DE102019214020A1 - Method and device for generating control data for an ophthalmic laser therapy device - Google Patents
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Abstract
Planungseinheit (P) für die Generierung von Steuerdaten für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät (1), dasa. eine Laservorrichtung (10) zur Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls (12),b. eine Fokussiervorrichtung (20) zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls (12) in einem Fokus (60),c. eine Scanvorrichtung (30, 32) zum Verschieben des Fokus (60) des gepulsten Laserstrahls (12) in einem Gewebe eines Patientenauges (90), insbesondere in einer Kornea (92) und/oder einer Augenlinse, zum Durchtrennen des Gewebes in einem Scanmuster (50) von Fokusspots (62) des Fokus (60) des gepulsten Laserstrahls (12) entlang einer Scanbahn (54) gemäß der Steuerdaten, undd. eine Steuereinheit (40) zur Steuerung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes (1) mittels der Steuerdatenumfasst,wobei die Planungseinheit (P) eine Schnittstelle (S) zum Abführen der Steuerdaten an die Steuereinheit (40) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass die Planungseinheit (P) dazu ausgebildet ist, weitere Steuerdaten für das Scanmuster (50) von Fokusspots (62) des Fokus (60) im Gewebe des Patientenauges (90), insbesondere in der Kornea (92) und/oder der Augenlinse, entlang der Scanbahn (54) zu generieren, mit denen das ophthalmologische Lasertherapiegerät (1) so angesteuert werden kann, dasse. die Laservorrichtung (10) einen gepulsten Laserstrahl (12) mit einer konstanten Laserpulsfrequenz fPbereitstellt,f. die Scanbahn (54) mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit um ein Scanbahnzentrum (56) rotiert, wobei ein an den Fokusspots (62) ausgewerteter Abstand zum Scanbahnzentrum (56) entlang der Scanbahn (54) monoton steigt oder monoton fällt,undg. das Scanmuster (50) von Fokusspots (62) des Fokus (60) des gepulsten Laserstrahls (12) einer vorgegebenen Dichte genügt.Planning unit (P) for generating control data for an ophthalmic laser therapy device (1), dasa. a laser device (10) for providing a pulsed laser beam (12), b. a focusing device (20) for focusing the pulsed laser beam (12) in a focus (60), c. a scanning device (30, 32) for shifting the focus (60) of the pulsed laser beam (12) in a tissue of a patient's eye (90), in particular in a cornea (92) and / or an eye lens, for cutting through the tissue in a scan pattern ( 50) of focus spots (62) of the focus (60) of the pulsed laser beam (12) along a scan path (54) according to the control data, and d. a control unit (40) for controlling the ophthalmological laser therapy device (1) by means of the control data, the planning unit (P) having an interface (S) for transferring the control data to the control unit (40), characterized in that the planning unit (P) for this purpose is designed to generate further control data for the scan pattern (50) of focus spots (62) of the focus (60) in the tissue of the patient's eye (90), in particular in the cornea (92) and / or the eye lens, along the scan path (54) with which the ophthalmic laser therapy device (1) can be controlled so that. the laser device (10) provides a pulsed laser beam (12) with a constant laser pulse frequency fP, f. the scan path (54) rotates at a constant angular speed around a scan path center (56), a distance from the scan path center (56) evaluated at the focus spots (62) increasing or decreasing monotonically along the scan path (54), andg. the scan pattern (50) of focus spots (62) of the focus (60) of the pulsed laser beam (12) satisfies a predetermined density.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Planungseinheit für die Generierung von Steuerdaten für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät, das eine Laservorrichtung zur Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls, eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls in einem Fokus, eine Scanvorrichtung zum Verschieben des Fokus des gepulsten Laserstrahls in einem Gewebe eines Patientenauges, insbesondere in einer Kornea und/oder einer Augenlinse, zum Durchtrennen des Gewebes in einem Scanmuster von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls entlang einer Scanbahn gemäß der Steuerdaten, und eine Steuereinheit zur Steuerung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes mittels der Steuerdaten umfasst, wobei die Planungseinheit eine Schnittstelle zum Abführen der Steuerdaten an die Steuereinheit aufweist.The present invention relates to a planning unit for the generation of control data for an ophthalmic laser therapy device, which has a laser device for providing a pulsed laser beam, a focusing device for focusing the pulsed laser beam in a focus, a scanning device for shifting the focus of the pulsed laser beam in a tissue of a patient's eye , in particular in a cornea and / or an eye lens, for severing the tissue in a scan pattern of focus spots of the focus of the pulsed laser beam along a scan path according to the control data, and a control unit for controlling the ophthalmic laser therapy device by means of the control data, the planning unit having an interface for transferring the control data to the control unit.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Planungsverfahren für die Generierung von Steuerdaten für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät, das eine Laservorrichtung zur Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls, eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls in einem Fokus, eine Scanvorrichtung zum Verschieben des Fokus des gepulsten Laserstrahls in einem Gewebe eines Patientenauges, insbesondere in einer Kornea und/oder einer Augenlinse, zum Durchtrennen des Gewebes in einem Scanmuster von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls entlang einer Scanbahn gemäß der Steuerdaten, und eine Steuereinheit zur Steuerung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes mittels der Steuerdaten umfasst.The invention further relates to a corresponding planning method for the generation of control data for an ophthalmic laser therapy device, which includes a laser device for providing a pulsed laser beam, a focusing device for focusing the pulsed laser beam in a focus, a scanning device for shifting the focus of the pulsed laser beam in a tissue The patient's eye, in particular in a cornea and / or an eye lens, for cutting through the tissue in a scan pattern of focus spots of the focus of the pulsed laser beam along a scan path according to the control data, and a control unit for controlling the ophthalmic laser therapy device by means of the control data.
In der Augenchirurgie sind laserchirurgische Verfahren zum Durchtrennen oder Schneiden von Gewebe in einem Patientenauge hinreichend bekannt. Dabei wird Laserstrahlung zur Behandlung des Auges innerhalb des Gewebes - also unterhalb der Oberfläche des Gewebes - derart fokussiert, dass optische Durchbrüche im Gewebe entstehen.Laser surgical methods for severing or cutting tissue in a patient's eye are well known in eye surgery. Here, laser radiation for treating the eye is focused within the tissue - i.e. below the surface of the tissue - in such a way that optical breakthroughs are created in the tissue.
Im Gewebe laufen dabei zeitlich hintereinander verschiedene Prozesse ab, die durch die Laserstrahlung initiiert werden. Überschreitet die Leistungsdichte der Strahlung einen Schwellwert, so kommt es zu einem optischen Durchbruch, der im Material eine Plasmablase erzeugt. Diese Plasmablase wächst nach Entstehen des optischen Durchbruches durch sich ausdehnende Gase. Wird der optische Durchbruch nicht aufrechterhalten, so wird das in der Plasmablase erzeugte Gas vom umliegenden Material aufgenommen und die Blase verschwindet wieder. Dieser Vorgang dauert jedoch sehr viel länger, als die Entstehung der Blase selbst. Wird ein Plasma an einer Materialgrenzfläche erzeugt, die auch innerhalb einer Materialstruktur liegen kann, so erfolgt ein Materialabtrag von der Grenzfläche. Man spricht in diesem Fall von Photoablation. Bei einer Plasmablase, die vorher verbundene Materialschichten trennt, ist üblicherweise von Photodisruption die Rede. Der Einfachheit halber werden die genannten Prozesse hier unter dem Begriff optischer Durchbruch zusammengefasst, d.h. dieser Begriff schließt nicht nur den eigentlichen optischen Durchbruch sondern auch die daraus resultierenden Wirkungen im Material mit ein.Various processes that are initiated by the laser radiation take place one after the other in the tissue. If the power density of the radiation exceeds a threshold value, an optical breakthrough occurs, which creates a plasma bubble in the material. This plasma bubble grows after the optical breakthrough has occurred due to expanding gases. If the optical breakthrough is not maintained, the gas generated in the plasma bubble is absorbed by the surrounding material and the bubble disappears again. However, this process takes much longer than the formation of the bubble itself. If a plasma is generated at a material interface, which can also lie within a material structure, material is removed from the interface. In this case, one speaks of photoablation. A plasma bubble that separates previously bonded layers of material is usually referred to as photodisruption. For the sake of simplicity, the processes mentioned are summarized here under the term optical breakthrough, i.e. this term not only includes the actual optical breakthrough but also the resulting effects in the material.
Um die hohe Genauigkeit, die für das laserchirurgischen Verfahrens erforderlich ist, sicherzustellen, ist es unumgänglich, eine hohe Lokalisierung der Wirkung der Laserstrahlung zu gewährleisten und eine Schädigung in benachbartem Gewebe möglichst zu vermeiden. Daher ist es im Stand der Technik üblich, die Laserstrahlung gepulst anzuwenden, so dass der zur Auslösung eines optischen Durchbruchs nötige Schwellwert für die Leistungsdichte nur in den einzelnen Pulsen überschritten wird. In
Der Einsatz von gepulster Laserstrahlung hat sich in der Ophthalmologie insbesondere zur laserchirurgischen Korrektur von Fehlsichtigkeit etabliert. Eine Fehlsichtigkeit des Auges rührt oftmals daher, dass die Brechungseigenschaften von Hornhaut und Linse keine optimale Fokussierung auf der Netzhaut bewirken.The use of pulsed laser radiation has established itself in ophthalmology, especially for laser-surgical correction of ametropia. An ametropia of the eye often stems from the fact that the refractive properties of the cornea and lens do not result in optimal focusing on the retina.
In der bereits erwähnten Schrift
Für die Qualität eines Schnittes mittels eines laserchirurgischen Verfahrens im Gewebe eines Patientenauges ist nicht nur die oben beschriebene optimale Fokussierung der Fokusspots wichtig. Zusätzlich ist es entscheidend, dass eine homogene Dichte von Fokusspots innerhalb des Schnittes vorliegt. In der Schrift
Weitere Scanmuster zur Erzeugung von Mikroporen in der Sklera sind in der Schrift
Den genannten Schriften ist gemeinsam, dass ein Schnitt im Gewebe eines Patientenauges nur mit Hilfe einer aufwändigen und teuren Vorrichtung erzeugt werden kann, um eine gute Schnittqualität gewährleisten zu können.The aforementioned documents have in common that a cut in the tissue of a patient's eye can only be produced with the aid of a complex and expensive device in order to be able to guarantee a good cut quality.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Vorrichtung und Verfahren zu beschreiben, die die Erzeugung eines Schnittes mit homogener Dichte von Fokusspots der gepulsten Laserstrahlung innerhalb des Schnittes unter Verwendung von einfachen und preisgünstigen Komponenten zu ermöglichen.The object of the present invention is therefore to describe the device and method which enable the generation of a cut with a homogeneous density of focus spots of the pulsed laser radiation within the cut using simple and inexpensive components.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, the object is achieved by the features of the independent claims. Preferred developments and refinements are the subject matter of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Planungseinheit für die Generierung von Steuerdaten für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät. Das ophthalmologische Lasertherapiegerät umfasst eine Laservorrichtung zur Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls und eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls in einem Fokus. Ferner weist das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Scanvorrichtung zum Verschieben des Fokus des gepulsten Laserstrahls in einem Gewebe eines Patientenauges, insbesondere in einer Kornea und/oder einer Augenlinse, zum Durchtrennen des Gewebes in einem Scanmuster von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls entlang einer Scanbahn gemäß der Steuerdaten auf. Weiterhin umfasst das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Steuereinheit zur Steuerung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes mittels der Steuerdaten. Dabei weist die Planungseinheit eine Schnittstelle zum Abführen der Steuerdaten an die Steuereinheit auf.A first aspect of the invention relates to a planning unit for generating control data for an ophthalmic laser therapy device. The ophthalmic laser therapy device comprises a laser device for providing a pulsed laser beam and a focusing device for focusing the pulsed laser beam in a focus. Furthermore, the ophthalmic laser therapy device has a scanning device for shifting the focus of the pulsed laser beam in a tissue of a patient's eye, in particular in a cornea and / or an eye lens, for cutting through the tissue in a scan pattern of focus spots of the focus of the pulsed laser beam along a scan path according to the control data on. Furthermore, the ophthalmological laser therapy device comprises a control unit for controlling the ophthalmological laser therapy device by means of the control data. The planning unit has an interface for transferring the control data to the control unit.
Die Planungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, die Steuerdaten für das Scanmuster von Fokusspots des Fokus im Gewebe des Patientenauges, insbesondere in der Kornea und/oder der Augenlinse, entlang der Scanbahn zu generieren, mit denen das ophthalmologische Lasertherapiegerät so angesteuert werden kann, dass die Laservorrichtung einen gepulsten Laserstrahl mit einer konstanten Laserpulsfrequenz fP bereitstellt, die Scanbahn mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit um ein Scanbahnzentrum rotiert, wobei ein an den Fokusspots ausgewerteter Abstand zum Scanbahnzentrum entlang der Scanbahn monoton steigt oder monoton fällt, und das Scanmuster von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls einer vorgegebenen Dichte genügt.The planning unit is characterized in that it is designed to generate the control data for the scan pattern of focus spots of the focus in the tissue of the patient's eye, in particular in the cornea and / or the eye lens, along the scan path with which the ophthalmic laser therapy device is controlled can, that the laser device provides a pulsed laser beam with a constant laser pulse frequency f P , the scan path rotates at a constant angular velocity around a scan path center, a distance to the scan path center evaluated at the focus spots increases or decreases monotonically along the scan path, and the scan pattern of focus spots the focus of the pulsed laser beam of a given density is sufficient.
Bei dem Gewebe des Patientenauges, in dem im Betrieb des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes Schnitte erzeugt werden können, handelt es sich bevorzugt um die die Kornea (oder auch Hornhaut genannt) und/oder die Augenlinse sowie um das Gewebe, das die Kornea und die Augenlinse direkt umgibt. Die Augenlinse umfasst dabei auch den die Linse umgebenden Kapselsack. Zusätzlich kann es sich bei dem Gewebe beispielsweise um die Sklera - also die äußere Umhüllung des Augapfels, auch Lederhaut genannt - und/oder den Limbus - also den Übergang zwischen der Kornea und der Sklera - handeln. Weiterhin kann es sich bei dem Gewebe um den Vitreus (Glaskörper) und/oder die Netzhaut (Retina) handeln.The tissue of the patient's eye in which cuts can be made when the ophthalmic laser therapy device is in operation is preferably the cornea (or also called the cornea) and / or the lens of the eye and the tissue that directly surrounds the cornea and the lens of the eye . The lens of the eye also includes the capsular bag surrounding the lens. In addition, the tissue can be, for example, the sclera - that is, the outer covering of the eyeball, also called the dermis - and / or the limbus - that is, the transition between the cornea and the sclera. Furthermore, the tissue can be the vitreous (vitreous body) and / or the retina (retina).
Bei der im ophthalmologischen Lasertherapiegerätes einsetzbaren Laservorrichtung handelt es sich bevorzugt um eine Vorrichtung, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von Femtosekunden oder Pikosekunden bereitstellt, und deren fokussierter Laserstrahl imstande ist, das Gewebe eines Patientenauges mittels optischen Durchbruchs infolge nicht-linearer Absorption zu durchtrennen. Dazu kann die Laservorrichtung beispielsweise einen Femtosekunden-Laser oder einen Pikosekunden-Laser umfassen.The laser device that can be used in the ophthalmic laser therapy device is preferably a device that provides laser pulses with a pulse duration of femtoseconds or picoseconds, and whose focused laser beam is able to cut through the tissue of a patient's eye by means of optical breakthroughs due to non-linear absorption. For this purpose, the laser device can comprise, for example, a femtosecond laser or a picosecond laser.
Ein Femtosekunden-Laser weist beispielsweise eine Wellenlänge in einem Bereich von 750nm bis 1100nm auf. Der Einsatz von Femtosekunden-Lasern bei anderen Wellenlängen ist jedoch grundsätzlich ebenfalls denkbar. Technisch relativ leicht realisierbar ist beispielsweise auch eine Wellenlänge aus dem Bereich von 375nm bis 550nm bzw. aus dem Bereich von 250nm bis 367nm, was einer Verdoppelung bzw. einer Verdreifachung der Frequenz der technisch derzeit bevorzugten Femtosekunden-Laser entspricht. Femtosekunden-Laser aus dem Wellenlängenbereich von 1020nm bis 1060nm sind für korneale Applikationen seit vielen Jahren etabliert und werden hier beispielhaft eingesetzt.A femtosecond laser, for example, has a wavelength in a range from 750 nm to 1100 nm. The use of femtosecond lasers at other wavelengths is, however, basically also conceivable. Technically, a wavelength from the range from 375 nm to 550 nm or from the range from 250 nm to 367 nm is also relatively easy to implement, which corresponds to a doubling or tripling of the frequency of the technically currently preferred femtosecond lasers. Femtosecond lasers from the wavelength range from 1020nm to 1060nm have been established for corneal applications for many years and are used here by way of example.
