DE102011075799A1

DE102011075799A1 - Optisches System für ein Lasertherapiegerät

Info

Publication number: DE102011075799A1
Application number: DE102011075799A
Authority: DE
Inventors: Gregor Stobrawa; Mark Bischoff
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-11-15
Also published as: US20220370241A1; US10478340B2; EP2706969B1; US11351061B2; EP3275411B1; US20140114295A1; US20200237554A1; EP3275411A1; US11865043B2; WO2012156122A1; EP2706969A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System für ein Lasertherapiegerät zur Anwendung von Laserstrahlung am und im Auge, insbesondere geeignet zur laserchirurgischen Behandlung der Augenhornhaut und/oder der Augenlinse, umfassend: – einen Femtosekundenlaser als Strahlungsquelle (2) für die Therapielaserstrahlung, – ein Objektiv (8), aus dem die Therapielaserstrahlung austritt und fokussiert auf oder in das Auge gerichtet ist, wobei das Objektiv (8) selbst oder mindestens eine Linse oder Linsengruppe (8.1, 8.2) des Objektivs (8) relativ zu den übrigen Linsen oder Linsengruppen des Systems in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist und mit dieser Verschiebung ein Versetzen der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt vorgesehen ist, – mindestens zwei optische Baugruppen (6.1, 6.2), die zur axialen Variation des Fokus der Therapielaserstrahlung ausgebildet sind, wobei der Fokusvariationsbereich Δz bei den einzelnen Baugruppen (6.1, 6.2) verschieden groß ist, und – eine Wechseleinrichtung, ausgebildet zum Einbringen jeweils einer dieser Baugruppen (6.1, 6.2) in den Therapielaserstrahlengang in Abhängigkeit von dem Versatz der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches System für ein Lasertherapiegerät zur Anwendung von Laserstrahlung am und im Auge, insbesondere geeignet zur laserchirurgischen Behandlung der Augenhornhaut und/oder der Augenlinse.
Lasertherapiegeräte dienen beispielsweise dazu, die Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges durch einen laserchirurgischen Eingriff an der Augenhornhaut zu korrigieren. Dazu wird an der äußeren Oberfläche der Augenhornhaut ein klappenartiger Deckel, ein so genannter Flap gebildet, dessen Dicke wesentlich geringer ist als die Dicke der Augenhornhaut. Zur Korrektur wird dieser Deckel weggeklappt und daraufhin von der Oberfläche des nun freigelegten Bereichs der Augenhornhaut mittels eines im Femtosekundenbereich gepulsten Laserstrahls Gewebe abgetragen, um die Krümmung der Augenhornhaut zu verändern. Ein diesbezügliches Gerät ist in DE 10 2005 013 949 A1 beschrieben.
Ein in DE 10 2008 027 358 A1 beschriebenes Lasersystem dagegen ist zur Analyse und Behandlung der Augenlinse vorgesehen. Hierbei wird eine ebenfalls im Femtosekundenbereich gepulste Laserstrahlung in ausgewählte Antastpunkte im Bereich der Augenlinse fokussiert. Bei dieser Wellenlänge ist die Detektion des in der Augenlinse rückgestreuten Laserlichtes mit größter Genauigkeit möglich, und eine refraktiv-chirurgische Therapie der Augenlinse kann mit hoher Präzision vorgenommen werden.
Typischerweise erfolgt in beiden Fällen die Wechselwirkung zwischen den ultrakurzen Laserpulsen und dem Gewebe in einem kleinen Raumvolumen, im Folgenden als Fokusvolumen bezeichnet. Innerhalb des Fokusvolumens liegt die Wechselwirkungszone, in welcher die strukturelle Veränderung, Trennung oder Entfernung des Gewebes stattfindet. Dabei muss der Laserfokus präzise im Ort der gewünschten Wechselwirkung positioniert werden. Dies erfolgt mit einer Fokusoptik, welche den objektseitig parallelen Laserstrahl aus dem Unendlichen bildseitig in die Bearbeitungsebene abbildet.
