为治疗设备的眼科激光器提供用于矫正角膜的控制数据的方法与流程

本发明涉及用于为治疗设备的眼科激光器提供用于矫正角膜的控制数据的方法。另外，本发明涉及具有至少一个眼科手术激光器和至少一个用于执行该方法的控制装置的治疗设备、计算机程序以及计算机可读介质。

背景技术：

1、用于控制眼科激光器以矫正光学视觉障碍或角膜的病理性和/或非自然改变区域的治疗设备和方法在现有技术中是已知的。其中，脉冲激光器和光束聚焦装置可以例如被形成为使得激光脉冲在位于有机组织内的焦点中实现光致破裂和/或消融，以从角膜去除组织，特别是组织微透镜。

2、然而，在对角膜进行矫正时，特别是在非球面矫正时，可能会发生由治疗引起不期望的高阶像差。特别是，矫正时可能会出现球面像差。

技术实现思路

0、发明概述

1、因此，本发明的目的是提供用于矫正角膜的控制数据，其中减少或避免高阶像差的产生。

2、该目的通过独立权利要求来解决。本发明的有利实施方案在从属权利要求、以下描述以及附图中公开。

3、本发明基于这样的思想：在治疗之前确定角膜具有的高阶像差，并且规划术后角膜，使得保留这些像差并且不产生新的像差。至此，通过光束通道模型对角膜的像差进行建模，并且适配用于预设屈光矫正的矫正轮廓，使得这些像差对于术后角膜保持恒定。

4、本发明的一方面涉及用于为治疗设备的眼科激光器提供用于矫正角膜的控制数据的方法。该方法可以由控制装置来执行，或者控制数据可以由控制装置来规划，其中控制装置指的是器具或器具部件，特别是处理器或微处理器，通过该控制装置可以执行以下方法步骤。

5、实现了根据预定的检查数据确定术前角膜的形貌数据，并通过形貌数据计算术前角膜的波前像差数据，其中光束通过具有形貌数据的角膜的通道由用于计算波前像差数据的光束通道模型来确定。此外，实现像差中性矫正轮廓的确定，通过该像差中性矫正轮廓为术后角膜保留术前角膜的高阶像差，其中根据所确定的波前像差数据适配预定的屈光矫正，用于确定像差中性矫正轮廓。最后，实现提供用于眼科激光器的用于矫正角膜的控制数据，该控制数据包括像差中性矫正轮廓。

6、换言之，尤其针对非球面矫正而确定形貌数据，例如角膜曲率或形貌。至此，可以存在预定的检查数据，诸如例如来自视频角膜镜的数据，以获得形貌数据。然后，可以根据在通过角膜时出现的形貌数据来计算波前的像差，其中可以将所述像差提供为波前像差数据。例如，波前像差数据可以通过泽尼克多项式(zernike polynomial)来描述，通过该泽尼克多项式可以公式化低阶像差和高阶像差。

7、其中，波前像差数据的计算可以通过光束通道模型来执行，其中对光束通过具有所确定的形貌的角膜的偏转进行建模。例如，光束通道模型可以基于光线追踪方法、费马方法(fermat method)和/或表面像差方法。

8、然后可以适配针对角膜屈光力变化的预定屈光矫正，使得术后角膜与术前角膜相比不具有新的或改变的高阶像差。这意味着矫正轮廓、特别是消融轮廓和/或微透镜几何形状被改变，其可以从预定屈光矫正确定，而不是用于该矫正的初始确定的屈光度值。因此，在治疗之前和之后，角膜在治疗的光学区内对于高阶像差保持像差中性。其所使用的屈光矫正可以例如根据主观矫正或综合验光仪的眼镜矫正来预先确定。

9、例如，为了确定如何适配屈光矫正以获得像差中性矫正轮廓，可以对虚拟术后角膜的虚拟形貌数据进行建模，从中还可以通过光束通道模型来计算虚拟波前像差数据。这意味着，可以对在通过矫正轮廓执行屈光矫正之后角膜的外观进行建模，其中随后可以确定该术后角膜的像差。随后，可以确定术前角膜中存在的像差(特别是高阶像差)与术后角膜中存在的像差之间的差异，其中通过该差异来适配矫正轮廓以获得像差中性矫正轮廓。