Die Pulsdauer eines Femtosekunden- oder Pikosekunden-Lasers, der hier einsetzbar ist, ist vorteilhaft wählbar aus einem Pulsdauerbereich von 50fs bis 5ps. Insbesondere eine Pulsdauer aus einem Bereich von 100fs bis 1ps, und ganz besonders aus einem Bereich von 250fs bis 600fs ist hier bevorzugt.The pulse duration of a femtosecond or picosecond laser, which can be used here, can advantageously be selected from a pulse duration range of 50 fs to 5 ps. In particular, a pulse duration from a range from 100fs to 1ps, and very particularly from a range from 250fs to 600fs, is preferred here.
Die Pulsenergie eines hier einsetzbaren Femtosekunden- oder Pikosekunden-Lasers liegt vorteilhaft in einem Pulsenergiebereich von 20nJ bis 2µJ. Besonders bevorzugt ist eine Pulsenergie von ca. 130nJ.The pulse energy of a femtosecond or picosecond laser that can be used here is advantageously in a pulse energy range of 20nJ to 2µJ. A pulse energy of approx. 130 nJ is particularly preferred.
Typischerweise kann eine Laservorrichtung Laserpulse mit einer Laserpulsfrequenz fP von bis zu 50MHz bereitstellen. Die Laservorrichtung kann jedoch dazu ausgebildet sein, die Laserpulsfrequenz zu verringern. Häufig stehen dabei jedoch nur diskrete Laserpulsfrequenzen zur Auswahl. Die Planungseinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, eine Laserpulsfrequenz fP aus einer Serie von möglichen Laserpulsfrequenzen auszuwählen. Die Auswahl erfolgt dabei in Abhängigkeit von weiteren Berechnungen, zu denen die Planungseinheit ausgebildet ist und die nachfolgend beschrieben werden. Die Laserpulsfrequenz ist dabei konstant in den Grenzen oder Toleranzen, die durch die Laservorrichtung gegeben sind. Abweichungen der Laserpulsfrequenz sind dabei geringer als ±20%, bevorzugt geringer als ±5%, insbesondere bevorzugt geringer als ±1%.Typically, a laser device can provide laser pulses with a laser pulse frequency f P of up to 50 MHz. However, the laser device can be designed to reduce the laser pulse frequency. Often, however, only discrete laser pulse frequencies are available for selection. According to the invention, the planning unit is designed to select a laser pulse frequency f P from a series of possible laser pulse frequencies. The selection is made depending on further calculations for which the planning unit is designed and which are described below. The laser pulse frequency is constant within the limits or tolerances given by the laser device. Deviations in the laser pulse frequency are less than ± 20%, preferably less than ± 5%, particularly preferably less than ± 1%.
Die Fokussiervorrichtung ist dazu ausgebildet, den gepulsten Laserstrahl im Gewebe des Patientenauges zu fokussieren, so dass im Fokus ein optischer Durchbruch erzielt wird. Die Fokussiervorrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die optischen Eigenschaften des Patientenauges (wie beispielsweise Krümmungsradien der optisch wirksamen Grenzflächen - beispielsweise an der Kornea oder der Augenlinse - oder die Brechungsindizes des durchstrahlten Gewebes) berücksichtigt werden. Weiterhin kann die Fokussiervorrichtung dazu ausgebildet sein, einen Fokus des gepulsten Laserstrahls im Gewebe des Patientenauges zu erzeugen, wobei im Strahlengang dem Patientenauge vorgelagert ein Kontaktglas angeordnet ist.The focusing device is designed to focus the pulsed laser beam in the tissue of the patient's eye so that an optical breakthrough is achieved in the focus. The focusing device is preferably designed in such a way that the optical properties of the patient's eye (such as, for example, radii of curvature of the optically effective interfaces - for example on the cornea or the lens of the eye - or the refractive indices of the irradiated tissue) are taken into account. Furthermore, the focusing device can be designed to generate a focus of the pulsed laser beam in the tissue of the patient's eye, a contact glass being arranged in front of the patient's eye in the beam path.
Die Scanvorrichtung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes erlaubt es, den Fokus des gepulsten Laserstrahls im Gewebe des Patientenauges zu verschieben bzw. zu scannen. Das Scannen des gepulsten Laserstrahls sollte dabei uneingeschränkt in allen drei Raumrichtungen x, y, z möglich sein. Die Scanvorrichtung sollte dementsprechend so ausgelegt sein, sowohl laterale Scans in x- und y-Richtung als auch z-Scans entlang der optischen Achse des gepulsten Laserstrahls zu vollführen.The scanning device of the ophthalmic laser therapy device allows the focus of the pulsed laser beam to be shifted or scanned in the tissue of the patient's eye. Scanning of the pulsed laser beam should be possible without restriction in all three spatial directions x, y, z. The scanning device should accordingly be designed to perform both lateral scans in the x and y directions and also z scans along the optical axis of the pulsed laser beam.
Die Scanvorrichtung kann ein Paar von Scanspiegeln umfassen. Diese können dazu ausgebildet sein, einen Laserstrahl in zwei nicht-parallele (bevorzugt zueinander senkrechte) Richtungen abzulenken. Der erste Scanspiegel erlaubt beispielsweise eine Ablenkung des Laserstrahls in x-Richtung, der zweite Scanspiegel eine Ablenkung in y-Richtung. Die Scanspiegel können über Galvanometer angetrieben werden. Die Scanspiegel können als resonante Scanspiegel ausgestaltet sein. Die Scanvorrichtung kann MEMS-Scanner (Micro-Electro-Mechanical-Systems) umfassen. Weiterhin kann die Scanvorrichtung auch so ausgebildet sein, dass die Strahlablenkung über Radius und Azimut-Winkel parametrisiert ist und einen Radius-Azimut-Scanner aufweisen. Ein solcher Radius-Azimut-Scanner weist eine Verschiebeeinheit auf, die gegenüber einem Scannerzentrum eine radiale Verschiebung des Laserstrahls ermöglicht, und einen weitere Verschiebeeinheit, die gegenüber dem Scannerzentrum eine azimutale Verschiebung (Drehung) ermöglicht. Der Radius-Azimut-Scanner kann beispielsweise eine Optik zur Strahlführung des Laserstrahls umfassen, die auf einer rotierenden Vorrichtung befestigt ist, wobei der Abstand der Optik vom Drehpunkt der Vorrichtung verändert werden kann.The scanning device can include a pair of scanning mirrors. These can be designed to deflect a laser beam in two non-parallel (preferably mutually perpendicular) directions. The first scanning mirror allows, for example, a deflection of the laser beam in the x-direction, the second scanning mirror a deflection in the y-direction. The scanning mirrors can be driven by galvanometers. The scanning mirrors can be designed as resonant scanning mirrors. The scanning device can comprise MEMS scanners (Micro-Electro-Mechanical-Systems). Furthermore, the scanning device can also be designed in such a way that the beam deflection is parameterized via radius and azimuth angle and can have a radius-azimuth scanner. Such a radius-azimuth scanner has a displacement unit which enables a radial displacement of the laser beam with respect to a scanner center, and a further displacement unit which enables an azimuthal displacement (rotation) with respect to the scanner center. The radius-azimuth scanner can, for example, comprise optics for guiding the laser beam, which optics are attached to a rotating device, and the distance between the optics and the fulcrum of the device can be changed.
Die oben beschriebenen Scanner, die eine Verschiebung des Fokus in zwei Raumrichtungen (z.B. lateral) ermöglichen, werden typischerweise mit einem weiteren Scanner kombiniert, der eine Verschiebung des Fokus in eine Richtung ermöglicht, die einen Winkel aufweist zu den beiden Raumrichtungen (vorzugsweise senkrecht). Dabei kann es sich um einen axialen z-Scanner handeln, der den Fokus parallel zur optischen Achse verschieben kann. Das Scannen „in einem Gewebe“ umfasst auch das Scannen direkt auf der Oberfläche des Gewebes.The scanners described above, which enable the focus to be shifted in two spatial directions (e.g. lateral), are typically combined with a further scanner, which enables the focus to be shifted in a direction that is at an angle to the two spatial directions (preferably perpendicular). This can be an axial z-scanner that can shift the focus parallel to the optical axis. Scanning “in a tissue” also includes scanning directly on the surface of the tissue.
Mit Hilfe der Fokussiervorrichtung und der Scanvorrichtung lässt sich ein Fokus im Gewebe des Patientenauges erzeugen und verschieben. Wird der Fokus mit Hilfe der Scanvorrichtung im Gewebe verschoben und würde die Laservorrichtung kontinuierlich Laserstrahlung abgeben, so definiert der Fokus der Laserstrahlung im Gewebe eine kontinuierliche, d.h. räumlich nicht unterbrochene, Spur. Diese gedachte Spur wird auch als Scanbahn bezeichnet. Es handelt sich bei der Scanbahn also um eine (eindimensionale) Linie in einem dreidimensionalen Volumen des Gewebes des Patientenauges.With the help of the focusing device and the scanning device, a focus can be generated and shifted in the tissue of the patient's eye. The focus is shifted in the tissue with the aid of the scanning device and if the laser device were to continuously emit laser radiation, the focus of the laser radiation in the tissue defines a continuous, ie spatially uninterrupted, track. This imaginary track is also referred to as a scan path. The scan path is therefore a (one-dimensional) line in a three-dimensional volume of the tissue of the patient's eye.
Die dem von der erfindungsgemäßen Planungseinheit generierten Steuerdaten kann das ophthalmologische Lasertherapiegerät so angesteuert werden, dass die Scanbahn mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit um ein Scanbahnzentrum
Der Ort, an dem sich der Fokus im Gewebe des Patientenauges auf der Scanbahn gerade befindet, zu der Zeit, an dem ein Laserpuls der gepulsten Laserstrahlung ins Gewebe fokussiert wird, wird Fokusspot oder Fokuspunkt genannt. Das ophthalmologische Lasertherapiegerät erzeugt somit im Betrieb eine Vielzahl von Fokusspots, die entlang der Scanbahn im Gewebe des Patientenauges generiert werden. An jedem Fokusspot kann im Gewebe des Patientenauges ein optischer Durchbruch erzielt wird. Dabei entfaltet der gepulste Laserstrahl nicht nur im Fokuspunkt selbst seine Wirkung; vielmehr wechselwirkt der Laserpuls in einem Volumen um den Fokuspunkt mit dem Gewebe. Dieses Volumen wird auch Fokuswirkbereich genannt.The place at which the focus in the tissue of the patient's eye is currently on the scan path, at the time at which a laser pulse of the pulsed laser radiation is focused into the tissue, is called the focus spot or focus point. The ophthalmic laser therapy device thus generates a large number of focus spots during operation, which are generated along the scan path in the tissue of the patient's eye. An optical breakthrough can be achieved in the tissue of the patient's eye at each focus spot. The pulsed laser beam is not only effective in the focal point itself; rather, the laser pulse interacts with the tissue in a volume around the focal point. This volume is also called the effective focus area.
Die Gesamtheit der Fokuswirkbereiche erzeugt aufgrund der optischen Durchbrüche an jedem Fokuspunkt im Gewebe des Patientenauges einen (lokalen) Schnitt, an dem das Gewebe durchtrennt wird. Da nicht an jedem Ort der Scanbahn ein Fokusspot erzeugt wird, kann das Scanfeld eine größere Ausdehnung aufweisen als der Schnitt. Die Verteilung der Fokusspots, an denen ein optischer Durchbruch erzeugt werden soll, wird als Scanmuster bezeichnet.Due to the optical breakthroughs at each focal point in the tissue of the patient's eye, the totality of the effective focus areas creates a (local) cut at which the tissue is severed. Since a focus spot is not generated at every location on the scan path, the scan field can be larger than the section. The distribution of the focus spots at which an optical breakthrough is to be generated is referred to as the scan pattern.
Bei einem Schnitt handelt es sich um ein Teilvolumen im Gewebe, das sich aus den Volumina der Fokuswirkbereiche sowie aus einer (gedachten) Verbindung von benachbarten Fokuswirkbereichen ergibt. Typischerweise weist das genannte Teilvolumen an jedem Ort in einer Raumrichtung nur eine geringe Ausdehnung auf - etwa in der Größenordnung des Durchmessers eines Fokuswirkbereiches - und besitzt in den beiden dazu senkrechten Raumrichtungen eine größere Ausdehnung. Somit ergibt sich im Betrieb des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes einen Schnitt als zweidimensionale Fläche in dreidimensionalen Volumen des Gewebes des Patientenauges. Die Fläche besitzt dabei eine Dicke, die etwa dem Durchmesser eines Fokuswirkbereiches entspricht.A cut is a partial volume in the tissue that results from the volumes of the effective focus areas and from an (imaginary) connection between adjacent effective focus areas. Typically, the named partial volume has only a small extent at each location in one spatial direction - for example of the order of magnitude of the diameter of a focus effective area - and has a larger extent in the two spatial directions perpendicular thereto. Thus, when the ophthalmological laser therapy device is in operation, there is a cut as a two-dimensional surface in the three-dimensional volume of the tissue of the patient's eye. The surface has a thickness that corresponds approximately to the diameter of an effective focus area.
Da das Scanfeld im Gewebe größer sein kann als der zu erzeugende Schnitt, kann es vorteilhaft sein, wenn nicht alle Laserpulse, die gemäß der konstanten Laserpulsfrequenz verfügbar wären, auch tatsächlich für einen Fokusspot genutzt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Scanvorrichtung für eine Verschiebung des Fokus entlang der Scanbahn mehr Zeit benötigt, als zwischen zwei Laserpulsen mit der konstanten Laserpulsfrequenz besteht. In einem solchen Fall kann ein Laserpuls beispielsweise nicht bereitgestellt werden; am Fokuspunkt der Scanbahn entsteht zu der Zeit lediglich ein gedachter Fokusspot. Alternativ kann die Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls für die Zeit ausgesetzt werden, in der der Fokus entlang der Scanbahn außerhalb des zu erzeugenden Schnittes scannt.Since the scan field in the tissue can be larger than the cut to be generated, it can be advantageous if not all laser pulses that would be available according to the constant laser pulse frequency are actually used for a focus spot. This is particularly advantageous when the scanning device requires more time for a shift of the focus along the scanning path than there is between two laser pulses with the constant laser pulse frequency. In such a case, for example, a laser pulse cannot be provided; At that time, only an imaginary focus spot is created at the focal point of the scan path. Alternatively, the provision of a pulsed laser beam can be suspended for the time in which the focus is scanning along the scan path outside of the cut to be generated.
Unter einem Rotieren der Scanbahn um das Scanbahnzentrum ist zu verstehen, dass ein Scanwinkel der von der Verbindungsgerade aus einem Startpunkt der Scanbahn zum Scanbahnzentrum gegenüber einer Verbindungsgeraden eines Punktes der Scanbahn mit dem Scanbahnzentrum entlang der Spur der Scanbahn stetig zunimmt. Die Winkelgeschwindigkeit beschreibt, welcher Scanwinkel von der Scanbahn pro Zeit überstrichen wird. Eine konstante Winkelgeschwindigkeit liegt vor, wenn diese innerhalb der Grenzen oder Toleranzen variiert, die durch die Scanvorrichtung gegeben sind. Abweichungen der Winkelgeschwindigkeit sind dabei geringer als ±20%, bevorzugt geringer als ±5%, insbesondere bevorzugt geringer als ±1%.Rotating the scan path around the scan path center is understood to mean that a scan angle of the straight line connecting a starting point of the scan path to the scan path center increases steadily in relation to a line connecting a point of the scan path with the scan path center along the track of the scan path. The angular velocity describes which scan angle is swept over by the scan path per time. A constant angular velocity is present if it varies within the limits or tolerances given by the scanning device. Deviations in the angular velocity are less than ± 20%, preferably less than ± 5%, particularly preferably less than ± 1%.
Das Inverse der Winkelgeschwindigkeit ist proportionale zu einer Rotationsfrequenz fR. Diese beschreibt, mit welcher Rate ein Scanwinkel von 360° überstrichen wird. Die Rotationsfrequenz, mit der die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert, ist erfindungsgemäß konstant; die Toleranz der Konstanz ergibt sich dabei aus der Toleranz der konstanten Winkelgeschwindigkeit.The inverse of the angular velocity is proportional to a rotation frequency f R. This describes the rate at which a scan angle of 360 ° is swept over. According to the invention, the rotation frequency with which the scan path rotates around the center of the scan path is constant; the tolerance of the constancy results from the tolerance of the constant angular velocity.
Aufgrund der konstanten Winkelgeschwindigkeit und der konstanten Laserpulsfrequenz lässt sich ein Azimut-Winkel für einen i-ten Fokusspot über die Beziehung ϕi = 2 · π · (i - 1) · fR/fL + ϕ1 angeben. Dabei ist ϕ1 der Azimut-Winkel für den ersten Fokusspot.Due to the constant angular velocity and the constant laser pulse frequency, an azimuth angle for an i-th focus spot can be specified via the relationship ϕ i = 2 · π · (i − 1) · f R / f L + ϕ 1 . Φ 1 is the azimuth angle for the first focus spot.
