DE10111521A1

DE10111521A1 - Treatment of incorrect vision by laser surgery on the human eye with common markings on the cornea for profile measurement and software-controlled laser tissue removal to achieve precise control

Info

Publication number: DE10111521A1
Application number: DE10111521A
Authority: DE
Inventors: Paul-Rolf Preusner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-26

Abstract

Refractive laser-surgery system has measurement means for measuring the surface of the cornea and a laser unit for point- wise program controlled removal of the cornea. Software is used to determine the amount of cornea to remove and the resultant profile based on cornea surface measurements and target input. The cornea is marked with a marking tool to show areas to remove. Coupling between the laser tool coordinate system and the measurement system is due to them both using the same markings.

Description

Technical field

Bei der Erfindung handelt es sich um ein System zur Behandlung der Fehl sichtigkeit des menschlichen Auges mittels Laserchirurgie.The invention is a system for treating the mistake Visibility of the human eye using laser surgery.

State of the art

Zur Behandlung der Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges sind laserchirur gische Geräte bekannt, mit deren Hilfe geringe Anteile der Hornhaut abgetragen werden. Die höchste Präzision wird derzeit mit UV-Lasern erreicht, mit denen Gewebe mit einer Genauigkeit unterhalb 1 µm durch Photoionisation entfernt wird. Der Laserstrahl wird während der Behandlung durch optische Stellglie der (z. B. bewegliche Spiegel) auf verschiedene Areale der Hornhaut gerichtet. Bei kleinem Durchmesser des Laserflecks (z. B. 1 mm) und hohen Pulsfrequenzen (mehrere 100 Hz) lassen sich damit praktisch beliebige Korrekturprofile abtra gen, um so die vorher errechnete optische Form zu erreichen. Um letztere zu bestimmen, wird vor der Behandlung eine optische Vermessung der Hornhaut form (Topometrie), evtl. auch eine sogenannte Aberrometrie mit aus dem Stand der Technik bekannten Geräten durchgeführt. Basierend auf diesen Messungen wird das Abtragungsprofil berechnet.Laser surgery is used to treat the ametropia of the human eye gische devices known, with the help of small portions of the cornea removed become. The highest precision is currently achieved with UV lasers, with which Tissue removed with an accuracy below 1 µm by photoionization becomes. The laser beam is activated during the treatment by optical actuators the (e.g. movable mirror) directed at different areas of the cornea. With a small diameter of the laser spot (e.g. 1 mm) and high pulse frequencies (several 100 Hz) practically any correction profiles can be deducted conditions in order to achieve the previously calculated optical shape. To the latter too will determine an optical measurement of the cornea before treatment shape (topometry), possibly also a so-called aberrometry from the stand devices known in the art. Based on these measurements the deduction profile is calculated.

Zwei Fehlereinflüsse beeinträchtigen die tatsächlich erreichbare Genauigkeit wesentlich: die Abweichung zwischen angenommener und tatsächlicher Position des Auges bereits bei ruhendem Auge (Dezentrierung, Rotation) und, diesem Fehler noch überlagert, die Augenbewegungen des Patienten während der Be handlung.Two error influences affect the accuracy that can actually be achieved essential: the deviation between the assumed and actual position of the eye with the eye still (decentration, rotation) and, this Error still superimposed on the patient's eye movements during loading action.

Um die Zentrierung zu verbessern, wird meist die Fixierung des Auges ver wendet, d. h., der Patient wird aufgefordert, auf eine mit dem Gerät verbundene Lichtquelle zu schauen. Mit welcher Genauigkeit dies geschieht, läßt sich aber nicht objektivieren. Rotationsbewegungen des Auges werden so überhaupt nicht erfaßt. Die an die Fixierung anschließende Einstellung der Nullposition des La sers erfolgt üblicherweise auch nur mit der subjektiven Genauigkeit, mit der der Operateur dies mit seinen eigenen Augen etwa anhand von Hornhautreflex bildern beurteilt. Bei der sogenannten "Lasik" (Laser in situ Keratomileusis), bei der vor der Abtragung eine dünne Hornhautlamelle bis auf einen kleinen Anheftungsbereich abgeschnitten und nach der Laserabtragung wieder zurück geklappt wird um die oberste Hornhautschicht zu schonen, sind Fixierung durch den Patienten und Einstellung der Nullposition durch den Operateur noch schwieriger, da die optische Qualität der freiliegenden Hornhautinnenschicht deutlich schlechter ist als die ihrer natürlichen Oberfläche. Dezentrierungsfeh ler werden dann eher noch größer. To improve the centering, the fixation of the eye is usually ver turns, d. that is, the patient is prompted to connect to the device Light source to look at. The accuracy with which this happens can be seen do not objectify. Rotational movements of the eye are not like this at all detected. The setting of the zero position of the La sers is usually done only with the subjective accuracy with which the surgeon does this with his own eyes, for example using corneal reflex judged images. In the so-called "Lasik" (laser in situ keratomileusis), with a thin corneal lamella except for a small one The attachment area is cut off and back again after laser ablation If you fold to protect the top corneal layer, fixation is required the patient and adjustment of the zero position by the surgeon more difficult because of the optical quality of the exposed inner layer of the cornea is significantly worse than that of its natural surface. Dezentrierungsfeh Then they tend to get even bigger.

