DE60126019T2

DE60126019T2 - Vorrichtung zur patientenspezifischen Anpassung einer Hornhautkorrektur

Info

Publication number: DE60126019T2
Application number: DE60126019T
Authority: DE
Inventors: Tibor Irvine Juhasz; Ronald M. Irvine Kurtz; Christopher Irvine Horvath; Carlos G. Irvine Suarez; Randy J. Newport Beach Alexander
Original assignee: Intralase Corp
Current assignee: AMO Development LLC
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: CA2323842C; EP1169985A2; JP2002058697A; US6648877B1; DE60126019D1; EP1169985A3; CA2323842A1; EP1169985B1

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf augenchirurgische Verfahren, die einen gepulsten Laserstrahl verwenden, um Gewebe der Kornea mittels Licht zu verändern. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Bereitstellung einer Laserstrahlvorrichtung zur Verwendung in augenchirurgischen Verfahren, die eine Korrektur optischer Aberrationen ausführen, die unter Bezug auf diagnostisch vorbestimmte Brechkraftverteilungen bestimmbar sind. Vorrichtungen, die durch Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, sind insbesondere, aber nicht ausschließlich, zum Ausführen eines augenchirurgischen Verfahrens geeignet, die spezielle optische Aberrationen eines bestimmten Auges korrigieren können.
Hintergrund der Erfindung
Optische Aberrationen eines Auges manifestieren sich im Allgemeinen als asymmetrische Verzerrungen relativ zu der optischen Achse des Auges. Ferner ist deren Geometrie typischerweise asphärisch. Zur erfolgreichen Ausführung von äußerst genauen Korrekturen jener optischen Aberrationen ist es folglich notwendig, ausführliche und genaue Informationen über die optischen Aberrationen zu besitzen. Auch ist es notwendig, ein chirurgisches Instrument zu besitzen, das in präziser und genauer Weise das notwendige chirurgische Verfahren ausführen kann.
Nicht ultraviolette Laserverfahren mit sehr kurzer Pulsdauer sind nunmehr soweit weiterentwickelt, so dass gepulste Laserstrahlen erzeugt werden können, die eine Pulsdauer im Femtosekundenbereich aufweisen. Beispielsweise ist aus dem Patent US 5,993,438 von Juhasz et al. mit dem Titel „Intrastromal Photorefractive Keratectomy" gezeigt (im Nachfolgenden das Juhasz Patent genannt) bekannt, dass eine Vorrichtung, wie sie in dem Juhasz Patent offenbart ist, zum Ausführen augenchirurgischer Verfahren, die eine für Präzisionskorrekturen optischer Aberrationen notwendige Genauigkeit aufweisen, sehr wirkungsvoll ist.
Wie zuvor beschrieben, ist es zusätzlich zu einem effizienten chirurgischen Laser wichtig, ausführliche Informationen über die zu korrigierenden optischen Aberrationen zu haben. Insbesondere sollte der Umfang der gewünschten Korrektur, sowie die Stelle in der Kornea des Auges, an der die Korrektur am wirkungsvollsten ausgeführt werden kann, bekannt sein. Zu diesem Zweck sollte die Brechkraft der Kornea präzise bestimmt werden. Es zeigt sich, dass Wellenfrontanalyseverfahren, die durch Vorrichtungen wie beispielsweise den gut bekannten Sensor der Hartmann-Shack Art ermöglicht werden, zur Erzeugung von Brechkraftverteilungen der Kornea verwendbar sind. Diese Verteilungen oder auch Brechkraftinformationen, die durch weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise eine Korneatopographie, gebildet werden, können dann von dem Augenchirurgen zur Bestimmung und Lokalisierung der optischen Aberrationen einer zu korrigierenden Kornea verwendet werden.
Das Dokument WO 0019918 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zum Ausführen kornealer Abtragungsverfahren des Auges, indem korneale Topographieinformationen verwendet werden.
Angesichts des zuvor Erwähnten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung bereitzustellen, so dass diese bei kornealen Korrekturen verwendet werden kann, indem eine Brechkraftverteilung als Instrument zum Führen eines einschneidenden Laserstrahls angewendet wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung bereitzustellen, so dass diese zur Änderung des kornealen Gewebes mittels Licht verwendet werden kann, wobei die Änderung mittels Licht nur auf das Gewebevolumen begrenzt ist, bei dem die gewünschten optischen Korrekturen der Kornea erreicht werden soll. Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung bereitzustellen, die leicht realisierbar, einfach anwendbar, und verhältnismäßig kostengünstig ist.