In der Regel weist die Scanvorrichtung eine Rotationsfrequenz fR oder einen Bereich von Rotationsfrequenzen auf, bei der Positionen der Scanbahn mit hoher Genauigkeit angesteuert werden können. Für resonante Scanner liegt diese Rotationsfrequenz beispielsweise nahe ihrer Resonanzfrequenz. Die Scanbahn rotiert vorzugsweise mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit, die einer Rotationsfrequenz entspricht, die eine hohe Genauigkeit der Positionen der Scanbahn gewährleistet.As a rule, the scanning device has a rotation frequency f R or a range of rotation frequencies at which the positions of the scanning path can be controlled with high accuracy. For resonant scanners, this rotation frequency is close to its resonance frequency, for example. The scanning path preferably rotates at a constant angular velocity which corresponds to a rotation frequency which ensures a high degree of accuracy of the positions of the scanning path.
Erfindungsgemäß werden die Steuerdaten derart generiert, dass ein an den Fokusspots ausgewerteter Abstand zum Scanbahnzentrum entlang der Scanbahn monoton steigt oder monoton fällt. Mit anderen Worten: Betrachtet man die Abstände der Fokusspots vom Scanbahnzentrum in der Reihenfolge ihrer Entstehung (also entlang der Scanbahn), so nehmen die Abstände monoton zu oder die Abstände nehmen monoton ab. Es ist möglich, dass zeitlich aufeinanderfolgender Fokusspots den gleichen Abstand vom Scanbahnzentrum aufweisen. Es sei angemerkt, dass die Monotonie lediglich für den Abstand der Fokusspots gefordert ist. Der Verlauf der Scanbahn selbst kann von der Monotonie abweichen.According to the invention, the control data are generated in such a way that a distance from the center of the scan path that is evaluated at the focus spots increases or decreases monotonically along the scan path. In other words: If the distances between the focus spots and the center of the scan path are viewed in the order in which they arise (i.e. along the scan path), the distances increase monotonically or the distances decrease monotonically. It is possible for focus spots that follow one another in time to have the same distance from the center of the scan path. It should be noted that the monotony is only required for the distance between the focus spots. The course of the scan path itself can deviate from the monotony.
Schließlich kann mit den von der erfindungsgemäßen Planungseinheit generierten, weiteren Steuerdaten das ophthalmologische Lasertherapiegerät so angesteuert werden, dass das Scanmuster von Fokusspots des Fokus der gepulsten Laserstrahlung einer vorgegebenen Dichte genügt. Da typischerweise ein Schnitt über ein Scanmuster von Fokusspots erzeugt werden soll, der einer Fläche im Gewebe des Patientenauges entspricht, kann die Dichte beispielsweise als Anzahl von Fokusspots pro Fläche definiert sein. Die Dichte bestimmt somit, wie viele Fokusspots im Scanmuster im Betrieb des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes erzeugt werden sollen, um den Schnitt zum Durchtrennen des Gewebes zu erzeugen. Die Dichte kann vom ophthalmologischen Lasertherapiegerät vorgegeben sein - beispielsweise in der Planungseinheit. Die Dichte kann vom Benutzer des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes festgelegt sein. Bei der Dichte kann es sich um einen festen Wert, um einen Grenzwert, der nicht überschritten oder unterschritten werden darf, oder um einen Wertebereich handeln. Es ist auch möglich, dass die Dichte vom Benutzer aus einer Auswahlliste, die vom ophthalmologischen Lasertherapiegerät bereitgestellt wird, auswählbar ist.Finally, with the additional control data generated by the planning unit according to the invention, the ophthalmological laser therapy device can be controlled in such a way that the scan pattern of focus spots of the focus of the pulsed laser radiation satisfies a predetermined density. Since a section is typically to be generated over a scan pattern of focus spots which corresponds to an area in the tissue of the patient's eye, the density can be defined, for example, as the number of focus spots per area. The density thus determines how many focus spots are to be generated in the scan pattern when the ophthalmic laser therapy device is in operation in order to generate the cut for severing the tissue. The density can be specified by the ophthalmic laser therapy device - for example in the planning unit. The density can be determined by the user of the ophthalmic laser therapy device. The density can be a fixed value, a limit value that must not be exceeded or fallen below, or a range of values. It is also possible that the density can be selected by the user from a selection list provided by the ophthalmic laser therapy device.
Die Dichte, der die Fokusspots des Scanmusters genügen, bedingt im Zusammenspiel mit der Größe der Fokuswirkbereiche, ob ein vollständiges oder teilweises Durchtrennen des Gewebes des Patientenauges ermöglicht wird. Die Wechselwirkung eines Laserpulses mit dem Gewebe ist abhängig von Pulsparametern (wie Pulsdauer, Wellenlänge oder Pulsenergie) der gepulsten Laserstrahlung. Weiterhin ist sie von der Art des Gewebes des Patientenauges, in denen ein optischer Durchbruch erzeugbar sein soll, abhängig. Die Dichte kann so vorgegeben sein, dass die Fokuswirkbereiche im Mittel eng beieinander liegen, und so ein vollständiges Durchtrennen des Gewebes ermöglichen. Alternativ kann die Dichte so vorgegeben sein, dass die Fokuswirkbereiche im Mittel weiter auseinander liegen, so dass die Fokuswirkbereiche nicht überlappen oder aneinanderstoßen und so zwischen den Fokuswirkbereichen Gewebebrücken im Gewebe innerhalb der Schnittfläche verbleiben. In diesem Fall wird ein teilweises Durchtrennen des Gewebes ermöglicht. Dies erzeugt eine Art Sollbruchstelle, an der das Gewebe so vorbereitet ist, dass es in einem Schritt des chirurgischen Eingriffs gezielt und kontrolliert vollständig durchtrennt werden kann. Ein solches teilweises Durchtrennen ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn bei einem Eingriff zur Fehlsichtigkeitskorrektur ein linsenförmiges Teilvolumen der Hornhaut über einen seitlich öffnenden Schnitt - einen sogenannten Zugangsschnitt - aus der Hornhaut entnommen werden soll.The density that the focus spots of the scan pattern satisfy, in conjunction with the size of the effective focus areas, determines whether a complete or partial severing of the tissue of the patient's eye is possible. The interaction of a laser pulse with the tissue depends on pulse parameters (such as pulse duration, wavelength or pulse energy) of the pulsed laser radiation. It is also dependent on the type of tissue in the patient's eye in which an optical breakthrough should be able to be produced. The density can be specified in such a way that the effective focus areas are on average close to one another and thus enable a complete severing of the tissue. Alternatively, the density can be specified in such a way that the effective focus areas are on average further apart, so that the effective focus areas do not overlap or butt against each other and so tissue bridges remain in the tissue within the cut surface between the effective focus areas. In this case, a partial severing of the tissue is made possible. This creates a kind of predetermined breaking point at which the tissue is prepared in such a way that it can be completely severed in a targeted and controlled manner in one step of the surgical procedure. Such a partial severing is advantageous, for example, when, during an intervention to correct ametropia, a lens-shaped partial volume of the cornea is to be removed from the cornea via a laterally opening incision - a so-called access incision.
Die vorgegebene Dichte der Fokusspots steht also typischerweise in Zusammenhang mit einem Ziel, das mit dem zu erzeugenden Schnitt verfolgt wird.The specified density of the focus spots is therefore typically related to a goal that is being pursued with the section to be generated.
Die Steuerdaten, die von der erfindungsgemäßen Planungseinheit generiert werden und mit denen das ophthalmologische Lasertherapiegerät angesteuert werden kann, umfassen mindestens die konstante Laserpulsfrequenz. Bei der konstanten Winkelgeschwindigkeit, dem Scanbahnzentrum sowie die vorgegebenen Dichte handelt es sich um Größen, die in die Generierung der Steuerdaten für die räumliche Lage (x, y, z) des Fokus in Abhängigkeit der Zeit eingehen. Diese Größen können zusätzlich für ein Abführen an die Steuereinheit zu Verfügung stehen.The control data that are generated by the planning unit according to the invention and with which the ophthalmological laser therapy device can be controlled include at least the constant laser pulse frequency. The constant angular velocity, the scan path center and the specified density are variables that are included in the generation of the control data for the spatial position (x, y, z) of the focus as a function of time. These variables can also be available for discharge to the control unit.
Die erfindungsgemäße Planungseinheit erlaubt es, aufgrund der konstanten Laserpulsfrequenz und die konstante Winkelgeschwindigkeit, einfache und preisgünstige Komponenten für das ophthalmologische Lasertherapiegerät zu verwenden. Dabei ermöglicht es die konstante Laserpulsfrequenz, auf eine komplexe Ansteuerung der Laservorrichtung zu verzichten, die sicherstellen muss, dass während der Erzeugung eines Scanmusters die benötigten Pulse jeweils zur richtigen Zeit, mit variablen zeitlichen Pulsabständen und mit konstanter Pulsenergie (und auch Pulsenergie) zu Verfügung stehen.The planning unit according to the invention allows simple and inexpensive components to be used for the ophthalmic laser therapy device due to the constant laser pulse frequency and the constant angular velocity. The constant laser pulse frequency enables a complex one To dispense with control of the laser device, which must ensure that the required pulses are available at the right time, with variable time pulse intervals and with constant pulse energy (and also pulse energy) during the generation of a scan pattern.
Die konstante Winkelgeschwindigkeit, mit der die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert, stellt sicher, dass für jeden Bereich von Azimut-Winkeln (gegenüber dem Scanbahnzentrum) die gleiche Anzahl von Fokusspots erzeugt werden können. Auf diese Weise wird eine homogene Dichte der Fokusspots pro Azimut-Winkel-Bereich sichergestellt. Weiterhin erlauben die konstante Winkelgeschwindigkeit, mit der die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert, und die Monotonie des zeitlichen Verlaufs der Abstände der Fokusspots vom Scanbahnzentrum die Verwendung einer einfachen und kostengünstigen Scanvorrichtung. Je nach verwendeter Technologie können die Scanner mit einfachen Sinus-Signalen (x-y-Scanner) oder einem konstanten Signal (Azimut-Scanner) angesteuert werden. Starke Beschleunigungen der Scanner sind nicht erforderlich. Es ist kein Durchstimmen der Winkelgeschwindigkeit erforderlich. Die Ansteuerung für die Scanvorrichtung kann somit vorteilhaft einfach und preisgünstig sein und dabei gleichzeitig die Fokusspots mit hoher Präzision an den gewünschten Orten im Gewebe des Patientenauges erzeugen.The constant angular speed with which the scan path rotates around the scan path center ensures that the same number of focus spots can be generated for each range of azimuth angles (with respect to the scan path center). In this way, a homogeneous density of the focus spots per azimuth angle range is ensured. Furthermore, the constant angular speed with which the scan path rotates around the scan path center and the monotony of the temporal course of the distances between the focus spots from the scan path center allow the use of a simple and inexpensive scanning device. Depending on the technology used, the scanners can be controlled with simple sine signals (x-y scanner) or a constant signal (azimuth scanner). Strong accelerations of the scanner are not necessary. No angular velocity tuning is required. The control for the scanning device can thus advantageously be simple and inexpensive and at the same time generate the focus spots with high precision at the desired locations in the tissue of the patient's eye.
Die Steuereinheit, die in der Regel die von der Planungseinheit generierten Steuerdaten nutzt, kann dabei auf alle steuerbaren Einheiten des ophthalmologischen Lasertherapiegeräts zugreifen, insbesondere auf die Laservorrichtung, die Fokussiervorrichtung und die Scanvorrichtung. Sie kann dabei einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein, und mit den steuerbaren Einheiten des ophthalmologischen Lasertherapiegeräts - sowie ggf. mit weiteren Vorrichtungen des ophthalmologischen Lasertherapiegeräts wie auch mit diesem in Verbindung stehenden Einrichtungen - über drahtgebunden oder drahtlose Kommunikationswege kommunizieren. Ferner weist die Steuereinheit bevorzugt eine Schnittstelle auf, über die Steuerdaten der Steuereinheit drahtgebunden oder auch drahtlos zugeführt werden können.The control unit, which as a rule uses the control data generated by the planning unit, can access all controllable units of the ophthalmic laser therapy device, in particular the laser device, the focusing device and the scanning device. It can be constructed in one or more parts and communicate with the controllable units of the ophthalmic laser therapy device - and possibly with other devices of the ophthalmic laser therapy device as well as with devices connected to it - via wired or wireless communication paths. Furthermore, the control unit preferably has an interface via which control data can be supplied to the control unit in a wired or wireless manner.
Die für einen Schnitt in einer Ebene diskutierten Überlegungen gelten sowohl für einen Schnitt, der sich in einer Ebene befindet, als auch für einen gekrümmten Schnitt. Als Scanbahnzentrum kann für einen gekrümmten Schnitt ebenfalls ein Punkt oder eine Gerade angenommen werden. Abstände der Fokusspots werden zu diesem Punkt (oder Gerade) im dreidimensionalen Raum bestimmt. Die Dichte der Fokusspots kann auf die Schnittfläche bezogen werden oder auf ein Volumen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Planungseinheit bleiben auf für gekrümmt Schnitte bestehen. Zur Vereinfachung wird nachfolgend die Projektion der Scanbahn in eine Ebene betrachtet oder davon ausgegangen, dass sich die Scanbahn in einer Ebene befindet, die beispielsweise senkrecht zur optischen Achse steht.The considerations discussed for a cut in a plane apply to both a cut that is in a plane and a curved cut. A point or a straight line can also be assumed as the center of the scan path for a curved section. The distances between the focus spots are determined from this point (or straight line) in three-dimensional space. The density of the focus spots can be related to the cut surface or to a volume. The advantages of the planning unit according to the invention remain for curved cuts. For the sake of simplification, the projection of the scan path into a plane is considered below or it is assumed that the scan path is located in a plane that is, for example, perpendicular to the optical axis.
Typischerweise weist der Schnitt, der im Gewebe des Patientenauges erzeugt werden soll, nicht in allen drei Raumdimensionen die gleiche Ausdehnung auf; häufig ist die Ausdehnung des Schnittes bereits in den lateralen Dimensionen (x und y) nicht identisch. Weiterhin weicht die Größe (Ausdehnung) des Fokuswirkbereiches typischerweise in axialer Richtung (z) von der in lateraler Richtung ab. Zusätzlich können die Ausdehnungen des Fokuswirkbereiches in x-Richtung und y-Richtung voneinander abweichen; Ursache dafür kann die Polarisation des gepulsten Laserstrahls sein. Die genannten beispielshaften Asymmetrie-Effekte müssen dabei nicht in Richtung derjenigen Achsen auftreten, die über die optische Achse (z-Achse) und eine dazu senkrechte Ebene (x-y-Ebene) gegeben sind. Vielmehr ist es möglich, dass die Asymmetrie in Richtungen auftritt, die gegenüber den Richtungen x, y und z gedreht ist. Sei deshalb x', y', z' ein Koordinatensystem, in dem die Asymmetrien in x'-Richtung, y'-Richtung und/oder z'-Richtung auftreten, und sei T eine eindeutige und umkehrbare Transformation, die die Koordinaten x', y', z' in x, y, z transformiert.Typically, the incision that is to be made in the tissue of the patient's eye does not have the same extent in all three spatial dimensions; often the extent of the cut is not identical even in the lateral dimensions (x and y). Furthermore, the size (extent) of the effective focus area typically deviates in the axial direction (z) from that in the lateral direction. In addition, the dimensions of the effective focus area in the x-direction and y-direction can differ from one another; The cause of this can be the polarization of the pulsed laser beam. The asymmetry effects mentioned by way of example do not have to occur in the direction of those axes which are given via the optical axis (z-axis) and a plane perpendicular thereto (x-y plane). Rather, it is possible that the asymmetry occurs in directions that are rotated with respect to the directions x, y and z. Therefore let x ', y', z 'be a coordinate system in which the asymmetries occur in the x' direction, y 'direction and / or z' direction, and let T be a unique and reversible transformation that contains the coordinates x ' 'y', z 'transformed into x, y, z.
Um einem Asymmetrie-Effekt Rechnung zu tragen, ist es vorteilhaft, diesen bei der Bewertung von Abständen im Gewebe zu berücksichtigen, um beispielsweise asymmetrische Schnitte Zeit-effizient erzeugen zu können bzw. um die vorgegebenen Dichte der Fokusspots im Scanmuster sicherzustellen.In order to take account of an asymmetry effect, it is advantageous to take this into account when evaluating distances in the tissue, for example to be able to generate asymmetrical cuts in a time-efficient manner or to ensure the specified density of the focus spots in the scan pattern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung berücksichtigt daher der Abstand der Fokusspots zum Scanbahnzentrum einen Asymmetrie-Effekt.In an advantageous embodiment, the distance between the focus spots and the center of the scan path therefore takes into account an asymmetry effect.
