addition to the xy scanner 9, which is designed, for example, as an adjustable telescope.
  • the z scanner 11 ensures that the z position of the position of the focus 14, ie its position along the optical axis of incidence, is changed.
  • the z scanner 11 can be arranged after or upstream of the xy scanner 9. The coordinates designated below with x, y, z therefore relate to the deflection of the position of the focus 14.
  • the xy scanner 9 and the z scanner 11 which together realize a specific example of a three-dimensional scanning device 9, 11, are controlled by a control device 12 via lines not shown in detail.
  • the same control device 12 (or a sub-unit of the control device 12) controls the examination device M. There is therefore access to the different devices of the laser processing device.
  • the planning device P which corresponds closely to the control device, can physically in one variant also be part of the control device 12, can thus receive the characterization data of the examination device M for the actual behavior of an indicator structure 18 in an examination zone 16, with a likewise supplied or specified target behavior of the indicator structure 18 in the Compare examination zone 16 and create a change profile of the refractive index in a processing zone 17 from it, and finally from this change profile a scan pattern 15 of focal points (focus spots) of a pulsed processing laser radiation 2 of the laser processing device 1 for processing the material or tissue and thus to implement the change profile of the refractive index in the processing zone 17 and from this to determine the control data for the control unit 12 of the laser processing device 1 for executing the scan pattern 15 at any time and to transfer it to the control unit 12.
  • Such a laser processing device can be operated with a closed-loop method CL, that is to say a feedback loop.
  • the examination radiation 27 from the examination device M is here, for example, combined with the laser radiation 2 (for example via a beam splitter, a dichroic beam splitter, by means of polarization splitting or superimposed at an angle) fed to the xy scanner 9 and preferably deflected together with the laser radiation 2 and with this is focused together with the focusing device 10, a focused examination radiation 27 'being generated, which can be superimposed with the focused processing laser radiation 2'.
  • the focusing of the examination radiation 27 ' can differ somewhat from that of the laser radiation 2', for example in order to be able to optimally measure indicator structures 18 in examination zones 16-1 and 16-2 (see FIG. 4).
  • FIG. 4 shows a schematic planning constellation of a LIRIC treatment of an area of the cornea to achieve a desired change in the optical path of a patient's eye - for setting the relative path length 26 via a change in the refractive index in the relevant area of the treatment zone 17 of the cornea 4.
  • the change in the refractive index in the processing zone 17 is brought about by pulsed processing laser radiation 2 from a laser device L. This can be done, for example, through heat-induced thermo-mechanical changes, in particular of collagen on different structural levels in natural eye tissue, through thermal expansion, tension generation and material contraction in plastics such as PMMA or, in general, through material changes through the use of fs lasers below the breakthrough threshold (and thus without photodisruption) or above the breakdown threshold (i.e.
  • An examination radiation 27 is sent from a light source of an examination device M to indicator structures 18, 18-V in different areas of one or more examination zones 16-1, 16-2 to characterize the actual behavior, these examination zones 16-1 , 16-2 are arranged along the optical path in front of and behind the processing zone 17, and a behavior of an indicator structure 18-V in an examination zone 16-1 in front of the processed area 17-B of the processing zone 17 with the behavior the indicator structure 18 is compared in an examination zone 16-1 behind the processed area 17-B of the processing zone 17, and / or a behavior of an indicator structure
  • a distorting transmitting medium 19 such as a tear film 24 in this case, is also taken into account.
  • the characterization data on the actual behavior determined by means of the examination device M are then used in the manner described above to Planning device P to generate the control data for a scan pattern 15 of focus spots for the laser device L, with which the change profile of the refractive index is to be implemented to adapt the actual behavior to the target behavior. This can be done again at any time so that a closed loop CL process can be used here.
  • the optical path between two indicator structures 18 will change by more than 50 nm with a treatment zone length of at least 10 ⁇ m.
  • OCT phase-sensitive optical coherence tomography
  • suitable indicator structures can be natural tissue structures or borders, but also artificially created structures.
  • a very specific implementation of this planning constellation of LIRIC processing of the cornea would be the use of a pulsed femtosecond laser L with an 80 MHz oscillator at a central wavelength of approx. 1064 nm, a phase-sensitive OCT at approx. 1060 nm as the measuring system M, with which an OCT measuring range of 4-V of for example 5..500 pm scan depth around the front of the cornea and an OCT measuring range 4-R of, for example, also 5..500 pm the rear side of the cornea is used.
  • the indicator structure 18-V “cornea front” is compared with the indicator structure 18 “cornea back” in the examination zone 16-1 (in front of and behind the processed area, i.e.
  • FIG. 4a which in turn shows a section from FIG. 4 in the form of a real image with a marking of corresponding structures in a very concrete measurement constellation, the effect of the processing in the processed area 17-B on the position of the indicator structure 18
  • the OCT measuring ranges extend over the respective corneal interfaces.
  • the indicator structures 18, 18-V are the interfaces themselves, the signals of which are determined in the OCT measuring range.
  • FIG. 5 shows a schematic planning constellation of a LIRIC treatment of a transparent floater 21 in the glass body 6:
  • the change in the refractive index in the processing zone 4 is in turn brought about by a pulsed processing laser radiation 2 from a laser device L.
  • An examination radiation 27 is projected from an observation light source ML through the floater 21 in the processing zone 17 in an examination zone 16 on the retina 22 (and there forms a virtual indicator structure (18)) and the returning examination radiation 27 detected by the detector of the examination device MD.
  • the image 23 of the floater 21 by the processing laser radiation 2 can also be used as a virtual indicator structure (18) on the retina.
  • Adaptive optics 20 can also be part of the optical path and be taken into account.
  • the transparent floater 21 is processed until its effect on the retina 22 as the examination zone 16 is minimized in this case. This also includes the adaptation of the refractive index around the floater 21.
  • a description of a device based on method features applies analogously to the corresponding method with regard to these features, while method features correspondingly represent functional features of the device described.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Planungsverfahren und eine Planungseinrichtung (P) zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit (12) einer Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Änderung eines Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) eines transparenten organischen Materials, sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung (1) und ein Computerprogrammprodukt. Ihre Aufgabe ist es, eine präzise Korrektur des Brechungsindex zu ermöglichen, also das vorher geplante Profil des Brechungsindex in dem zu bearbeitenden Bereich des transparenten organischen Materials während der Behandlung tatsächlich einzustellen. Insbesondere sollen auch sehr lokal begrenzte Brechungsindexvariationen korrigiert werden, deren Ausmaß sich nur schwer vorbestimmen lässt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Planungsverfahren und eine Planungseinrichtung (P), die es erlauben, in vorbestimmten Abständen während einer Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone (17) Daten aus der Untersuchungsvorrichtung (M) zuzuführen, die das Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16) beschreiben, und Steuerdaten an die Steuereinheit (12) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) abzuführen, wobei stets das zuletzt beschriebene Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) als neues Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) für die Ermittlung der Steuerdaten angenommen wird.

Description

Planungsverfahren und Vorrichtungen zur präzisen Änderung eines Brechungsindex
Die vorliegende Erfindung betrifft Planungsverfahren und eine Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen Materials. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Com puterprogramm produkt.
Gängige refraktive Korrekturen, wie Laser-Fehlsichtigkeitskorrekturen (laser Vision correction, LVC) oder Intraokularlinsenimplantationen (IOL), leiden unter Restfehlern in der tatsächlich erreichten Korrektur. Diese Abweichungen können das Ergebnis von Messfehlern vor der Operation, Toleranzen der Korrektur selbst oder von Schwankungen, leichten Augenbewegungen etc. während der Operation sein, aber oft auch an patientenspezifischen Eigenschaften liegen, wie z.B. einer patientenspezifischen und damit schwer vorhersagbaren Narbenbildung, Heilung, unterschiedlicher Gewebeeigenschaften oder einem umgebungs- oder patientenspezifischen Hydratationszustand der Hornhaut. Aufgrund der häufig daraus resultierenden ungenauen Brechungskorrektur besteht derzeit oft die Notwendigkeit, eine nachträgliche Brechungskorrektur (wie Brille oder Kontaktlinsen) oder sogar eine operative Nachbesserung vorzunehmen.
So kann beispielsweise eine Laser-Fehlsichtigkeitskorrektur durch eine nachfolgende Laser-Fehlsichtigkeitsbehandlung, wie z.B. eine Excimer-LASIK, angepasst werden. Die Korrektur der IOL-Ergebnisse ist jedoch schwieriger. Auch hier ist die Laser- Fehlsichtigkeitskorrektur der Hornhaut oft die einzige verbleibende Wahl oder Alternative zur Brille.
Eine interessante Alternative ist deshalb die Anpassung optischer Elemente wie lOLs, aber ggf. auch von Kontaktlinsen oder Brillen, durch postoperative Brechungsindexanpassung. Dies ist z.B. durch den Einsatz von UV-empfindlichen Polymeren zur Herstellung dieser optischen Elemente möglich, wie beispielsweise in der DE 60221 902 T2 vorgeschlagen. Ein neuerer Ansatz für derartige Korrekturen ist die laserinduzierte Änderung des Brechungsindex (Laser Induced Refractive Index Change, LIRIC) und/oder die Änderung des Brechungsindex im Gewebe (Intratissue Refractive Index Change, IRIS), derart, dass eine nicht-invasive refraktive Korrektur des Brechungsindex (eines Materials) im Gewebe nach der Operation durch Nutzung und entsprechende Modifizierung einer einstellbaren Refraktionskomponente im Material bzw. Gewebe erfolgt.
Die Fig. 1a und 1b zeigen eine solche, heute bekannte, laserinduzierte Änderung des Brechungsindex (LIRIC), in einem Bereich der Kornea 4 bzw. in einer Intraokularlinse 5 eines Patientenauges 3 (Len Zheleznyak, ophthalmology/femtosecond lasers: LIRIC: Next-Generation refractive laser surgery, http://www.bioopticsworld.com/articles/print/volume-9/issue-11/ophthalmology- femtosecond-lasers-liric-next-generation-refractive-laser-surgery.html). Durch Anwendung eines Excimer-Lasers oder eines Femtosekunden-Lasers wird sonst üblicherweise die Oberfläche der Kornea 4 ablatiert oder aber es werden Schnitte in der Kornea 4 mittels Photodisruption durchgeführt. Nutzt man aber beispielsweise einen fokussierten Femtosekunden-Laserstrahl 2, 2‘ bei wesentlich geringerer Pulsenergie (also beispielsweise je nach Wirkungsort bei 100 bis 1000 Mal geringerer Pulsenergie), wird mittels dieser Pulsenergie in der Kornea 4 oder auch in tieferliegenden Strukturen wie einer Linse, insbesondere auch einer natürlichen oder künstlichen Intraokularlinse 5, durch den Eintrag der gepulsten Strahlung 2, 2‘ der Brechungsindex des Gewebes oder auch eines künstlichen optischen Elements an dieser Stelle 17 gezielt verändert ohne einen Schnitt zu erzeugen.