Das heißt die bei der Therapie erzielbare Präzision wird zwar einerseits durch die Positioniergenauigkeit, andererseits aber auch durch die Größe der Wechselwirkungszone bestimmt. Die Größe der Wechselwirkungszone wiederum ist bei vorgegebener Laserpulslänge wesentlich durch die Größe des Fokusvolumens definiert. Je kleiner das Fokusvolumen ist, desto kleiner ist auch die Wechselwirkungszone, und umso geringer ist die Gefahr von Schäden im umliegenden Gewebe, denn bei kleinem Fokusvolumen wird die für den Bearbeitungseffekt notwendige Photonendichte bereits mit sehr geringer Laserpulsenergie erzielt, wie etwa 10 nJ bis 200 nJ, folglich ist der Energieeintrag in die Umgebung der Wechselwirkungszone gering.
Die Größe des Fokusvolumens ist von den Parametern des optischen Systems und von der Wellenlänge der Therapielaserstrahlung abhängig. Mit anderen Worten: im Zusammenhang mit einer vorgegebenen Wellenlänge ermöglichen kleine Aberrationen und eine möglichst hohe numerische Apertur die gewünschte geringe Größe des Fokusvolumens. Mit steigender numerischer Apertur schrumpft nicht nur die laterale Dimension des Fokus, sondern auch die axiale Dimension. Daher ist eine möglichst hohe numerische Apertur aus applikativer Sicht zu bevorzugen.
Die im gegenwärtigen Stand der Technik gegebenen Möglichkeiten zur medizinische Behandlung der an der Peripherie des Auges liegenden Augenhornhaut einerseits und der innerhalb des Auges liegenden Augenlinse andererseits haben den Nachteil, dass lediglich Geräte zur Verfügung stehen, die nur den Anforderungen an ihren jeweiligen speziellen Verwendungszweck genügen, das heißt sie unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Fokuslage im Auge, der Apertur und der Größe des Fokusvolumens so voneinander, dass sie entweder nur zur Therapie der Augenhornhaut oder nur zur Therapie der Augenlinse ausgebildet und auch geeignet sind.
Das bedeutet gerätetechnischen Aufwand, der einmal aus Gründen der Anschaffungskosten nicht effektiv ist, zum anderen auch deshalb nicht, weil mehrere Einzweckgeräte meist auch nicht ausgelastet sind. Hinzu kommt zeitlicher Aufwand, der erforderlich ist, um die verschiedenen Geräten zur Untersuchung desselben Auges eines Patienten jeweils neu einzurichten.
Lasertherapiegeräte, die sowohl die Augenlinse als auch die Kornea bearbeiten können, sind zwar bekannt, jedoch von ihrem Ursprung her nur für die Bearbeitung der Augenlinse optimiert. Damit können beispielsweise Zugangsschnitte für Katarakt-Operationen erzeugt werden, zur Erzeugung eines Flaps dagegen genügt die damit erzielbare Präzision jedoch nicht. Denn wenn der gesamte vordere Augenabschnitt einschließlich der Augenlinse mit dem Laserfokus erreicht werden soll, sind axiale Fokusbewegungen von mehreren Millimetern notwendig.
Ein wesentliches Problem, das diesbezüglich zu lösen ist, besteht darin, dass es bei allen objektseitigen Bewegungen, die der Variation der Fokuslage dienen, indem die Parameter des Therapielaserstrahls vor Eintritt in die Fokussieroptik verändert werden, etwa durch Verschiebung von Linsen innerhalb der vorgelagerten Optiken oder durch Bewegung von Scan-Spiegeln, zwangsläufig zur Veränderung von Strahlengängen innerhalb der Fokussieroptik kommt. Als Fokussieroptik soll in diesem Zusammenhang das Objektiv verstanden werden, aus dem die Therapielaserstrahlung austritt und fokussiert auf oder in das Auge gerichtet ist. Wird zum Beispiel auf diese Weise die axiale Position des Laserfokus verschoben, so treten abhängig von dieser Variation Aberrationen auf, die sich nachteilig auf das Fokusvolumen auswirken.
Eine Fokussieroptik bzw. ein Objektiv, das nur für eine bestimmte Fokusposition in axialer Richtung optimal ausgelegt ist, stellt stets einen Kompromiss zwischen dem mit der Fokusposition erreichbaren Raumgebiet und der Größe der innerhalb dieses Gebietes auftretenden Aberrationen dar. Da das Gleiche auch für die laterale Ausdehnung des Raumgebietes gilt, welches mit dem Laserfokus erreichbar ist, ist somit stets das gesamte Raumgebiet eingeschränkt, in dem die erforderliche Fokusqualität erreicht werden soll.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein optisches System für ein Lasertherapiegerät zu schaffen, das mit hoher Präzision wahlweise sowohl zur laserchirurgischen Behandlung der Augenhornhaut als auch der Augenlinse nutzbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem optischen System, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Technische Merkmale, die das erfindungsgemäße System ausgestalten, sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.