Dazu können in der Vorschrift zur Berechnung der Abstände zweier Punkte im Raum Asymmetrie-Faktoren eingeführt werden. Vorteilhaft werden Abstände mit Hilfe einer Metrik in x', y', z' Koordinaten berechnet, da sich hier eine Asymmetrie besonders leicht darstellen lässt. Beträgt die Asymmetrie in y'-Richtung gegenüber der x'-Richtung beispielsweise einen Faktor ay (mit ay > 0) und betrage die Asymmetrie in z'-Richtung gegenüber der x'-Richtung beispielsweise einen Faktor az (mit az > 0), so kann der Abstand zweier Punkte
Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung von Asymmetrie-Effekten wird eine Durchtrennung von Gewebe mit einer vorgegebenen Dichte von Fokusspots im Scanmuster unter Verwendung von einfachen und preisgünstigen Komponenten des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes auch für asymmetrische Fokuswirkbereiche oder asymmetrische Schnitte gewährleistet.By taking asymmetry effects into account according to the invention, a severing of tissue with a given density of focus spots in the scan pattern using simple and inexpensive components of the ophthalmic laser therapy device is also ensured for asymmetrical effective focus areas or asymmetrical cuts.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Planungseinheit werden die Steuerdaten derart generiert, dass für jede Rotation der Scanbahn um das Scanbahnzentrum der Absolutbetrag einer Differenz der an den Fokusspots zu einem Beginn der Rotation und zu einem Ende der Rotation ausgewerteten Abstände vom Scanbahnzentrum mit einem zunehmenden mittleren Abstand vom Scanbahnzentrum abnimmt.According to an advantageous embodiment of the planning unit, the control data are generated in such a way that for each rotation of the scan path around the scan path center the absolute amount of a difference between the distances from the scan path center evaluated at the focus spots at the beginning of the rotation and at the end of the rotation with an increasing mean distance from Scan path center decreases.
Unter einer Rotation der Scanbahn um das Scanbahnzentrum ist dabei ein Abschnitt der Scanbahn zu verstehen, bei der ein Azimut-Winkel gegenüber dem Scanbahnzentrum von 360° überstrichen wird. Die Scanbahn kann sich somit aus mehreren Rotationen zusammensetzen.A rotation of the scan path around the scan path center is to be understood as a section of the scan path in which an azimuth angle with respect to the scan path center of 360 ° is swept over. The scan path can thus be composed of several rotations.
Betrachtet man die Scanbahn zu Beginn der Rotation (bei einem Azimut-Winkel ϕ), so lässt sich diesem ein Abstand vom Scanbahnzentrum zuordnen über den Abstand eines Fokusspots vom Scanbahnzentrum zeitlich unmittelbar vor oder nach dem Beginn der Rotation. Der Scanbahn zum Ende einer Rotation (bei einem Azimut-Winkel ϕ + 360°) lässt sich ebenfalls ein Abstand zuordnen über den Abstand eines (anderen) Fokusspots vom Scanbahnzentrum zeitlich unmittelbar vor oder nach dem Ende der Rotation. Der Betrag der Differenz der Abstände vom Scanbahnzentrum zu Beginn und zum Ende einer Rotation entspricht einer radialen Breite einer Rotation. Der mittlere Abstand einer Rotation vom Scanbahnzentrum ist der Mittelwert der Abstände zum Beginn und zum Ende der Rotation. Das Ende einer Rotation entspricht dem Anfang einer zeitlich darauffolgenden Rotation. Betrachtet man die mittleren Abstände einer zeitlichen Serie von Rotationen der Scanbahn um das Scanbahnzentrum, so nehmen diese monoton zu bzw. monoton ab.If the scan path is viewed at the beginning of the rotation (at an azimuth angle ϕ), a distance from the center of the scan path can be assigned to it via the distance of a focus spot from the center of the scan path immediately before or after the start of the rotation. The scan path at the end of a rotation (at an azimuth angle ϕ + 360 °) can also be assigned a distance via the distance of a (different) focus spot from the center of the scan path immediately before or after the end of the rotation. The amount of the difference in the distances from the center of the scan path at the beginning and at the end of a rotation corresponds to a radial width of a rotation. The mean distance of a rotation from the center of the scan path is the mean value of the distances to the start and end of the rotation. The end of a rotation corresponds to the beginning of a subsequent rotation. If one considers the mean intervals of a temporal series of rotations of the scan path around the scan path center, then these increase or decrease monotonically.
Über den mittleren Abstand lässt sich einer Rotation eine azimutale Länge zuordnen (durch eine Multiplikation mit einem Faktor 2π). Multiplizierte man die azimutale Länge mit der radialen Breite so entspricht dies einer Fläche, die der Rotation zugeordnet werden kann.An azimuthal length can be assigned to a rotation via the mean distance (by multiplying by a factor of 2π). If the azimuthal length is multiplied by the radial width, this corresponds to an area that can be assigned to the rotation.
Da (im Durchschnitt) jede Rotation dieselbe Anzahl von Fokusspots aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die radiale Breite einer Rotation (und damit der Abstand zwischen zwei Rotationen) umso geringer wird, je größer der mittlere Abstand der Rotation vom Scanbahnzentrum wird, da ein größerer mittlerer Abstand einer Rotation mit einer größeren azimutalen Länge einhergeht. Auf diese Weise wird ausgeglichen, dass Fläche, die einer Rotation zugeordnet werden kann, mit der azimutalen Länge steigt.Since (on average) each rotation has the same number of focus spots, it is advantageous if the radial width of a rotation (and thus the distance between two rotations) becomes smaller, the larger the mean distance of the rotation from the center of the scan path, since the larger it is mean distance of a rotation is associated with a greater azimuthal length. This compensates for the fact that the area that can be assigned to a rotation increases with the azimuthal length.
Die erfindungsgemäße Abnahme der radialen Breiten jeder Rotation mit zunehmendem mittlerem Abstand der Rotation führt dazu, dass die Dichte der Fokusspots im Scanmuster über radiale Abstände vom Scanbahnzentrum angepasst ist.The inventive decrease in the radial widths of each rotation with increasing mean distance of the rotation leads to the density of the focus spots in the scan pattern being adapted over radial distances from the center of the scan path.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Planungseinheit werden die Steuerdaten derart generiert, dass für jede Rotation der Scanbahn um das Scanbahnzentrum der Absolutbetrag der Differenz der an den Fokusspots zum Beginn der Rotation und zum Ende der Rotation ausgewerteten Abstände vom Scanbahnzentrum proportional zum inversen mittleren Abstand der Rotation vom Scanbahnzentrum ist.According to a particularly advantageous embodiment of the planning unit, the control data are generated in such a way that for each rotation of the scan path around the scan path center, the absolute amount of the difference between the distances from the scan path center evaluated at the focus spots at the start of the rotation and at the end of the rotation is proportional to the inverse mean distance of the rotation from the scan path center.
Sei ra der Abstand zu Beginn einer Rotation (ausgewertet an einem Fokusspot, der sich zeitlich unmittelbar vor oder nach dem Beginn der Rotation auf der Scanbahn befindet) und sei re der Abstand zum Ende einer Rotation (ausgewertet an einem anderen Fokusspot, der sich zeitlich unmittelbar vor oder nach dem Ende der Rotation auf der Scanbahn befindet). Der mittlere Abstand der Rotation entspricht damit rm = (ra + re)/2. Der Absolutbetrag der Differenz der Abstände beträgt Δr = |ra - re|, wobei „|.|“ die Bildung eines Absolutbetrags bedeutet.Let r a be the distance at the beginning of a rotation (evaluated on a focus spot that is located immediately before or after the start of the rotation on the scan path) and let r e be the distance to the end of a rotation (evaluated on another focus spot that is immediately before or after the end of the rotation on the scan path). The mean distance of the rotation thus corresponds to r m = (r a + r e ) / 2. The absolute amount of the difference in the distances is Δr = | r a - r e |, where "|. |" Means the formation of an absolute amount.
Typischerweise liegen alle Fokusspots der Rotation in einer Ebene (z.B. der x-y-Ebene oder der x'-y'-Ebene) oder sie weisen in z-Richtung einen Versatz auf, der gering ist gegenüber der z-Ausdehnung der Fokuswirkbereiche. Dann befindet sich das Scanbahnzentrum ebenfalls in dieser Ebene und die Fläche, die sich der Rotation zuordnen lässt, beträgt ARot = π ·|ra 2 - re 2|. Dies entspricht ARot = π ·rm ·Δr. Mit anderen Worten ist die Fläche einer Rotation proportional zum Produkt aus der azimutalen Länge und der radialen Breite einer Rotation. Die Fläche hat die Form eines Rings in der Ebene. Nimmt der Absolutbetrag der Differenz der an den Fokusspots zum Beginn der Rotation und zum Ende der Rotation ausgewerteten Abstände vom Scanbahnzentrum proportional zum inversen mittleren Abstand der Rotation vom Scanbahnzentrum ab (Δr∼1/rm), so wird erfindungsgemäß erreicht, dass die Flächen, die jeder Rotation zugeordnet werden können, gerade konstant bleiben. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine vorgegebene Dichte von Fokusspots im Scanmuster für alle Abstände vom Scanbahnzentrum erzielt wird. Dies ermöglicht ein besonders präzises Durchtrennen von Gewebe über den gesamten Schnitt.Typically, all of the focus spots of the rotation lie in one plane (for example the xy plane or the x'-y 'plane) or they have an offset in the z direction that is small compared to the z extension of the effective focus areas. Then the center of the scan path is also in this plane and the area that can be assigned to the rotation is A Rot = π · | r a 2 - r e 2 |. This corresponds to A Rot = π · r m · Δr. In other words, the area of a rotation is proportional to the product of the azimuthal length and the radial width of a rotation. The surface has the shape of a ring in the plane. If the absolute amount of the difference between the distances from the center of the scan path evaluated at the focus spots at the beginning of the rotation and at the end of the rotation decreases proportionally to the inverse mean distance of the rotation from the center of the scan path (Δr∼1 / r m ), then it is achieved according to the invention that the areas which can be assigned to each rotation, just remain constant. This ensures that a specified density of focus spots in the scan pattern is achieved for all distances from the center of the scan path. This enables a particularly precise severing of tissue over the entire incision.
Die Betrachtungen behalten ihre Gültigkeit (und ziehen daraus resultierend ihren besonderen vorteilhaften Nutzen) bei einer Berücksichtigung von Asymmetrie-Effekten.The considerations retain their validity (and derive their particular advantageous benefit as a result) when asymmetry effects are taken into account.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Planungseinheit werden die Steuerdaten derart generiert, dass die Fokusspots auf einer Spirale um das Scanbahnzentrum liegen.According to a particularly advantageous embodiment of the planning unit, the control data are generated in such a way that the focus spots lie on a spiral around the center of the scan path.
Eine Spirale zeichnet sich dadurch aus, dass sie um ein Zentrum rotiert und dass der Abstand zum Zentrum entlang der Spur der Spirale streng monoton steigt bzw. streng monoton fällt. Eine Spirale im dreidimensionalen Raum nimmt die Form einer Wendel an, deren Abstand vom Zentrum sich streng monoton ändert.A spiral is characterized by the fact that it rotates around a center and that the distance to the center along the track of the spiral increases or decreases strictly monotonically. A spiral in three-dimensional space takes the form of a helix, the distance from the center of which changes in a strictly monotonous manner.
Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fokusspots darf die Scanbahn von einer Spirale abweichen, solange die Scanbahn an den Orten der Fokusspots wieder Punkten einer Spirale entspricht.The scan path may deviate from a spiral between two successive focus spots as long as the scan path again corresponds to points of a spiral at the locations of the focus spots.
Mittels der hier vorgestellten Ausgestaltung ist es möglich, die Ansteuerung der Scanvorrichtung weiter zu vereinfachen, da aufgrund der strengen Monotonie der Abstände vom Scanbahnzentrum Beschleunigungen der Scanner weiter reduziert werden. Auf diese Weise können Fokusspots mit hoher Präzision aber vergleichsweise geringen Anforderungen an die Scanvorrichtung realisiert werden.By means of the embodiment presented here, it is possible to further simplify the control of the scanning device, since accelerations of the scanner are further reduced due to the strict monotony of the distances from the center of the scan path. In this way, focus spots can be realized with high precision but with comparatively low demands on the scanning device.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Planungseinheit werden die Steuerdaten derart generiert, dass die Fokusspots auf einer Spirale um das Scanbahnzentrum liegen und dass der Absolutbetrag der Differenz der Abstände vom Scanbahnzentrum zweier aufeinanderfolgender Fokusspots proportional zu einem inversen mittleren Abstand der aufeinanderfolgenden Fokusspots vom Scanbahnzentrum ist.According to a further particularly advantageous embodiment of the planning unit, the control data are generated in such a way that the focus spots lie on a spiral around the center of the scan path and that the absolute value of the difference between the distances from the center of the scan path of two successive focus spots is proportional to an inverse mean distance between the successive focus spots and the center of the scan path.
Bei zwei aufeinanderfolgende Fokusspots, die auf einer Spirale um das Scanbahnzentrum liegen, handelt es sich um Fokusspots, die zeitlich aufeinanderfolgend erzeugt werden. Bei dem auf einen Fokusspot darauffolgenden Fokusspot kann es sich auch um einen gedachten Fokusspot handeln, wenn beispielsweise der gedachte Fokusspot außerhalb des zu erzeugenden Schnittes liegt.Two successive focus spots that lie on a spiral around the center of the scan path are focus spots that are generated one after the other in time. The focus spot following a focus spot can also be an imaginary focus spot if, for example, the imaginary focus spot lies outside the section to be generated.
Sei rs,i der Abstand vom Scanbahnzentrum für einen i-ten Fokusspot und sei rs,i+1 der Abstand für den zeitlich darauffolgenden i+1-ten Fokusspot; dabei bezeichnet der Index „s“, dass es sich um Abstände auf einer spiralförmigen Bahn handelt. Der mittlere Abstand der aufeinanderfolgenden Fokusspots entspricht rs,im = (rs,i + rs,i+1)/2. Der Absolutbetrag der Differenz der Abstände beträgt Δrs,i = |rs,i - rs,i+1|, wobei „|.|“ die Bildung eines Absolutbetrags bedeutet.Let r s, i be the distance from the center of the scan path for an i-th focus spot and let r s, i + 1 be the distance for the i + 1-th focus spot that follows in time; The index "s" indicates that there are distances on a spiral path. The mean distance between the successive focus spots corresponds to r s, im = (r s, i + r s, i + 1 ) / 2. The absolute amount of the difference in the distances is Δr s, i = | r s, i - r s, i + 1 |, where "|. |" Means the formation of an absolute amount.
Liegen die aufeinanderfolgenden Fokusspots in einer Ebene (z.B. der x-y-Ebene oder der x'-y'-Ebene) oder weisen sie lediglich einen geringen Versatz in z-Richtung auf, so befindet sich das Scanbahnzentrum ebenfalls in dieser Ebene und die Fläche, die sich dem i-ten Fokusspots zuordnen lässt, beträgt
Die Betrachtungen behalten ihre Gültigkeit (und ziehen daraus resultierend ihren besonderen vorteilhaften Nutzen) bei einer Berücksichtigung von Asymmetrie-Effekten.The considerations retain their validity (and derive their particular advantageous benefit as a result) when asymmetry effects are taken into account.
Das erfindungsgemäße Planungsverfahren ermöglicht somit das Generieren von Steuerdaten für ein Scanmuster von Fokusspots, die auf einer Spirale um das Scanbahnzentrum liegen, wobei die vorgegebene Dichte für alle Abstände vom Scanbahnzentrum erzielt wird.The planning method according to the invention thus enables the generation of control data for a scan pattern of focus spots that lie on a spiral around the center of the scan path, the specified density being achieved for all distances from the center of the scan path.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Planungseinheit werden die Steuerdaten derart generiert, dass das Scanmuster der Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls einem Grenzwert für ein Verteilungsmaß zur Bewertung der Verteilung der Fokusspots genügt.According to an advantageous embodiment of the planning unit, the control data are generated in such a way that the scan pattern of the focus spots of the focus of the pulsed laser beam satisfies a limit value for a distribution measure for evaluating the distribution of the focus spots.