10、例如，治疗前的角膜曲率(特别是“角膜散光测量读数”)和要进行的屈光都是已知的。由此，可以确定预期的术后角膜散光测量读数，其中可以将通过治疗保持恒定的所确定的高阶像差归因于术后角膜以从中确定像差中性矫正轮廓。在另一实施例中，可以通过光束通道模型根据角膜的几何形状/形貌来确定高阶像差。根据产生用于去除组织的矫正轮廓的预定屈光，然后可以确定预期的角膜的术后几何形状/形貌，其中术后几何形状/形貌的预期术后较高像差也可以通过光束通道模型来确定。根据术前和术后高阶像差的差异，可以确定高阶像差，必须将高阶像差添加到矫正轮廓中以便在治疗时获得它们。

11、特别地，还可以规定，在去除角膜中的非自然改变的组织或疤痕时，除了高阶像差之外，低阶像差也保持中性。因此，可以在不发生屈光力变化和/或产生高阶像差的情况下去除组织。

12、最后，在确定像差中性矫正轮廓之后，可以为眼科激光器和/或治疗设备提供用于矫正角膜的控制数据，其包括像差中性矫正轮廓。通过控制数据，可以控制激光器和/或治疗设备而不引起额外的像差。控制数据可以包括用于在角膜中定位和/或聚焦各个激光脉冲的相应数据集。另外或替代地，用于调节至少一个光束装置以用于相应激光器的激光束的光束引导和/或光束成形和/或光束偏转和/或光束聚焦的相应数据集可以包括在控制数据中。

13、通过本发明，产生的优点是可以提供用于控制眼科激光器的改进的控制数据，因为可以避免新的像差、特别是高阶像差的形成。

14、本发明还包括产生附加优点的实施方案。

15、在实施方案中，光束通道模型基于光线追踪方法，其中根据斯涅耳定律(snell'slaw)用所确定的形貌数据对角膜的光束折射进行建模。这意味着，波前像差数据的计算可以在光学表面上的离散点中确定，光学表面可以通过光线追踪由形貌数据提供。在光线追踪方法中，角膜表面和瞳孔可以被认为与眼睛的其余部分隔离。借助光线追迹方法，可以根据斯涅尔定律在数学上构建在角膜上折射后通过瞳孔传播的光学波前。在理论上无像差的角膜的情况下，波前是球面的，其中半径以焦点为中心。这个“瞳孔球”是参考表面，可以从中确定波前像差。如果由于角膜表面的形状而存在像差，则实际波前偏离瞳孔球面，并且这些表面之间的光路距离就是波前像差，其可以以波前像差数据的形式提供。其中，可以沿着折射的光束测量距离。通过乘以折射率，该物理距离被转换为光路距离，光路距离可以用微米或波长来表示。在光线追踪方法中，光束的传播是根据斯涅尔定律计算的，该斯涅尔定律描述了光束或平面波在过渡到不同介质时由于改变的材料相关的相速度而导致的光束或平面波的传播方向的变化，材料相关的相速度作为折射率包含在折射定律中。通过该实施方案，可以提供光束通道模型的有利配置。

16、在另一实施方案中，光束通道模型基于费马原理，其中基于相应光束穿过角膜所花费的最短时间来对光束穿过具有所确定的形貌数据的角膜的路径进行建模。这意味着光束的偏转可以通过光束通道模型基于光束通过包括形貌数据的角膜所花费的最短时间来建模。特别地，如果光进入具有不同折射率的介质，则光在两点之间的距离所花费的最短时间不一定出现在两点之间的直线上。最短时间存在于最短光路上，其定义为物理距离乘以折射率。在无像差光学系统中，从点源发出并穿过光学系统的两个光束将同时同相入射到图像点上。也就是说，周边光束和轴向光束的光路长度必须相同，并且它们的光路之间的差异为零。如果两个光束路径不等长，则两个光束不会同相到达图像点，这表明路径上的任何地方都发生了像差或相移。因此，在像角膜表面这样的单个折射表面的情况下，相移可以归因于角膜表面的形状。因此，波前像差可以例如被描述为参考光束(特别是轴向光束)与穿过表面的另外的光束之间的路径长度的差异。因此，特别地还可以计算前角膜表面和后角膜表面之间的光路以估计整个角膜的波前像差。通过该实施方案，可以提供光束通道模型的进一步有利的配置。

