用于控制用于分离体积体的加工设备的激光器的方法、加工设备、计算机程序以及计算机可读介质

技术领域

本发明涉及用于控制加工设备的激光器的方法，该加工设备用于将具有前界面和后界面的体积体与材料分离。此外，本发明涉及加工设备、计算机程序以及计算机可读介质。

背景技术

由炎症、损伤或固有疾病以及视觉障碍例如近视或远视引起的角膜内混浊和疤痕会损害视力。特别是在角膜的这些病理性和/或非自然改变的区域位于眼睛的视轴中的情况下，清晰的视力受到相当大的干扰。以已知的方式，通过所谓的光疗性角膜切除术(PTA)利用消融作用的激光器(例如准分子激光器)来消除如此改变的区域。然而，这仅当角膜的病理性和/或非自然改变的区域位于角膜的表层时才有可能。通过烧蚀激光方法无法到达更深的区域，特别是基质内的区域。在此，必须采取额外的措施，例如通过额外的角膜切口来暴露位于较深处的区域。

其中，特别已知的是，在使用所谓的飞秒系统时，在空间中执行相应的x-y-z运动以产生相应的空化气泡，从而产生允许进行校正的可提取微透镜。其中，z方向，换句话说，深度方向，特别有问题，因为整个激光装置必须在其中移动。因此，例如在激光装置的速度或控制方面出现问题，特别是在相应的z方向上移动激光装置出现问题。

为了能够对患者进行有利的治疗，特别重要的是空化气泡的相应准确的产生，以及为了缩短治疗时间，空化气泡能够相应快速地产生。

发明概述

因此，本发明的目的是提供用于控制激光器以将体积体与人或动物角膜分离的方法和加工设备，由此克服了现有技术的缺点。特别地，本发明的目的是能够以技术上简单的方式产生体积体。

该目的通过根据独立权利要求的方法、加工设备、计算机程序以及计算机可读介质来实现。本发明的便利发展的有利配置在相应的从属权利要求中详细说明，其中该方法的有利配置被视为加工设备、计算机程序和计算机可读介质的有利配置，反之亦然。

其中，本发明的第一方面涉及用于控制加工设备的激光器的方法，该加工设备用于将具有前界面和后界面的体积体与材料、特别是眼睛的角膜、特别是人或动物角膜分离。其中，该方法通过加工设备的控制装置来执行。确定要在前界面和后界面之间生成的体积体的深度起伏是根据至少一项信息、特别是患者信息来实现的。所确定的深度起伏或相应界面的对称轴的参考点通过加工设备的控制装置来确定。激光器至少从所确定的参考点开始在某些区域中被控制在类圆形轨道中运行，使得其以预定图案以发射序列(shotsequence)将脉冲激光脉冲发射到材料中，其中待分离的体积体的界面由该预定图案限定，并且所述界面是通过沿所述类圆形轨道生成多个空化气泡而借助于各个激光脉冲与角膜的相互作用来生成的。

因此，能够更省力地产生空化气泡。因此，特别地可以根据所确定的参考点来评估相应的深度起伏，由此可以以较少的努力产生空化气泡，特别是在z方向上。因此，特别描述虚拟对称轴或虚拟对称中心的参考点。例如，可以将重心、质心、质量中心或者非“完美”对称体积体的中心确定为参考点。此外，可以认识到，相应的参考点，例如作为参考点的重心，可以通过利用例如不对称泽尼克(Zernike)的最小化来确定。然后，例如可以规定，特别是在x-y方向上观察时，参考点与体积体的对称点不重合，由此仍然可以至少在z方向上可靠地产生深度起伏。

因此，通过空化气泡生成的路径可以生成为一种高度等值线，其中特别地，z方向被理解为高度。换言之，确定路径，其中空化气泡优选地位于相对于激光装置的z方向观察的相应路径上基本上相同的高度(等高度)处。激光装置也可称为激光器。