Ein Verteilungsmaß ordnet dem Scanmuster einen Wert zu, der die Verteilung der Fokusspots im durch das Scanmuster erzeugten Schnitt bewertet. In diesen Wert fließt vorteilhaft ein, welche Abstände die Fokusspots zueinander aufweisen. Auch wenn in einem Teilbereich des Scanmusters (beispielsweise in einem Azimut-Winkel-Bereich oder für radiale Ringsegmente) eine vorgegebene Dichte von Fokusspots realisiert ist, so können sich trotzdem Fokusspots lokal häufen. Dies kann dazu führen, dass in Regionen mit vielen Fokusspots das Gewebe vollständig durchtrennt werden kann, während in Regionen zwischen Häufungen von Fokusspots Gewebebrücken stehen bleiben, so dass dort das Gewebe nur teilweise durchtrennt werden kann.A distribution measure assigns a value to the scan pattern which evaluates the distribution of the focus spots in the section generated by the scan pattern. The distances between the focus spots are advantageously incorporated into this value. Even if a predetermined density of focus spots is implemented in a sub-area of the scan pattern (for example in an azimuth angle area or for radial ring segments), focus spots can nevertheless accumulate locally. This can lead to the fact that the tissue can be completely severed in regions with many focus spots, while tissue bridges remain in regions between clusters of focus spots, so that the tissue can only be partially severed there.
Das Verteilungsmaß kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass einem Teil der Fokusspots (beispielsweise solche die einen großen Abstand zum Scanbahnzentrum aufweisen) oder allen Fokusspots ein mittlerer Abstand zu benachbarten Fokusspots zugewiesen wird. Um den mittleren Abstand von einem Fokusspot zu seinen Nachbarn zu bestimmen, kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden: Es wird ein Kreis in der Schnittfläche um den Fokusspot gelegt. Dieser Kreis wird in Kreissegmente zerlegt; vorteilhaft sind alle Segmente gleich groß und es handelt sich um mindestens drei Segmente. Der Radius des Kreises muss so groß gewählt sein, dass mindestens ein Fokusspot in jedem Kreissegment vorhanden ist (außer dem Fokusspot im Kreismittelpunkt). Für jedes Segment wird der minimale Abstand der Fokusspots im Kreissegment zum Fokusspot im Kreismittelpunkt bestimmt. Anschließend kann ein Mittelwert der minimalen Abstände über die Kreissegmente gebildet werden. Alternativ kann das Maximum der minimalen Abstände über die Kreissegmente oder die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum der minimalen Abstände gebildet werden. So lässt sich einem Fokusspot ein Maß für den Abstand zu benachbarten Fokusspots zuordnen. Dabei wird über die Unterteilung des Kreises in Kreissegmente sichergestellt, dass erkannt wird, wenn sich benachbarte Fokusspots in einer Richtung häufen, während in andere Richtungen ein großer Abstand zum nächsten Fokusspot besteht. Die ermittelten Maße können anschließend gemittelt werden, so dass einem Scanmuster ein einzelner Wert als Verteilungsmaß der Fokusspots zugeordnet wird. Alternativ können beispielsweise Mittelwert und Standardabweichung als Wertepaar des Verteilungsmaßes bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch das Maximum und das Minimum als Verteilungsmaßes bestimmt werden.The distribution measure can be implemented, for example, in such a way that some of the focus spots (for example those that are at a large distance from the center of the scan path) or all of the focus spots are assigned a mean distance from adjacent focus spots. To determine the mean distance from a focus spot to its neighbors, the following procedure can be used, for example: A circle is placed in the cut surface around the focus spot. This circle is broken down into circle segments; Advantageously, all segments are of the same size and there are at least three segments. The radius of the circle must be large enough so that there is at least one focus spot in each segment of the circle (except for the focus spot in the center of the circle). The minimum distance between the focus spots in the circle segment and the focus spot in the center of the circle is determined for each segment. A mean value of the minimum distances over the circle segments can then be calculated. Alternatively, the maximum of the minimum distances can be formed over the circle segments or the difference between the maximum and the minimum of the minimum distances. In this way, a focus spot can be assigned a measure of the distance to neighboring focus spots. The division of the circle into circle segments ensures that it is recognized when neighboring focus spots are piling up in one direction, while there is a large distance to the next focus spot in other directions. The determined dimensions can then be averaged so that a single value is assigned to a scan pattern as a distribution measure of the focus spots. Alternatively, for example, the mean value and standard deviation can be determined as a pair of values of the distribution measure. Alternatively or additionally, the maximum and the minimum can also be determined as a distribution measure.
Alternativ kann das Verteilungsmaß derart ausgeführt sein, dass Größe (und Form) der Fokuswirkbereiche der Fokusspots berücksichtigt werden. Dazu kann beispielsweise zu jedem Fokusspot des Scanmusters die Größe des entsprechenden Fokuswirkbereiches in der Schnittebene markiert werden. Der Gesamtheit der Fokuswirkbereiche aller Fokusspots des Scanmusters kann eine Fläche zugeordnet werden. Dabei werden Überlappungsbereiche von zwei oder mehr Fokuswirkbereichen verschiedener Fokusspots nur einfach (und nicht mehrfach) bei der Zuordnung der Fläche berücksichtigt. Diese Fläche der Gesamtheit der Fokuswirkbereiche der Fokusspots des Scanmusters in der Schnittebene kann in Relation gesetzt werden zur Fläche des Schnittes. Wird beispielsweise ein Wert von 1 für die Relation erzielt, so wird ein vollständiges Durchtrennen des Gewebes ermöglicht, ohne dass Gewebebrücken zurückbleiben. Wird für die Relation beispielsweise ein Wert von 0.5 erzielt, so beträgt der Anteil von verbleibenden Gewebebrücken 50% der Schnittfläche. Dieser beispielhafte Wert als Verteilungsmaß gibt somit eine Auskunft über die Art der Durchtrennung, die durch ein gegebenes Scanmuster erzielt werden kann. Zusätzlich (oder alternativ) kann als Verteilungsmaß auch das Verhältnis aus der Fläche der Gesamtheit der Fokuswirkbereiche des Fokusspots des Scanmusters in der Schnittebene zu der Summe aller Größen der Fokuswirkbereiche des Fokusspots des Scanmusters in der Schnittebene gebildet werden. Über ein solches Verteilungsmaß wird beschrieben, wie stark sich die Fokuswirkbereiche überlappen: Ist das Verhältnis
Mittels der beispielhaften Verteilungsmaße sowie der beschriebenen Varianten davon lässt sich ein Werte (oder Werte) zur Bewertung der Verteilung der Fokusspots im Scanmuster bestimmen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, eventuell vorhandene Asymmetrie-Effekte zu berücksichtigen, beispielsweise bei der Berechnung von Abständen zwischen Fokusspots mit einer Metrik, die die Asymmetrie einbezieht, oder bei der Bestimmung der Größe der Fokuswirkbereiche.A value (or values) for evaluating the distribution of the focus spots in the scan pattern can be determined by means of the exemplary distribution measures and the described variants thereof. It is particularly advantageous to take into account any asymmetry effects that may be present, for example when calculating distances between focus spots with a metric that includes the asymmetry, or when determining the size of the effective focus areas.
Bei dem Grenzwert, dem das Verteilungsmaß zur Bewertung der Verteilung der Fokusspots genügen soll, kann es sich um eine Grenze für jeden Wert handeln, den das Verteilungsmaß bereitstellt. Der Einfachheit halber wird im Folgenden nur von einem einzigen Grenzwert gesprochen; darunter ist jedoch zu verstehen, dass es sich bei dem Grenzwert auch um Grenzen für verschiedene Werte handeln kann, die vom Verteilungsmaß bereitgestellt werden.The limit value that the distribution measure should satisfy for evaluating the distribution of the focus spots can be a limit for each value that the distribution measure provides. For the sake of simplicity, only a single limit value is spoken of in the following; However, this is to be understood as meaning that the limit value can also be limits for various values that are provided by the distribution measure.
Der Grenzwert kann als eine Zahl (gegebenenfalls inclusive der dazugehörigen Einheiten) oder um einen Wertebereich handeln. Es kann sich um einen einseitigen Grenzwert oder um einen zweiseitigen Grenzwert handeln. Der Grenzwert kann in der Planungseinheit hinterlegt sein oder von einem Benutzer des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes vorgegeben werden.The limit value can act as a number (possibly including the associated units) or a range of values. It can be a one-sided limit value or a two-sided limit value. The limit value can be stored in the planning unit or specified by a user of the ophthalmic laser therapy device.
Genügt die Verteilung der Fokusspots im Scanmuster dem Grenzwert für das Verteilungsmaß, so wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass zusätzlich zu einer vorgegebenen Dichte von Fokusspots auch eine Verteilung mit homogenen Abständen zwischen Fokusspots vorliegt. Auf diese Weise können lokale Häufungen von Fokusspots vermieden werden und ein Durchtrennen des Gewebes mit einer hohen Schnittqualität über die gesamte Schnittfläche wird weiter verbessert.If the distribution of the focus spots in the scan pattern satisfies the limit value for the degree of distribution, then according to the invention it is ensured that, in addition to a predetermined density of focus spots, there is also a distribution with homogeneous distances between focus spots. In this way, local accumulations of focus spots can be avoided and a severing of the tissue with a high cut quality over the entire cut surface is further improved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Planungseinheit umfasst die Laservorrichtung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes eine Laserquelle zur Erzeugung von Laserpulsen mit einer Laserrepetitionsfrequenz fL und einen Pulsselektionseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, gemäß der weiteren Steuerdaten nach einem Teilungsverhältnis D die erzeugten Laserpulse zu selektieren und für den gepulsten Laserstrahl bereitzustellen. Dabei ist die Planungseinheit dazu ausgebildet ist, das Teilungsverhältnis D so zu bestimmen, dass sich die konstante Laserpulsfrequenz fPergibt. Es ergibt sich fp = fL/D.In a further advantageous embodiment of the planning unit, the laser device of the ophthalmological laser therapy device comprises a laser source for generating laser pulses with a laser repetition frequency f L and a pulse selection device which is set up to select the generated laser pulses according to the further control data according to a division ratio D and for the pulsed Provide laser beam. The planning unit is designed to determine the division ratio D such that the constant laser pulse frequency f P results. The result is f p = f L / D.
Typischerweise ist eine Laserquelle so gebaut, dass sie Laserpulse mit reproduzierbaren Parametern (wie Pulsenergie, Wellenlänge, spektraler Breite, Pulsdauer, Polarisation) mit einer festen Laserrepetitionsfrequenz fL bereitstellen kann. Eine Änderung der Laserrepetitionsfrequenz ist zwar möglich, erfordert jedoch einen hohen technischen Aufwand. Dabei besteht das Risiko, dass die Parameter der Laserpulse nicht stabil sind, was sich negativ auf die Qualität auf einen zu erzeugenden Schnitt in einem Gewebe eines Patientenauges auswirkt. Die Laserrepetitionsfrequenz der Laserquelle, also die Wiederholungsrate der Laserpulse, wird daher vorteilhaft fest eingestellt mit einem Wert aus einem Bereich von 10kHz bis 50MHz, vorteilhaft ist eine Laserpulsrepetitionsfrequenz aus einem Bereich von 200kHz bis 20MHz.A laser source is typically built in such a way that it can provide laser pulses with reproducible parameters (such as pulse energy, wavelength, spectral width, pulse duration, polarization) with a fixed laser repetition frequency f L. A change in the laser repetition frequency is possible, but requires a great deal of technical effort. There is the risk that the parameters of the laser pulses are not stable, which has a negative effect on the quality of a cut to be produced in a tissue of a patient's eye. The laser repetition frequency of the laser source, ie the repetition rate of the laser pulses, is therefore advantageously permanently set with a value from a range from 10 kHz to 50 MHz; a laser pulse repetition frequency from a range from 200 kHz to 20 MHz is advantageous.
Der Laserquelle im Strahlengang nachgeordnet wird eine Pulsselektionseinrichtung angeordnet. Eine solche Pulsselektionseinrichtung kann beispielsweise über einen akustooptischen Modulator (AOM) realisiert sein, der in Abhängigkeit einer Ansteuerung eine Strahlablenkung der Laserstrahlung herbeiführen kann, um Laserpulse aus dem Strahlengang in Richtung des Gewebes des Patientenauges heraus zu lenken, so dass dieser keinen Fokusspot erzeugen kann.A pulse selection device is arranged downstream of the laser source in the beam path. Such a pulse selection device can be implemented, for example, via an acousto-optical modulator (AOM) which, depending on an activation, can bring about a beam deflection of the laser radiation in order to direct laser pulses out of the beam path in the direction of the tissue of the patient's eye so that it cannot generate a focus spot.
Die Pulsselektionseinrichtung kann Teil der Laserquelle sein, oder sie kann der Laserquelle im Strahlengang unmittelbar nachgeordnet sein. Im Strahlengang können sich aber auch zwischen der Laserquelle und der Pulsselektionseinrichtung weitere optische Elemente und/oder die Scanvorrichtung und/oder die Fokussiervorrichtung befinden. Eine Ordnung nahe an der Laserquelle wird jedoch bevorzugt.The pulse selection device can be part of the laser source, or it can be arranged directly downstream of the laser source in the beam path. However, further optical elements and / or the scanning device and / or the focusing device can also be located in the beam path between the laser source and the pulse selection device. However, an order close to the laser source is preferred.
Das Teilungsverhältnis D gibt an, welcher Anteil der von der Laserquelle erzeugten Laserpulse in Richtung Patientenauge weitergeleitet werden soll. Mit anderen Worten entspricht das Teilungsverhältnis der Anzahl der weitergeleiteten Laserpulse zu der Anzahl erzeugter Pulse. Bei dem Teilungsverhältnis kann es sich um eine ganze Zahl handeln; dabei wird jeder D-te Laserpuls weitergeleitet, während alle D - 1 Laserpulse dazwischen nicht weitergeleitet werden. Alternativ kann es sich bei dem Teilungsverhältnis um eine rationale Zahl handeln; in dem Fall ergibt sich nach einer Serie von weitergeleiteten Laserpulsen im Mittel das gewünschte Teilungsverhältnis. Wird für k eine irrationale Zahl gewählt, so wird diese erst nach vielen Laserpulsen angenähert.The division ratio D indicates which proportion of the laser pulses generated by the laser source is to be passed on in the direction of the patient's eye. In other words, the division ratio corresponds to the number of transmitted laser pulses to the number of generated pulses. The division ratio can be an integer; every D-th laser pulse is passed on, while all D - 1 laser pulses in between are not passed on. Alternatively, the division ratio can be a rational number; in this case, the desired division ratio is obtained on average after a series of transmitted laser pulses. If an irrational number is chosen for k, this is only approximated after many laser pulses.
Mit der hier vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltung ist es möglich, die Komplexität und die Kosten für das ophthalmologische Lasertherapiegerät weiter zu verringern, die der erhebliche technische Aufwand für eine Laserquelle, die variable Laserpulsfrequenzen bereitstellen kann, vermieden werden kann.With the advantageous embodiment presented here, it is possible to further reduce the complexity and the costs for the ophthalmic laser therapy device, which can avoid the considerable technical effort for a laser source that can provide variable laser pulse frequencies.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Planungseinheit dazu ausgebildet ist, Steuerdaten für mindestens zwei Scanmuster zu generieren, mit denen das ophthalmologische Lasertherapiegerät angesteuert werden kann. Dabei können die erste Laserpulsfrequenz von der mindestens einen weiteren Laserpulsfrequenz, das erste Scanbahnzentrum vom mindestens einen weiteren Scanbahnzentrum und/oder die erste Winkelgeschwindigkeit von der mindestens einen weiteren Winkelgeschwindigkeit abweichen.According to a further advantageous embodiment, the planning unit is designed to generate control data for at least two scan patterns with which the ophthalmic laser therapy device can be controlled. The first laser pulse frequency can differ from the at least one further laser pulse frequency, the first scan path center from the at least one further scan path center and / or the first angular velocity from the at least one further angular velocity.
Der im Gewebe des Patientenauges zu erzeugende Schnitt kann eine Form aufweisen, die beispielsweise in einer Richtung deutlich größer ist als in einer anderen. In diesem Fall kann es sein, dass der Schnitt schneller über zwei (oder mehr) Scanmuster erzeugt werden kann, bei denen die Scanmuster Scanbahnzentren aufweisen, die voneinander abweichen.The cut to be produced in the tissue of the patient's eye can have a shape that is, for example, significantly larger in one direction than in another. In this case it may be that the cut can be generated more quickly via two (or more) scan patterns in which the scan patterns have scan path centers that deviate from one another.
Handelt es sich bei dem zu erzeugenden Schnitt um eine Fläche, die einen großen Abstand zum Scanbahnzentrum aufweist, so kann es vorteilhaft sein, den Schnitt ebenfalls über zwei Scanmuster zu erzeugen. In diesem Fall kann es sich beispielsweise beim ersten Scanmuster um ein Muster handeln, bei dem Fokusspots nahe am Scanbahnzentrum erzeugt werden. Ein weiteres Muster erzeugt lediglich Fokusspots in einem größeren Abstand von einem Scanbahnzentrum (das identisch zum ersten Scanbahnzentrum sein kann), wobei für das weitere Scanmuster eine höhere konstante Laserpulsfrequenz und/oder eine höhere konstante Winkelgeschwindigkeit verwendet werden. Auch dies kann dazu führen, dass der zu erzeugende Schnitt insgesamt schneller erzeugt wird.If the cut to be generated is a surface that is at a large distance from the center of the scan path, it can be advantageous to generate the cut using two scan patterns as well. In this case, for example, the first scan pattern can be a pattern in which focus spots are generated close to the center of the scan path. Another pattern only generates focus spots at a greater distance from a scan path center (which can be identical to the first scan path center), a higher constant laser pulse frequency and / or a higher constant angular velocity being used for the further scan pattern. This, too, can lead to the cut to be generated being generated more quickly overall.