Anmerkung zur Begriffsdefinition: im Sinne der Erfindung sind unter der Bezeichnung „axial” die die Koordinatenrichtung Z und unter der Bezeichnung „lateral” die Koordinatenrichtungen X und/oder Y zu verstehen.
Der Erfindungsgedanke geht davon aus, dass der vordere Augenabschnitt im Wesentlichen aus zwei Gewebebereichen besteht, die für die Laserchirurgie von Interesse sind, nämlich einerseits dem Bereich der Kornea bzw. Augenhornhaut mit einer in Strahlungsrichtung gemessenen Dicke von ca. 0,5 bis 2 mm, und andererseits dem Bereich der Augenlinse mit einer wesentlich größeren Dicke von etwa 2 mm bis 6 mm. Dazwischen befindet sich die mit Flüssigkeit gefüllte Vorderkammer.
Demzufolge ist es für die häufigsten Therapien am Auge nicht notwendig, das optische System so zu gestalten, dass der gesamte vordere Augenabschnitt mit einer objektseitigen axialen Scanbewegungen für den Fokus erreichbar ist. Es genügt, den Fokus separat auf den Bereich der Augenlinse und den Bereich der Augenhornhaut zu lenken. Dadurch beschränkt sich der an sich sehr große objektseitige z-Scanbereich auf nur zwei einzelne, zwischen der Kornea-Vorderfläche und der Linsenrückseite liegende Gewebebereiche. Diese Gewebebereiche sind zwar erheblich voneinander beabstandet, von denen aber einer nur etwas mehr als die Korneadicke, der andere nur etwas mehr als die Dicke der Augenlinsen überspannt. Damit wird es möglich, weniger Aberrationen zu induzieren.
Erfindungsgemäß wird ein konfigurierbares Objektiv verwendet, wobei in einer ersten Konfiguration die Fokusablage in einem Bereich liegt, der die Augenhornhaut umfasst, und in einer zweiten Konfiguration die Fokusablage in einem Bereich liegt, der die Augenlinse und den Kapselsack umfasst. Beide Konfigurationen können durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erzielt werden:

– Veränderungen von Luftabständen zwischen einzelnen oder mehreren Linsen,
–Veränderungen von Linsenradien bei einer oder mehreren Linsen,
– Veränderungen des Brechungsindex bei einer oder mehreren Linsen,
– Einbringen oder Austausch von einzelnen Linsen oder Linsengruppen.

Dadurch werden mindestens die zwei Zustände erreicht, die optimal an die jeweilige Fokusablage angepasst sind und somit die geringsten Aberrationen in diesen beiden Konfigurationen aufweisen. Dies ermöglicht es, den Fokus durch Divergenzvariation objektseitig im Bereich der Augenhornhaut bzw. der Augenlinse präzise axial zu variieren.
Das optische Design der zum Zweck der Divergenzvariation in Strahlungsrichtung vor dem Fokusobjektiv angeordneten optischen Baugruppen ist dabei so ausgelegt, dass die Fokusvariationsbereiche Δz für die Augenhornhaut und auch für die Augenlinse einschließlich Kapselsack vollständig abgedeckt sind. Erfindungsgemäß wird dies mit bestimmten optischen Übersetzungsverhältnissen der bewegten Linsen oder Linsengruppe in diesen Baugruppen, im Rahmen der Erfindung auch als Expander bezeichnet, erreicht. Dieses Übersetzungsverhältnis ist möglichst groß ausgelegt, um eine sehr hohe Genauigkeit der Z-Ablage des Fokus zu erzielen. Die optischen Übersetzungsverhältnisse von Linsen- oder Linsengruppenbewegungen zur Fokusablage werden erfindungsgemäß berechnet oder gemessen, als Systemparameter gespeichert und bei der Variation der Fokusposition korrigierend berücksichtigt.