Ein noch ungelöstes Problem ist die Einstellung eines wirklich präzisen Brechungsindexprofils in einem einzigen Behandlungsverfahren, d.h., eine Änderung des Brechungsindex im behandelten Bereich des Gewebes / der künstlichen Struktur so zu gestalten, dass das Ergebnis dem vorher geplanten Profil des Brechungsindex entspricht, mit dem die Fehlsichtigkeit im Wesentlichen vollständig korrigiert wird.
Bekannte Lösungen verwenden Nomogramme, um durch die Anwendung eines vorberechneten Laserscanmusters, das sowohl örtliche Informationen als auch Informationen zu Leistungsparametern an der jeweiligen Position des Fokuspunkts des fokussierten gepulsten Laserstrahls umfasst, annähernd das gewünschte Änderungsprofil des Brechungsindex zu erzeugen. Die Ergebnisse werden dann postoperativ durch Messung der Restbrechungsfehler (z.B. durch Wellenfrontmessverfahren) überprüft und anschließend durch eine nachträgliche Korrektur des festgestellten Restbrechungsfehlers in einer weiteren Behandlung (zu einem ganz anderen Zeitpunkt und meist auch noch mit anderen Verfahren) korrigiert. Es braucht dann also eine weitere Durchführung eines Behandlungsverfahrens. Die Messungen des Restbrechungsfehlers können zudem nur den vollen Teil oder mindestens den überwiegenden Teil der behandelten Gewebezone gleichzeitig berücksichtigen und erlauben keine Bestimmung und Korrektur lokaler Variationen (z.B. an einer einzelnen behandelten Stelle). Daher ist nach dem derzeitigen Stand der Technik beispielsweise keine Korrektur der lokalen Brechungsindexvariationen unbekannter Stärke möglich. Solche lokalen Brechungsindexvariationen können, neben Absorption und Streuung, auch eine Ursache sogenannter „Floater“ bzw. „Mouche volantes“ im Glaskörper (Vitreous) des Auges sein. Im Folgenden soll der Begriff „Floater“ als Synonym für lokale Brechungsindexvariationen sein, unabhängig vom Ort.
Dabei verhindern unterschiedliche Faktoren vor- und während der Behandlung, die „unvollständig oder nur sehr schwer beherrschbar“ sind, die im Wesentlichen vollständige Korrektur der Fehlsichtigkeit mit den bislang vorhandenen Mitteln. Zu diesen Faktoren gehören bestimmte Gewebeeigenschaften (beispielsweise die den Brechungsindex des Gewebes variierende Hydratation, systemisch oder lokal applizierte Medikamente, Bestrahlungen, Vorerkrankungen, d.h. natürliche oder früher künstlich erzeugte Brechungsindexgradienten oder lokale Brechungsindexvariationen), Lasereigenschaften (Leistungsfluktuationen, Fokusverformung durch Eintritt in Gewebeschichten) oder Umgebungsparameter (Absorption, Gewebebewegung/-vibrationen, Druck oder Spannungen auf das Gewebe).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtung und Verfahren zu beschreiben, um eine präzise Korrektur des Brechungsindex zu ermöglichen, also das vorher geplante (ideale) Profil des Brechungsindex in dem zu bearbeitenden Bereich eines transparenten organischen oder anorganischen Materials, insbesondere eines Patientenauges, trotz Störungen durch schwer beherrschbarer Faktoren während der Behandlung tatsächlich einzustellen. Insbesondere sollen auch sehr lokal begrenzte Brechungsindexvariationen korrigiert werden, deren Ausmaß sich nur schwer vorbestimmen lässt, wie das beispielsweise bei nahezu transparenten Floatern im Glaskörper eines Patientenauges der Fall ist.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen.
Ein Planungsverfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials, beispielsweise eines Patientenauges, umfasst die folgenden Schritte:
- Das Ist-Verhalten einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone, die in einem optischen Weg hinter einer von einer Untersuchungs-Strahlung durchleuchten Bearbeitungs-Zone des transparenten organischen oder anorganischen Materials angeordnet ist, wird charakterisiert. Ein solches „Verhalten“, kann beispielsweise ein optisches Erscheinungsbild sein, wie eine Lichtintensitäts- oder -phasenverteilung, ein Schattenwurf, Interferenzmuster oder eine OCT-Signalverteilung sein oder deren Kombinationen. Dabei kann die Indikatorstruktur direkt in der Untersuchungs-Zone angeordnet sein oder aber eine Abbildung einer Struktur in der Bearbeitungs-Zone in die Untersuchungs-Zone darstellen (also eine virtuelle Indikatorstruktur darstellen).
- Das Soll-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone wird festgelegt. Eine solche „Festlegung“ kann die Bestätigung eines bereits hinterlegten Soll- Verhaltens sein, aber auch eine Festlegung des Soll-Verhaltens an dieser Stelle aufgrund einer Formulierung des Arztes ist möglich (beispielsweise, eine gewünschte Gesamtrefraktionsänderung oder lokale optische Weglängenänderung, also der Verlauf eines Brechungsindex-Profils über einen großen Bereich oder der Brechungsindex-Verlauf über einen Strahlweg an einer konkreten Stelle, eines Erscheinungsbildes, das nach Erreichen eines homogenen Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone erzielt wird, insbesondere durch Anpassen eines abgegrenzten Bereiches der Bearbeitungs-Zone an seine direkte Umgebung in der Bearbeitungs- Zone, etc.). Das Planungsverfahren berücksichtigt dann diese Wünsche, um sie in ein Soll-Verhalten zu „übersetzen“. Im einfachsten Fall kann es die „automatische“ Festlegung des „Soll-Verhaltens“ durch eine Maschine sein, wenn das Ziel des Planungsverfahrens ist, eine homogene Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone zu erreichen. Letztlich wird hierdurch - manuell oder automatisch - ein zu erreichendes und testbares Zielverhalten in der Untersuchungs- Zone vorgegeben.
- Ein Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone wird hiernach aus der Differenz des Ist-Verhaltens und des Soll-Verhaltens der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone bestimmt. Dies kann in einfacher Weise wie folgt erfolgen: Das Ist-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone wird von der Ist- Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone bestimmt - aus einem Abweichen des Ist-Verhaltens der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone lässt sich also zumindest auf eine Abweichung der Ist-Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone von der Soll-Verteilung schließen. Ein eindeutiger Rückschluss vom Ist-Verhalten auf ein bestimmtes Brechungsindexprofil ist nicht immer eindeutig möglich, da verschiedene Brechungsindexprofile gleiche oder sehr ähnliche Ist-Verhalten erzeugen können und auch optische Weglängenänderung durch verschiedene Kombinationen von Brechungsindexänderungen und Bearbeitungszonenlängen realisiert sein können. Ein bestimmtes ein-, zwei- oder dreidimensionales Soll-Profil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone entspricht aber immer einem erwarteten Soll-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungszone, so dass es immer eine Lösung, ggf. jedoch mehrere gangbare Lösungen (innerhalb gegebener Fehlertoleranzen) gibt, die verfolgt werden können. Aus der Differenz der Soll- und Ist-Verhalten, beispielsweise der beiden Intensitätsverteilungen, kann manchmal direkt auf ein Änderungsprofil des Brechungsindex rückgeschlossen werden, das angibt, um welchen Betrag das Brechungsindex an welcher Position (x, y, z) in der Bearbeitungs-Zone geändert werden könnte, um das Soll-Verhalten zu erzielen. Das ist aber nur für bestimmte Arten von Ist-Verhalten, wie optische Signale mit Zugriff auf Phaseninformationen, möglich. Andere Formen von Ist-Verhalten, wie Intensitätsverteilungen, erlauben dies allerdings nicht oder nur unvollständig. In diesen Fällen kann es sogar nötig sein, durch Annahme und schrittweise Optimierung von simulierten Brechungsindexprofilen, dasjenige zu bestimmen, das näherungsweise das tatsächlich beobachtete Ist-Verhalten in der Untersuchungszone generiert. Möglichkeiten hierfür sind beispielsweise die Anwendung von Gerchberg-Saxton- Algorithmen (MR. Gerchberg and W.O. Saxton, “A Practical Algorithm forthe Determination of Phase from Image and Diffraction Plane Pictures,” Optik 35, 237 (1971)) oder die Anwendung von Trial-and-Error-Methoden, wie Simulated Annealing oder auch die Anwendung von genetischen Algorithmen. Hierbei kann es notwendig werden, die Lichtpropagation von der Bearbeitungszone zur Untersuchungszone für eine Vielzahl von Brechungsindexprofilen während der schrittweisen Optimierung zu berechnen, beispielsweise mittels Ray-tracing, und das jeweils resultierende Verhalten mit dem tatsächlichen Ist-Verhalten zu vergleichen. Sind die Abweichungen zwischen simuliertem und beobachtetem Ist-Verhalten ausreichend klein (beispielweise Abweichungen in der Größenordnung des Detektionsrauschens), kann angenommen werden, dass das simulierte Brechungsindexprofil dem Ist- Brechungsindexprofil ausreichend entspricht, so dass dessen Differenz zum Soll- Brechungsindexprofil dann dem benötigten Änderungsprofil entspricht.
- Hieraus wir dann ein Scanmuster von Fokusspots einer gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahlung der Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung mindestens eines Bereichs des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone mit dem Ziel der Erreichung der Soll-Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone und damit zur Herstellung des Soll- Verhaltens der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone bestimmt.
- Schlussendlich werden daraus die Steuerdaten für die Steuereinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung zur Ausführung des Scanmusters bestimmt.
Erfindungsgemäß werden die Schritte des Planungsverfahrens in (zeitlich) vorbestimmten Abständen wiederholt: Dabei wird stets die zuletzt erfolgte Charakterisierung des Ist-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone als neues Ist-Verhalten angenommen. Werden die Schritte eines solchen Planungsverfahren also beispielsweise nach einer teilweisen Ausführung des Scanmusters erneut eingesetzt, so bedeutet das eine Erfolgskontrolle des bisher geleisteten und eine Möglichkeit der Korrektur der im vorangegangenen Durchlauf bestimmten Steuerdaten. Dadurch kann eine laserinduzierte Änderung des Brechungsindex so durchgeführt werden, dass das gewünschte Soll-Verhalten in der Untersuchungs-Zone wirklich erreicht werden kann.