17、在另一实施方案中，光束通道模型基于表面像差方法，其中通过从形貌数据提供的角膜曲率的差异将波前像差建模为笛卡尔椭圆。这里，假设引起像差的光程差是由角膜表面的形状引起的。因此，可以根据形貌数据直接计算角膜的波前像差。具体地，在旋转对称角膜的情况下，无像差的表面形状是具有预设偏心率的椭球体，预设偏心率等于折射率的倒数值。这也称为笛卡尔椭圆。与该表面的每次偏差都会导致像差。因此，与笛卡尔椭圆相比，角膜的相对高度是“表面像差”。如果已知，则可以从该几何形状导出角膜的波前像差。对于无像差的角膜，来自远处轴向点的光束尤其可以在一点中折射并朝焦点传播。对于表面形状不是笛卡尔椭圆的真实角膜，对象和图像点之间行进的光学距离与无像差情况下行进的距离相比是有偏差的。通过笛卡尔椭圆的无像差路径与通过真实角膜所行进的路径之间的差异是波前像差。因此，波前像差可以通过表面像差乘以n-1来计算。通过该实施方案，可以提供光束通道模型的进一步有利的配置。

18、另一实施方案提供，为了确定像差中性矫正轮廓，对已经通过预定屈光矫正治疗的虚拟术后角膜的虚拟形貌数据进行建模，其中通过虚拟形貌数据和光束通道模型来计算虚拟术后角膜的虚拟波前像差数据，其中通过虚拟术后角膜的虚拟波前像差数据与术前角膜的波前像差数据之间的差异来适配预定屈光矫正，以提供像差中性矫正轮廓。换言之，可以规定，通过模拟通过预定屈光矫正对术前角膜的治疗来对虚拟的术后角膜进行建模。对于虚拟的术后角膜，然后可以以与其中存在波前像差，特别是高阶像差的术前角膜类似的方式进行检查。然后可以将它们与已经在术前角膜中确定的波前像差进行比较，其中可以将与其的差异添加到屈光矫正的矫正轮廓中以在治疗之前和之后保持高阶像差恒定。由此，可以提供用于确定像差中性矫正轮廓的有利变型。

19、在另一实施方案中，为形貌数据设置参考中心，其由视轴与角膜表面的交点限定，其中视轴从瞳孔的中心点延伸到眼睛外部的固视点。这意味着可以设定参考中心，基于该参考中心可以确定角膜高度并因此确定波前像差，其中有利地将视轴与角膜的交点定义为参考中心。其中，视轴可以由从视线上的瞳孔中心延伸到眼睛外部的固视点的线来限定。为了根据形貌数据(例如视频角膜镜数据)正确地计算角膜的波前像差，尤其可以确定围绕哪个角膜参考点和哪个参考轴测量角膜高度。这里，可以将眼睛的不同点或参考轴定义为参考中心，例如视轴、视觉轴(中央凹消色差轴)、瞳孔轴或角膜的光轴。具体地，视轴可以被提供为参考中心，其也被称为固视轴，并且表示将入射瞳孔的中心点连接到固视点的线。视轴是光线束的主光束，从固视点发出，由瞳孔界定，并在穿过眼睛的光学系统后终止于中央凹。在通过视频角膜镜确定形貌数据时，患者将光固定在普拉西多盘图案的中心，其中仪器的光轴垂直于角膜。因此，仪器的光轴与角膜曲率中心对齐，但不一定穿过入瞳中心。在大多数情况下，入瞳的中心点稍微偏离视频角膜镜的轴，并且视线偏离视频角膜镜的轴。视线与角膜表面的交点称为角膜瞄准中心。现在，如果例如使用费马方法来计算波前像差，则角膜的形貌数据可以在数学上以视线或视轴为中心，因为参考光束被定义为从视线上的远处物点通过角膜瞄准中心，最后终止于图像点的那个光束。可以通过视频角膜镜在对象和图像点之间扫描的其他角膜点绘制另外的光束。因此，参考光束和与角膜相交的所有其他光束之间的光程差定义了与这些相交点相关的波前像差。因此，可以通过设置合适的参考中心来简化光束通道模型对波前像差数据的确定。

20、在另一实施方案中，预定的角膜断层扫描数据用于计算波前像差数据。因此，可以确定角膜前表面和后表面数据，它们描述了角膜的几何形状，特别是还关于角膜的后表面。因此，波前像差数据的确定可以通过光束通道模型来改进。

21、在另一实施方案中，预定的眼睛像差数据另外用于像差中性矫正轮廓。换句话说，不仅可以考虑角膜的波前像差数据，还可以考虑整个眼睛的波前像差数据。该眼睛像差数据可以例如通过像差计或眼睛的波前测量值来确定。然后，可以将该眼睛像差数据包含在像差中性矫正轮廓的计算中，以总体获得无像差矫正轮廓，无像差矫正轮廓不再具有高阶像差。由此，产生的优点是不仅在治疗之前和之后保持高阶像差恒定，而且还可以去除像差。