Axiale Auflösungsverluste beim Umschalten zwischen den beiden Konfigurationen werden dadurch vermieden, dass das optische Design der Expander an den Konfigurationswechsel gekoppelt ist, bevorzugt indem zwei Expander im Therapielaserstrahlengang gegeneinander ausgetauscht werden. Beide Expander haben dabei voneinander unabhängige Strahlwege, die in Abhängigkeit von der jeweils vom Anwender gewählten Konfiguration alternativ in den Strahlengang eingebracht werden.
Wegen der unterschiedlich tiefen Fokusablagen im vorderen Augenabschnitt gibt es zu jeder Fokusposition eine maximale nutzbare Apertur, die aufgrund des freien optischen Durchmessers der Fokussieroptik und aufgrund der Anatomie des Auges, insbesondere bedingt durch die Abschattungen der Iris bei der Bearbeitung der Augenlinse, begrenzt ist. Bei kleineren axialen Fokusablagen, wie sie bei der Bearbeitung der Kornea auftreten, können vorteilhaft größere Aperturen mit den damit verbundenen Vorteilen des kompakteren Fokusvolumens genutzt werden. Bei größeren axialen Fokusablagen dagegen, also im Linsenbereich, ist es vorteilhaft, die technisch vorhandene Apertur der fokussierenden Optik nicht voll auszunutzen, sondern stattdessen nur die in Abhängigkeit von der Applikation effektiv nutzbare Apertur anzuwenden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch einen verkleinerten Strahldurchmesser an der Eingangspupille der fokussierenden Optik.
Die Anpassung des Strahldurchmessers an die jeweils gewählte Konfiguration erfolgt mit dem Auswechseln der Expander. Auf diese Weise ergibt sich ein kombiniertes optisches System, welches einerseits optimal an die Bearbeitung der Kornea und andererseits, ebenfalls optimal, an die Bearbeitung der Augenlinse angepasst ist, das heißt die axiale Auflösung und die numerische Apertur sind in beiden Fällen so groß wie technisch und applikativ möglich, und die Aberrationen des Systems sind jeweils so klein wie möglich.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens liegt es auch, in das optische System einen dritten axialen Fokusvariationsbereich Δz einzubeziehen, beispielsweise zum Zweck von Manipulationen in der Vorderkammer des Auges, für die Glaskörperchirurgie oder für die Therapien im Bereich der Netzhaut.
Bedingt durch den Konfigurationswechsel tritt, abhängig von der realen Fokusablage, auch eine Veränderung der Bildfeldkrümmung ein. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Bildfeldkrümmung zu berechnen oder zu messen, ebenfalls als Systemparameter zu speichern und bei der Fokussierung korrigierend berücksichtigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung des optischen Systems für ein Lasertherapiegerät zur Anwendung von Laserstrahlung nach Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems für ein Lasertherapiegerät in einer bevorzugten Ausführungsform.
Das in 1 gezeigte optische System für ein Gerät zur Behandlung eines menschlichen Auges 1 entspricht dem gegenwärtigen Stand der Technik. Es umfasst eine Strahlungsquelle 2, die ein Strahlenbündel 3 aus im Femtosekundenbereich gepulster Laserstrahlung abgibt, und eine Scanvorrichtung 4, mit der das Strahlenbündel 3 in ausgewählte Positionen innerhalb des Bereiches der Augenhornhaut fokussiert wird. Auf der Augenhornhaut befindet sich ein Kontaktglas 5 mit einer konkaven Kontaktfläche, das Bewegungen des Auges 1 während einer Behandlung unterdrückt.
Die Strahlungsquelle 2 ist beispielhaft zur Abgabe von Laserstrahlung im Wellenlängenbereich um 1040 nm mit einer Pulsbreite im Bereich von etwa 200 fs ausgebildet.
Die Scanvorrichtung 4 weist in Richtung des von der Strahlungsquelle 2 ausgehenden Strahlenbündels 3 eine optische Baugruppe 6 auf, welcher in Strahlungsrichtung eine Ablenkeinrichtung 7 folgt. Die Ablenkeinrichtung 7 lenkt das aus der optischen Baugruppe 6 austretende Strahlenbündel 3 entsprechend vorgegebener Steuersignale in lateraler Richtung ab, das heißt in X- und Y-Richtung quer zur Z-Richtung des einfallenden Strahlenbündels 3. Der Ablenkeinrichtung 7 folgt im Strahlengang ein Objektiv 8, welches das Strahlenbündel 3 in den Bereich der Augenhornhaut fokussiert.