特别地，人或动物的眼睛，特别是角膜，可以被视为材料。其中，激光器可以形成为眼科手术激光器。加工设备也可以称为治疗设备。

因此，本发明特别提出，从角膜内的体积体的切口的相应x-y-z坐标来确定参考点，例如重心，该参考点又对应于对称中心的类型。这可以针对后界面和前界面两者来确定，特别是彼此分开地确定。其中，z位置的权重特别均匀地分布在该参考点周围。对应于参考点的该点然后可以依次表示用于生成空化气泡的起点或终点，特别是沿着路径或轨道。换句话说，这意味着空化气泡产生的开始并不对应于治疗的中心，而是故意以偏心方式确定参考点，以产生沿z方向观察的激光装置的更简单的运动。该偏心可以通过例如加工设备的扫描仪装置来执行。替代地或附加地，还可以通过眼睛或患者的移动来执行偏心。这意味着患者或眼睛本身也可以对接至系统并转移至扫描仪装置，或者系统可以有意且自动地以偏心方式对接患者，使得扫描仪的中性位置位于该质量中心。从该时间点开始，可以根据参考点是否被定义为起点或终点来生成虚拟高度等值线，其中虚拟高度等值线因此通过特别是在z方向上观察的空化气泡以最小的z努力来生成。这是有利的，因为如已知的，扫描仪特别是在z方向上比在x-y方向上移动得更慢。

特别地，该方向应理解为z方向，其基本上平行于激光束和/或激光装置的光轴延伸。然后，x方向和y方向又被视为垂直于z方向，其中x方向也形成为垂直于y方向。

作为通过重心确定对称中心的替代，也可以相反地进行，并且还可以首先确定高度等值线，然后可以例如通过所有高度等值线的质心依次确定对称中心，由此然后依次确定所有可能的高度等值线的伪中心。再次替代地，代替高度等值线，还可以例如简单地执行具有特别减小的z努力的空化气泡路径的螺旋或圆形或椭圆形轨迹。这里，可能由于偏心而在边缘处发生，必须执行所谓的修剪，因此“剪裁”，例如通常使用一种光学快门或脉冲选择器，以在最后实现相对于治疗中心的期望形状，特别是在临床上而不是在技术上考虑的相对于治疗中心的期望形状。

其中，一种有利的配置形式提供了基于x-y-z坐标或高度等值线另外确定可能的倾斜(因此准枢转)，并且还可以例如根据患者接口的曲率通过进一步的偏心来有意地补偿可能的倾斜(因此准枢转)。因此，在这种情况下，不是扫描仪本身被移位，而是经由患者接口或经由眼睛实现移位，使得患者接口相对于眼睛的曲率抵消该倾斜。

再次替代地，例如可以规定，不使用角膜内的切口本身的x-y-z坐标，而是与从患者接口观察或相对于患者接口的切口的x-y-z坐标一起使用。它特别具有零位置，该零位置不必与角膜坐标一致。特别地，如果例如使用弯曲的用户接口/患者接口，则x-y-z坐标还将查看矢状面，因此具有圆弧，即基于用户接口的用户接口的从弧的中心到其基础的中心的距离，由此扫描仪的工作量减少。

再次替代地，可以规定，既不使用切口的x-y-z坐标，也不使用患者接口的x-y-z坐标，而是使用从扫描仪的视图、特别是沿z方向观察的切口的x-y-z坐标，其特别对应于相应的控制值。扫描仪本身又具有不同的零位置。扫描仪装置的x-y-z坐标不仅会考虑患者接口的矢状面，而且还会考虑光学组件的不同折射率和几何形状，因此还会考虑每个扫描仪增量的不同位移路径，从而减少扫描仪的工作量。

深度起伏特别是体积体本身，因此是前表面和后表面之间的差异。因此，前界面和后界面具体地基于深度起伏来确定，使得微透镜对应于该深度起伏。此外，可以在前界面和后界面上确定参考点。替代地或附加地，还可以为前界面和后界面确定公共参考点。

其中，特别规定，例如首先生成后界面，然后及时生成前界面。替代地或附加地，还可以生成前界面并且仅生成后界面。再次替代地，例如对于后界面和前界面两者基本上同时产生空化气泡是可能的。这里，例如可以规定，首先在后界面内生成空化气泡，然后在前界面内依次生成空化气泡作为下一个空化气泡。

根据有利的配置形式，深度起伏在后界面处确定。因此，深度起伏尤其仅在后界面处产生。因此，深度起伏的结构或形状或走向特别是在后界面处确定。其中，前界面可以例如被生成为基本上平行于眼睛的表面。因此，允许以简单的方式生成体积体。

如果生成控制数据使得生成的前界面基本上平行于材料的表面，特别是眼睛的表面，则是进一步有利的。因此，前界面的生成尤其可以以简单的方式实现。此外，允许例如在后界面处特别可靠地产生体积体并且特别是深度起伏。

构造的另一有利形式规定，螺旋轨道或椭圆形轨道被生成为基本上类圆形的轨道。因此，允许以简单的方式根据参考点沿着螺旋轨道依次产生空化气泡，使得可以更省力地操作激光装置或加工设备。