Eine schnelle Erzeugung eines Schnittes ist vorteilhaft, um die Behandlungszeit zu verringern. Dadurch wird zum einen die Belastung des Patienten geringer. Zum anderen verringert sich auch das Risiko, dass sich das Patientenauge gegenüber der ophthalmologischen Laservorrichtung bewegt, und somit ein fehlerhaftes Scanmuster und somit ein fehlerhafter Schnitt erzeugt wird.A quick creation of a cut is advantageous in order to reduce the treatment time. On the one hand, this reduces the burden on the patient. On the other hand, it also reduces the risk that the patient's eye will move in relation to the ophthalmic laser device, and thus a faulty scan pattern and thus a faulty cut will be generated.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Ausgestaltung ist die Planungseinheit so ausgebildet, dass sich die mindestens zwei Scanmuster räumlich mindestens teilweise nicht überlappen.In a particularly advantageous further development of the embodiment, the planning unit is designed in such a way that the at least two scan patterns do not spatially at least partially overlap.
Zwei Scanmuster überlappen sich, wenn sich Fokuswirkbereiche eines Scanmusters mit Fokuswirkbereichen eines anderen Scanmusters überlappen.Two scan patterns overlap when focus effective areas of one scan pattern overlap with focus effective areas of another scan pattern.
Ein Überlappen zweier Scanmuster stellt sicher, dass über die beiden Scanmuster ein durchgehender Schnitt im Gewebe erzeugt werden kann.Overlapping two scan patterns ensures that a continuous cut can be created in the tissue via the two scan patterns.
Um die Zeit für die Erzeugung des Schnittes weiter zu verringern, sollten sich die Scanmuster nur so weit überlappen, wie es für eine sichere Erzeugung des Schnittes (unter Berücksichtigung der vorgegebenen Dichte von Fokusspots und vorteilhafterweise unter Berücksichtigung des Grenzwertes für ein Verteilungsmaß) erforderlich ist. Ein Überlappen zweier Scanmuster ist möglichst geringer als 50%, bevorzugt geringer als 10%, insbesondere bevorzugt geringer als 2%.In order to further reduce the time for generating the section, the scan patterns should only overlap to the extent necessary for reliable generation of the section (taking into account the specified density of focus spots and advantageously taking into account the limit value for a distribution measure). An overlapping of two scan patterns is as little as possible less than 50%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 2%.
Ein erfindungsgemäßes ophthalmologisches Lasertherapiegerät zur Erzeugung eines Scanmusters umfasst eine Laservorrichtung zur Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls und eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls in einem Fokus. Weiterhin weist das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Scanvorrichtung zum Verschieben des Fokus des gepulsten Laserstrahls in einem Gewebe eines Patientenauges, insbesondere in einer Kornea und/oder einer Augenlinse, zum Durchtrennen des Gewebes im Scanmuster von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls entlang einer Scanbahn, die durch Steuerdaten bestimmt wird, auf. Darüber hinaus umfasst das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Steuereinheit zur Steuerung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes mittels der Steuerdaten. Zusätzlich weist das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Planungseinheit zur Generierung der Steuerdaten auf. Die Planungseinheit ist dabei so ausgebildet, dass die die Steuerdaten derart generiert, die es in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist.An ophthalmic laser therapy device according to the invention for generating a scan pattern comprises a laser device for providing a pulsed laser beam and a focusing device for focusing the pulsed laser beam in a focus. Furthermore, the ophthalmic laser therapy device has a scanning device for shifting the focus of the pulsed laser beam in a tissue of a patient's eye, in particular in a cornea and / or an eye lens, for cutting through the tissue in the scan pattern from focus spots of the focus of the pulsed laser beam along a scan path, which is determined by control data is determined on. In addition, the ophthalmological laser therapy device comprises a control unit for controlling the ophthalmological laser therapy device by means of the control data. In addition, the ophthalmological laser therapy device has a planning unit for generating the control data. The planning unit is designed in such a way that it generates the control data in such a way that it is described in one of the embodiments described above.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das ophthalmologischen Lasertherapiegerät des Weiteren eine Messeinrichtung zur Erzeugung von Daten einer Charakterisierung des Patientenauges. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Messeinrichtung aus der folgenden Gruppe: Autorefraktor, Refraktometer, Keratometer, Aberrometer, Wellenfrontvermessungseinrichtung, optischer Kohärenztomograph (OCT), Scheimpflugkamera, Ultraschall-Bildgebungssystem, Mikroskop.According to an advantageous embodiment, the ophthalmological laser therapy device further comprises a measuring device for generating data for a characterization of the patient's eye. In particular, it is a measuring device from the following group: auto refractor, Refractometer, keratometer, aberrometer, wavefront measuring device, optical coherence tomograph (OCT), Scheimpflug camera, ultrasound imaging system, microscope.
Das ophthalmologische Lasertherapiegerät kann selbstverständlich auch mehrere Messeinrichtungen enthalten, die nacheinander oder gleichzeitig zur Charakterisierung des Patientenauges eingesetzt werden können.The ophthalmic laser therapy device can of course also contain several measuring devices that can be used one after the other or at the same time to characterize the patient's eye.
Die von der Messeinrichtung erzeugten Daten können dazu verwendet werden, die Geometrie und die Lage des im Gewebe des Patientenauges zu erzeugenden Schnittes zu bestimmen. Dabei sei jedoch darauf hingewiesen, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Planungseinheit die Steuerdaten unabhängig davon erzeugen kann, ob das Patientenauge mit dem ophthalmologischen Lasertherapiegerät verbunden ist.The data generated by the measuring device can be used to determine the geometry and the position of the cut to be generated in the tissue of the patient's eye. It should be noted, however, that the planning unit described in the various embodiments can generate the control data regardless of whether the patient's eye is connected to the ophthalmic laser therapy device.
Weiterhin können die von der Messeinrichtung erzeugten Daten dazu verwendet werden, im Betrieb des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes die Erzeugung des Schnittes im Gewebe zu überwachen.Furthermore, the data generated by the measuring device can be used to monitor the generation of the incision in the tissue when the ophthalmic laser therapy device is in operation.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Planungsverfahren für die Generierung von Steuerdaten für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät. Dabei umfasst das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Laservorrichtung zur Bereitstellung eines gepulsten Laserstrahls und eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls in einem Fokus. Weiterhin weist das ophthalmologische Lasertherapiegerät eine Scanvorrichtung zum Verschieben des Fokus des gepulsten Laserstrahls in einem Gewebe eines Patientenauges, insbesondere in einer Kornea und/oder einer Augenlinse, zum Durchtrennen des Gewebes in einem Scanmuster von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls entlang einer Scanbahn gemäß der Steuerdaten, und eine Steuereinheit zur Steuerung des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes mittels der Steuerdaten auf. Das erfindungsgemäße Planungsverfahren weist folgende Schritte auf:
- - Vorgabe eine Dichte von Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls im Scanmuster,
- - Auswahl einer konstanten Laserpulsfrequenz fPdes gepulsten Laserstrahls,
- - Zuweisung eines Scanbahnzentrums,
- - Berechnung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit mit der die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert, wobei aus der Laserpulsfrequenz, dem Scanbahnzentrum und der Winkelgeschwindigkeit weitere Steuerdaten derart ermittelt werden, dass das ophthalmologische Lasertherapiegerät so steuerbar ist, dass das Scanmuster im Gewebe des Patientenauges mit der vorgegebenen Dichte der Fokusspots erzeugt werden kann, und dass ein an den Fokusspots ausgewerteter Abstand zum Scanbahnzentrum entlang der Scanbahn monoton steigt oder monoton fällt, und
- - Zuführung dieser Steuerdaten zu der Steuereinheit des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes.
- - Specification of a density of focus spots of the focus of the pulsed laser beam in the scan pattern,
- - Selection of a constant laser pulse frequency f P of the pulsed laser beam,
- - Allocation of a scan path center,
- - Calculation of a constant angular speed with which the scan path rotates around the scan path center, further control data being determined from the laser pulse frequency, the scan path center and the angular velocity in such a way that the ophthalmic laser therapy device can be controlled so that the scan pattern in the tissue of the patient's eye with the specified density of Focus spots can be generated, and that a distance from the center of the scan path that is evaluated at the focus spots increases or decreases monotonically along the scan path, and
- - Feeding of these control data to the control unit of the ophthalmic laser therapy device.
Nachfolgend wird der Fall beschrieben, dass der an den Fokusspots ausgewertete Abstand zum Scanbahnzentrum entlang der Scanbahn monoton steigt. Das Scanmuster folgt einer Scanbahn, die den zu erzeugenden Schnitt von innen nach außen überstreicht und innerhalb des zu erzeugenden Schnittes Fokusspots aufweist.The following describes the case in which the distance from the center of the scan path, evaluated at the focus spots, increases monotonically along the scan path. The scan pattern follows a scan path that sweeps over the section to be generated from the inside out and has focus spots within the section to be generated.
Anhand der vorgegebenen Dichte der Fokusspots lässt sich einem jeden Fokusspot eine mittlere Fläche im zu erzeugenden Schnitt zuordnen. Nimmt man eine kreisrunde Fläche an, so entspricht der Durchmesser einem mittleren Abstand zwischen zwei Fokusspots, der zu erzielen ist. Alternativ kann eine quadratische Fläche angenommen werden.On the basis of the specified density of the focus spots, a mean area in the section to be generated can be assigned to each focus spot. Assuming a circular surface, the diameter corresponds to an average distance between two focus spots that is to be achieved. Alternatively, a square area can be assumed.
Dem zu erzeugenden Schnitt kann ein minimaler Abstand zum Scanbahnzentrum zugewiesen werden; dieser Abstand kann Null sein, wenn das Scanbahnzentrum im zu erzeugenden Schnitt liegt. Ist der Abstand Null, so kann als Startpunkt der Scanbahn ein Punkt gewählt werden, der beispielsweise einem Drittel oder der Hälfte des angestrebten mittleren Abstands entspricht; oder es kann das Scanbahnzentrum als Startpunkt der Scanbahn gewählt werden. An diesem Startpunkt kann ein erster Fokusspot erzeugt werden (mit einem Abstand r0 zum Scanbahnzentrum). Um ein Scanmuster möglichst schnell zu erzeugen, ist es vorteilhaft, die konstante Winkelgeschwindigkeit so zu wählen, dass sie nahe an der maximal möglichen Winkelgeschwindigkeit der Scanvorrichtung liegt (beispielsweise bei 95% der Maximalgeschwindigkeit), bei der noch eine Scanbahn mit hoher Genauigkeit der Positionen entlang der Scanbahn gewährleistet ist. Aus der Wahl der Winkelgeschwindigkeit ergibt sich einen Rotationsfrequenz fR, mit der die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert. Daraus wiederum ergibt sich die Zeit, mit der die Scanbahn in einem ersten (innersten) Scanbahnabschnitt einmal um das Scanbahnzentrum rotiert (erste Rotation). Nimmt man einen konstanten Abstand dieser Rotation vom Scanbahnzentrum an, so lässt sich ausrechnen, wie viele Fokusspots entlang dieser ersten Rotation erzeugt werden müssen, damit diese einen Abstand haben, der beispielsweise einem angestrebten mittleren Abstand entspricht, der anhand der vorgegebenen Dichte der Fokusspots erzielt werden soll. Handelt es sich bei dem Startpunkt der Scanbahn um einen Punkt, dessen Abstand vom Scanbahnzentrum beispielsweise einem Drittel oder der Hälfte des angestrebten mittleren Abstands entspricht, so können k Fokusspots innerhalb der Zeit für ein erstes Rotieren der Scanbahn gewählt werden, wobei k zwischen zwei und fünf ist. Es muss sich bei k nicht um eine ganze Zahl handeln; vielmehr kann es sich auch um eine rationale oder irrationale Zahl handeln. Handelt es sich bei dem Startpunkt der Scanbahn um einen Punkt, der einen größeren Abstand vom Scanbahnzentrum aufweist als der angestrebte mittlere Abstand zweier Fokusspots, so können entsprechend mehr Fokusspots innerhalb der Zeit für ein erstes Rotieren der Scanbahn gewählt werden. Die Anzahl kann so gewählt werden, dass diese Fokusspots schließlich einen Abstand haben, die beispielsweise um weniger als ±50%, bevorzugt weniger als ±10%, insbesondere bevorzugt weniger als ±2% von dem angestrebten mittleren Abstand der Fokusspots abweicht.A minimum distance to the center of the scan path can be assigned to the cut to be generated; this distance can be zero if the center of the scan path lies in the section to be generated. If the distance is zero, a point can be selected as the starting point of the scan path which corresponds, for example, to a third or half of the desired mean distance; or the center of the scan path can be selected as the starting point of the scan path. A first focus spot can be generated at this starting point (with a distance r 0 from the center of the scan path). In order to generate a scan pattern as quickly as possible, it is advantageous to choose the constant angular speed so that it is close to the maximum possible angular speed of the scanning device (for example 95% of the maximum speed), at which a scan path with high accuracy of the positions is still along the scan path is guaranteed. The choice of the angular velocity results in a rotation frequency f R with which the scan path rotates around the center of the scan path. This in turn results in the time with which the scan path rotates once around the center of the scan path in a first (innermost) scan path section (first rotation). If you take a constant distance of this Rotation from the center of the scan path, it can be calculated how many focus spots have to be generated along this first rotation so that they have a distance that corresponds, for example, to a desired mean distance that is to be achieved on the basis of the specified density of the focus spots. If the starting point of the scan path is a point whose distance from the center of the scan path corresponds, for example, to a third or half of the desired mean distance, then k focus spots can be selected within the time for a first rotation of the scan path, where k is between two and five is. K does not have to be an integer; rather, it can also be a rational or irrational number. If the starting point of the scan path is a point which is at a greater distance from the center of the scan path than the desired mean distance between two focus spots, more focus spots can be selected within the time for a first rotation of the scan path. The number can be chosen so that these focus spots ultimately have a distance that deviates, for example, by less than ± 50%, preferably less than ± 10%, particularly preferably less than ± 2%, from the desired mean distance between the focus spots.
Über die Winkelgeschwindigkeit und die Anzahl der gewünschten Fokusspots auf der ersten Rotation ergibt sich, welche Laserpulsfrequenz fPausgewählt werden kann: fP= fR · k. Da die Laserpulsfrequenzen typischerweise nicht aus kontinuierlichen Werten, sondern aus diskreten Werten gewählt werden können, kann es sein, dass die gewünschte Anzahl k von Fokusspots für den ersten Scanbahnabschnitt nicht genau getroffen werden kann, sondern geringfügig angepasst wird. Alternativ kann der Wert der konstanten Winkelgeschwindigkeit noch einmal angepasst werden, so dass sich die gewünschte Anzahl k von Fokusspots ergibt.The angular velocity and the number of desired focus spots on the first rotation determine which laser pulse frequency f P can be selected: f P = f R · k. Since the laser pulse frequencies can typically not be selected from continuous values, but rather from discrete values, it may be that the desired number k of focus spots for the first scan path section cannot be hit exactly, but is slightly adapted. Alternatively, the value of the constant angular velocity can be adjusted again so that the desired number k of focus spots results.
Nachfolgend werden die Steuerdaten für die Scanbahn so ermittelt, dass zum einen die Monotonie eingehalten wird und zum zweiten die der vorgegebenen Dichte genügt wird: Über die vorgegebene Dichte ergibt sich, wie viele Fokusspots K insgesamt im Schnitt im Gewebe zu erzeugen sind. Daraus wiederum ergibt sich, wie häufig die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert (N), da die Anzahl k der Fokusspots pro Umdrehung festgelegt ist (K = N . k). Entsprechend der Monotonie der an den Fokusspots ausgewerteten Abstände vom Scanbahnzentrum wird die Scanbahn so gewählt, dass sie den gesamten zu erzeugenden Schnitt überdeckt.The control data for the scan path are then determined in such a way that, on the one hand, the monotony is maintained and, on the other hand, the specified density is satisfied: The specified density shows how many focus spots K in total are to be generated in the section in the tissue. This in turn shows how often the scan path rotates around the scan path center (N), since the number k of focus spots per revolution is fixed (K = N. K). In accordance with the monotony of the distances from the center of the scan path evaluated at the focus spots, the scan path is selected in such a way that it covers the entire section to be generated.