Zusammenfassung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist durch den angehängten Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Verfahren zur Anpassung kornealer Korrekturen beinhaltet das Einholen von Informationen über die optischen Aberrationen des bestimmten Auges, das korrigiert werden soll. Typischerweise werden diese Informationen in Form von Brechkraftverteilungen, wie beispielsweise einer Korneatopographie, wiedergegeben. Es ist bekannt, dass Brechkraftverteilungen dieser Art durch die Verwendung von Wellenfrontanalyseverfahren erzeugt werden können, die den Korrekturwert, der für jeden bestimmten Bereich der Kornea benötigt wird, anzeigt.
Mithilfe der Brechkraftverteilung wird die vordere Fläche der Kornea des Auges mit einem Referenzfeld (Gitter) überdeckt. Dieses Referenzfeld (Gitter) dient eigentlich einem doppeltem Zweck. Zum einen wird das Referenzfeld (Gitter) zur Unterteilung der Fläche der Kornea in mehrere individuelle Referenzbereiche verwendet, die mit entsprechenden Bereichen der Brechkraftverteilung identifiziert werden können. Zum anderen bilden die Referenzbereiche Ziele, um das Führen oder Lenken eines einschneidenden Laserstrahls in Richtung des stromalen Gewebes, das mittels Licht geändert werden soll, zu steuern. Indem ferner jeder der Referenzbereiche von der vorderen Fläche durch die Kornea projiziert wird, können die Referenzbereiche zur Bestimmung entsprechender Referenzvolumina ausgeweitet werden.
Der Referenzbereich wird im Allgemeinen quadratisch und relativ klein sein, wobei die Seiten eine Länge von in etwa zehn Mikrometer aufweisen. Das Referenzvolumen erstreckt sich dann zwischen der vorderen und der hinteren Korneafläche durch die Kornea.
In Betrieb, wird der einschneidende Laserstrahl entlang eines Strahlenpfades und durch einen ausgewählten Referenzbereich auf einen Brennpunkt gelenkt. Das stromale Gewebe an dem Brennpunkt wird dann mittels Licht geändert. Es ist bekannt, dass Laser für eine durch Plasma hervorgerufene Gewebeabtragung (im Allgemeinen oberflächliches Gewebe) und für eine durch Plasma hervorgerufene Gewebezersetzung (im Allgemeinen inneres Gewebe in großen Mengen) verwendet werden können. In diesem Sinne wird die Bezeichnung „Änderung mittels Licht" im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendet, um auf ein Operationsverfahren zu verweisen, das eine durch Plasma hervorgerufene Gewebezersetzung verwendet. Vorzugsweise ist der einschneidende Laserstrahl der vorliegenden Erfindung ein nicht ultravioletter Laserstrahl mit sehr kurzer Pulsdauer, der mehrere Pulse mit einer Pulsdauer von jeweils mehr als zehn Femtosekunden aufweist.
Während der einschneidende Laserstrahl aktiviert ist, wird dessen Brennpunkt selektiv entlang des Strahlenpfades bewegt, um stromales Gewebe entlang einer vorbestimmten Länge des Strahlenpfades mittels Licht zu ändern. Der einschneidende Laserstrahl wird dann durch einen weiteren Referenzbereich umgeleitet und der Änderungsschritt mittels Licht wird wiederholt. Insbesondere kann die Reihenfolge zum Führen des einschneidenden Laserstrahls durch individuell ausgewählte Referenzbereiche, und der Umfang der stromalen Gewebeänderung mittels Licht während des Führens des einschneidenden Laserstrahls nach Belieben geändert werden. Wie zuvor angegeben, wird speziell der Umfang der Änderung mittels Lichts durch die Brechkraftverteilung bestimmt. Andererseits hängt die Reihenfolge für die Referenzbereiche, die während eines individuell angepassten Verfahrens eingehalten wird, von den bestimmten Zielsetzungen des Verfahrens ab.
In einem ergänzenden Verfahren sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Verwendung einer Vorrichtung, die durch ein Verfahren der Erfindung zur Änderung intrastromalen Gewebes mittels Licht hergestellt wurde, zur Erzeugung eines vereinzelten linsenförmigen intrastromalen Gewebes führt. In diesem Verfahren kann das linsenförmige Gewebe, sobald es erzeugt wurde, mechanisch aus der Kornea entfernt werden.
