PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60017779T2 05.01.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001229850
Titel DOPPELDREHBARE ABTASTUNG FÜR DIE LASER-AUGENCHIRURGIE
Anmelder VISX Inc., Santa Clara, Calif., US
Erfinder GLOCKLER, Herrmann, Cupertino, US;
PRICE, Henry, San Jose, US;
SOBIECH, Jeff, San Jose, US
Vertreter Schwabe, Sandmair, Marx, 81677 München
DE-Aktenzeichen 60017779
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.09.2000
EP-Aktenzeichen 009752072
WO-Anmeldetag 25.09.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/26366
WO-Veröffentlichungsnummer 0001021096
WO-Veröffentlichungsdatum 29.03.2001
EP-Offenlegungsdatum 14.08.2002
EP date of grant 26.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2006
IPC-Hauptklasse A61B 18/18(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Instrumente für die Augenchirurgie. In einer besonderen Ausführungsform schafft die Erfindung einen Mechanismus, um mit einem Laserstrahl eine Oberfläche eines Patientenauges abzutasten, um eine Reskulpturierung (resculpting) zu bewirken.

Inzwischen werden lasergestützte Systeme in der Augenchirurgie auf der Oberfläche der Augenhornhaut verwendet, um Sehfehler zu korrigieren. Diese Systeme verwenden Laser, um eine erwünschte Veränderung einer Augenhornhautform zu erzielen, wobei der Laser dünne Schichten vom Augenhornhautgewebe entfernt, indem eine Technik verwendet wird, die allgemein als ablative Photoabtragung bezeichnet wird. Diese Laser-Augenchirurgietechniken sind in Verfahren wie etwa der photorefraktiven Keratektomie, der phototherapeutischen Keratektomie, der lokalen Laser-Keratomileusis (LASIK) und Ähnlichem nützlich.

Die Fähigkeit, Bewegungen eines Patientengewebes zu verfolgen oder ihnen zu folgen, wird für ein wünschenswertes Merkmal bei Laser-Augenchirurgiesystemen gehalten. Bewegungen des Auges umfassen sowohl absichtliche Bewegungen als auch unwillkürliche Bewegungen. Mit anderen Worten, es findet auch dann eine Augenbewegung statt, wenn der Patient eine "beständige" Fixierung auf ein sichtbares Ziel beibehält. Es wurde vorgeschlagen, dass mit einer Verfolgung des Auges während einer Laser-Augenoperation unzweckmäßige Strukturen vermieden werden, mit denen versucht wurde, eine völlige Unbeweglichkeit des Auges zu erzielen. Ein Verfolgen kann bekannte Laser-Augenchirurgieverfahren verbessern und außerdem neue Verfahren fördern wie etwa eine Behandlung von irregulärem Astigmatismus.

Eine Vielfalt von Strukturen und Techniken sind sowohl für ein Verfolgen von Augenbewegungen als auch für ein Abtasten des Augenhornhautgewebes mit einem Laserstrahl vorgeschlagen worden. Ein beispielhaftes "Versatzabbildungs"-Abtastsystem ist in der europäischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 628298 beschrieben. Mit diesem Versatzabbildungssystem kann ein relativ großer Strahl genau auf die Augenhornhautoberfläche gelenkt werden, um Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Astigmatismus und Kombinationen dieser Augenfehler zu mindern, insbesondere wenn das Abtast- oder Versatzabbildungssystem mit einer oder mehreren verstellbaren Blenden kombiniert wird, um den Laserstrahl zu formen. Wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung lfd. Nr. 09/274.499, eingereicht am 23. März 1999, mit dem Titel Multiple Beam Laser Sculpting System and Method beschrieben ist, kann der Laserstrahl idealerweise in mehrere Beamlets getrennt werden, um Unstetigkeiten nahe der Abtragungskanten zu minimieren.

Obwohl sich bekannte Abtastsysteme sowohl als wirkungsvoll als auch als sicher zur Reskulpturierung der Augenhornhaut für eine Verbesserung der Sehfähigkeit erwiesen haben, hat die Arbeit im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass eine Integration von Augenverfolgungsfähigkeiten in bekannte Laser-Augenchirurgiesysteme weitere Herausforderungen bieten kann. Genauer würden Laser-Augenchirurgiesysteme mit Augenverfolgungsfähigkeiten von einer verbesserten Antwortzeit des Strahlablenkmechanismus profitieren. Obwohl alternative Abtastsysteme mit möglicherweise schnelleren Antwortzeiten beschrieben worden sind, bleibt das zuvor beschriebene Versatzabbildungssystem, möglicherweise zum Teil aufgrund der Kombination von Genauigkeit und Sicherheit, die durch diesen bekannten Mechanismus geliefert wird, weit verbreitet.