Alternativ kann eine Scanbahn so gewählt werden, dass der an den Fokusspots ausgewertete Abstand zum Scanbahnzentrum entlang der Scanbahn monoton fällt. Das Scanmuster folgt einer Scanbahn, die den zu erzeugenden Schnitt von außen nach innen überstreicht und innerhalb des zu erzeugenden Schnittes Fokusspots aufweist.Alternatively, a scan path can be selected in such a way that the distance from the center of the scan path that is evaluated at the focus spots falls monotonically along the scan path. The scan pattern follows a scan path that sweeps over the section to be generated from the outside inwards and has focus spots within the section to be generated.
Auch hier lässt sich anhand der vorgegebenen Dichte der Fokusspots einem jeden Fokusspot eine mittlere Fläche im Schnitt zuordnen. Es ergibt sich wieder ein mittlerer Abstand zwischen zwei Fokusspots, der zu erzielen ist.Here, too, a mean area in section can be assigned to each focus spot on the basis of the specified density of the focus spots. There is again a mean distance between two focus spots that is to be achieved.
Dem zu erzeugenden Schnitt kann ein maximaler Abstand zum Scanbahnzentrum zugewiesen werden. Ein Ort mit maximalem Abstand kann als Startpunkt der Scanbahn gewählt werden. An diesem Startpunkt kann ein erster Fokusspot erzeugt werden (mit einem Abstand rmax zum Scanbahnzentrum). Um ein Scanmuster möglichst schnell zu erzeugen, ist es wieder vorteilhaft, die konstante Winkelgeschwindigkeit so zu wählen, dass sie nahe an der maximal möglichen Winkelgeschwindigkeit der Scanvorrichtung liegt (beispielsweise bei 95% der Maximalgeschwindigkeit), bei der noch eine Scanbahn mit hoher Genauigkeit der Positionen entlang der Scanbahn gewährleistet ist. Aus der Wahl der Winkelgeschwindigkeit ergibt sich einen Rotationsfrequenz fR, mit der die Scanbahn um das Scanbahnzentrum rotiert. Daraus ergibt sich die Zeit, mit der die Scanbahn in einem ersten (äußersten) Scanbahnabschnitt einmal um das Scanbahnzentrum rotiert. Nimmt man einen konstanten Abstand dieser Rotation vom Scanbahnzentrum an, so lässt sich eine Zahl ausrechnen, wie viele Fokusspots entlang dieser äußersten Rotation erzeugt werden müssten, damit diese einen Abstand haben, der beispielsweise einem angestrebten mittleren Abstand entspricht, der anhand der vorgegebenen Dichte der Fokusspots erzielt werden soll. Vorteilhaft wird Anzahl k von Fokusspots für den ersten Scanbahnabschnitt kleiner gewählt als diese Zahl, die dazu benötigt wird, dass auf dem ersten Scanbahnabschnitt die Fokusspots bereits den angestrebten mittleren Abstand aufweisen. Grund dafür ist, dass für Abschnitte der Scanbahn, die einen geringeren Abstand zum Scanbahnzentrum aufweisen, die Abstände von aufeinanderfolgenden Fokusspots geringer werden als der angestrebte mittlere Abstand. Die Erzeugung des Scanmusters würde dann länger dauern, als es notwendig wäre. Die Anzahl k kann um einen Faktor 2, 10 oder 50, 100, 200 (oder mehr) kleiner gewählt werden als die Zahl, die nötig wäre, dass auf dem ersten Scanbahnabschnitt die Fokusspots bereits den angestrebten mittleren Abstand aufweisen. Der Faktor kann in Abhängigkeit davon gewählt werden, wie groß die Differenz eines maximalen und eines minimalen Abstands von benötigten Fokusspots im zu erzeugenden Schnitt ist.A maximum distance to the center of the scan path can be assigned to the cut to be generated. A location with the maximum distance can be selected as the starting point of the scan path. A first focus spot can be generated at this starting point (with a distance r max from the center of the scan path). In order to generate a scan pattern as quickly as possible, it is again advantageous to choose the constant angular speed so that it is close to the maximum possible angular speed of the scanning device (for example at 95% of the maximum speed) at which there is still a scan path with high accuracy of the positions is guaranteed along the scan path. The choice of the angular velocity results in a rotation frequency f R with which the scan path rotates around the center of the scan path. This results in the time with which the scan path rotates once around the center of the scan path in a first (outermost) scan path section. Assuming a constant distance of this rotation from the center of the scan path, a number can be calculated how many focus spots would have to be generated along this outermost rotation so that they have a distance that corresponds, for example, to a desired mean distance based on the specified density of the focus spots should be achieved. The number k of focus spots for the first scan path section is advantageously selected to be smaller than this number which is required for the focus spots to already have the desired mean spacing on the first scan path section. The reason for this is that for sections of the scan path which are at a smaller distance from the center of the scan path, the distances between successive focus spots are smaller than the desired mean distance. The generation of the scan pattern would then take longer than it would be necessary. The number k can be selected to be a factor of 2, 10 or 50, 100, 200 (or more) smaller than the number that would be necessary for the focus spots on the first scan path section to already have the desired mean distance. The factor can be selected as a function of the size of the difference between a maximum and a minimum distance between the required focus spots in the section to be generated.
Über die Winkelgeschwindigkeit und die Anzahl k der gewünschten Fokusspots auf dem ersten Scanbahnabschnitt ergibt sich wieder, welche Laserpulsfrequenz fPausgewählt werden kann: fP= fR · k. Auch hier können k und/oder fR noch einmal angepasst werden, um die Gleichung zu genügen.The angular velocity and the number k of the desired focus spots on the first scan path section again determine which laser pulse frequency f P can be selected: f P = f R · k. Here, too, k and / or f R can be adapted again in order to satisfy the equation.
Die Steuerdaten für die Scanbahn werden anschließend so ermittelt, wie es für eine Scanbahn, die von innen nach außen erzeugt wird, beschrieben ist.The control data for the scan path are then determined as described for a scan path that is generated from the inside out.
Mit Hilfe der beschriebenen Verfahrensschritte stehen Steuerdaten für eine Erzeugung eines Scanmusters von Fokusspots zu Verfügung, wobei das Scanmuster mit Hilfe eines ophthalmologischen Lasertherapiegerätes erzeugt werden kann, das einfache und preisgünstige Komponenten aufweisen kann, und wobei ein Durchtrennen von Gewebe entsprechend einer vorgegebenen Dichte von Fokusspots ermöglicht wird. Dabei wird eine homogene Dichte der Fokusspots pro Azimut-Winkel-Bereich sichergestellt.With the aid of the method steps described, control data are available for generating a scan pattern of focus spots, the scan pattern being able to be generated with the aid of an ophthalmic laser therapy device which can have simple and inexpensive components and which enables tissue to be severed according to a predetermined density of focus spots becomes. A homogeneous density of the focus spots per azimuth angle area is ensured.
Es sei angemerkt, dass das beschriebene Planungsverfahren durchgeführt werden kann, ohne dass das Patientenauge mit dem ophthalmologischen Lasertherapiegerät verbunden sein muss. Vielmehr können alle Schritte des Planungsverfahrens lange (z.B. Stunden oder Tage) vor einem chirurgischen Eingriff erfolgen, so dass die Steuerdaten bereits zu Verfügung stehen, bevor das Patientenauge an das ophthalmologische Lasertherapiegerät optisch angekoppelt wird.It should be noted that the planning method described can be carried out without the patient's eye having to be connected to the ophthalmic laser therapy device. Rather, all steps of the planning process can take place long (e.g. hours or days) before a surgical intervention, so that the control data are already available before the patient's eye is optically coupled to the ophthalmic laser therapy device.
In einem vorteilhaften Planungsverfahren wird ein Asymmetrie-Effekt bei der Berechnung des Abstands der Fokusspots zum Scanbahnzentrum berücksichtigt.In an advantageous planning method, an asymmetry effect is taken into account when calculating the distance between the focus spots and the center of the scan path.
Ein Asymmetrie-Effekt kann beispielsweise über asymmetrischen Metriken, wie sie oben eingeführt wurden, berücksichtigt werden. Vorteilhaft wird beispielsweise eine solche Metrik verwendet, um die Anzahl von Fokusspots auf dem ersten Scanbahnabschnitt zu bestimmen.An asymmetry effect can be taken into account, for example, using asymmetrical metrics, as introduced above. Such a metric is advantageously used, for example, to determine the number of focus spots on the first scan path section.
Gemäß einem vorteilhaften Planungsverfahren werden die weiteren Steuerdaten derart ermittelt, dass für eine Rotation der Scanbahn um das Scanbahnzentrum eine Differenz der an den Fokusspots zu einem Beginn der Rotation und zu einem Ende der Rotation ausgewerteten Abstände vom Scanbahnzentrum mit einem zunehmenden mittleren Abstand vom Scanbahnzentrum abnimmt. Die weiteren Steuerdaten werden insbesondere derart ermittelt, dass die Differenz der Abstände proportional zum inversen mittleren Abstand der Rotation vom Scanbahnzentrum ist.According to an advantageous planning method, the further control data are determined in such a way that for a rotation of the scan path around the scan path center, a difference between the distances from the scan path center evaluated at the focus spots at the beginning of the rotation and at the end of the rotation decreases with an increasing mean distance from the scan path center. The further control data are determined in particular in such a way that the difference in the distances is proportional to the inverse mean distance of the rotation from the center of the scan path.
Da jede Rotation dieselbe Anzahl k von Fokusspots aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die radiale Breite einer Rotation (und damit der Abstand zwischen zwei Rotationen) umso geringer wird, je größer der mittlere Abstand der Rotation vom Scanbahnzentrum wird, da ein größerer mittlerer Abstand einer Rotation mit eine größeren azimutalen Länge einhergeht. Auf diese Weise wird ausgeglichen, dass Fläche, die einer Rotation zugeordnet werden kann, mit der azimutalen Länge steigt.Since each rotation has the same number k of focus spots, it is advantageous if the radial width of a rotation (and thus the distance between two rotations) becomes smaller, the greater the mean distance of the rotation from the center of the scan path, since a larger mean distance is Rotation is associated with a greater azimuthal length. This compensates for the fact that the area that can be assigned to a rotation increases with the azimuthal length.
Die Fläche, die einer Rotation zugeordnet werden kann, wird für jede Rotation konstant gehalten, wenn die Differenz der an den Fokusspots zu einem Beginn der Rotation und zu einem Ende der Rotation ausgewerteten Abstände proportional zum inversen mittleren Abstand der Rotation vom Scanbahnzentrum ist. Diese Eigenschaft der Scanbahn beschreibt ihre Steigung in Abhängigkeit der Rotation. Daraus ergibt sich an den Fokusspots für die Scanbahn rj = c ·√j + r0. Dabei sind rj der Abstand der j-ten Rotation vom Scanbahnzentrum mit j = 0,1, ...,N. Außerdem ist c eine Proportionalitätskonstante und r0 ist der Abstand des ersten (innersten) Fokusspots vom Scanbahnzentrum. Da nach N Rotationen der gesamte Schnitt überdeckt ist, entspricht rN dem Abstand der letzten Rotation bzw. dem am weitesten entfernten Fokusspot vom Scanbahnzentrum. Daraus ergibt sich c = (rN - r0)√N. Damit wiederum ergeben sich für die Rotation der Scanbahn die Abstände
Mit dem hier vorgegebenen Verfahren ergeben sich Steuerdaten für die Scanbahn, die sicherstellen, dass eine vorgegebene Dichte von Fokusspots im Scanmuster für alle Abstände vom Scanbahnzentrum erzielt wird.The method specified here results in control data for the scan path which ensure that a specified density of focus spots in the scan pattern is achieved for all distances from the center of the scan path.
In einem besonders vorteilhaften Planungsverfahren werden die weiteren Steuerdaten derart ermittelt, dass die Fokusspots auf einer Spirale um das Scanbahnzentrum liegen. Insbesondere werden die weiteren Steuerdaten derart ermittelt, dass für eine Differenz der Abstände vom Scanbahnzentrum zweier aufeinanderfolgender Fokusspots proportional zu einem inversen mittleren Abstand der aufeinanderfolgenden Fokusspots vom Scanbahnzentrum ist.In a particularly advantageous planning method, the further control data are determined in such a way that the focus spots lie on a spiral around the center of the scan path. In particular, the further control data are determined in such a way that for a difference in the distances from the center of the scan path of two successive focus spots is proportional to an inverse mean distance of the successive focus spots from the center of the scan path.
Durch die Spiralbahn können Fokusspots mit hoher Präzision aber vergleichsweise geringen Anforderungen an die Scanvorrichtung realisiert werden, da Beschleunigungen der Scanner weiter reduziert werden können.Due to the spiral path, focus spots can be realized with high precision but comparatively low demands on the scanning device, since accelerations of the scanners can be further reduced.
Um die Fläche, die einem Fokusspot auf einer spiralförmigen Anordnung der Fokusspots zugeordnet werden kann, für alle Fokusspots konstant zu halten, ist die Differenz der Abstände vom Scanbahnzentrum zweier aufeinanderfolgender Fokusspots proportional zu einem inversen mittleren Abstand der aufeinanderfolgenden Fokusspots vom Scanbahnzentrum zu wählen. Diese Eigenschaft der Scanbahn beschreibt ihre Steigung für jeden Fokusspot i, mit i = 1,2, ..., K. Daraus ergibt sich an den Fokusspots für die Scanbahn rs,i =
Gemäß einem besonders vorteilhaften Verfahren weist das Planungsverfahren weiterhin den Schritt auf, dass ein Grenzwert für ein Verteilungsmaß zur Bewertung der Verteilung der Fokusspots des Fokus des gepulsten Laserstrahls im Scanmuster vorgegeben wird, und dass die weiteren Steuerdaten derart ermittelt werden, dass das Scanmuster der Fokusspots einem Grenzwert für das Verteilungsmaß genügt.According to a particularly advantageous method, the planning method also has the step that a limit value for a distribution measure for evaluating the distribution of the focus spots of the focus of the pulsed laser beam in the scan pattern is specified, and that the further control data are determined in such a way that the scan pattern of the focus spots a The limit value for the distribution measure is sufficient.
Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Planungsverfahren werden mindestens die Verfahrensschritte der Auswahl der Laserpulsfrequenz und der Berechnung der Winkelgeschwindigkeit solange iteriert, bis das Scanmuster der Fokusspots dem Grenzwert für das Verteilungsmaß genügt.According to a further particularly advantageous planning method, at least the method steps of selecting the laser pulse frequency and calculating the angular velocity are iterated until the scan pattern of the focus spots satisfies the limit value for the distribution measure.
Genügt ein Scanmuster nicht dem Grenzwert für das Verteilungsmaß, so kann typischerweise das Auftreten von lokalen Häufungen von Fokusspots die Ursache sein. Solche Häufungen können dann auftreten, wenn die Anzahl k der Fokusspots pro Umdrehung der Scanbahn um das Scanbahnzentrum sich über einen Bruch approximieren lässt k ≈p/q und wenn q ≪ N ist. Dabei sind p und q natürliche Zahlen größer als Null. Das hat zur Folge, dass sich schon nach wenigen Umdrehungen (im Vergleich zur Gesamtzahl der Rotationen N) das Muster der Fokusspots wiederholt. Das Scanmuster bildet sogenannte Speichen von Fokusspots aus. Eine solche Speichenbildung wird über die Bewertung der Verteilung der Fokusspots mittels Verteilungsmaß erkannt.If a scan pattern does not meet the limit value for the distribution measure, the occurrence of local clusters of focus spots can typically be the cause. Such accumulations can occur if the number k of focus spots per revolution of the scan path around the scan path center can be approximated via a fraction k ≈p / q and if q ≪ N. Here p and q are natural numbers greater than zero. As a result, the pattern of the focus spots is repeated after just a few rotations (compared to the total number of rotations N). The scan pattern forms so-called spokes of focus spots. Such a formation of spokes is recognized by evaluating the distribution of the focus spots by means of a distribution measure.
Da eine Speichenbildung im Scanmuster bevorzugt bei größeren Abständen der Fokusspots vom Scanbahnzentrum auftreten, kann es vorteilhaft sein, das Verteilungsmaß für Fokusspots bei großen Abständen vom Scanbahnzentrum zu bestimmt.Since the formation of spokes in the scan pattern preferably occurs at greater distances between the focus spots and the center of the scan path, it can be advantageous to determine the degree of distribution for focus spots at large distances from the center of the scan path.