Bei all den individuell angepassten Verfahren, die für die Verwendung einer Vorrichtung der Erfindung in Erwägung gezogen werden, wird die Änderung des stromalen Gewebes mittels Licht in Übereinstimmung mit den Weisungen einer Brechkraftverteilung ausgeführt. Ungeachtet dessen, ob das Verfahren eine Linse oder Restfragmente, die eine nachträgliche Entfernung aus der Kornea bedürfen, erzeugt oder ob eine Änderung mittels Licht alleine ausreicht, ist das Ergebnis somit eine individuell angepasste Rekonfiguration der Kornea, die die spezielle optische Aberration eines bestimmten Auges korrigiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die neuen Merkmale dieser Erfindung sowie die Erfindung selbst können hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Arbeitsweise am besten anhand der begleitenden Zeichnungen in Verbindung mit der begleitenden Beschreibung verstanden werden, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bestandteile beziehen, und wobei:
1 eine perspektivische Ansicht einer Kornea eines Auges mit einem darauf überlagerten imaginären Referenzfeldes (Gitter) zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht eines Bereiches der Kornea eines Auges zeigt, die die geometrischen Beziehungen zwischen der kornealen Anatomie und dem Brennpunkt eines einschneidenden Laserstrahls darstellt; und
3 eine Draufsicht einer Brechkraftverteilung einer Kornea zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1 wird zunächst eine durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Augenlaservorrichtung gezeigt, die im Allgemeinen mit 10 bezeichnet wird. Wie gezeigt, umfasst die Einrichtung 10 eine Laserquelle 12, die einen nicht ultravioletten einschneidenden Laserstrahl mit sehr kurzen Pulsen 14 erzeugen kann. Fokussierungsoptiken 16, die gut bekannte Komponenten aus dem Stand der Technik aufweisen, sind zum Führen und Fokussieren des einschneidenden Laserstrahls 14 bereitgestellt. Wie für die vorliegende Erfindung vorgesehen, werden die Fokussierungsoptiken 16 den einschneidenden Laserstrahl 14 in Richtung des Auges 18 lenken. Insbesondere werden die Fokussierungsoptiken 16 zur intrastromalen Gewebezerstörung mittels Licht (d.h. Änderung mittels Licht) den einschneidenden Laserstrahl 14 in das Stroma der Kornea 20 fokussieren.
Die 1 zeigt auch, dass die Einrichtung 10 eine Referenzeinheit 22 umfasst, die zur Ausbildung eines Referenzfeldes (d.h. eines imaginären Gitters) 24 auf der vorderen Fläche 26 der Kornea 20 verwendet wird. Insbesondere wird, wie für die vorliegende Erfindung vorgesehen, das imaginäre Referenzfeld (Gitter) 24 durch die Referenzeinheit 22 elektronisch erzeugt, um mehrere Referenzbereiche 28 auf der vorderen Fläche 26 zu bestimmen. Diese Referenzbereiche 28 können dann zum Zwecke der Richtungssteuerung des einschneidenden Laserstrahls 14 in Richtung der Kornea 20 verwendet werden. Wie in der 2 gezeigt, stellen die speziellen Referenzbereiche 28a, 28b, 28c, und 28d lediglich Beispiele dar. Ferner sind die in 1 zur Ausbildung der verschiedenen Referenzbereiche 28 gezeigten Gitterlinien lediglich zu dem Zweck gezeigt, um die Beziehung der Referenzbereiche 28 zueinander und zu der Kornea 20 darzustellen. Mit anderen Worten werden die Referenzbereiche 28 in der Praxis elektrisch in der Referenzeinheit 22 bestimmt und sind nicht zwangsläufig auf der vorderen Fläche 26 der Kornea 20 sichtbar.
Mit Bezug auf die 2 ist nunmehr zu beachten, dass die entsprechenden Referenzbereiche 28a–d zur Ausbildung von Referenzvolumen 30a–d verwendet werden können, die sich durch das Stroma der Kornea 20 erstrecken. Insbesondere erstreckt sich jedes Referenzvolumen 30 von der vorderen Fläche 26 bis zur hinteren Fläche 32 durch die Kornea 20. Die eigentliche Größenabmessung jedes Referenzvolumens 30 hängt somit von der Dicke der Kornea 20 und der Länge der x-Abmessung 34 und der y-Abmessung 36 des entsprechenden Referenzbereiches 28 ab. Wie für die vorliegende Erfindung vorgesehen, sind die x-Abmessung 34 und die y-Abmessung 36 vorzugsweise in etwa 10 Mikrometer lang.
Die 2 zeigt auch, dass innerhalb eines bestimmten Referenzvolumens 30 eine Länge 38 ausgebildet werden kann, die ein Gewebevolumen 40 definiert. Beispielsweise ist das in der 2 gezeigte Gewebevolumen 40 innerhalb einer Projektion des Referenzbereiches 28a durch die Kornea 20 angeordnet und von dem Ende 42 und dem Ende 44 eingegrenzt. Der Fachmann wird verstehen, dass die Größenabmessung des Gewebevolumens 40 von der Größenabmessung des entsprechenden Referenzbereiches 28 und der Erstreckungslänge 38 abhängig ist. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung wird die Erstreckungslänge 38 diagnostisch bestimmt.