Angesichts des oben Stehenden ist es wünschenswert, verbesserte Laser-Augenchirurgiesysteme, -vorrichtungen und -verfahren zu schaffen. Es wäre insbesondere vorteilhaft, wenn diese Verbesserungen verbesserte Abtasttechniken schaffen würden, die die Genauigkeit und Sicherheit von bekannten Abtastsystemen aufrechterhalten und schnellere Antwortzeiten liefern würden. Es würde insbesondere vorteilhaft sein, wenn diese Verbesserungen die Einfügung von Augenverfolgungseinheiten in bekannte Laser-Augenchirurgiesysteme ermöglichen würden, idealerweise, ohne dass dazu der ganze optische Zug und die Steuerarchitektur verändert werden müssen.

2. Stand der Technik

Wie es zuvor beschrieben wurde, beschreibt die europäische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 682298 mit dem Titel "System for Laser Treatment of Refractive Errors" einen beispielhaften Abtastmechanismus zur Verwendung in der Laser-Augenchirurgie. Alternative Abtastmechanismen und verwandte Strukturen und Verfahren sind in den US-Patenten Nr. 4.669.466, 4.665.913, 5.782.822, 5.599.340, 5.520.679, 4.887.019, 5.391.165, 5.683.379 und 5.505.723 beschrieben; das Dokument US_A_5391165 beschreibt ein System zum Abtasten mit einem chirurgischen Laserstrahl. Dieses System kann durch eine Verwendung einer Kombination zweier Prismen irgendein erwünschtes komplexes Abtastmuster erzielen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft allgemein Laser-Augenchirurgiesysteme. Die Erfindung nutzt ein Abtastsystem mit zwei Drehachsen zum seitlichen Ablenken des Laserstrahls über die Augenhornhautoberfläche in zwei Dimensionen (gelegentlich X-Y-Abtastung genannt). In der beispielhaften Ausführungsform schwenkt eine abbildende Linse um zwei exzentrische Drehpunkte, deren Drehachsen sich längs des Laserstrahls erstrecken, aber außerhalb des Laserstrahls angeordnet sind. Wenn die Linse längs einer der beiden Achsen schwenkt, folgt der Strahl einem bogenförmigen Weg. Die exzentrischen Achsen sind üblicherweise senkrecht zu dem Laserstrahl und idealerweise um etwa 90° um die Laserstrahlachse gegeneinander versetzt, so das ein Schwenken der abbildenden Linse um die zweite exzentrische Achse den Laser längs eines orthogonalen bogenförmigen Weges bewegt. Die Systemsteuereinheit kann diese bogenförmigen Wegablenkungen kompensieren, indem die Winkelposition der komplementären Achsen angepasst wird, so dass der Strahl genau auf eine Zielstelle über einen X-Y-Zielbereich der Augenhornhautoberfläche gelenkt werden kann.

In einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Laser-Augenchirurgiesystem zum Modifizieren einer Augenhornhaut eines Patienten. Das System umfasst einen Laser, um einen Laserstrahl zu erzeugen, um die Augenhornhaut selektiv abzutragen. Der Laserstrahl definiert eine Strahlachse. Eine erste Bühne kann in Bezug auf den Laser um eine erste Achse, die von dem Strahl seitlich versetzt ist, schwenken. Eine zweite Bühne kann in Bezug auf die erste Bühne um eine zweite Achse, die von dem Strahl seitlich versetzt ist, schwenken. An der zweiten Bühne ist in einem optischen Weg des Laserstrahls ein optisches Element angebracht. Das optische Element lenkt den Strahl seitlich unter Schwenkung der ersten und der zweiten Bühne ab.

Das optische Element umfasst vorzugsweise eine abbildende Linse. Mit der ersten und mit der zweiten Bühne ist häufig eine Steuereinheit gekoppelt, so dass die Bühnen in Reaktion auf Signale von der Steuereinheit schwenken. Die Steuereinheit kann die bogenförmigen Strahlablenkungswege des Strahls kompensieren, um den Laserstrahl genau auf eine Zielstelle zu lenken.

Vorzugsweise schwenkt die erste Bühne in Bezug auf eine befestigte Unterstützungsstruktur durch kraftschlüssigen Eingriff eines ersten Motors, der in Bezug auf eine befestigte Unterstützungsstruktur befestigt ist. Die erste Bühne kann ein Drehgelenk tragen, das die erste Bühne mit einer zweiten Bühne koppelt, so dass sich die zweite exzentrische Achse mit der ersten Bühne bewegt. An der ersten Bühne kann ein zweiter Antriebsmotor angebracht sein, wobei der zweite Antriebsmotor mit der zweiten Bühne kraftschlüssig in Eingriff ist. Sensoren geben vorzugsweise Bühnenwinkelpositionen für die Steuereinheit an, um eine Zielgenauigkeit sicherzustellen.

In einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Laser-Augenchirurgiesystem zum Modifizieren einer Augenhornhaut eines Patienten. Das System umfasst einen Laser, um einen Laserstrahl zu erzeugen, um die Augenhornhaut selektiv abzutragen. Der Laserstrahl definiert eine Strahlachse. Ein optischer Zug in einem optischen Weg des Laserstrahls lenkt den Laserstrahl auf die Augenhornhaut. Ein erster Versatzmechanismus schwenkt wenigstens einen Abschnitt des optischen Zugs um eine erste exzentrische Achse. Ein zweiter Versatzmechanismus schwenkt wenigstens einen Abschnitt des optischen Zugs um eine zweite exzentrische Achse. Die erste exzentrische Achse und die zweite exzentrische Achse erstrecken sich längs der Strahlachse und sind in Umfangsrichtung, häufig um 90°, um den Strahl gegeneinander versetzt.

In einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Abtastsystem zur Verwendung mit einem Laser-Augenchirurgiesystem. Das Lasersystem hat einen Laser, um einen Laserstrahl zu erzeugen, um selektiv eine Augenhornhaut in Übereinstimmung mit Signalen von einer Steuereinheit zu reskulpturieren. Das Abtastsystem umfasst eine erste Bühne, die als Reaktion auf die Steuersignale in Bezug auf den Laser um eine erste Achse schwenkt. Die erste Achse ist seitlich von der Strahlachse versetzt. Eine zweite Bühne ist schwenkbar an der ersten Bühne angebracht. Die zweite Bühne schwenkt als Reaktion auf die Steuersignale um eine zweite Achse, die von der Strahlachse seitlich versetzt ist. An der zweiten Bühne ist in einem optischen Weg des Laserstrahls ein optisches Element angebracht, um den Strahl seitlich in Übereinstimmung mit den Steuersignalen abzulenken, um somit die erwünschte Reskulpturierung zu bewirken.

In einem Verfahrensaspekt ermöglicht das System der Erfindung ein Umleiten eines eine Augenhornhaut reskulpturierenden Laserstrahls. Das Verfahren umfasst ein Ablenken eines Strahls längs eines im Wesentlichen bogenförmigen Weges, indem ein optisches Element um einen ersten Drehpunkt oder um eine erste Achse, der bzw. die seitlich von dem Strahl versetzt ist, gedreht wird. Der Strahl wird längs eines im Wesentlichen bogenförmigen Wegs abgelenkt, indem das optische Element um einen zweiten Drehpunkt oder um eine zweite Achse, der bzw. die seitlich von dem Strahl versetzt ist, gedreht und in Umfangsrichtung um den Strahl von der ersten Achse versetzt wird. Üblicherweise sind die Drehachsen um etwa 90° in Bezug auf den Strahl versetzt. Die beiden sich schneidenden bogenförmigen Strahlablenkungswege, die durch dieses Verfahren bereitgestellt werden, ermöglichen eine im Wesentlichen rechtwinklige Abdeckung einer Augenhornhaut eines Patienten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 ist ein vereinfachter Blockschaltplan eines Augenchirurgiesystems, das die Erfindung enthält.

2 ist eine schematische Darstellung der Versorgungssystemoptik.

3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abtastmechanismus mit einer ersten und einer zweiten Bühne, die eine abbildende Versatzlinse um eine erste und eine zweite exzentrische Achse schwenken.

3A veranschaulicht schematisch eine seitliche Verschiebung eines Bildes einer Blende auf eine von beiden Seiten einer anfänglichen Achse durch eine verstellbare Versetzung einer abbildenden Linse auf eine von beiden Seiten des nicht abgelenkten Laserstrahls.

4 ist eine axiale Ansicht, die zeigt, wie die Winkelorientierungen der ersten und zweiten Achse eine Achse eines Laserstrahls längs eines im Wesentlichen bogenförmigen Weges bewegen und wie eine Steuereinheit eine Bewegung längs dieser Wege kompensieren kann, um mit dem Laserstrahl die X-Y-Ebene genau abzutasten.

5 ist eine perspektivische Ansicht des Abtastmechanismus von 4, bei dem die zweite Bühne entfernt wurde, um den Drehpunkt der ersten Bühne und den Antriebsmechanismus der zweiten Bühne deutlicher zu zeigen.

6 ist eine perspektivische Ansicht der befestigten Unterstützungsstruktur des Abtastmechanismus von 3, bei dem die erste und die zweite Bühne entfernt worden sind.

BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie nun aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Augenchirurgiesystem 10 allgemein einen Laser 20, der einen Laserstrahl 26 erzeugt, der durch eine Versorgungssystemoptik 28 selektiv auf ein Auge E gelenkt wird. Die Versorgungssystemoptik 28 tastet mit einem Strahl 26 das Augenhornhautgewebe des Auges E in Übereinstimmung mit Anweisungen vom Computer 14 ab. Der Computer tastet allgemein mit dem Strahl 26 das Auge E ab, indem er die Winkelposition der Schwenksysteme 22, 24 der erstens und der zweiten Bühne (nachfolgend beschrieben) verändert. Optional kann der Computer 14 ferner den Strahl 26 formen, indem eine oder mehrere verstellbare Blenden verwendet werden.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das System 10 einen Personal-Computer-Arbeitsplatz 12, der mit einem Computer 14 gekoppelt ist. Das Laserchirurgiesystem 10 umfasst mehrere Sensoren (allgemein durch ein Bezugszeichen 16 gekennzeichnet), die Rückkopplungssignale von beweglichen mechanischen und optischen Komponenten produzieren, von denen einige nachfolgend beschrieben werden. Optional können die Sensoren 16 ferner ein System zum Verfolgen einer Bewegung des Auges enthalten. Der PC-Arbeitsplatz 12 und der Computer 14 können auch zu einer Signalprozessorstruktur kombiniert sein oder die Verarbeitungsfunktionen, die von diesen Strukturen ausgeführt werden, können in einer großen Vielfalt von alternativen Anordnungen verteilt sein.

Als Reaktion auf von den Sensoren gelieferte Signale und in Übereinstimmung mit der Reskulpturierung, die an dem Auges durchzuführen ist, um einen optischen Fehler zu mindern, überträgt der Computer 14 Befehlssignale zu den Motortreibern 18 und zum Laser 20. Als Reaktion auf diese Befehlssignale erzeugen die Motortreiber Signale, um eine Winkelorientierung des Schwenksystems 22 der ersten Bühne zu verändern, um eine Winkelposition eines Schwenksystems 24 der zweiten Bühne zu verändern und um die weiteren Komponenten des Laserversorgungssystems wie etwa eine Irisblende mit verstellbarem Durchmesser zu bedienen, um den Abstand zwischen einem Paar von zylindrischen Klingen zu steuern, um eine Winkelorientierung der zylindrischen Klingen zu drehen und Ähnliches.

Eine typische Versorgungssystemoptik 28 ist ohne ihre zugeordnete Unterstützungsstruktur in 2 veranschaulicht. Spiegel 30 lenken einen Laserstrahl 26 durch räumliche und zeitliche Integrierer 32 und durch eine verstellbare Blende 34, bevor er in einen Abtastmechanismus 36 eintritt. Der Abtastmechanismus 36 (der die erste und die zweite Bühne enthält) lenkt selektiv den Strahl 26 seitlich über die Augenhornhautoberfläche des Auges E in der X-Y-Ebene ab. Eine Vielzahl von Linsen können für die Abbildung, für das Betrachten des Verfahrens mit einem Mikroskop M und Ähnliches vorgesehen sein. Optional überwacht ein Verfolgungssystem 38 eine Bewegung eines Auges E, so dass der Computer 14 die Augenbewegung kompensieren und genau den beabsichtigten Abschnitt des Behandlungsbereichs abtragen kann. Eine große Vielfalt von Verfolgungssystemen kann verwendet werden, um diese seitlichen Bewegungen des Auges zu erfassen, und diese Verfolgungsanordnungen sind allgemein in der Patentliteratur gut beschrieben. Eine besonders vorteilhafte Augenverfolgungseinheit ist von ISCAN, INC., aus Burlington, Mass, kommerziell verfügbar. Idealerweise sind ein Verfolgungssystem 38 und ein Abtastmechanismus 26 für eine Integration in STARTM- und STAR S2TM-Laser-Augenchirurgiesysteme geeignet, die von VISX, Incorporated, aus Sunnyvale, Kalifornien, kommerziell verfügbar sind.