Eine vorteilhafte Variante ist, wenn das Änderungsprofil dabei so angepasst ist, dass eine Unterkorrektur vorliegt (z.B. 75% oder 90% der benötigten Brechungsindexänderung). Hierdurch wird vermieden, dass bei einer durch möglicherweise unvermeidbare Toleranzen, wie Laserfluktuationen oder patientenspezifische Gewebereaktionen, verursachte teilweise Überkorrektur auftritt, die möglicherweise nicht oder nur sehr aufwendig wieder beseitigt werden kann, z.B. durch Brechungsindexveränderung aller nicht überkorrigierten Stellen in der Bearbeitungszone. Die Stärke der Unterkorrektur kann dabei durch Analyse der ersten Bearbeitungsschritte noch optimiert werden, beispielsweise zur Minimierung der notwendigen Bearbeitungsschrittzahl und damit der Bearbeitungszeit.
In einer Verallgemeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann anstelle der gepulsten Laserstrahlung der Laserbearbeitungsvorrichtung auch die Strahlung oder aber Wellen einer anderen Bearbeitungsenergiequelle eingesetzt werden, sofern durch diese ein Energieeintrag in die Bearbeitungs-Zone möglich ist, und dieser eine Änderung des Brechungsindex bewirken kann. Das hier vorgestellte Planungsverfahren kann unabhängig von der Art des Bearbeitungsenergiequelle, vorausgesetzt, dass hier ein „Durchfahren“ bzw. Scannen des zu bearbeitenden Bereichs in der Bearbeitungs-Zone stattfindet, zu einem wesentlich genaueren Erreichen des Soll-Verhaltens in der Untersuchungs-Zone beitragen. Dabei kann eine Bearbeitungsstrahlung in der Bearbeitungs-Zone gescannt werden oder Bearbeitungswellen entsprechend den Steuerdaten ausgerichtet werden, wobei die hierfür jeweils aufgewendete Energie ebenfalls in den Steuerdaten hinterlegt ist: So kann beispielsweise mit einer niedrigen Energie einer Bearbeitungsstrahlung in der Bearbeitungs-Zone und mehrfachen Scannen des zu bearbeitenden Bereichs bzw. - beim Umsetzen eines sehr unregelmäßigen Änderungsprofils des Brechungsindex - einem partiellen mehrfachen Scannen des zu bearbeitenden Bereichs dort, wo die zu erzielende Änderung des Brechungsindex größer ist als in Bereichen, in denen nur eine geringfügige Änderung des Brechungsindex erforderlich ist, das Ziel erreicht werden. Oder aber es wird bei einer vergleichsweise höheren Energie - insbesondere bei sehr regelmäßigen Änderungsprofilen des Brechungsindex - mit einmaligen oder nur niedrig mehrfachen Scannen des zu bearbeitenden Bereichs das Ziel erreicht, und damit eine Soll-Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone erzielt. Nicht zuletzt kann die jeweils örtliche Einwirkzeit von Bearbeitungsstrahlung oder - wellen aus einer Bearbeitungsenergiequelle Teil der Steuerdaten sein.
Beispiele möglicher Bearbeitungsenergiequellen sind UV-Strahlung (insbesondere im Zusammenwirken mit UV-lichtveränderbaren Polymeren), (hochfokussierter) Ultraschall oder Mikrowellen, Wärme bzw. ggf. Bearbeitungsenergie, die aus anderen physikalischen oder chemischen Effekten entsteht und gewebeverändernd wirkt, sofern sie örtlich präzise angewendet werden kann.
Üblicherweise wird die Änderung des Brechungsindex jedoch laserinduziert (LIRIC) durch die Anzahl der angelegten Laserpulse (beispielsweise haben Femtosekunden- Laseroszillatoren typischerweise 80MHz) oder durch die Behandlungszeit eingestellt. Erfindungsgemäß wird dabei bei einer Wiederholung der Charakterisierung des Ist- Verhaltens eine (ggf. nur lokale) Brechungsindexänderung gegenüber der vorangegangenen Ist-Messung erkannt und verarbeitet, und daraus ein (gegenüber dem ersten Scanmuster verändertes) neues Scanmuster von Fokusspots dieser gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung bestimmt.
Das erfindungsgemäße Planungsverfahren beschreibt also eine intraoperative Rückkopplungsschleife, um die Wirkung einer laserinduzierten Brechungsindexänderung zu messen. In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens wird die Messung lokaler Änderungen von optischen Wegen verwendet, in einerweiteren Ausführungsform wird die Bildgebung durch die behandelten Bereiche hindurch ausgewertet.
Durch das erfindungsgemäße Planungsverfahren ist beispielsweise die Planung einer hochpräzisen Brechungsindexänderung möglich, selbst Floater können entsprechend behandelt werden. Das Planungsverfahren kann Teil eines LIRIC Verfahrens mit einem geschlossenen Regelkreis sein. Prinzipiell ist es auch denkbar, dass für ein Patientenauge das Gewebe bzgl. aller möglicher lokaler Brechungsindexvariationen charakterisiert wird, um zu versuchen, dies eine entsprechende die Behandlung zu kompensieren. Dabei kann jedoch ein strukturell wie auch lokal unterschiedliches Gewebeverhalten (bzgl. seiner Bearbeitung) auftreten, das nur schwer berücksichtigt werden kann.
Eine Verstärkung der Effekte einer Femtosekunden-Laserstrahlung auf die Änderung des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone - beispielsweise in einer Kornea (also der Hornhaut) des Patientenauges - kann beispielsweise durch den Einsatz von Natrium-Fluorescein erreicht werden (siehe beispielsweise L.Nagy: Potentiation of Femtosecond Laser Intratissue Refractive Index Shaping (IRIS) in the Living Cornea with Sodium Fluorescein). Der Verstärkungseffekt kann dabei im erfindungsgemäßen Planungsverfahren berücksichtigt werden.
Wie bereits oben als konkrete Ausführungsvariante beschrieben, kann dabei in einem erfindungsgemäßen Planungsverfahren eine Soll-Verteilung des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone aus dem Soll-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone und eine Ist-Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone aus dem Ist-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone bestimmt werden.
In einer speziellen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Planungsverfahrens werden Indikatorstrukturen in mehreren Untersuchungs-Zonen zur Charakterisierung des Ist-Verhaltens und zum Festlegen des Soll-Verhaltens genutzt. Diese Untersuchungs-Zonen sind im optischen Weg vor und hinter der Bearbeitungs-Zone angeordnet, und es wird ein Verhalten einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs- Zone vor der Bearbeitungs-Zone mit dem Verhalten der Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone hinter der Bearbeitungs-Zone verglichen, und/oder ein Verhalten einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone, die im optischen Weg hinter der Bearbeitungs-Zone, aber nicht hinter einem mittels des Scanmusters von Fokusspots bearbeiteten Bereich der Bearbeitungs-Zone angeordnet ist, mit dem Verhalten einer Indikatorstruktur hinter dem mittels Scanmuster bearbeiteten Bereich der Bearbeitungs-Zone verglichen. Der Vergleich des Verhaltens von Indikatorstrukturen in mehreren Untersuchungs- Zonen bedeutet dabei, das Verhalten der Indikatorstrukturen in den verschiedenen Untersuchungs-Zonen zueinander in Beziehung zu setzen und insbesondere auch, eine Veränderung des Verhaltens der Indikatorstrukturen in den verschiedenen Untersuchungs-Zonen zwischen einer Charakterisierung zu einem ersten Zeitpunkt und einer Charakterisierung zu einem folgenden Zeitpunkt aufzunehmen.
Die angestrebten Änderungen des Brechungsindex in der Kornea können beispielsweise 0,005 betragen. Bei einer Länge bzw. Ausdehnung der Bearbeitungs- Zone von deutlich über 10pm (eine mittlere Ausdehnung kann häufig zirka 20pm betragen) würde sich der optische Weg zwischen zwei Indikatorstrukturen (auch Markerstrukturen genannt) um mehr als 50nm ändern, was ein wesentlicher, gut messbarer Effekt im Vergleich zu den bekannten Grenzen von einer phasensensitiven optischen Kohärenztomographie (OCT) mit Phasensensitivitäten bis zu Werten von kleiner als 1 pm wäre.
Geeignete Indikatorstrukturen können Gewebestrukturen oder -grenzen (wie Schichten der Kornea oder die Oberfläche der kristallinen Linsen) sein. Geeignete Indikatorstrukturen können aber auch künstliche Strukturen wie Brechungsindexänderungsmarker in einer Intraokularlinse (IOL) sein, die während der Herstellung oder aber intraoperativ durch Laserbeschriftung erzeugt werden können. Auch Speckle-Muster, beispielsweise in OCT Scans, können geeignete Indikatorstrukturen sein, solange sie sich durch die Bearbeitung nicht oder nur unwesentlich verändern, so dass ihre Verschiebung durch die Änderung der optischen Weglängenänderung detektierbar bleibt.
Es ist auch vorstellbar, dass nur eine Indikatorstruktur "hinter" (also posterior) der Bearbeitungs-Zone ausreichend ist, wenn relative Veränderungen gut erkannt werden.
Dabei kann in einem erfindungsgemäßen Planungsverfahren der Einfluss mindestens einer Zone, die ein verzerrendes transmittierendes Medium im optischen Weg der Untersuchungs-Strahlung darstellt, berücksichtigt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Planungsverfahrens zur Charakterisierung des Ist-Verhaltens wird die gepulste Bearbeitungs- Laserstrahlung der Laserbearbeitungsvorrichtung, ggf. mit reduzierter Energie, und/oder mindestens eine Untersuchungs-Strahlung aus dem Bereich zwischen Röntgenstrahlung über den Bereich des sichtbaren Lichts und der Mikrowellenstrahlung bis hin zum Ultraschall eingesetzt. Zur Detektion wird dabei mindestens eine der folgenden Methoden gewählt: interferometrische Detektion, bevorzugt optische Kohärenztomographie (OCT), insbesondere unter Nutzung eines Phasen-OCT-Systems; konfokale Detektion; Funduskamera-Aufnahmen refraktometrische Messung, Wellenfrontvermessung, Ultraschall-Bildgebung.
Es ist demnach denkbar, den Behandlungslaser auch für die Charakterisierung zu nutzen, zum Beispiel als Femtosekunden-Breitband-Lichtquelle für die optische Kohärenztomographie.
Anstelle der optischen Kohärenztomographie (OCT) sind auch andere interferometrische Methoden, die nur relative optische Wegänderungen erfassen, mit Lasern denkbar, die nur schmalbandige Spektralbereiche abdecken bzw. quasimonochrom sind. Allerdings wären zusätzliche Maßnahmen zur Auswahl des Erkennungsbereichs erforderlich, wie z.B. die konfokale Filterung.