Zur Kompensation von Augenbewegungen sind Nachführeinrichtungen be kannt, die aus einem Sensor zur Messung der Augenposition, einem Stellglied zum Positionieren des Laserstrahls und elektronischen Mitteln zum Bestimmen der (jeweils neuen) Sollposition des Stellgliedes bestehen. Bei den meisten der gegenwärtig verwendeten Sensoren wird die Augenposition mit Mitteln der digitalen Bildverarbeitung aus dem Pupillenrand berechnet. Dieser wird aber bei der Lasik ohnehin unscharf abgebildet. Außerdem kann er sich während der Behandlung durch die Innervation des Auges zeitlich ändern. Schließlich muß noch bedacht werden, daß sich die Optik der Hornhaut, durch die der Pupil lenrand vom Sensor aufgenommen wird, gerade durch die Behandlung ändert. Durch die genannten Effekte wird also die Genauigkeit der Positionsmessung eingeschränkt.Tracking devices are used to compensate for eye movements knows, from a sensor for measuring the eye position, an actuator for positioning the laser beam and electronic means for determining the (new) target position of the actuator. Most of them of the sensors currently used, the eye position is determined by means of the digital image processing calculated from the pupil margin. But this will anyway with the Lasik out of focus. He can also during the Change treatment due to innervation of the eye. Finally, must still be considered that the optics of the cornea through which the pupil lenrand is picked up by the sensor, just by the treatment changes. The accuracy of the position measurement is thus affected by the effects mentioned limited.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für die refraktive Laserchir urgie der Hornhaut ein System verfügbar zu machen, mit dem die Genauigkeit der Ankopplung des Koordinatenursprungs der Messung der Hornhaut (Topo metrie) an den Koordinatenursprung des Lasers sowohl beim Start (Zentrie rung) als auch während der Abtragung (Nachführung) gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht wird.The object of the present invention is for refractive laser surgery urgie the cornea to make a system available with which the accuracy the coupling of the coordinate origin of the measurement of the cornea (Topo metry) at the coordinate origin of the laser both at the start (centrie tion) as well as during the removal (update) to the stand technology is significantly increased.

Brief description of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das System besteht insgesamt aus folgenden Komponenten: Einer Topometrieeinheit, deren Hardware in bekannter Technik ausgeführt ist, einem Markierungswerkzeug zum Anbringen von Markierungen in definiertem Abstand zueinander auf der Hornhaut, Software zum Erkennen der Positionen der Markierungen im Rahmen der Topometrie, einer Laserein heit zum Abtragen der Hornhaut in bekannter Technik, einer mit der Laserein heit verbundenen Nachführeinheit mit Sensor und Stellglied, sowie Software im Sensor zum Erkennen der Positionen der Markierungen vor und während der Laserabtragung. Topometrieeinheit, Nachführeinheit und Lasereinheit sind über elektronische Datenschnittstellen miteinander verbunden.The object is inventively according to the characterizing Features of claim 1 solved. The system as a whole consists of the following Components: a topometry unit, the hardware of which is known technology is executed, a marking tool for applying markings at a defined distance from each other on the cornea, software for recognizing the positions of the markings in the context of topometry, a laser unit for removing the cornea in a known technique, one with the laser connected tracking unit with sensor and actuator, as well as software in the sensor to recognize the positions of the markings before and during the laser ablation. Topometry unit, tracking unit and laser unit are connected to each other via electronic data interfaces.

Das Markierungswerkzeug besteht beispielsweise aus einem Handgriff und ei nem daran befestigten Ring. Ähnliche Markierungswerkzeuge werden auch ver wendet, um die Hornhautlamelle bei der Lasik zu markieren, damit deren Orien tierung rekonstruiert werden kann, wenn versehentlich die Lamelle vollständig abgetrennt worden ist. Auf dem Ring sind mindestens drei, vorzugsweise vier kleine, erhabene Markierungen, beispielsweise Kreuzchen, Punkte oder Kreise angebracht. The marking tool consists, for example, of a handle and an egg attached ring. Similar marking tools are also used apply to mark the corneal lamella at the Lasik, so their orien can be reconstructed if the lamella is accidentally completely removed has been separated. There are at least three, preferably four, on the ring small, raised markings, for example crosses, dots or circles appropriate.