Der Laser 20 kann einen Excimer-Laser wie etwa einen Argon-Fluorid-Excimer-Laser, der eine Laserenergie mit einer Wellenlänge von etwa 193 nm produziert, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Alternative Lasersysteme können Festkörperlaser wie etwa frequenzmultiplizierte Festkörperlaser, Blitzlampen- und diodengepumpte Festkörperlaser und Ähnliches umfassen. Beispielhafte Festkörperlaser umfassen UV-Festkörperlaser, die Wellenlängen von etwa 188–240 nm produzieren, wie etwa die in den US-Patenten Nr. 5.144.630 und 5.742.626 und in Borsuztky u. a., "Tunable UV Radiation at Short Wavelengths (188–240 nm) Generated by Frequency Mixing in Lithium Borate", Appl. Phys. 61:529–532 (1995), offenbarten. Eine Vielfalt von alternativen Lasern kann außerdem verwendet werden. Die Laserenergie umfasst allgemein einen Strahl, der als eine Serie von diskreten Laserimpulsen gebildet ist, und die Impulse können in mehrere Beamlets getrennt sein.

Der Abtastmechanismus ist am deutlichsten in 3 zu sehen. Der Abtastmechanismus 36 lenkt allgemein einen Laserstrahl 26 seitlich ab, indem er eine abbildende Linse 40 um eine erste Achse 42 und um eine zweite Achse 44 schwenkt. Genauer umfasst der Abtastmechanismus 36 eine befestigte Unterstützungsstruktur in Form einer Stütze 46. Eine erste Bühne 48 schwenkt um eine erste Achse 42 in Bezug auf die Stütze 46, während eine zweite Bühne 50 in Bezug auf die erste Bühne 48 um eine zweite Achse 44 schwenkt.

Die Ablenkung des Strahls 26 von einer Achse 26a des nicht abgelenkten Strahls kann anhand der 3 und 3A verstanden werden. Indem die erste und die zweite Bühne um Drehachsen, die sich längs und außerhalb des Strahls 26 erstrecken, schwenken, wird die abbildende Linse 40 um einen verstellbaren Abstand D von der anfänglichen Strahlachse 26a verschoben. Eine Verschiebung der abbildenden Linse 40 von einer anfänglichen Achse 26a verschiebt ein Bild 52 einer verstellbaren Blende 34 von einer anfänglichen Achse 26a zu einem Versatzblendenbild 52'. Der Betrag und die Richtung der Bewegung des Blendenbildes hängen von dem Betrag und der Richtung des Linsenversatzes D ab (sind aber nicht notwendig proportional dazu). Somit ermöglicht es die Versatzstruktur, die die Linse 40 bewegt, zur Repositionierung eines Blendenbildes 52 über die Augenhornhautoberfläche vorzugsweise, dass die Linse direkt sowohl oberhalb als auch unterhalb der anfänglichen Achse 26, wie es in 3 veranschaulicht ist, und außerdem in die Ebene der Darstellung und aus ihr heraus bewegt wird, wodurch ein Abtasten in der X-Y-Ebene über das Augenhornhautgewebe mit der abtragenden Laserenergie möglich wird.

Die X-Y-Abtastfähigkeiten des Abtastmechanismus 36 können ferner anhand der 3 und 4 verstanden werden. Die erste Bühne 48 ist durch ein Drehgelenk 54 schwenkbar an einer Stütze 46 befestigt. Das Drehgelenk 54 definiert eine erste Drehachse oder einen Drehpunkt 42, wobei sich die erste Bühne aufgrund eines kraftschlüssigen Eingriffs zwischen einem Motor 56 und einer Antriebsoberfläche 58 der ersten Bühne um die erste Drehachse dreht. Außerdem ist mit der Antriebsoberfläche 58 ein Codierer 60 so in Eingriff, dass er eine Rückkopplung an den Computer 14 bezüglich der Winkelorientierung der ersten Bühne liefert. Die zweite Bühne 50 ist an der ersten Bühne 48 durch ein weiteres Drehgelenk 54 angebracht, das eine zweite Drehachse oder einen zweiten Drehpunkt 44 definiert. Die abbildende Linse 40 ist an der zweiten Bühne 50 angebracht, so dass sich die abbildende Linse mit der ersten Bühne bewegt, wenn die erste Bühne um die Drehachse 42 längs eines Bogens 60a schwenkt.

Um die abbildende Linse bezüglich ihres Winkels um die zweite Achse zu repositionieren, ist an einer ersten Bühne 48 ein Motor 56 angebracht, der mit einer Antriebsoberfläche 58 der zweiten Bühne 50 kraftschlüssig in Eingriff ist. Eine Rückkopplung an einen Computer 14 wird wieder durch einen Codierer 60 geliefert, der ebenfalls an der ersten Bühne 48 angebracht ist.