Es können Zweistrahlkonzepte wie im IOL-Master verwendet werden, d.h. , es werden Spiegelreflexe des Patientenauges als Referenzstrahl für die optische Kohärenztomographie verwendet, womit eine Bewegungsunabhängigkeit gewährleistet ist.
Konfokale Scanner können alternativ zur optischen Kohärenztomographie verwendet werden: Sie wären weniger empfindlich, können aber je nach zu detektierender Änderung ausreichend sein.
Bei Verwendung eines kreisförmig abtastenden Femtosekunden-LIRIC-Systems wäre ein Vergleich von bearbeiteten Bereichen der Bearbeitungs-Zone mit Bereichen außerhalb der Bearbeitungs-Zone bzw. unbearbeiteten Bereichen der Bearbeitungs- Zone mittels phasensensitiver optischer Kohärenztomographie (OCT) senkrecht zur Scanrichtung vorzuziehen. Phasensensitive OCT kann durch parallele Abtaststrahlen oder durch Polarisationsteilung des OCT-Strahls (Wollaston-Prisma) realisiert werden.
Es kann von Nutzen sein, die Änderung des optischen Wegs von einer Charakterisierungs-Wellenlänge, beispielsweise 1060nm, in eine Korrekturwirkung bei einer Referenz-Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich 400..700nm zu „übersetzen“, beispielsweise 550nm im Grünen, wo eine hohe Empfindlichkeit des menschlichen Auges vorliegt. Dies ist möglich, wenn Kenntnisse über das Dispersionsverhalten im System vorliegen oder bestimmt werden können.
In einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Planungsverfahren wird das Scanmuster von Fokusspots zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex so bestimmt, dass zumindest ein Teil der Bearbeitungs-Zone mehrfach von der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung überstrichen wird, wie oben bereits erwähnt.
Wie ebenfalls bereits oben in allgemeinerer Ausführung angeführt, umfassen in einem bevorzugten erfindungsgemäßen Planungsverfahren die Steuerdaten Ziel- Koordinaten der Fokusspots, eine Pulsenergie der gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahlung und/oder eine Bearbeitungszeit.
In einem speziellen erfindungsgemäßen Planungsverfahren wird nur eine Teilmenge der Ziel-Koordinaten der Fokusspots in der Bearbeitungs-Zone bestimmt. Zwischen zwei Ziel-Koordinaten dieser Teilmenge werden dann weitere Ziel-Koordinaten interpoliert.
Es ist also denkbar, diese "Brechungsindex-(Änderungs-)Analyse" nur für eine Teilmenge von Behandlungspunkten der Bearbeitungs-Zone, hier der Fokusspots der gepulsten Laserstrahlung, durchzuführen und den erwarteten Effekt dazwischen zu interpolieren, um Zeit zu sparen. Es ist auch vorstellbar, in Bezug auf Geschwindigkeit und Präzision je nach Anforderung oder spezifischer Brechungsindex-Profile flexibel zu sein: So können einige Teilbereiche weniger kritisch sein als andere, worauf das Planungsverfahren angepasst werden kann. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Planungsverfahrens umfasst eine Rückkopplungsschleife („Closed Loop“) zur Verfolgung einer Änderung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone. Diese Planungsverfahren ist dann abgeschlossen, wenn ein Soll-Verhalten der Indikator-Struktur und damit das gewünschte Änderungsprofil des Brechungsindex umgesetzt ist. Bis zu dieser „Erfolgsmeldung“ werden die Schritte des Planungsverfahren in zeitlich vorbestimmten Abständen immer wieder durchlaufen.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Planungsverfahren, wenn das zu bearbeitende transparente organische oder anorganische Material ein Gewebe eines Patientenauges umfasst, insbesondere wenn die Bearbeitungs-Zone in mindestens einer der folgenden Bereiche des Patientenauges angeordnet ist: Kornea, natürliche Linse oder Intraokularlinse, und/oder wenn die Untersuchungs-Zone in der Retina des Patientenauges angeordnet ist.
Eine Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Lasereinrichtung mit einer Laserquelle zur Erzeugung einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung, eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung in einem Fokus in der Bearbeitungs-Zone sowie eine Scanvorrichtung zum Scannen des Fokus des gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung in der Bearbeitungs-Zone des transparenten organischen oder anorganischen Materials und eine Untersuchungsvorrichtung, die eine Untersuchungs-Strahlung zur Charakterisierung eines Ist-Verhaltens einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone mit einer Detektionsvorrichtung erfasst, umfasst, enthält eine Schnittstelle zum Zuführen von Daten der Untersuchungsvorrichtung und eine Schnittstelle zum Abführen von Steuerdaten an die Steuereinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung.
Die Steuereinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung ist eingerichtet, die Lasereinrichtung, die Fokussiervorrichtung, die Scanvorrichtung und die Untersuchungsvorrichtung zu steuern. Die Steuereinheit kann mehrere Teileinheiten umfassen, die miteinander in Verbindung stehen, oder aber als zentrale Steuereinheit ausgestaltet sein, die direkt auf die Lasereinrichtung, die Fokussiervorrichtung, die Scanvorrichtung und die Untersuchungsvorrichtung zugreift.
Die Indikatorstruktur, deren Ist-Verhalten charakterisiert werden soll, kann direkt in der Untersuchungs-Zone angeordnet sein oder aber eine Abbildung einer Struktur in der Bearbeitungs-Zone in die Untersuchungs-Zone darstellen.
Die Planungseinrichtung ist nun eingerichtet,
- das Ist-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone, die in einem optischen Weg hinter der von der Untersuchungs-Strahlung durchleuchten Bearbeitungs-Zone des transparenten organischen oder anorganischen Materials angeordnet ist, aufzunehmen,
- ein Soll-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone festzulegen,
- ein Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone aus der Differenz des Ist-Verhaltens und des Soll-Verhaltens der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone zu bestimmen,
- ein Scanmuster von Fokusspots der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung zur Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone - durch Modifikation des organischen oder anorganischen Materials entlang des Scanmusters - zu bestimmen, und
- daraus die Steuerdaten für die Steuereinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung für das Scanmuster von Fokusspots zu ermitteln, mit denen das Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone umgesetzt werden kann und das Soll- Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Planungseinrichtung nun weiterhin eingerichtet, während einer Bearbeitung des Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone, also in vorbestimmten Abständen zwischen zwei Teilbearbeitungsschritten oder direkt während einer laufenden Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone Daten aus der Untersuchungsvorrichtung zuzuführen, die das Ist- Verhalten der Indikatorstruktur beschreiben, und Steuerdaten an die Steuereinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung abzuführen, wobei - nach einer jeweils teilweisen Ausführung des Scanmusters - stets das zuletzt beschriebene Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone als neues Ist-Verhalten der Indikatorstruktur für die Ermittlung der Steuerdaten angenommen wird.
Die vorbestimmten Abstände, in denen der Planungseinrichtung Daten aus der Untersuchungsvorrichtung zugeführt werden, können vor bzw. bei Verfahrensbeginn festgelegt werden. Eine Zuführung von Daten aus der Untersuchungsvorrichtung kann jedoch auch quasi kontinuierlich erfolgen.
Wie oben schon für das Planungsverfahren beschrieben, kann nun auch, in einer Verallgemeinerung, die erfindungsgemäße Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials genutzt werden als Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Bearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials genutzt werden, in der Strahlung oder aber Wellen einer anderen Bearbeitungsenergiequelle zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials eingesetzt werden, sofern durch diese ein Energieeintrag in die Bearbeitungs-Zone möglich ist, und dieser eine Änderung des Brechungsindex bewirken kann.
Die erfindungsgemäße Planungseinrichtung kann also unabhängig von der Art des Bearbeitungsenergiequelle genutzt werden - sofern dabei ein „Durchfahren“ bzw. Scannen des zu bearbeitenden Bereichs in der Bearbeitungs-Zone stattfindet - um zu einem wesentlich genaueren Erreichen des Soll-Verhaltens in der Untersuchungs- Zone beizutragen. Dabei kann eine Bearbeitungsstrahlung in der Bearbeitungs-Zone gescannt werden oder Bearbeitungswellen entsprechend den Steuerdaten ausgerichtet werden.
Vorzugsweise ist die hierfür jeweils aufzuwendende Energie ebenfalls in den Steuerdaten hinterlegt: Der zu bearbeitende Bereich der Bearbeitungs-Zone kann so insbesondere mit einer vergleichsweise niedrigen Energie einer Bearbeitungsstrahlung in der Bearbeitungs-Zone, die immer nur eine sehr geringe Änderung des Brechungsindex an der gerade bearbeiteten Position bewirkt, beim Umsetzen eines sehr unregelmäßigen Änderungsprofils des Brechungsindex mit einem partiellen mehrfachen Scannen des zu bearbeitenden Bereichs dort, wo die zu erzielende Änderung des Brechungsindex größer ist als in Bereichen, in denen nur eine geringfügige Änderung des Brechungsindex erforderlich ist, von der Planungseinrichtung mit entsprechenden Steuerdaten beschrieben werden.
Nicht zuletzt kann die jeweils örtliche Einwirkzeit von Bearbeitungsstrahlung oder - wellen aus einer Bearbeitungsenergiequelle Teil der von der Planungseinrichtung zu erzeugenden Steuerdaten sein.
Beispiele möglicher Bearbeitungsenergiequellen sind UV-Strahlung (insbesondere im Zusammenwirken mit UV-lichtveränderbaren Polymeren), (hochfokussierter) Ultraschall oder Mikrowellen, Wärme bzw. ggf. Bearbeitungsenergie, die aus anderen physikalischen oder chemischen Effekten entsteht und gewebeverändernd wirkt, sofern sie örtlich präzise angewendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Planungseinrichtung verwendet also eine intraoperative Rückkopplungsschleife, um die Wirkung vorzugsweise einer laserinduzierten Brechungsindexänderung zu messen. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung nutzt die Messung lokaler Änderungen von optischen Wegen, in einer weiteren Ausführungsform wird die Bildgebung durch die behandelten Bereiche hindurch ausgewertet.