如果参考点根据要生成的体积体的最厚位置或体积体的最薄位置来确定，也是有利的。其中，最薄位置尤其例如对应于体积体的最小深度并且最厚位置对应于体积体的最大深度。这尤其应在z方向上进行理解。替代地或附加地，相对于体积体在z方向上观察的相应界面的最高或最深位置也可以用作相应参考点。因此，可以使用不同的参考点，使得该方法可以灵活地采用。

此外，已经证明如果使用用于最小化深度起伏的不对称性的数学最小化方法来确定参考点是有利的。例如，可以通过数学模型来最小化旋转(旋转的)不对称性。此外，此时应注意，还可以最小化各个界面的不对称性。

此外，可以规定，在控制激光时考虑作为材料的眼睛相对于激光的潜在位置变化和/或激光相对于眼睛的潜在位置变化。因此，特别地还可以考虑眼睛相对于激光或激光相对于眼睛的最小移动，由此可以最小化产生空化气泡的误差。因此，可以以改进的方式生成体积体。

根据配置的另一有利形式，参考点被确定为类圆形轨道的起点或类圆形轨道的终点。因此，可以为患者灵活地生成参考点，由此可以例如响应患者的个体需求。此外，它可以对治疗期间的相应情况做出反应，并且加工设备本身的构造也可以被考虑到其中。

此外，已证明，如果参考点被确定为使得其与在要生成的空化气泡的方向上观察到的体积体的对称中心不重合，则是有利的。因此，体积体的对称中心和参考点尤其以不同的方式形成。因此，参考点的确定与体积体的对称中心无关，并且优选地仅取决于要生成的深度起伏。

如果在确定参考点时考虑在治疗中用于对接材料(特别是眼睛)的加工设备的患者接口的形状，则是进一步有利的。特别是，患者接口具有零位置，该零位置不必与角膜坐标一致。具体地，如果例如使用弯曲的用户接口，则x-y-z坐标还将考虑基于用户接口的用户接口的矢状面，因此具有圆弧，即从弧的中心到其基础的中心的距离，由此扫描仪的工作量减少。

在配置的另一有利形式中，通过光致破裂从角膜体积去除透镜状体积体，或者通过消融方法去除体积体。因此，可以以两种不同的方式并且例如也可以通过两个不同形成的加工设备来执行校正。

根据配置的另一有利形式，实现对激光器的控制，使得激光器发射波长范围在300纳米到1400纳米之间、特别是在700纳米到1200纳米之间、相应的脉冲持续时间在1fs到1ns之间、特别是在10fs到10ps之间，并且重复频率大于10kHz、特别是在100kHz到100MHz之间的激光脉冲。这种激光器已经用于光致破裂方法，例如在眼科手术中。所产生的微透镜对应于体积体，随后通过角膜中的切口被移除。在根据本发明的方法中使用光致破裂性激光器还具有以下优点：在低于300nm的波长范围内不会影响角膜的照射。该范围包含在激光技术中的术语“深紫外”中。由此，有利地避免了这些极短波长和高能光束对角膜造成的意外损伤。这里使用的光致破裂性激光器类型通常将脉冲持续时间在1fs到1ns之间的脉冲激光辐射输入角膜组织。由此，光学突破所需的各个激光脉冲的功率密度可以在空间上被狭窄地限制，从而在界面的生成中确保高切割精度。

如果实现激光器的控制以使得考虑角膜的形貌和/或厚度和/或形态数据，则是进一步有利的。因此，可以特别考虑待治疗的角膜的形貌和/或厚度测量以及例如角膜基质内的病理性和/或非自然改变区域的类型、位置和范围以及眼睛的相应视觉障碍。目前，该数据特别对应于预设参数或患者信息。具体地，至少通过提供未治疗的角膜的形貌和/或厚度测量和/或形态学数据以及提供角膜内要去除的病理性和/或非自然改变区域的形貌和/或厚度测量和/或形态学数据或者考虑用于消除视觉障碍的相应光学校正来生成控制数据集。

本发明的第二方面涉及加工设备，其具有至少一个激光器，用于通过光致破裂或通过烧蚀方法来分离人或动物眼睛的体积体，并且具有至少一个用于一个或多个激光器的控制装置，该控制装置被形成为执行根据前述方面的方法的步骤。另外，加工设备包括旋转扫描仪，用于将激光器的激光束预定偏转至待治疗材料，特别是眼睛。

其中，激光器适合于发射波长范围在300nm到1400nm之间、优选在700nm到1200nm之间、相应的脉冲持续时间在1fs到1ns之间、优选在10fs到10ps之间、以及大于10kHz、优选在100kHz到100MHz之间的重复频率的激光脉冲。