Die 3 zeigt eine Draufsicht einer charakteristischen Brechkraftverteilung 46, die für die Kornea 20 diagnostisch bestimmt wurde. Wie zuvor beschrieben, kann eine Brechkraftverteilung 46 unter Verwendung gut bekannter optischer Verfahren aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise durch eine Wellenfrontanalyse, erzeugt werden. Nach Erzeugung der Brechkraftverteilung 46 kann diese effektiv jene Bereiche der Kornea 20 anzeigen, die zu der optischen Aberration beitragen. Wenn beispielsweise der Bereich 48 der Brechkraftverteilung 46 mit einem normalen Auge gleichgesetzt wird, zeigt der Bereich 50 eine Abweichung von dieser Norm, für die eine optische Korrektur benötigt wird. Insbesondere wird die für die Abweichung benötigte Korrektur in Dioptrien gemessen. Ferner zeigt der Bereich 52 eine Abweichung von der Norm an, für die eine zusätzlich optische Korrektur benötigt wird. Indem die Bereiche 48, 50, und 52 genau bestimmt werden, weiß man, dass die im richtigen Ausmaß durchgeführte Entfernung oder Änderung eines stromalen Gewebes aus ausgewählten Bereichen der Kornea 20 (zum Beispiel die Bereiche 50 und 52) zu der gewünschten optischen Korrektur führt.
Bei der Bedienung der Einrichtung 10 der vorliegenden Erfindung wird die Brechkraftverteilung 46 für die Kornea 20 zuerst erzeugt. Danach wird die Verteilung 46 zur Bestimmung von Bereichen auf der Verteilung 46 analysiert, die mit dem in der Referenzeinheit 22 erzeugten imaginären Referenzfeld (Gitter) 24 übereinstimmen. Somit ist die Verteilung 46 mit den Referenzbereichen 28 des Referenzfeldes (Gitter) 24 korrelierbar und der Beitrag, den jedes Referenzvolumen 30 zu der optischen Aberration der Kornea 20 leistet, bestimmbar. Ausgehend von dieser Information ist die Größe des Gewebevolumens 40, das aus dem Referenzvolumen 30 entfernt werden soll, bestimmbar.
Für die Entfernung des Gewebes aus der Kornea 20 wird die Laserquelle 12 sowie die Fokussierungsoptiken 16 aktiviert, um einen einschneidenden Laserstrahl 14 entlang eines Strahlenpfades 54 zu führen. Wie gezeigt, kann der einschneidende Laserstrahl 14 anhand dieser Steuerung in Richtung eines zuvor ausgewählten Referenzbereiches 28 auf der vorderen Fläche 26 der Kornea 20 gerichtet werden (die Strahlenpfade 54a, 54b, 54c, und 54d dienen lediglich als Beispiel). Als Beispiel kann der einschneidende Laserstrahl 14 entlang des Strahlenpfades 54b auf beispielsweise den Referenzbereich 28b gerichtet werden. Der so gerichtete einschneidende Laserstrahl 14 kann dann durch den Referenzbereich 28b geführt und auf einen Brennpunkt 56b in dem Referenzvolumen 30b fokussiert werden. Der einschneidende Laserstrahl 14 wird so fokussiert, dass dieser das Gewebe an dem Brennpunkt 56 mittels Licht ändert.
Wie für die vorliegende Erfindung vorgesehen, kann der einschneidende Laserstrahl 14 selektiv umgeleitet werden, um sich von einem Brennpunkt 56 zu einem weiteren Brennpunkt 56 zu bewegen. Der einschneidende Laserstrahl 14 kann auch von einem Brennpunkt 56 in einem Referenzvolumen 30 zu einem weiteren Brennpunkt 56 in einem weiteren Referenzvolumen 30 bewegt werden. Beispielsweise kann der einschneidende Laserstrahl 14 auf den Brennpunkt 56b in dem Referenzvolumen 30b und anschließend auf den Brennpunkt 56b' in dem Referenzvolumen 30b fokussiert werden. Auf ähnliche Weise kann der einschneidende Laserstrahl 14 anschließend auf den Brennpunkt 56d in dem Referenzvolumen 30d fokussiert werden. Somit kann der Brennpunkt des einschneidenden Laserstrahls 14 je nach Bedarf in die x-Abmessung und in die y-Abmessung bewegt werden. Zusätzlich kann der Brennpunkt entlang der Länge 38 in einem vorbestimmten Gewebevolumen 40 (Z-Richtung) bewegt werden. Auf diese Weise können vorbestimmte Volumina eines stromalen Gewebes, wie beispielsweise eine Gewebelinse, in dem Stroma zur anschließenden Entfernung isoliert werden. Es können auch Schichten eines stromalen Gewebes mittels Licht geändert werden, um Durchgänge durch das Stroma zu erzeugen. Ferner können ganze Gewebevolumina mittels Licht geändert und die daraus entstehenden Ablagerungen entfernt werden. In jedem Fall kann die Entfernung eines stromalen Gewebes individuell angepasst werden. Mit anderen Worten ist es eine Aufgabe, das stromale Gewebe zu entfernen, und zwar nur jenes stromale Gewebe, das eine optische Korrektur benötigt.