Bei Nutzung einer Femtosekunden-Laserstrahlung als gepulsten Bearbeitungslaserstrahlung kann eine Verstärkung der Effekte auf die Änderung des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone - beispielsweise in einer Kornea des Patientenauges -beispielsweise durch den Einsatz von Natrium-Fluorescein erreicht und dieser Verstärkungseffekt in der erfindungsgemäßen Planungseinheit berücksichtigt werden. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung ist weiterhin eingerichtet, eine Soll-Verteilung des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone aus dem Soll-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone und eine Ist- Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone aus dem Ist-Verhalten der Indikatorstruktur in der Untersuchungs-Zone zu bestimmen.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Planungseinrichtung weiterhin eingerichtet, das Ist-Verhalten von Indikatorstrukturen in mehreren Untersuchungs-Zonen aufzunehmen und zum Festlegen des Sollverhaltens zu nutzen, wobei diese Untersuchungs-Zonen im optischen Weg vor und hinter der Bearbeitungs-Zone angeordnet sind, und ein Verhalten einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs- Zone vor der Bearbeitungs-Zone mit dem Verhalten der Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone hinter der Bearbeitungs-Zone verglichen (also zueinander in Beziehung gesetzt und auch deren Veränderungen des Verhaltens festgestellt) wird, und/oder ein Verhalten einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone, die im optischen Weg hinter der Bearbeitungs-Zone, aber nicht hinter einem mittels des Scanmusters von Fokusspots bearbeiteten Bereich der Bearbeitungs-Zone angeordnet ist, mit dem Verhalten einer Indikatorstruktur hinter dem mittels Scanmuster bearbeiteten Bereich der Bearbeitungs-Zone verglichen wird. Vorteilhalf ist hierbei, wenn die Untersuchungsvorrichtung hierfür einen phasensensitiven optischen Kohärenztomographen (OCT) umfasst.
Wie schon oben erwähnt, können Gewebestrukturen oder -grenzen (wie Schichten der Kornea oder die Oberfläche der kristallinen Linsen) aber auch künstliche Strukturen wie Brechungsindexänderungsmarker in einer Intraokularlinse (IOL), die während der Herstellung oder aber intraoperativ durch Laserbeschriftung erzeugt werden, geeignete Indikatorstrukturen sein.
Vorteilhalf ist es weiterhin, wenn die erfindungsgemäße Planungseinrichtung eingerichtet ist, den Einfluss mindestens einer Zone, die ein verzerrendes transmittierendes Medium im optischen Weg der Untersuchungs-Strahlung darstellt, zu berücksichtigen. In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäße Planungseinrichtung wird zur Charakterisierung des Ist-Verhaltens der Indikatorstruktur die gepulste Bearbeitungs-Laserstrahlung der Laserbearbeitungsvorrichtung, ggf. mit reduzierter Energie, und/oder mindestens eine Untersuchungs-Strahlung aus dem Bereich zwischen Röntgenstrahlung über den Bereich des sichtbaren Lichts und der Mikrowellenstrahlung bis hin zum Ultraschall eingesetzt, und zur Detektion eine der folgenden Vorrichtungen gewählt: Interferometer, bevorzugt optischer Kohärenztomograph (OCT), insbesondere Phasen-OCT-System; konfokaler Detektor; Funduskamera. Refraktometer, Wellenfrontvermessungseinrichtung, Ultraschall-Bildgebungssystem.
Wie schon erwähnt, sind also anstelle der optischen Kohärenztomographie (OCT) auch andere interferometrische Methoden, die nur relative optische Wegänderungen erfassen, mit monochromen Lasern denkbar. Allerdings sind hierfür zusätzliche Maßnahmen zur Auswahl des Erkennungsbereichs erforderlich, wie z.B. die konfokale Filterung. Weitere Möglichkeiten und spezielle Ausgestaltungen wurde bereits oben erwähnt.
Es ist vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Planungseinrichtung eingerichtet ist, Änderung des optischen Wegs von einer Charakterisierungs-Wellenlänge in eine Referenz-Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich zu „übersetzen“. Dies ist möglich, wenn Kenntnisse über das Dispersionsverhalten im System vorliegen.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung ist weiterhin eingerichtet, das Scanmuster von Fokusspots zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex so zu bestimmen, dass zumindest ein Teil der Bearbeitungs- Zone mehrfach von der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung überstrichen wird.
In einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung umfassen die Steuerdaten Ziel-Koordinaten der Fokusspots, eine Pulsenergie der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung und/oder eine Bearbeitungszeit, und es wird vorzugsweise nur eine Teilmenge der Ziel-Koordinaten der Fokusspots in der Bearbeitungs-Zone bestimmt und zwischen zwei Ziel-Koordinaten dieser Teilmenge werden weitere Ziel-Koordinaten interpoliert. Dabei ist die Planungseinrichtung vorteilhafterweise eingerichtet, diese "Brechungsindex-(Änderungs-)Analyse" nur für eine Teilmenge von Behandlungspunkten der Bearbeitungs-Zone, hier der Fokusspots der gepulsten Laserstrahlung, durchzuführen und den erwarteten Effekt dazwischen zu interpolieren, um Zeit zu sparen. Es ist auch vorstellbar, in Bezug auf Geschwindigkeit und Präzision je nach Anforderung oder spezifischer Brechungsindex-Profile flexibel zu sein: So können einige Teilbereiche weniger kritisch sein als andere, und eine Interpolation von Ziel-Koordinaten der Fokusspots wird nur in den weniger kritischen Bereichen durchgeführt, während für die kritischen Bereiche jeder einzelne Fokusspot bestimmt wird.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung umfasst das zu bearbeitenden transparente organische oder anorganische Material ein Gewebe eines Patientenauges, wobei hier die Bearbeitungs-Zone insbesondere in mindestens einer der folgenden Bereiche des Patientenauges: Kornea, natürliche Linse oder Intraokularlinse angeordnet ist, und/oder wobei die Untersuchungs-Zone in der Retina des Patientenauges angeordnet ist.
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines transparenten organischen oder anorganischen Materials umfasst eine Lasereinrichtung mit einer Laserquelle zur Erzeugung einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung, eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung in einem Fokus in der Bearbeitungs-Zone sowie eine Scanvorrichtung zum Scannen des Fokus des gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung in der Bearbeitungs-Zone des transparenten organischen oder anorganischen Materials.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Untersuchungsvorrichtung, die eine Untersuchungs-Strahlung zur Charakterisierung eines Ist-Verhaltens einer Indikatorstruktur in einer Untersuchungs-Zone mit einer Detektionsvorrichtung erfasst, wobei die Indikatorstruktur dabei direkt in der Untersuchungs-Zone angeordnet sein kann oder aber eine Abbildung einer Struktur in der Bearbeitungs- Zone in die Untersuchungs-Zone darstellen kann. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst schließlich eine Steuereinheit zur Steuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung mittels Steuerdaten, sowie eine oben beschriebene Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für die Steuereinheit zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt mit Programm-Code ist eingerichtet, bei seiner Ausführung auf einem Computer das oben beschriebene, erfindungsgemäße Planungsverfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials auszuführen und/oder auf einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone des transparenten organischen oder anorganischen Materials, insbesondere von einem Prozessor einer solchen Planungseinrichtung, lesbar zu sein, und der, wenn er von der Planungseinrichtung ausgeführt wird, Steuerdaten erzeugt, um die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung zu betreiben.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt kann jedoch in einer wesentlich allgemeineren Ausführungsform eingerichtet sein, das oben beschriebene Planungsverfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Bearbeitungsvorrichtung, die die Strahlung oder aber Wellen einer anderen Bearbeitungsenergiequelle zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials auszuführen und/oder auf einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Planungseinrichtung zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit einer Bearbeitungsvorrichtung lesbar sein, die die Strahlung oder aber Wellen einer anderen Bearbeitungsenergiequelle zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone eines transparenten organischen oder anorganischen Materials nutzt, insbesondere von einem Prozessor einer solchen Planungseinrichtung, und das, wenn es von der Planungseinrichtung ausgeführt wird, Steuerdaten erzeugen kann, um die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung zu betreiben. Auf einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium ist das oben beschriebene Computerprogrammprodukt gespeichert.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Änderung eines Brechungsindex in einem transparenten organischen oder anorganischen Material, werden Steuerdaten für eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Änderung des Brechungsindex mit einem oben beschriebenen Planungsverfahren erzeugt, und das transparente organische oder anorganische Material, insbesondere ein Gewebe eines Patientenauges, wird mit der Laserbearbeitungsvorrichtung unter Zuhilfenahme dieser Steuerdaten bearbeitet.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
- die Fig. 1a und 1b das Prinzip einer laserinduzierten Änderung des Brechungsindex (LIRIC) in einem Patientenauge nach dem Stand der Technik, in einem Bereich der Kornea 4 bzw. in einer Intraokularlinse 5, wie oben beschrieben;
- die Fig. 2 das Schema einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer ersten erfindungsgemäßen Planungseinrichtung;
- die Fig. 3 das Schema einerweiteren erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer zweiten erfindungsgemäßen Planungseinrichtung, in dem insbesondere die Lasereinrichtung näher erläutert ist und die Untersuchungsvorrichtung auch physisch integriert ist;
- die Fig. 4 eine schematische erfindungsgemäße Planungskonstellation einer LIRIC- Bearbeitung eines Bereiches der Kornea zur Erzielung einer gewünschten Änderung im optischen Weg eines Patientenauges, und Fig. 4a wiederum einen Ausschnitt aus der Fig. 4 in Form einer wirklichen Abbildung in einer ganz konkreten Messkonstellation; und
- die Fig. 5 eine schematische erfindungsgemäße Planungskonstellation einer LIRIC- Behandlung eines transparenten Floaters im Glaskörper.
Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit einer ersten erfindungsgemäßen Planungseinrichtung P. Sie weist in dieser Variante mindestens zwei Einrichtungen bzw. Module auf. Eine Lasereinrichtung L gibt eine gepulste und fokussierte Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 auf das Patientenauge 3 ab. Der Betrieb der Lasereinrichtung L erfolgt dabei vollautomatisch, d.h. die Lasereinrichtung L startet auf ein entsprechendes Startsignal hin die Ablenkung der Bearbeitungs- Laserstrahlung 2 und erzeugt dabei modifizierte Bereiche in einer Bearbeitungs-Zone 17 eines transparenten organischen oder anorganischen Materials. Bei ihrem Einsatz als ophthalmologische Laserbearbeitungsvorrichtung 1 erzeugt sie modifizierte Bereiche in einer Bearbeitungs-Zone 17 eines Patientenauges, beispielsweise in der Kornea 16, der natürlichen Linse oder im Glaskörper 6 des Patientenauges 3, aber auch in einer künstlichen Intraokularlinse 5 im Patientenauge 3. In diesen modifizierten Bereichen der Bearbeitungs-Zone 17 wird durch die Wirkung der Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 der Brechungsindex des transparenten organischen oder anorganischen Materials verändert. Die für den Betrieb erforderlichen Steuerdaten empfängt die Lasereinrichtung L zuvor von einer Planungseinrichtung P als Steuerdatensatz über nicht näher bezeichnete Kommunikationswege, wie beispielsweise Steuerleitungen. Natürlich kann die Kommunikation auch drahtlos erfolgen. Alternativ zu einer direkten Kommunikation ist es auch möglich, die Planungseinrichtung P räumlich getrennt von der Lasereinheit L anzuordnen und einen entsprechenden Datenübertragungskanal vorzusehen. Die Übertragung findet vorzugsweise vor dem Betrieb der Lasereinrichtung L statt.