Sie haben einen Abstand vom Zentrum des Ringes, der größer ist als der Ra dius der Abtragungszone, aber kleiner als der Hornhautradius. Wird der Ring auf die Hornhaut aufgedrückt, so hinterläßt er die Markierungen als Abdrücke (Verletzungen der Hornhautoberfläche), die nach einem Tag wieder verheilt sind. Durch Anfärben mit einem Fluoreszenzfarbstoff (beispielsweise Natri umfluoreszein) und Beleuchtung mit Licht einer Wellenlänge, das die Fluores zenz anregt, können sie sehr kontrastreich dargestellt werden. Ihre Erkennung mit Softwaremitteln der digitalen Bildverarbeitung entspricht dem Stand der Technik.They are at a distance from the center of the ring that is larger than the Ra dius of the ablation zone, but smaller than the corneal radius. Will the ring pressed on the cornea, he leaves the markings as impressions (Injuries to the corneal surface) that heals again after a day are. By staining with a fluorescent dye (e.g. Natri umfluoreszein) and lighting with light of a wavelength that the fluorescence stimulating, they can be displayed in very high contrast. Your detection with software means of digital image processing corresponds to the state of the Technology.

Sowohl die Topometrieeinheit als auch der Sensor der Nachführeinrichtung enthalten Softwarekomponenten zum Erkennen der Positionen der genannten Markierungen, so daß sich also mit ihrer Hilfe das selbe Koordinatensystem sowohl für die Topometrie als auch für die Zentrierung und Nachführung bei der Laserabtragung verwenden läßt.Both the topometry unit and the sensor of the tracking device contain software components for recognizing the positions of the above Markers, so that with their help the same coordinate system for topometry as well as for centering and tracking who can use laser ablation.

Preferred execution and execution alternatives

Als Topometrieeinheiten sind Geräte bekannt, die aus zwei verschiedenen Richtungen Gittermuster auf die Hornhaut projizieren. Zur besseren Erkenn barkeit wird die Hornhaut mit einem fluoreszierenden Farbstoff (i. a. Natrium fluoreszein) benetzt. Das Beleuchtungslicht besteht spektral nur aus solchen Anteilen, die die Fluoreszenz anregen. Dies wird beispielsweise durch ein Fil ter erreicht, das nur diesen Wellenlängenbereich durchläßt (Anregungsfilter). Alternativ kann zur Anregung auch monochromatisches Laserlicht verwendet werden.Devices are known as topometry units, which consist of two different Project the grid pattern on the cornea in the directions. For better recognition The cornea is made available with a fluorescent dye (generally sodium fluorescein). The illuminating light consists only of spectral ones Proportions that stimulate fluorescence. This is done, for example, by a fil ter that only passes this wavelength range (excitation filter). Alternatively, monochromatic laser light can also be used for excitation become.

Die Hornhautoberfläche wird optisch auf einen Sensor (z. B. ein CCD) ab gebildet. In die abbildende Optik ist ein Filter integriert, das den anregenden Spektralbereich herausfiltert und nur das Fluoreszenzlicht durchläßt (Sperrfil ter). Aus der aufgenommenen Form des Gittermusters wird die dreidimensio nale Hornhautoberfläche mit trigonometrischen Algorithmen berechnet. Diese Software wird erfindungsgemäß ergänzt um ein Modul, das die Position von Markierungen, beispielsweise von vier kleinen Kreuzchen, bestimmt. Diese Mar kierungen werden vor der Topometrie mittels eines Werkzeuges als Abdrücke auf die Hornhaut aufgebracht. Die Positive der Markierungen sind auf einem Ring angeordnet. Ihre Abstände zueinander sind daher bekannt. Der Ring ist beispielsweise an einem Handgriff befestigt. Bei der Laserabtragung mit einer Lasereinheit in bekannter Technik, die von einer Nachführeinheit in bekannter Technik so angesteuert wird, daß ein vorher berechnetes Profil trotz Augen bewegungen abgetragen wird, erfolgt eine Ausleuchtung vorzugsweise in der anregenden Wellenlänge eines fluoreszierenden Farbstoffes, mit dem die Mar kierungen auf der Hornhaut angefärbt wurden, was beispielsweise wieder mit einem Anregungsfilter erreicht werden kann. The corneal surface is optically transferred to a sensor (e.g. a CCD) educated. A filter is integrated in the imaging optics, which the stimulating Filtered out the spectral range and only lets the fluorescent light through (blocking fil ter). From the recorded shape of the grid pattern, the three-dimensional The corneal surface is calculated using trigonometric algorithms. This According to the invention, software is supplemented by a module that determines the position of Markings, for example of four small crosses, determined. This Mar Before the topometry, markings are made as impressions using a tool applied to the cornea. The positives of the marks are on one Ring arranged. Their distances from each other are therefore known. The ring is attached to a handle, for example. When laser ablation with a Laser unit in known technology by a tracking unit in known Technology is controlled so that a previously calculated profile despite eyes is removed, illumination is preferably carried out in the exciting wavelength of a fluorescent dye with which the Mar cations were stained on the cornea, which, for example, again with an excitation filter can be achieved.