Die Schwenkbewegung der ersten Bühne 48 in Bezug auf die Stütze 46 ermöglicht, dass die abbildende Linse 40 um die Drehachse 42 längs eines ersten bogenförmigen Weges 60a auf einer der beiden Seiten des anfänglichen Strahlzugangs 26a verschoben wird. Um eine X-Y-Abtastung mit dem Laserstrahl 26 an einer frei wählbaren Stelle innerhalb eines Behandlungsbereichs auf einer Augenhornhautoberfläche des Auges bereitzustellen, schwenkt der an der ersten Bühne 48 angebrachte Motor 56 die zweite Bühne 50 um eine Drehachse 44, wodurch sich die Versatzlinse 40 längs eines zweiten bogenförmigen Weges 60b bewegt, der den ersten bogenförmigen Weg schneidet. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Drehachsen 42 und 44 um die anfängliche Strahlachse 26a um etwa 90° versetzt, so dass sich der erste und der zweite bogenförmige Weg 60a, 60b ebenfalls unter etwa 90° schneiden.

Es wird angemerkt, dass der Weg, dem das Bild der Blende folgt, nicht genau einen kreisförmigen Bogen definieren muss. Ein Schwenken einer einzelnen abbildenden Linse um eines der zwei Drehgelenke sorgt allgemein dafür, dass der abgelenkte Strahl einem Weg folgt, der hier im Wesentlichen als bogenförmig beschrieben wird. Alternativ kann ein Schwenken von einer von zwei zylindrischen Linsen (wobei eine zylindrische Linse an jeder Bühne angebracht ist) dafür sorgen, dass das Blendenbild einem im Wesentlichen linearen Weg folgt.

Eine genaue Positionierung des Blendenbildes in der X-Y-Ebene nahe der Augenhornhautoberfläche sollte der bogenförmige Bewegung des Bildes entgegenkommen, indem die Winkelposition der Linse um die erste und um die zweite Drehachse 42, 44 angepasst wird. Mit anderen Worten verwendet die vorliegende Erfindung im Unterschied zu herkömmlichen Kreuzschlitten (die eine lineare Bewegung liefern, aber dazu neigen, relativ schwer zu sein und einen relativ großen Betrag an Kraft erfordern, um sie zu bewegen) zwei Drehachsen, um Bewegungen in der X- und Y-Richtung anzunähern, wobei sie die daraus folgende Nichtlinearität der Strahlablenkung durch eine zusätzliche Bewegung der komplementären Bühne kompensiert, wie es anhand der 4 verstanden werden kann.

Eine große Vielfalt an Algorithmen kann verwendet werden, um die bogenförmige Strahlablenkung der Unterstützung der abbildenden Linse mit zwei Drehachsen der vorliegenden Erfindung zu kompensieren. Ein Computer 14 kann einfach die im Wesentlichen bogenförmige Bewegung des Laserstrahls anhand der kinematischen Struktur des Abtastmechanismus 36 und der optischen Eigenschaften der Linse 40 modellieren. Alternativ kann eine Nachschlagetabelle der erwünschten Winkelpositionen der ersten und der zweiten Bühne für diskrete X- und Y-Zielkoordinaten erzeugt werden, wobei Standardinterpolationsroutinen zwischen den diskreten Tabelleneinträgen verwendet werden.

Nochmals weitere Einzelheiten des beispielhaften Abtastmechanismus 36 können anhand der 3, 5 und 6 verstanden werden. Vorzugsweise ist eine abbildende Linse 40 allgemein zwischen der Drehachse 54, die eine Bühne unterstützt, und ihrem zugeordneten Motor 60 angeordnet. Im Ergebnis bewegt sich die Linse nur um einen Bruchteil des Verschiebungsabstandes der Antriebsoberfläche 58. Dies verbessert die Auflösung und die Genauigkeit beim Positionieren der Linse. Beispielsweise kann, wenn sich die Linse 40 etwa auf halber Strecke zwischen jedem Drehgelenk und seinem zugeordneten Antriebsmotor befindet, eine Antriebsbewegung von einem Millimeter eine Linsenverschiebung von einem halben Millimeter verursachen. Die Codierer 60 können daher die Position der Linse 40 genau mit einer Toleranz von etwa der Hälfte der Positionstoleranz der Antriebsoberfläche 58 messen. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Motoren 56 Elektromotoren mit Untersetzungsantrieben, die kommerziell von MICROMO aus St. Petersburg, FL, unter der Modell-Nr. 1624T0121S+16/7 3.7:1 K 912 + X0520 vertrieben werden. Die Codierer sind von der Nemicon Corporation unter der Modell-Nr. OME-500-2MCA kommerziell verfügbar. Selbstverständlich, können eine große Vielfalt von alternativen Aktuatoren und Positionssensoren einschließlich integrierter Bewegungs- und Positionserfassungssysteme, Schrittmotoren, Potentiometer und Ähnliches verwendet werden.