Vorzugsweise wird der Steuerdatensatz zur Lasereinrichtung L der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 über eine Schnittstelle S2 der Planungseinrichtung P übertragen und weiter vorzugsweise ist ein Betrieb der Lasereinrichtung L gesperrt, bis an der Lasereinrichtung L ein gültiger Steuerdatensatz vorliegt. Ein gültiger Steuerdatensatz kann ein Steuerdatensatz sein, der prinzipiell zur Verwendung mit der Lasereinrichtung L der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 geeignet ist. Zusätzlich kann die Gültigkeit aber auch daran geknüpft werden, dass weitere Prüfungen bestanden werden, beispielsweise ob im Steuerdatensatz zusätzlich niedergelegte Angaben über die Laserbearbeitungsvorrichtung 1, z. B. eine Geräteseriennummer, oder den Patienten, z.B. eine Patientenidentifikationsnummer, mit anderen Angaben übereinstimmen, die beispielsweise an der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ausgelesen oder separat eingegeben wurden, sobald der Patient in der korrekten Stellung für den Betrieb der Lasereinrichtung L ist. Die Planungseinrichtung P erzeugt die Steuerdaten bzw. den Steuerdatensatz, der der Lasereinrichtung L zur Ausführung der Operation zur Verfügung gestellt wird, aus den zugeführten Daten. Das sind zum einen Charakterisierungsdaten, die für das zu behandelnde Patientenauge 3 mittels einer Untersuchungsvorrichtung M - unter Nutzung einer Untersuchungs-Strahlung 27 - ermittelt wurden, und die über eine Schnittstelle S1 zum Zuführen von Charakterisierungsdaten der Planungseinrichtung P zugeführt werden. Insbesondere sind das Daten aus der Charakterisierung eines Ist-Verhaltens einer Indikatorstruktur 18, in einer Untersuchungs-Zone 16 des Patientenauges 3, die Aufschluss geben über eine dabei von der Untersuchungs- Strahlung 27 durchleuchteten Bearbeitungs-Zone 17, in der die gepulste und fokussierte Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 wirken soll, wirkt bzw. gewirkt hat.
Zum anderen werden Zieldaten über eine weitere Schnittstelle S1 zugeführt, die ein Soll-Verhalten der Indikatorstruktur 18 in der Untersuchungs-Zone 17 beinhalten, wobei dann aus der Differenz des Ist-Verhaltens und des Soll-Verhaltens der Indikatorstruktur 18 in der Untersuchungs-Zone 16 ein (zwei- bzw. dreidimensionales) Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone 17 bestimmt wird. Sie werden in diesem Ausführungsbeispiel über eine Eingabevorrichtung E automatisch oder manuell über die Schnittstelle S1 an die Planungseinrichtung P weitergegeben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stammen die Charakterisierungsdaten aus einer eigenständigen Untersuchungsvorrichtung M, die in Kommunikation mit der Planungseinrichtung P der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 steht. Eine direkte Funk oder Draht-Verbindung der Untersuchungsvorrichtung M mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 hinsichtlich der Datenübertragung, die in einer Variante verwendet werden kann, hat den Vorteil, dass die Verwendung falscher Charakterisierungsdaten mit größtmöglicher Sicherheit ausgeschlossen ist.
Die von der Planungseinrichtung P erzeugten Steuerdaten bestimmen das Scanmuster 15 des Fokus 14 der Lasereinrichtung L in einem Gewebe bzw. einer Struktur des Patientenauges 3, mit denen die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 so steuerbar ist, dass das Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs- Zone 17, durch Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials, also durch Bearbeitung des Gewebes bzw. der Struktur umsetzbar ist, und - wenn die Steuerdaten in der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 genutzt werden - auch umgesetzt wird durch entsprechende Modifikation des betroffenen Bereichs in der Bearbeitungs-Zone 17 gemäß der unter Nutzung des Änderungsprofils des Brechungsindex erzeugten Steuerdaten.
Die Fig. 3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit einer zweiten erfindungsgemäßen Planungseinrichtung P, wiederum schematisch, in dem eine Lasereinrichtung L und eine Untersuchungsvorrichtung M voll integriert sind. Dies ermöglicht einen wiederholten und dabei präzise wiederholbaren Zugriff auf Charakterisierungsdaten des Patientenauges 3. Die Planungseinrichtung P, die die bereits oben beschriebenen Funktionen erfüllt, ist zumindest temporär integriert in die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 und steht in direkter Kommunikation mit der Untersuchungsvorrichtung M und der Steuereinheit 12 der Lasereinrichtung L.
In diesem Beispiel sind die Elemente der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 und insbesondere der von dieser umfassten Lasereinrichtung L zwar präzisiert, aber auch hier nur insoweit eingetragen, als sie zum Verständnis der Fokusverstellung erforderlich sind. Die gepulste Bearbeitungs-Laserstrahlung 2, in diesem konkreten Beispiel ein Femtosekunden-Laserstrahl, wird in einem Fokus 14 in einer Bearbeitungs-Zone 17 des Patientenauge 3, beispielsweise in dessen Kornea 4 oder in dessen Glaskörper 6, gebündelt, und die Lage des Fokus 14 im Patientenauge 3 wird entlang eines Scanmusters 15 so verstellt, dass eine Modifikation des betroffenen Bereichs in der Bearbeitungs-Zone 17 gemäß der unter Nutzung des Änderungsprofils des Brechungsindex erzeugten Steuerdaten in der Steuereinheit 12 (Koordinaten, Pulsenergien, Bearbeitungszeit / Anzahl der Scans in einem Bereich, etc....) ermöglicht wird.
Dabei wird das Patientenauge 3 bevorzugt mittels eines Patienteninterfaces 13 zur Laserbearbeitungsvorrichtung 1 fixiert.
Ein x-y-Scanner 9, der in einer Variante durch zwei im Wesentlichen orthogonal ablenkende Galvanometerspiegel realisiert ist, lenkt dabei die von der Laserquelle 8 kommenden gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 zweidimensional ab. Derx-y- Scanner 9 bewirkt somit eine Verstellung der Lage des Fokus 14 im Wesentlichen senkrecht zur Haupteinfallsrichtung der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 in der Bearbeitungs-Zone 17, also in der Kornea 4 oder dem Glaskörper 6 (für dieses Beispiel). Zur Verstellung der Tiefenlage ist neben dem x-y-Scanner 9 ein z-Scanner 11 vorgesehen, der beispielsweise als verstellbares Teleskop ausgebildet ist. Der z- Scanner 11 sorgt dafür, dass die z-Position der Lage des Fokus 14, d.h. dessen Position entlang der optischen Achse des Einfalls verändert wird. Der z-Scanner 11 kann dem x-y-Scanner 9 nach- oder vorgeordnet sein. Die nachfolgend mit x, y, z bezeichneten Koordinaten beziehen sich also auf die Ablenkung der Lage des Fokus 14.
Dem Fachmann ist natürlich bekannt, dass eine dreidimensionale Beschreibung der Lage des Fokus 14 in einer Bearbeitung-Zone 17 auch durch andere Koordinatensysteme erfolgen kann, insbesondere muss es sich nicht um ein rechtwinkliges Koordinatensystem handeln. Dass der x-y-Scanner 9 um zueinander rechtwinklige Achsen ablenkt ist also nicht zwingend, vielmehr kann jeder Scanner verwendet werden, der in der Lage ist, den Fokus 14 in einer Ebene zu verstellen, in der die Einfallsachse der Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 nicht liegt. Somit sind auch schiefwinklige Koordinatensysteme oder aber nicht-kartesische Koordinatensysteme möglich.
Zur Steuerung der Lage des Fokus 14 werden der x-y-Scanner 9 sowie der z- Scanner 11 , die gemeinsam ein konkretes Beispiel einer dreidimensionalen Scaneinrichtung 9, 11 realisieren, von einem Steuergerät 12 über nicht näher bezeichnete Leitungen angesteuert. Gleiches gilt für die Laserquelle 8 und die Fokussiervorrichtung 10. Gleiches Steuergerät 12 (bzw. eine Teileinheit des Steuergeräts 12) steuert die Untersuchungsvorrichtung M. Es besteht also Zugriff auf die unterschiedlichen Einrichtungen der Laserbearbeitungsvorrichtung. Die Planungseinrichtung P, die eng mit dem Steuergerät korrespondiert, physisch in einer Variante auch ein Teil des Steuergeräts 12 sein kann, kann somit die Charakterisierungsdaten der Untersuchungsvorrichtung M zum Ist-Verhalten einer Indikatorstruktur 18 in einer Untersuchungs-Zone 16 empfangen, mit einem ebenfalls zugeführten bzw. festgelegtem Soll-Verhalten der Indikatorstruktur 18 in der Untersuchungs-Zone 16 abgleichen und daraus ein Änderungsprofil des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone 17 erstellen, sowie schlussendlich aus diesem Änderungsprofil ein Scanmuster 15 von Fokuspunkten (Fokusspots) einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zur Bearbeitung des Materials bzw. Gewebes und damit zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone 17 ermitteln und daraus die Steuerdaten für die Steuereinheit 12 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zur Ausführung des Scanmusters 15 prinzipiell zu jederzeit bestimmen und an die Steuereinheit 12 zu übergeben.
Dies macht es möglich, ein Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone 17 zu bestimmen, das so bestimmte Änderungsprofil umzusetzen, und die Umsetzung durch Wiederholung des Planungsverfahrens während der Umsetzung zu prüfen und zu verfeinern, um eine präzise Korrektur des Brechungsindex zu ermöglichen. Insbesondere kann eine solche Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Closed-Loop-Verfahren CL, also einer Rückkopplungsschleife, betrieben werden.
Die Untersuchungsstrahlung 27 von der Untersuchungsvorrichtung M wird hierbei beispielsweise mit der Laserstrahlung 2 (zum Beispiel über einen Strahlteiler, einen dichroitischen Strahlteiler, mittels Polarisationsteilung oder unter einem Winkel überlagert) kombiniert dem x-y-Scanner 9 zugeführt und bevorzugt zusammen mit der Laserstrahlung 2 abgelenkt und mit dieser gemeinsam mit der Fokussierungsvorrichtung 10 fokussiert, wobei eine fokussierte Untersuchungsstrahlung 27' erzeugt wird, die mit der fokussierten Bearbeitungs- Laserstrahlung 2' überlagert sein kann. Hierbei kann die Fokussierung der Untersuchungsstrahlung 27' aber von derjenigen der Laserstrahlung 2' etwas abweichen, beispielsweise um Indikatorstrukturen 18 in Untersuchungszonen 16-1 und 16-2 (siehe Fig. 4) optimal vermessen zu können.