Während die hierin gezeigte und ausführlich offenbart bestimmte Vorrichtung vollauf die Aufgaben erfüllen und die zuvor erwähnten Vorteile bereitstellen kann, dienen die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung selbstverständlich lediglich als Beispiele und es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung mit Bezug auf die hierin gezeigten Einzelheiten der Ausführungen oder den Aufbau, bis auf jene in den angehängten Ansprüchen beschriebenen, einzuschränken.

Claims

Vorrichtung zum Anpassen von Korrekturen der Kornea, umfassend: Mittel (12) zum Bereitstellen eines Laserstrahl, der für eine durch Plasma hervorgerufene Gewebezersetzung geeignet ist, Mittel (22), um die vordere Fläche der Kornea eines Auges mit einem Referenzfeld (24) zu überdecken, um die Oberfläche der Kornea in mehrere Referenzbereiche (28) zu unterteilen; Mittel zum Erzeugen einer Brechkraftverteilung (46) für die Kornea; Mittel, zum in Beziehung setzen der Brechkraftverteilung (46) mit dem Referenzfeld (24), um eine Brechkraftkorrektur für jeden Referenzbereich zu bestimmen; Mittel zum Ausbreiten des Referenzfeldes in die Kornea, um mehrere Referenzvolumina (30) im inneren der Kornea zu erzeugen, um des Weiteren einen Beitrag von jedem Referenzvolumen (30) zu einer optischen Aberration ermitteln zu können; Mittel zum Lenken des Laserstrahls entlang eines Strahlausbreitungspfades durch einen der Referenzbereiche zu einem Brennpunkt (56) innerhalb eines Stromas einer Kornea, entlang des entsprechenden Referenzvolumens (30), um intrastromales Gewebe an dem Brennpunkt (56) mittels Licht zu ändern; Mittel zum selektiven Bewegen des Brennpunktes bei einer vorbestimmten Tiefe in der Kornea entlang des Strahlausbreitungspfades, um das intrastromale Gewebe mit vorbestimmter Länge an jedem Punkt entlang des Strahlausbreitungspfades innerhalb der Kornea zu ändern; Mittel zum Aktivieren des Laserstrahls während dem selektiven Bewegen, um die Brechkraftkorrektur für den Referenzbereich (28) zu erzielen; und Beseitigen des jeweiligen Beitrags eines jeden Referenzvolumens (30) zur optischen Aberration; Mittel zum Umleiten des Strahls durch einen weiteren Referenzbereich, um intrastromales Gewebe mittels Licht zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brechkraftverteilung einer Korneatopographie entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brechkraftverteilung unter Verwendung einer Wellenfrontanalyse erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Referenzbereich (28) eine x-Abmessung und eine y-Abmessung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die x-Abmessung im Wesentlich gleich der y-Abmessung ist, und wobei ferner die x-Abmessung und die y-Abmessung etwa 5 Mikrometer beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Referenzbereiche (28) geeignet ist, einen Laserstrahl zu lenken, der unter Verwendung eines nicht ultravioletten Lasers mit sehr kurzer Impulsdauer erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Laserstrahl eine Vielzahl von Pulsen umfasst, wobei jeder Puls länger als etwa zehn Femtosekunden dauert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Mittel (22) umfasst, um die vordere Fläche der Kornea eines Auges mit einem Referenzfeldfeld (24) zu überdecken, um die Oberfläche der Kornea in mehrere Referenzbereiche (28) zu unterteilen; und Projizieren jedes Referenzbereiches von der vorderen Fläche durch die Kornea, um die entsprechenden Referenzvolumina (30) zu definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Referenzvolumina (30) mit der Brechkraftverteilung (46) in Beziehung gesetzt werden können, um eine Brechkraftkorrektur für jeden Referenzbereich zu bestimmen;