Die Motoren 56 und die optischen Codierer 60 sind mit den Antriebsflächen 58 der zugeordneten Bühne in Eingriff, indem ein Antriebssystem mit Getriebeverzahnung verwendet wird. Die Getriebezähne können direkt aus dem Werkstoff der Bühnen gebildet sein, wobei die beispielhaften Bühnen aus einem Polymer mit hoher Festigkeit und geringer Reibung wie etwa DerlinTM-Polymeren oder Ähnlichem gebildet werden. An der ersten und der zweiten Bühne 48, 50 können Endschalter 62 befestigt sein, um eine Beschädigung zu vermeiden, wobei die Endschalter optional elektromechanisch, elektrooptisch oder Ähnliches sein können. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 56, der kraftschlüssig mit der ersten Bühne 48 in Eingriff ist, starr an der Stütze 46 befestigt, während der zugeordnete Codierer 60 in Bezug auf die Stütze mit einer Vorspannfeder schwenkbar angebracht ist, um die Getriebezähne des Codierers gegen die Getriebezähne der Antriebsoberfläche 58 zu drängen. In ähnlicher Weise ist, wie in 6 zu sehen ist, der Codierer 60, der die Position der zweiten Bühne 50 in Bezug auf die erste Bühne 48 erfasst, durch ein nochmals weiteres Drehgelenk 54 schwenkbar an der ersten Bühne angebracht, wobei eine Vorspannfeder die Getriebezähne des Codierers mit den Getriebezähnen der Antriebsoberfläche 58 der zweiten Bühne 50 in Eingriff drängt. Der Antriebsmotor ist wieder starr unterstützt, diesmal jedoch von der ersten Bühne 48, wobei seine Getriebezähne mit der Antriebsoberfläche 58 in Eingriff sind, wie es in 4 veranschaulicht ist.

Im Umfang der vorliegenden Erfindung sind eine Vielfalt von Verfeinerungen, Anpassungen und Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann eine röhrenförmige Struktur 64 eine radial nach innen vorstehende Rippe in Umfangsrichtung umfassen, um Licht zu blockieren, das andernfalls die nicht optischen Oberflächen der ersten und der zweiten Bühne treffen könnte und den Abtastmechanismus 36 beschädigen könnte und/oder Abbildungsfehler in dem resultierenden Abtragungsprofil in einem Patientenauge verursachen könnte. In einigen Ausführungsformen können getrennte abbildende Linsen an der ersten und der zweiten Bühne angebracht sein, die unabhängig schwenken. Somit ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Besonderheiten der beispielhaften Ausführungsform beschränkt, sondern stattdessen allein durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.


Anspruch[de]
  1. Laser-Augenchirurgiesystem (10) zum Modifizieren einer Augenhornhaut eines Patienten, wobei das System umfasst:

    einen Laser (20), um einen Laserstrahl (26) zu erzeugen, um die Augenhornhaut selektiv abzutragen, wobei der Laserstrahl eine Strahlachse (26a) definiert;

    eine erste Bühne (48), die in Bezug auf den Laser um eine erste Achse (42) schwenken kann, die von dem Strahl seitlich versetzt ist;

    eine zweite Bühne (50), die in Bezug auf die erste Bühne um eine zweite Achse (44) schwenken kann, die von dem Strahl seitlich versetzt ist;

    dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Bühne (50) in einem optischen Weg des Laserstrahls (26) ein optisches Element (40) angebracht ist, wobei das optische Element den Strahl unter Schwenkung der ersten und der zweiten Bühne ablenkt.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem das optische Element eine Linse umfasst, wobei die Linse vorzugsweise den Strahl seitlich längs eines ersten Bogens ablenkt, wenn sich die erste Bühne längs eines zweiten Bogens bewegt, wenn sich die zweite Bühne bewegt, wobei die zweite Achse in Umfangsrichtung um die Strahlachse von der ersten Achse versetzt ist, so dass sich der erste und der zweite Bogen schneiden und der Strahl längs einer Ebene abgelenkt werden kann, die zu der Strahlachse senkrecht ist, wobei das System vorzugsweise ferner eine Steuereinheit umfasst, die mit der ersten und der zweiten Bühne gekoppelt ist, so dass die Bühnen in Reaktion auf Signale von der Steuereinheit schwenken, wobei die Steuereinheit die Ablenkung des Strahls längs der Bögen kompensiert, um den Strahl an eine gewünschte Position längs der Ebene zu bewegen.
  3. System nach Anspruch 1, das ferner ein erstes Drehgelenk, das die erste Bühne unterstützt und die erste exzentrische Achse definiert, einen ersten Motor, der kraftschlüssig mit der ersten Bühne in Eingriff ist, und einen ersten Positionssensor, der ein Signal bereitstellt, das eine Schwenkposition der ersten Bühne angibt, umfasst, wobei das optische Element zwischen dem ersten Drehgelenk und dem Sensor angeordnet ist, wobei das System vorzugsweise ferner ein zweites Drehgelenk, das die zweite Bühne unterstützt und die zweite exzentrische Achse definiert, einen zweiten Motor, der mit der ersten Bühne kraftschlüssig in Eingriff ist, und einen zweiten Positionssensor, der ein Signal bereitstellt, das eine Schwenkposition der zweiten Bühne angibt, umfasst, wobei das optische Element zwischen dem ersten Drehgelenk und dem Sensor angeordnet ist, wobei stärker bevorzugt das zweite Drehgelenk, der zweite Motor und der zweite Positionssensor an der ersten Bühne angebracht sind, um mit der ersten Bühne um das erste Drehgelenk zu schwenken.
  4. Laser-Augenchirugiesystem zum Modifizieren einer Augenhornhaut eines Patienten, wobei das System umfasst:

    einen Laser (20), um einen Laserstrahl zu erzeugen, um die Augenhornhaut selektiv abzutragen, wobei der Laserstrahl eine Strahlachse definiert;

    einen optischen Zug (40) in einem optischen Weg des Laserstrahls, um den Laserstrahl zu der Augenhornhaut zu lenken;

    dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Versatzmechanismus (48) wenigstens einen Abschnitt des optischen Zugs um eine erste exzentrische Achse (42) schwenkt; und

    ein zweiter Versatzmechanismus (50) wenigstens einen Abschnitt des optischen Zugs um eine zweite exzentrische Achse (44) bewegt, wobei sich die erste exzentrische Achse und die zweite exzentrische Achse längs der Strahlachse erstrecken und in Umfangsrichtung um den Strahl versetzt sind.
  5. Laser-Augenchirugiesystem nach Anspruch 4, bei dem der erste Versatzmechanismus eine erste Bühne umfasst und der zweite Versatzmechanismus eine zweite Bühne, die an der ersten Bühne angebracht ist, umfasst.
  6. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 5, bei dem ein bewegliches Drehgelenk die erste Bühne an der zweiten Bühne befestigt, wobei das bewegliche Drehgelenk um die erste exzentrische Achse schwenkt, wenn sich die erste Bühne bewegt, und die zweite exzentrische Achse definiert, so dass sich die zweite exzentrische Achse mit der erste Bühne bewegt.
  7. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 5, bei dem an der zweiten Bühne eine Linse angebracht ist.
  8. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 4, das ferner eine Steuereinheit umfasst, die mit dem ersten und dem zweiten Versatzmechanismus gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit den Strahl wahlweise über die Augenhornhaut ablenkt, um eine gewünschte Reskulpturierung (resculpting) zu erzielen.
  9. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 8, bei dem der erste Versatzmechanismus eine im Wesentliche bogenförmige Bewegung des Strahls bewirkt, wobei der Versatzmechanismus vorzugsweise eine im Wesentlichen bogenförmige Bewegung des Strahls bewirkt, die die bogenförmige Bewegung des ersten Versatzmechanismus schneidet, um so eine seitliche Bewegung des Strahls längs einer Ebene, die zu einer optischen Achse der Augenhornhaut senkrecht ist, zu ermöglichen.
  10. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 8, bei dem der erste Versatzmechanismus eine Linse des optischen Zugs um die erste exzentrische Achse bewegt, wobei der zweite Versatzmechanismus vorzugsweise die Linse um die zweite exzentrische Achse bewegt und wobei stärker bevorzugt die erste und die zweite exzentrische Achse um die Strahlachse um etwa 90 Grad versetzt sind.
  11. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 8, bei dem die Steuereinheit Winkelorientierungen des ersten und des zweiten Schwenksystems in Reaktion auf gewünschte Strahlversätze in Bezug auf eine optische Achse der Augenhornhaut berechnet.
  12. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 8, bei dem die Steuereinheit die Winkelorientierungen des ersten und des zweiten Versatzmechanismus in Reaktion auf erfasste seitliche Bewegungen der Augenhornhaut variiert und wobei die Steuereinheit vorzugsweise die Bewegung der Linse längs der Bögen moduliert, um die Winkelorientierungen des Versatzmechanismus zu berechnen.
  13. Laser-Augenchirurgiesystem nach Anspruch 4, bei dem der erste Versatzmechanismus eine erste zylindrische Linse umfasst, die an einer ersten schwenkbaren Bühne angebracht ist, und der zweite Versatzmechanismus eine zweite zylindrische Linse umfasst, die an einer zweiten schwenkbaren Bühne angebracht ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com