加工设备还可以包括多个控制装置，其中多个特别是指至少两个控制装置，然后依次形成控制装置以执行根据本发明的方法。一个或多个控制装置特别地包括电子部件，例如处理器、电路(例如集成电路)以及能够执行相应的方法步骤的其他电子部件。

在加工设备的配置的有利形式中，加工设备包括至少一个存储装置，用于至少临时存储至少一个控制数据集，其中一个或多个控制数据集包括用于定位和/或用于将各个激光脉冲聚焦在角膜中的控制数据；并且包括至少一个光束装置，用于激光器的激光束的光束引导和/或光束整形和/或光束偏转和/或光束聚焦。其中，所提到的控制数据集通常基于待治疗的角膜的测量的形貌和/或厚度测量和/或形态和/或角膜内待去除的病理性和/或非自然改变区域的类型和/或待矫正的眼睛的视觉障碍来生成。

进一步的特征及其优点可以从第一发明方面的描述中获得，其中每个发明方面的有利构造被认为是相应的其他发明方面的有利构造。

本发明的第三方面涉及包括命令的计算机程序，所述命令使得根据第二发明方面的加工设备执行根据第一发明方面的方法步骤。本发明的第四方面涉及计算机可读介质，其上存储根据第三发明方面的计算机程序。可以从第一和第二发明方面的描述中获得进一步的特征及其优点，其中每个发明方面的有利构造将被视为相应其他发明方面的有利构造。

附图说明

进一步特征从权利要求、附图和附图描述中显而易见。上述描述中提到的特征和特征组合以及下面附图描述中提到的和/或单独在附图中显示的特征和特征组合不仅可以用在各自指定的组合中，而且可以用在其他组合中而不脱离从本发明的范围。因此，实施方式也被认为被本发明所涵盖和公开，这些实施方式没有在图中明确示出和解释，但是产生于所解释的实施方式的分离的特征组合并且可以由来自所解释的实施方式的分离的特征组合生成。实施方式和特征组合也被认为是公开的，因此不包括最初制定的独立权利要求的所有特征。此外，实施方式和特征组合被认为是公开的，特别是通过上述实施方式公开，其延伸超出或偏离权利要求的关系中所陈述的特征组合。

其中显示：

图1是加工设备的实施方案的示意侧视图；

图2是加工设备的实施方案的又一示意性侧视图；以及

图3是材料、特别是眼睛的示意性剖视图；以及

图4是示例性体积体的示意性俯视图。

发明详述

在附图中，相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。

图1示出了具有用于分离预定角膜体积或体积体12的激光器18的加工设备10的示意图。角膜44(图3)包括预定界面14、16(图2)，其中角膜44特别是人或动物眼睛42的角膜。体积体12可以通过光致破裂来产生。替代地，也可以通过烧蚀方法去除体积体12。具体地，示出了角膜44的实际后界面14和实际前界面16。人们认识到，除了激光器18之外还形成用于激光器18的控制装置20，使得激光器18例如以预定图案将脉冲激光脉冲发射到角膜44中，其中待分离的体积体12的界面14、16由预定图案例如通过光致破裂来产生。加工设备10还可以包括另外的控制装置。在所示实施方案中，体积体12的界面14、16形成透镜状体积体12，其中在该实施方案中选择体积体12的位置，使得包围角膜44的基质36内的病理性和/或非自然改变的区域32(参见图2)，例如视觉障碍。此外，从图1中可以明显看出，所谓的鲍曼氏膜(Bowman's membrane)38形成在基质36和上皮28之间。

此外，人们认识到，由激光器18产生的激光束24通过光束装置22(即光束偏转装置，例如旋转扫描仪(扫描仪、扫描仪装置))朝向角膜的表面26偏转。光束偏转装置还由控制装置20控制以在角膜中生成所提到的预定图案。

所示的激光器18是光致破裂性激光器或激光器18，其被形成为发射波长范围在300nm至1400nm之间、优选地在700nm至1200nm之间，相应的脉冲持续时间在1fs至1ns之间，优选地在10fs至10ps之间，并且重复频率大于10kHz，优选地在100kHz至100MHz之间的激光脉冲。替代地，激光器18还可以形成为通过烧蚀方法去除体积体12。