Die Sensorkomponente der Nachführeinrichtung enthält eine Optik, die die Hornhautoberfläche auf ein lichtempfindliches Element, beispielsweise ein CCD, abbildet. In diese Optik wird vorzugsweise ein Filter integriert, das die ab gestrahlte Fluoreszenzwellenlänge durchläßt und die anregende unterdrückt (Sperrfilter). Auf diese Weise werden nur die Markierungen mit hohem Kon trast abgebildet. Ihre Positionen lassen sich daher einfach und schnell mit Softwaremitteln bestimmen. Mit dieser Information kann erfindungsgemäß das Koordinatensystem der Topometrie in das der Laserabtragung umgerechnet werden, so daß die tatsächliche Abtragung mit sehr hoher Präzision an der gewünschten Stelle erfolgt.The sensor component of the tracking device contains an optic that the Corneal surface on a light-sensitive element, for example a CCD, maps. In this optics, a filter is preferably integrated, which the emits fluorescent wavelength and suppresses the exciting one (Notch filter). In this way, only the marks with high con pictured. Your positions can therefore be easily and quickly with Determine software resources. With this information, according to the invention Coordinate system of topometry converted into that of laser ablation be, so that the actual removal with very high precision on the desired position.

In einer anderen Ausführung der Erfindung wird von der Topometrieeinheit in bekannter Technik ein Muster konzentrischer Ringe auf die Hornaut projiziert und optisch auf einen Sensor (z. B. ein CCD) abgebildet. Aus der Verformung der Ringe kann die dreidimensionale Oberfläche der Hornhaut berechnet wer den. Die Markierungen können auch mit dieser Topometrieeinheit durch ein Softwaremodul einfach erkannt werden, wobei hier eine Anfärbung mit einem Farbstoff nicht unbedingt erforderlich ist.In another embodiment of the invention, the topometric unit projected a pattern of concentric rings onto the Hornaut using known technology and optically mapped to a sensor (e.g. a CCD). From the deformation of the rings, the three-dimensional surface of the cornea can be calculated the. The markings can also be made using this topometric unit Software module can be easily recognized, here a staining with a Dye is not essential.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der Ring mit den Markie rungen nicht an einem Handgriff befestigt, sondern, wie z. B. von Einheiten zur Messung des Augeninnendruckes bekannt, an einer augenärztlichen Spaltlampe befestigt. Dadurch wird im Vergleich zu einer "freihändigen" Anwendung eine genauere Positionierung des Ringes relativ zum Auge erreicht und speziell ein "Verschmieren" der Markierungen durch manuelles Verwackeln vermieden.In another embodiment of the invention, the ring with the markie not attached to a handle, but, such as. B. of units for Known measurement of intraocular pressure on an ophthalmic slit lamp attached. In comparison to a "hands-free" application, this is a more precise positioning of the ring relative to the eye is achieved and especially one "Blurring" of the markings due to manual blurring avoided.

Claims

1. System for refractive laser surgery, with
a measuring device for measuring the surface of the cornea (topometry unit),
a unit for point-by-point, program-controlled removal of the cornea (laser unit),
Software for calculating the desired ablation profile from topometry data and targets,
a tracking system for compensating eye movements during ablation, consisting of an optical sensor for measuring the current eye position and an actuator that tracks the laser beam in real time (tracking device),
characterized in that
there is a marking tool for applying at least three markings on the cornea at a defined distance from one another,
Software is available which knows the positions of the markings made with the marking tool from the topometric data and calculates the coordinates of each other corneal point relative to these marking positions,
Software is available that allows the sensor of the tracking device to recognize the positions of the markings made with the marking tool in real time, to calculate the desired positions of the ablation profile relative to these and to adjust the actuator of the tracking device accordingly.

2. System for refractive laser surgery according to claim 1, characterized in that the tracking device with a light source the cornea illuminates that only light in a fluorescent dye exciting Emits wavelength, and the sensor of the tracking device only in the fluo Resence light, but not sensitive to the light that stimulates fluorescence is.

3. System for refractive laser surgery according to claim 1, characterized in that the topometric unit detects the fluorescence of the cornea wetting dye used.

4. System for refractive laser surgery according to claim 1, characterized in that the topometric unit concentric rings on the horn skin projected.

5. System for refractive laser surgery according to claim 1, characterized net in that the marking tool from a ring with it attached markings is attached to a handle.

6. System for refractive laser surgery according to claim 1, characterized characterized in that the marking tool is attached to it from a ring brought markings exists on an ophthalmic slit lamp is attached.