22、本发明的另一方面涉及用于控制治疗设备的方法。其中，该方法包括如先前所描述的方法的至少一个实施方案的方法步骤。此外，用于控制治疗设备的方法还包括将所提供的控制数据传送到治疗设备的至少一个眼科激光器并利用控制数据控制治疗设备和/或激光器的步骤。

23、相应的方法可以包括至少一个附加步骤，当且仅当发生应用案例或应用情况时才执行该附加步骤，应用案例或应用情况在此未明确描述。例如，该步骤可以包括输出错误消息和/或输出输入用户反馈的请求。附加地或替代地，可以规定调节默认设置和/或预定初始状态。

24、本发明的另一方面涉及控制装置，其被形成为执行前述方法中的一个或两个的至少一个实施方案的步骤。此外，控制装置可以包括用于电子数据处理的计算单元，例如处理器。计算单元可以包括至少一个微控制器和/或至少一个微处理器。计算单元可以被配置为集成电路和/或微芯片。此外，控制装置可以包括(电子)数据存储器或存储单元。程序代码可以存储在数据存储器上，通过该程序代码对相应方法的相应实施方案的步骤进行编码。程序代码可以包括相应激光器的控制数据。程序代码可以通过计算单元来执行，由此使控制装置执行相应的实施方案。控制装置可以被形成为控制芯片或控制单元。控制装置例如可以被包括在计算机或计算机集群中。

25、本发明的另一方面涉及一种具有至少一个眼外科或眼科激光器和控制装置的治疗设备，该控制装置被形成为执行前述方法中的一个或两个的至少一个实施方案的步骤。相应的激光可以被形成为通过光学突破将人眼或动物眼睛的具有预定义界面的预定角膜体积至少部分地分离，特别是通过光致破裂将其至少部分地分离和/或通过利用(光)消融来烧蚀角膜层和/或实现角膜和/或眼晶状体中激光诱导的折射率变化和/或增加角膜的交联。

26、在根据本发明的治疗设备的另一有利配置中，激光器可以适合于以1fs至1ns之间、例如在10fs至10ps之间的相应脉冲持续时间发射波长范围在300nm至1400nm之间、例如在900nm至1200nm之间并且重复频率大于10千赫兹(khz)，例如在100khz至100兆赫兹(mhz)之间的激光脉冲。在根据本发明的方法中使用这种激光器还具有以下优点：角膜的照射不必在低于300nm的波长范围内进行。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。这里使用的类型的光致破裂性和/或烧蚀性激光器通常将脉冲持续时间在1fs至1ns之间的脉冲激光辐射输入到角膜组织中。由此，光学突破所需的相应激光脉冲的功率密度可以在空间上被狭窄地限制，使得在界面的生成中能够实现高切割精度。特别地，还可以选择700nm至780nm之间的范围作为波长范围。

27、在根据本发明的治疗设备的另一有利实施方案中，控制装置可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；并且可以包括至少一个用于激光器的激光束的光束引导和/或光束成形和/或光束偏转和/或光束聚焦的光束装置。

28、本发明的另一方面涉及计算机程序。计算机程序包括例如形成程序代码的命令。程序代码可以包括至少一个控制数据集，其具有用于相应激光器的相应控制数据。当通过计算机或计算机集群执行程序代码时，导致执行先前描述的方法或其至少一个实施方案。

29、本发明的另一方面涉及计算机可读介质(存储介质)，其上分别存储上述计算机程序及其命令。为了执行计算机程序，计算机或计算机集群可以访问计算机可读介质并读出其内容。例如，存储介质被形成为数据存储器，特别是至少部分地被形成为易失性或非易失性数据存储器。非易失性数据存储器可以是闪存和/或ssd(固态驱动器)和/或硬盘。易失性数据存储器可以是ram(随机存取存储器)。例如，命令可以作为编程语言的源代码和/或作为汇编程序和/或作为二进制代码存在。

30、本发明所描述的方面之一的进一步的特征和优点可以由本发明的另一方面的实施方案产生。因此，如果本发明的实施方案的特征没有被明确地描述为相互排斥的话，则它们可以以彼此任意组合的方式存在。

31、本发明所描述的方面之一的进一步的特征和优点可以从本发明的另一方面的实施方案中得出。因此，如果本发明的实施方案的特征没有被明确地描述为相互排斥的话，则它们可以以彼此任意组合的方式存在。