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Planungskonstellation einer LIRIC-Bearbeitung eines Bereiches der Kornea zur Erzielung einer gewünschten Änderung im optischen Weg eines Patientenauges - zur Einstellung der relativen Weglänge 26 über eine Änderung des Brechungsindex in dem betreffenden Bereich der Bearbeitungs-Zone 17 der Kornea 4. Die Änderung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone 17 wird mit einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 aus einer Lasereinrichtung L bewirkt. Dies kann beispielsweise durch wärmeinduzierte thermo-mechanische Änderungen, insbesondere von Kollagen auf verschiedenen Strukturebenen bei natürlichen Augengewebe, durch thermische Ausdehnung, Spannungserzeugung und Materialkontraktion bei Kunststoffen wie PMMA bzw. ganz allgemein über Materialänderungen durch den Einsatz von fs-Lasern unterhalb der Durchbruchschwelle (und damit ohne Photodisruption) oder oberhalb der Durchbruchschwelle (also mit Photodisruption) erfolgen. Eine Untersuchungs- Strahlung 27 wird von einer Lichtquelle einer Untersuchungsvorrichtung M auf Indikatorstrukturen 18, 18-V in verschiedenen Bereichen einer bzw. mehrerer Untersuchungszonen 16-1, 16-2 zur Charakterisierung des Ist-Verhaltens gesendet, wobei diese Untersuchungs-Zonen 16-1, 16-2 entlang des optischen Weges vor und hinter der Bearbeitungs-Zone 17 angeordnet sind, und ein Verhalten einer Indikatorstruktur 18-V in einer Untersuchungs-Zone 16-1 vor dem bearbeiteten Bereich 17-B der Bearbeitungs-Zone 17 mit dem Verhalten der Indikatorstruktur 18 in einer Untersuchungs-Zone 16-1 hinter dem bearbeiteten Bereich 17-B der Bearbeitungs-Zone 17 verglichen wird, und/oder ein Verhalten einer Indikatorstruktur
18 in einer Untersuchungs-Zone 16-2, die im optischen Weg hinter der Bearbeitungs- Zone 17, aber nicht hinter einem mittels des Scanmusters 15 von Fokusspots bearbeiteten Bereich 17-B der Bearbeitungs-Zone 17 angeordnet ist, mit dem Verhalten einer Indikatorstruktur 18 hinter dem mittels Scanmuster 15 bearbeiteten Bereich 17-B der Bearbeitungs-Zone 17 verglichen wird. Dieses Ist-Verhalten, bzw. die Veränderung des Ist-Verhaltens in der Untersuchungs-Zone 16-1 der Kornea 4-V und 4-R vor und hinter dem bearbeiteten Bereich 17-B einer Bearbeitungs-Zone 17 im Vergleich zum Ist-Verhalten in der Untersuchungszone 16-2 neben dem bearbeiteten Bereich 17-B der Bearbeitungs-Zone 17 wird dann mit einem festgelegtem Soll-Verhalten verglichen.
Dabei wird auch der Einfluss eines verzerrenden transmittierenden Mediums 19 wie in diesem Fall ein Tränenfilm 24 berücksichtigt.
Die mittels der Untersuchungsvorrichtung M ermittelten Charakterisierungsdaten zum Ist-Verhalten werden dann in der oben beschrieben Weise genutzt um in einer Planungseinrichtung P die Steuerdaten für ein Scanmuster 15 von Fokusspots für die Lasereinrichtung L zu erzeugen, mit dem das Änderungsprofil des Brechungsindex zur Anpassung des Ist-Verhaltens an das Soll-Verhalten umgesetzt werden soll. Dies ist jederzeit erneut möglich, so dass hier in einem Closed Loop CL - Verfahren gearbeitet werden kann.
Beträgt die nötige Änderung des Brechungsindex in der Kornea beispielsweise 0,005 wird sich bei einer Behandlungszonenlänge von mindestens 10pm der optische Weg zwischen zwei Indikatorstrukturen 18 um mehr als 50nm ändern. Mit einer Untersuchungsvorrichtung M, die die phasensensitive optische Kohärenztomographie (OCT) nutzt, ist dieser Effekt gut messbar im Vergleich zu den bekannten Grenzen der phasensensitiven optische Kohärenztomographie mit Phasensensitivitäten bis zu kleiner 1pm.
Geeignete Indikatorstrukturen können in diesem Fall natürliche Gewebestrukturen oder Grenzen sein, aber auch künstliche geschaffene Strukturen sein.
Eine ganz konkrete Ausführung dieser Planungskonstellation einer LIRIC- Bearbeitung der Kornea wäre die Nutzung eines gepulsten Femtosekundenlasers L mit einem 80MHz Oszillator bei ca. 1064nm Zentralwellenlänge, ein phasensensitives OCT bei ca. 1060nm als Messsystem M, mit dem ein OCT- Messbereich 4-V von beispielsweise 5..500 pm Scantiefe um die Kornea-Vorderseite und ein OCT-Messbereich 4-R von beispielsweise ebenfalls 5..500pm die Kornea- Rückseite genutzt wird. Die Indikatorstruktur 18-V „Kornea-Vorderseite“ wird mit der Indikatorstruktur 18 „Kornea-Rückseite“ verglichen in der Untersuchungszone 16-1 (vor und hinter dem bearbeiteten Bereich, also der brechzahlmodifizierten Zone) und zusätzlich verglichen mit der Indikatorstruktur 18-V Kornea-Vorderseite 4-V und der Indikatorstruktur 18 „Kornea-Rückseite“ 4-R in der Untersuchungszone 16-2 (neben dem bearbeiteten Bereich) - im konkreten Fall mittels Hornhaut-Pachymetrie. Dies wird in Fig 4a veranschaulicht, die wiederum einen Ausschnitt aus der Fig. 4 in Form einer wirklichen Abbildung mit einer Markierung entsprechender Strukturen in einer ganz konkreten Messkonstellation zeigt, wobei der Effekt der Bearbeitung in bearbeitetem Bereich 17-B auf die Lage von Indikatorstruktur 18 hier zu Illustration übertrieben dargestellt wurde: Die OCT-Messbereiche erstrecken sich über die jeweilige Kornea-Grenzflächen hinweg. Die Indikatorstrukturen 18, 18-V sind jedoch die Grenzflächen selbst, deren Signale im OCT-Messbereich ermittelt werden.
In der Fig. 5 ist eine schematische Planungskonstellation einer LIRIC-Behandlung eines transparenten Floaters 21 im Glaskörper 6 dargestellt: Die Änderung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone 4 wird wiederum mit einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 aus einer Lasereinrichtung L bewirkt. Eine Untersuchungs-Strahlung 27 wird von einer Beobachtungslichtquelle M-L durch den Floater 21 in der Bearbeitungs-Zone 17 hindurch in einer Untersuchungs-Zone 16 auf der Netzhaut 22 projiziert (und bildet dort eine virtuelle Indikatorstruktur (18)) und die zurückkommende Untersuchungs-Strahlung 27 vom Detektor der Untersuchungsvorrichtung M-D detektiert. Optional kann auch die Abbildung 23 des Floaters 21 durch die Bearbeitungs-Laserstrahlung 2 als virtuelle Indikatorstruktur (18) auf der Netzhaut hinzugezogen werden. Auch hier wird der Einfluss von verzerrenden transmittierenden Medien im Lichtweg 25 im Patientenauge, einschließlich der Linse und des Glaskörpers 6 selbst, berücksichtigt. Eine adaptive Optik 20 kann dabei ebenfalls Teil des optischen Weges sein und berücksichtigt werden.
Der transparente Floater 21 wird dabei solange bearbeitet, bis seine Wirkung auf die Netzhaut (Retina) 22 als Untersuchungs-Zone 16 in diesem Fall minimiert ist. Dazu gehört auch die Anpassung des Brechungsindex um den Floater 21 herum.
Die vorstehend genannten und in verschiedenen Ausführungsbeispielen erläuterten Merkmale der Erfindung sind dabei nicht nur in den beispielhaft angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder allein einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Eine auf Verfahrensmerkmale bezogene Beschreibung einer Vorrichtung gilt bezüglich dieser Merkmale analog für das entsprechende Verfahren, während Verfahrensmerkmale entsprechend funktionelle Merkmale der beschriebenen Vorrichtung darstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Planungsverfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit (12) einer Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone (17) eines transparenten organischen oder anorganischen Materials, das die folgenden Schritte umfasst
- Charakterisierung eines Ist-Verhaltens einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16), die in einem optischen Weg hinter einer von einer Untersuchungs-Strahlung (27) durchleuchten Bearbeitungs-Zone (17) des transparenten organischen oder anorganischen Materials angeordnet ist;
- Festlegen eines Soll-Verhaltens der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs- Zone (16);
- Bestimmung eines Änderungsprofils des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) aus der Differenz des Ist-Verhaltens und des Soll-Verhaltens der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16);
- Bestimmung eines Scanmusters (15) von Fokusspots einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone (17) zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17);
- Bestimmung von Steuerdaten für die Steuereinheit (12) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Ausführung des Scanmusters (15), dadurch gekennzeichnet, dass
- die vorangegangenen Schritte in vorbestimmten Abständen wiederholt werden, wobei stets die zuletzt erfolgte Charakterisierung des Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (27) als neues Ist-Verhalten angenommen wird.
2. Planungsverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Soll-Verteilung des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone (17) aus dem Soll-Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16) und eine Ist-Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) aus dem Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16) bestimmt wird.
3. Planungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Indikatorstrukturen (18) in mehreren Untersuchungs-Zonen (16, 16-1, 16-2) zur Charakterisierung des Ist- Verhaltens und zum Festlegen des Soll-Verhaltens eingesetzt werden, wobei
= diese Untersuchungs-Zonen (16, 16-1, 16-2) im optischen Weg vor und hinter der Bearbeitungs-Zone (17) angeordnet sind, und ein Verhalten einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) vor der Bearbeitungs-Zone (17) mit dem Verhalten der Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) hinter der Bearbeitungs-Zone (17) verglichen wird, und/oder = ein Verhalten einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2), die im optischen Weg hinter der Bearbeitungs-Zone (17), aber nicht hinter einem mittels des Scanmusters (15) von Fokusspots bearbeiteten Bereich (17-B) der Bearbeitungs-Zone (17) angeordnet ist, mit dem Verhalten einer Indikatorstruktur (18) hinter dem mittels Scanmuster (15) bearbeiteten Bereich (17-B) der Bearbeitungs-Zone (17) verglichen wird.
4. Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einfluss mindestens einer Zone, die ein verzerrendes transmittierendes Medium (19) im optischen Weg der Untersuchungs-Strahlung (27) darstellt, berücksichtigt wird.
5. Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur Charakterisierung des Ist-Verhaltens die gepulste Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) und/oder mindestens eine Untersuchungs- Strahlung (27) aus dem Bereich zwischen Röntgenstrahlung über den Bereich des sichtbaren Lichts und der Mikrowellenstrahlung bis hin zum Ultraschall eingesetzt wird, und wobei zur Detektion eine der folgenden Methoden gewählt wird: interferometrische Detektion, bevorzugt optische Kohärenztomographie (OCT), insbesondere mit einem Phasensensitiven-OCT-System; konfokale Detektion; Funduskamera-Aufnahmen, refraktometrische Messung, Wellenfrontvermessung, Ultraschall-Bildgebung.
6. Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Scanmuster (15) von Fokusspots zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex so bestimmt wird, dass zumindest ein Teil der Bearbeitungs-Zone (17) mehrfach von der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) überstrichen wird.
7. Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerdaten Ziel- Koordinaten der Fokusspots, eine Pulsenergie der gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahlung (2) und/oder eine Bearbeitungszeit umfassen.
8. Planungsverfahren nach Anspruch 7, wobei nur eine Teilmenge der Ziel- Koordinaten der Fokusspots in der Bearbeitungs-Zone (17) bestimmt werden und zwischen zwei Ziel-Koordinaten dieser Teilmenge weitere Ziel-Koordinaten interpoliert werden.
9. Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das eine Rückkopplungsschleife zur Verfolgung einer Änderung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) umfasst, und das dann abgeschlossen ist, wenn das Soll- Verhalten der Indikator-Struktur (18) und damit das gewünschte Änderungsprofil des Brechungsindex umgesetzt ist.
10. Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das zu bearbeitende transparente organische oder anorganische Material ein Gewebe eines Patientenauges (3) umfasst, insbesondere wobei die Bearbeitungs-Zone (17) in mindestens einer der folgenden Bereiche des Patientenauges (3) angeordnet ist: Kornea (4), natürliche Linse oder Intraokularlinse (5), und/oder wobei die Untersuchungs-Zone (16) in der Retina (7) des Patientenauges (3) angeordnet ist.
11. Planungseinrichtung (P) zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit (12) einer Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone (17) eines transparenten organischen oder anorganischen Materials, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (1) umfasst:
- eine Lasereinrichtung (L) mit einer Laserquelle (8) zur Erzeugung einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2);
- eine Fokussiervorrichtung (10) zum Fokussieren der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) in einem Fokus (7) in der Bearbeitungs-Zone (17); - eine Scanvorrichtung (9,11) zum Scannen des Fokus der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) in der Bearbeitungs-Zone (17) des transparenten organischen oder anorganischen Materials; sowie
- eine Untersuchungsvorrichtung (M), die eine Untersuchungs-Strahlung (27) zur Charakterisierung eines Ist-Verhaltens einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) mit einer Detektionsvorrichtung (M-D) erfasst, wobei die Planungseinrichtung (P) eine Schnittstelle zum Zuführen von Daten der Untersuchungsvorrichtung (M) und eine Schnittstelle zum Abführen von Steuerdaten an die Steuereinheit (12) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) umfasst und eingerichtet ist:
- das Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2), die in einem optischen Weg hinter der von der Untersuchungs- Strahlung (27) durchleuchten Bearbeitungs-Zone (17) des transparenten organischen oder anorganischen Materials angeordnet ist, aufzunehmen,
- ein Soll-Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) festzulegen,
- ein Änderungsprofil des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) aus der Differenz des Ist-Verhaltens und des Soll-Verhaltens der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16) zu bestimmen,
- ein Scanmuster (15) von Fokusspots der gepulsten Bearbeitungs- Laserstrahlung (2) zur Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone (17) zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) zu bestimmen, und
- daraus die Steuerdaten für die Steuereinheit (12) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Planungseinrichtung (P) weiterhin eingerichtet ist, in vorbestimmten Abständen während einer Bearbeitung des transparenten organischen oder anorganischen Materials in der Bearbeitungs-Zone (17) Daten aus der Untersuchungsvorrichtung (M) zuzuführen, die das Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) beschreiben, und Steuerdaten an die Steuereinheit (12) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) abzuführen, wobei stets das zuletzt beschriebene Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) als neues Ist-Verhalten der Indikatorstruktur (18) für die Ermittlung der Steuerdaten angenommen wird.
12. Planungseinrichtung (P) nach Anspruch 11, die weiterhin eingerichtet ist, eine Soll-Verteilung des Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone (17) aus dem Soll- Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) und eine Ist-Verteilung des Brechungsindex in der Bearbeitungs-Zone (17) aus dem Ist- Verhalten der Indikatorstruktur (18) in der Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) zu bestimmen.
13. Planungseinrichtung (P) nach Anspruch 11 oder 12, die weiterhin eingerichtet ist, das Ist-Verhalten von Indikatorstrukturen (18) in mehreren Untersuchungs-Zonen (16, 16-1, 16-2) aufzunehmen und zum Festlegen des Sollverhaltens zu nutzen, wobei
= diese Untersuchungs-Zonen (16, 16-1, 16-2) im optischen Weg vor und hinter der Bearbeitungs-Zone (17) angeordnet sind, und ein Verhalten einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) vor der Bearbeitungs-Zone (17) mit dem Verhalten der Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) hinter der Bearbeitungs-Zone (17) verglichen wird, und/oder = ein Verhalten einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) , die im optischen Weg hinter der Bearbeitungs-Zone (17), aber nicht hinter einem mittels des Scanmusters (15) von Fokusspots bearbeiteten Bereich (17-B) der Bearbeitungs-Zone (17) angeordnet ist, mit dem Verhalten einer Indikatorstruktur (18) hinter dem mittels Scanmuster (15) bearbeiteten Bereich (17-B) der Bearbeitungs-Zone (17) verglichen wird.
14. Planungseinrichtung (P) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, die weiterhin eingerichtet ist, den Einfluss mindestens einer Zone, die ein verzerrendes transmittierendes Medium (19) im optischen Weg der Untersuchungs-Strahlung (27) darstellt, zu berücksichtigen.
15. Planungseinrichtung (P) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei zur Charakterisierung des Ist-Verhaltens der Indikatorstruktur (18) die gepulste Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) und/oder mindestens eine Untersuchungs-Strahlung (27) aus dem Bereich zwischen Röntgenstrahlung über den Bereich des sichtbaren Lichts und der Mikrowellenstrahlung bis hin zum Ultraschall eingesetzt wird, und wobei zur Detektion eine der folgenden Vorrichtungen gewählt wird: Interferometer, bevorzugt optischer Kohärenztomograph (OCT), insbesondere Phasen-OCT-System; konfokaler Detektor, Funduskamera. Refraktometer, Wellenfrontvermessungseinrichtung, Ultraschall-Bildgebungssystem.
16. Planungseinrichtung (P) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, die weiterhin eingerichtet ist, das Scanmuster (15) von Fokusspots zur Umsetzung des Änderungsprofils des Brechungsindex so zu bestimmen, dass zumindest ein Teil der Bearbeitungs-Zone (17) mehrfach von der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) überstrichen wird.
17. Planungseinrichtung (P) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Steuerdaten Ziel-Koordinaten der Fokusspots, eine Pulsenergie der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) und/oder eine Bearbeitungszeit umfassen, und wobei vorzugsweise nur eine Teilmenge der Ziel-Koordinaten der Fokusspots in der Bearbeitungs-Zone (17) bestimmt wird und zwischen zwei Ziel-Koordinaten dieser Teilmenge weitere Ziel-Koordinaten interpoliert werden.
18. Planungseinrichtung (P) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das zu bearbeitenden transparente organische oder anorganische Material ein Gewebe eines Patientenauges (3) umfasst, insbesondere wobei die Bearbeitungs-Zone (17) in mindestens einer der folgenden Bereiche des Patientenauges (3) Kornea (4), natürliche Linse oder Intraokularlinse (5) angeordnet ist, und/oder wobei die Untersuchungs-Zone (16) in der Retina des Patientenauges (3) angeordnet ist.
19. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Bearbeitung eines transparenten organischen oder anorganischen Materials, umfassend
- eine Lasereinrichtung (L) mit einer Laserquelle (8) zur Erzeugung einer gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2); - eine Fokussiervorrichtung (10) zum Fokussieren der gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) in einem Fokus in der Bearbeitungs-Zone (17);
- eine Scanvorrichtung (9,11) zum Scannen des Fokus des gepulsten Bearbeitungs-Laserstrahlung (2) in der Bearbeitungs-Zone (17) des transparenten organischen oder anorganischen Materials;
- eine Untersuchungsvorrichtung (M), die eine Untersuchungs-Strahlung (27) zur Charakterisierung eines Ist-Verhaltens einer Indikatorstruktur (18) in einer Untersuchungs-Zone (16, 16-1, 16-2) mit einer Detektionsvorrichtung (M-D) erfasst,
- eine Steuereinheit (12) zur Steuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) mittels Steuerdaten, sowie
- eine Planungseinrichtung (P) zur Erzeugung von Steuerdaten für die Steuereinheit (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 18.
20. Computerprogrammprodukt mit Programm-Code, der bei seiner Ausführung auf einem Computer das Planungsverfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit (12) einer Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone (17) eines transparenten organischen oder anorganischen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt und/oder der auf einer Planungseinrichtung (P) zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Steuereinheit (12) einer Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Änderung eines Brechungsindex in einer Bearbeitungs-Zone (17) des transparenten organischen oder anorganischen Materials nach einem der Ansprüche 11 bis 18, insbesondere von einem Prozessor einer solchen Planungseinrichtung (P), lesbar ist, und der, wenn er von der Planungseinrichtung (P) ausgeführt wird, Steuerdaten erzeugt, um die Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zu betreiben.
21. Computerlesbares Medium, auf dem das Com puterprogramm produkt nach Anspruch 20 gespeichert ist.
22. Verfahren zur Änderung eines Brechungsindex in einem transparenten organischen oder anorganischen Material, in dem - Steuerdaten für eine Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Änderung des Brechungsindex mit einem Planungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erzeugt werden, und
- das transparente organische oder anorganische Material, insbesondere ein Gewebe eines Patientenauges (3), mit der Laserbearbeitungsvorrichtung (1 9 unter Zuhilfenahme dieser Steuerdaten bearbeitet wird.
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