另外，控制装置20包括用于至少临时存储至少一个控制数据集的存储装置(未示出)，其中一个或多个控制数据集包括用于定位和/或用于将单个激光脉冲聚焦在角膜44中的控制数据。各个激光脉冲的位置数据和/或聚焦数据是基于先前测量的角膜的形貌和/或厚度测量和/或形态以及例如要去除或改变的病理性和/或非自然改变的区域32或者在眼睛42的基质36内生成的光学视觉障碍校正而生成的。此外，还确定角膜44的实际后界面14和角膜44的实际前界面16的数据，例如形状和位置。以下，该数据也称为预设参数。

图2示出了根据本方法实施方案生成待分离体积体12的示意图。人们认识到，体积体12的界面14、16是借助于脉冲激光束24产生的，该脉冲激光束24经由光束偏转装置22被引导向角膜44或角膜44的表面26。其中，体积体12的界面14、16形成透镜状体积体12，其例如将病理性和/或非自然改变的区域32包围在该基质36内。此外，在所示的实施方案中，激光器18产生另一切口34，该切口以预定角度和预定几何形状与体积体12相交，并且形成直至角膜44的表面26。然后可以经由切口34从角膜44移除由界面14、16限定的体积体12。在所示实施方案中，病理性和/或非自然改变的区域32形成在基质36内并且在眼睛42的光轴30之外。

在示出的实施方案中，位于较深处的界面，即分别位于眼睛42和基质36中较深处的体积体12的界面，可以首先通过激光束24产生。这可以通过根据预定图案至少部分地圆形和/或螺旋地引导激光束24来实现。随后，以可比较的方式生成位于较高处的体积体12的界面，使得界面14、16形成透镜状体积体12。随后，也通过激光器18生成切口34。然而，也可以改变体积体12的界面14、16和切口34的生成顺序。

图3示出了具有体积体12的眼睛44的示意性剖视图。具体地，示出了体积体12包括前界面16以及后界面14。目前，眼睛44具体对应于材料。在本实施方案中，前界面16具体地形成为基本上平行于眼睛44的表面46。后界面14又包括深度起伏48。体积体12包括对称中心50。此外，示出了参考点52。

在用于控制加工设备10的激光器18的方法中，实现体积体12的分离，使得根据至少一项信息、特别是患者信息来确定要在前界面16和后界面14之间生成的体积体12的深度起伏48。所确定的深度起伏48或相应界面14、16的对称轴的参考点52通过控制装置20来确定。然后，依次实现控制激光器18至少在某些区域中从所确定的参考点52开始以类圆形轨道运行，使得其以预定图案将发射序列中的脉冲激光脉冲发射到角膜44中，其中体积体12的界面14、16是由预定图案限定的，并且界面14、16是通过各个激光脉冲40与角膜44的相互作用、通过沿类圆形轨道生成多个空化气泡40而生成的。其中，尤其可以规定，类圆形轨道是螺旋轨道或椭圆轨道。

对称点50特别地是特别是在x-y方向上观察的对称点。参考点52特别是相对于z坐标的对称中心。具体地，如图3所示，参考点52被确定为使得其与在要产生的空化气泡40的方向上观察的体积体12的对称中心50不重合。

特别地，该方向应理解为z方向，其基本平行于激光束24和/或光束装置22或激光装置的光轴延伸。然后，x方向和y方向又被视为垂直于z方向，其中x方向也形成为垂直于y方向。

其中，可以规定，例如根据要生成的体积体12的最厚位置或体积体12的最薄位置来确定参考点52。此外，特别规定，使用用于最小化深度起伏48的不对称性的数学最小化方法来确定参考点52。

此外，可以规定，在控制激光器18时考虑眼睛42相对于激光器18的潜在位置变化和/或激光器18相对于眼睛42的潜在位置变化。

如已经提到的，其中参考点52可以被认为是类圆形轨道的起点或者也可以被认为是类圆形轨道的终点。

此外，图3中示出了在确定参考点52时还考虑了用于在治疗中对接眼睛42的加工设备10的患者接口54的形状。具体地，在确定参考点52时可以考虑在对接至患者接口54时眼睛42的变形。

图4示出了体积体12的俯视图。特别地，示出了深度起伏48。例如，第一区域56在角膜44中的位置不如第二区域58那么深。此外，可以设置为，第三区域60又与第一区域56处于相同的深度。第四区域62又可以位于比第一区域56和第二区域60更深的位置，其中第四区域62又位于比第三区域58更高的位置。此外，示出了第五区域64，第五区域64又基本上位于相同深度平面上，并且例如位于高于区域56、58、60、62的位置。具体地，图4中示出了所谓的泽尼克多项式。

现在，具体地规定，参考点52根据这些区域56、58、60、62的“高度”来确定，并且被用作待生成的空化气泡40的起点或终点，而不是待生成的体积体12的对称中心50。