Bei einer Iteration der Bestimmung von Laserpulsfrequenz und Winkelgeschwindigkeit kann folgendermaßen vorgegangen werden: Die Laserpulsfrequenz fPund die Winkelgeschwindigkeit (proportional zu fR), werden so gewählt, dass sich die Anzahl der Pulse k pro Umdrehung k = fP/fR als Approximation der Summe aus einer natürlichen Zahl M größer als Null und einer irrationalen Zahl IR ergibt: k ≈M + IR. Die Approximation kann dabei über einen Kettenbruch erfolgen, wobei
Treten für eine Approximation von IR der Stufe / noch Speichen auf, so wird die nächste Approximation von IR mit der Stufe 1+1 (oder größer) verwendet. Werte für die Laserpulsfrequenz und die Rotationsgeschwindigkeit werden so ermittelt, dass sich die Anzahl k der Fokusspots pro Umdrehung entsprechend der nächsten Approximationsstufe ergibt. Eine derart berechnete Anzahl k von Fokusspots pro Umdrehung hat die Eigenschaft, dass sich mit zunehmender Approximationsstufe des Kettenbruchs erst bei einer sehr viel höheren Anzahl von Umdrehungen Wiederholungen von Mustern der Fokusspots ausbilden und somit eine Speichenbildung erst später auftritt.If there are still spokes for an approximation of IR of level /, the next approximation of IR with level 1 + 1 (or greater) is used. Values for the laser pulse frequency and the speed of rotation are determined in such a way that the number k of focus spots per revolution results in accordance with the next approximation level. A number k of focus spots per revolution calculated in this way has the property that, as the approximation level increases, the continued fraction only changes with one With a higher number of revolutions, repetitions of patterns in the focus spots are formed, and the formation of spokes only occurs later.
Alternativ kann die Anzahl k der Fokusspots pro Umdrehung über eine Summe aus einer natürlichen Zahl M größer als Null und einer rationalen Zahl RF gebildet werden: k ≈M + RF. Dabei ist RF das Verhältnis zweier aufeinanderfolgender Zahlen der Fibonacci-Folge (1, 2, 5, 6, 13, 21, 34, 55, 89, ...); RF konvergiert gegen eine irrationale Zahl. Ergibt sich für einen Wert RF ein Scanmuster, das dem Grenzwert für das Verteilungsmaß nicht genügt, so werden neue Werte für die Laserpulsfrequenz und/oder die Winkelgeschwindigkeit bestimmt, die einer Verhältnis RF zweier aufeinanderfolgender, höherer Zahlen der Fibonacci-Folge entsprechen. Aufgrund der Eigenschaften der Fibonacci-Folge ergibt sich, dass für größer werdende, aufeinanderfolgende Zahlen der Fibonacci-Folge erst bei einer sehr viel höheren Anzahl von Umdrehungen Wiederholungen von Mustern der Fokusspots ausbilden und somit erst später eine Speichenbildung auftritt.Alternatively, the number k of focus spots per revolution can be formed from a sum of a natural number M greater than zero and a rational number R F : k ≈M + R F. R F is the ratio of two consecutive numbers in the Fibonacci sequence (1, 2, 5, 6, 13, 21, 34, 55, 89, ...); R F converges to an irrational number. If a scan pattern results for a value R F that does not meet the limit value for the distribution measure, new values are determined for the laser pulse frequency and / or the angular velocity that correspond to a ratio R F of two consecutive, higher numbers of the Fibonacci sequence. Due to the properties of the Fibonacci sequence, it follows that for increasing, consecutive numbers of the Fibonacci sequence, repetitions of patterns of the focus spots only develop with a much higher number of revolutions and thus spokes only appear later.
Im Idealfall ist der Wert für k bereits in der ersten Iteration so gewählt, dass keine weiteren Iterationen erforderlich sind. Dazu kann beispielsweise eine hohe Approximations-Stufe eines Kettenbruchs oder ein Quotient zwei aufeinanderfolgender, großer Fibonacci-Zahlen verwendet werden.Ideally, the value for k is already selected in the first iteration in such a way that no further iterations are required. For this purpose, for example, a high approximation level of a continued fraction or a quotient of two consecutive, large Fibonacci numbers can be used.
Mit Hilfe der beschriebenen Iteration ist es also möglich, Steuerdaten für ein Scanmuster von Fokusspots zu erzeugen, wobei die Verteilung der Fokusspots im gesamten Scanmuster einem vorgegebenen Grenzwert für ein Verteilungsmaß genügt.With the aid of the iteration described, it is thus possible to generate control data for a scan pattern of focus spots, the distribution of the focus spots in the entire scan pattern satisfying a predetermined limit value for a distribution measure.
In einem weiteren vorteilhaften Planungsverfahren umfasst die Laservorrichtung eine Laserquelle zur Erzeugung von Laserpulsen mit einer Laserrepetitionsfrequenz fL und einen Pulsselektionseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, gemäß der Steuerdaten nach einem Teilungsverhältnis D die erzeugten Laserpulse zu selektieren und für den gepulsten Laserstrahl bereitzustellen. Dabei wird in einem Verfahrensschritt das Teilungsverhältnis D so bestimmt wird, dass sich die konstante Laserpulsfrequenz fPergibt. Das Teilungsverhältnis D wird der Steuereinheit des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes zugeführt.In a further advantageous planning method, the laser device comprises a laser source for generating laser pulses with a laser repetition frequency f L and a pulse selection device which is set up to select the laser pulses generated according to the control data according to a division ratio D and to provide them for the pulsed laser beam. In one process step, the division ratio D is determined in such a way that the constant laser pulse frequency f P results. The division ratio D is fed to the control unit of the ophthalmic laser therapy device.
Vorteilhaft wird dabei das Teilungsverhältnis insbesondere so gewählt, dass es einen ganzzahligen Wert annimmt und/oder dass sich für die Anzahl k von Fokusspots mit k = fp/fR = fL/(D ·fR) ein Wert ergibt, der eine Speichenbildung vermeidet.Advantageously, the division ratio is selected in particular so that it assumes an integer value and / or that for the number k of focus spots with k = f p / f R = f L / (D · f R ) a value results that is a Avoids spokes.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Planungsverfahren werden für mindestens zwei Scanmuster Steuerdaten generiert, wobei die erste Laserpulsfrequenz von der mindestens einen weiteren Laserpulsfrequenz, das erste Scanbahnzentrum vom mindestens einen weiteren Scanbahnzentrum und/oder die erste Winkelgeschwindigkeit von der mindestens einen weiteren Winkelgeschwindigkeit abweichen kann. Dabei werden die Steuerdaten für die mindestens zwei Scanmuster insbesondere so generiert, dass sich die mindestens zwei Scanmuster räumlich mindestens teilweise nicht überlappen.According to a further advantageous planning method, control data are generated for at least two scan patterns, wherein the first laser pulse frequency can deviate from the at least one further laser pulse frequency, the first scan path center from at least one further scan path center and / or the first angular speed can differ from the at least one further angular speed. In this case, the control data for the at least two scan patterns are generated, in particular, in such a way that the at least two scan patterns do not at least partially overlap spatially.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst einen Programm Code, der bei seiner Ausführung auf einem Computer das oben beschriebene Planungsverfahren für die Generierung von Steuerdaten zur Erzeugung eines Scanmusters für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät ausführt und/oder der auf einer oben beschriebenen Planungseinheit zur Generierung von Steuerdaten lesbar ist. Dabei ist der Programm Code insbesondere von einem Prozessor einer solchen Planungseinrichtung, und vorzugsweise einer solchen Planungseinrichtung zum konsekutiven Steuern eines ophthalmologischen Lasertherapiegeräts mit den generierten Steuerdaten, lesbar. Weiterhin generiert der Programm Code, wenn er von der Planungseinrichtung ausgeführt wird, Steuerdaten, um das ophthalmologische Lasertherapiegerät zum Durchtrennen des Gewebes des Patientenauges zu betreiben.A computer program product comprises a program code which, when executed on a computer, executes the planning method described above for generating control data for generating a scan pattern for an ophthalmic laser therapy device and / or which can be read on a planning unit described above for generating control data. The program code can be read in particular by a processor of such a planning device, and preferably such a planning device for consecutive control of an ophthalmic laser therapy device with the generated control data. Furthermore, the program code, when it is executed by the planning device, generates control data in order to operate the ophthalmological laser therapy device for severing the tissue of the patient's eye.
Auf einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium ist das oben beschriebene Computerprogrammprodukt gespeichert.The computer program product described above is stored on a computer-readable medium according to the invention.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schneiden eines Gewebes in einem Patientenauge, werden mit einem oben beschriebenen Planungsverfahren Steuerdaten für die Erzeugung eines Scanmusters entlang der Scanbahn von Fokusspots im Gewebe des Patientenauges, insbesondere in einer Kornea und/oder einer Augenlinse, für ein ophthalmologisches Lasertherapiegerät generiert und an dieses überführt. In dem Verfahren wird das ophthalmologische Lasertherapiegerät mit Hilfe dieser Steuerdaten betrieben, um Gewebe eines Patientenauges zu durchtrennen.In a method according to the invention for cutting a tissue in a patient's eye, control data for the generation of a scan pattern along the scan path of focus spots in the tissue of the patient's eye, in particular in a cornea and / or an eye lens, are generated for an ophthalmic laser therapy device using a planning method described above transferred to this. In the method, the ophthalmic laser therapy device is operated with the aid of these control data in order to cut through tissue in a patient's eye.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schema einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ophthalmologischen Lasertherapiegerätes; - -
2 eine dreidimensionale Darstellung einer Scanbahn und Fokusspots; - -
3 eine Scanbahn, Fokusspots und Schnitt gemäß einem ersten Beispiel; - -
4 ein resultierendes Scanmuster gemäß dem ersten Beispiel aus3 ; - -
5 eine Scanbahn, Fokusspots und Schnitt gemäß einem zweiten Beispiel; - -
6 eine Darstellung der Abstände der Fokusspots zum Scanbahnzentrum gemäß ihrer zeitlichen Entstehung für das zweite Beispiel nach5 ; - -
7 einen symmetrischer (a) und asymmetrischer (b) Fokuswirkbereich um einen Fokusspot - -
8 eine Scanbahn, Fokusspots und Schnitt gemäß einem dritten Beispiel mit asymmetrischen Fokuswirkbereichen; - -
9 eine Darstellung der Abstände der Fokusspots zum Scanbahnzentrum gemäß ihrer zeitlichen Entstehung für das erste Beispiel nach2 ; - -
10 eine Darstellung zur Bewertung eines Scanmusters mit einem Verteilungsmaß; - -
11 eine Darstellung zur Bewertung eines Scanmusters mit einem alternativen Verteilungsmaß; - -
12 ein Scanmuster für ein viertes Beispiel mit lokaler Häufung von Fokusspots; - -
13 ein Scanmuster für ein fünftes Beispiel ohne lokale Häufung von Fokusspots; - -
14 ein Scanmuster für ein sechstes Beispiel mit lokaler Häufung von Fokusspots; - -
15 ein Scanmuster für ein siebtes Beispiel ohne lokale Häufung von Fokusspots; - -
16 ein erstes und einen Ausschnitt eines zweiten Scanmusters gemäß einem achten Ausführungsbeispiel; - -
17 Ausschnitte eines zweiten und eines dritten Scanmusters gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.
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1 a scheme of an embodiment of an ophthalmic laser therapy device according to the invention; - -
2 a three-dimensional representation of a scan path and focus spots; - -
3 a scan path, focus spots and section according to a first example; - -
4th a resulting scan pattern according to the first example3 ; - -
5 a scan path, focus spots and section according to a second example; - -
6th an illustration of the distances between the focus spots and the center of the scan path according to their temporal origin for the second example5 ; - -
7th a symmetrical (a) and asymmetrical (b) effective focus area around a focus spot - -
8th a scan path, focus spots and section according to a third example with asymmetrical focus effective areas; - -
9 a representation of the distances of the focus spots to the scan path center according to their temporal origin for the first example2 ; - -
10 a representation for evaluating a scan pattern with a distribution measure; - -
11 a representation for evaluating a scan pattern with an alternative distribution measure; - -
12th a scan pattern for a fourth example with local accumulation of focus spots; - -
13th a scan pattern for a fifth example without local accumulation of focus spots; - -
14th a scan pattern for a sixth example with a local accumulation of focus spots; - -
15th a scan pattern for a seventh example without a local accumulation of focus spots; - -
16 a first and a section of a second scan pattern according to an eighth embodiment; - -
17th Excerpts from a second and a third scan pattern according to an eighth exemplary embodiment.
In
Im Betrieb erfolgt die Steuerung der Laservorrichtung
Vorzugsweise wird der Steuerdatensatz zur Steuereinheit
Die Planungseinrichtung P erzeugt die Steuerdaten bzw. den Steuerdatensatz, der der Steuereinheit
Weiterhin können die von der Messeinrichtung M erzeugten Daten dazu verwendet werden, im Betrieb des ophthalmologischen Lasertherapiegerätes
In der Ausführungsform nach
Die nachfolgend mit x, y, z bezeichneten Koordinaten beziehen sich also auf die Ablenkung der Lage des Fokus
In
Die Scanbahn
In
Im hier gezeigten Beispiel weist der Schnitt
Weiterhin zeigt
In diesem ersten Beispiel handelt es sich um eine Scanbahn
In
In
In
In
In
In
In diesem dritten Beispiel handelt es sich um eine Scanbahn
Es sei auch für diese Beispiel angemerkt, dass
In
In
Möchte man Asymmetrie-Effekte berücksichtigen, so wird bei der Berechnung der Abstände vorteilhaft dieser Effekt berücksichtigt. Dazu wird beispielsweise ein entsprechender Asymmetrie-Faktor in der Metrik verwendet.If asymmetry effects are to be taken into account, this effect is advantageously taken into account when calculating the distances. For this purpose, a corresponding asymmetry factor is used in the metric, for example.
In
In
Eine Pulsselektionseinrichtung wird so angesteuert, dass sie lediglich jeden 768-ten Laserpuls für den gepulsten Laserstrahl
Einem Fokusspot
Dabei wird ein Scanmuster
Wird als Verteilungsmaß das beschriebene alternative Verteilungsmaß angenommen, das in einem Randbereich des Scanmusters
Es sei an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass die über einen Kettenbruch approximierte irrationale Zahl IR möglichst kleine Koeffizienten aufweisen sollte. Werden größere Koeffizienten verwendet (beispielsweise größer 5), so lässt sich die irrationale Zahl häufig durch eine rationale Zahl approximieren, die einem Bruch von Zahlen kleiner als 500 entspricht. Auch dann kommt es leicht zu einer Speichenbildung im Scanmuster
In
Eine Pulsselektionseinrichtung wird wieder so angesteuert, dass sie lediglich jeden 768-ten Laserpuls für den gepulsten Laserstrahl
Die weitere Berechnung der Abstände und Azimut-Winkel der Fokusspots
Wird als Verteilungsmaß das beschriebene alternative Verteilungsmaß angenommen, das in einem Randbereich des Scanmusters
Typischerweise ist es erforderlich im Auge
In Tabelle 1 sind die Parameter von insgesamt 4 Scanmuster zusammengestellt, die insgesamt einen Schnitt mit einem Durchmesser von 6mm erzeugen können. Als IR wurde die aufeinanderfolgenden Fibonacci-Zahlen
Der Schnitt
Würde man mit den Parametern von Zone 4 den gesamten Schnitt erzeugen, so würde dies zwar in geringerer Zeit erfolgen, dafür wäre jedoch der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Fokusspots
In einer alternativen Ausführung der Erfindung lässt sich für alle radialen Zonen die oben dargestellte Abhängigkeit des Radius der Scanbahn
Für den Fall des Scannens der Zone mit zunehmendem Scanradius r(t) ergibt sich:
Für den Fall des Scannen der Zone mit abnehmendem Scanradius r(t) ergibt sich:
Um diese Scan-Bahn zu realisieren kann der Fokus des Laserstahles mittels Scan-Spiegel oder mittels eines Rotationsscanner (ein Objektiv wird um eine Drehachse rotiert) entsprechend der obigen Formeln in Abhängigkeit von der Zeit bewegt werden.In order to realize this scan path, the focus of the laser beam can be moved by means of a scan mirror or a rotary scanner (an objective is rotated around an axis of rotation) according to the above formulas as a function of time.
Diese erfindungsgemäße Lösung ist dabei wie folgt charakterisiert:
- 1. Verfahren zur Generierung eines Schnittmusters für eine Laserbehandlung am Auge, bei der die Scan-Bahn der Fokuspunkte eines optischen Systems mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und einem Radius, der von einer Wurzelfunktion der Zeit abhängt, durchlaufen wird.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, bei dem während des Durchlaufens der Scan-Bahn zeitlich-äquidistante Laserpulse gesetzt werden.
- 1. Method for generating a cutting pattern for a laser treatment on the eye, in which the scan path of the focal points of an optical system is traversed at a constant angular velocity and a radius that depends on a root function of time.
- 2. Method according to point 1, in which time-equidistant laser pulses are set while the scan path is being passed through.
Die vorstehend genannten und in verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale der Erfindung sind dabei nicht nur in den angegebenen beispielhaften Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder allein einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The features of the invention mentioned above and described in various exemplary embodiments can be used not only in the specified exemplary combinations, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
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.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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- WO 2018/183987 [0009]WO 2018/183987 [0009]
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