Die Ablenkeinrichtung 7 verfügt über zwei Ablenkspiegel 9 und 9', die um in 1 nicht gezeigte Achsen kippbar gelagert sind. In der vereinfachten Darstellung nach 1 sind die Spiegel 9 und 9' parallel ausgerichtet, tatsächlich jedoch verlaufen die Kippachsen orthogonal zueinander und zur optischen Achse der optischen Baugruppe 6, so dass durch Kippen des ersten Spiegels 9 das Strahlenbündel 3 in Y-Richtung und durch Kippen des zweiten Spiegels 9' in der dazu orthogonalen X-Richtung abgelenkt wird. Die Spiegel 9 und 9' werden durch Aktoren 10 bzw. 10' angetrieben, die über Signalwege (durch Pfeile angedeutet) mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Die Steuereinrichtung gibt entsprechend der gewünschten Fokuslage in lateraler Richtung Steuersignale an die Aktoren 10 und 10' ab, die daraufhin das Kippen der Spiegel 9 und 9' veranlassen.
Die optische Baugruppe 6 weist eine relativ zu der Ablenkeinrichtung 7 bewegbare Linse 11 negativer Brechkraft auf sowie eine Sammellinse 12. Die Linse 11 ist mit einer Geradführung 13 verbunden, durch die sie mit veränderlichem optisch wirksamem Abstand zur Ablenkeinrichtung 7 verschiebbar ist. Zur Auslösung der Verschiebung der Linse 11 dient zum Beispiel ein Linearantrieb 14, der ebenfalls mit der nicht gezeigten Steuereinrichtung verbunden ist. Diese generiert in Abhängigkeit von der gewünschten Fokuslage in Z-Richtung an den Linearantrieb 14 gerichtete Steuersignale.
Aufgrund der konstruktiven Ausbildung der Linse 11 und der Sammellinse 12 wirkt die optische Baugruppe 6 als Expander, der den Durchmesser des Strahlenbündels 3 aufweitet. Tritt also ein paralleles Strahlenbündel 3 mit einem Durchmesser d1 in die optische Baugruppe 6 ein, tritt aus der optische Baugruppe 6 ein paralleles Strahlenbündel 3 mit einem Durchmesser d2 > d1 aus.
Das Objektiv 8 ist als eine feststehende Linse 15 dargestellt, es fokussiert das aus der optischen Baugruppe 6 ausgetretene Strahlenbündel 3 in eine mittels der Linse 11 und der Ablenkeinrichtung 7 vorgegebene Position im Bereich der Augenhornhaut. Die Lage des Fokus F in der Tiefe des Bereichs der Augenhornhaut wird durch das Verschieben der Linse 11 entlang ihrer optischen Achse bestimmt. Die seitliche Position des Fokus F wird mit der Ablenkeinrichtung 7 vorgegeben.
Weitere Details dazu sind der Veröffentlichung DE 10 2005 013 949 A1 zu entnehmen.
Von diesem Stand der Technik abweichend wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, indem das Objektiv 8 selbst entlang der optischen Achse verschiebbar ist oder ein Objektiv 8 vorgesehen ist, das aus mehreren Linsengruppen besteht, wobei mindestens eine dieser Linsengruppen entlang der optischen Achse verschiebbar ist. Die Verschiebung des Objektivs 8 bzw. der Linsengruppe des Objektivs 8 erfolgt relativ zum Auge und relativ zu den übrigen Systembaugruppen, und zwar so, dass diese Abstandsänderung das Versetzen der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt bewirkt.
In 2 ist das Wirkprinzip des erfindungsgemäßen optischen Systems dargestellt. In dieser bevorzugten Ausführungsform besteht das Objektiv 8 aus zwei Linsengruppen 8.1 und 8.2, die der Übersichtlichkeit halber symbolisch als Linsen dargestellt sind. Die Linsengruppe 8.2 befindet sich an einer festen Position im Strahlengang, wohingegen die Linsengruppe 8.1 in Richtung der optischen Achse verschiebbar und zu diesem Zweck mit einer Geradführung gekoppelt ist, die ihrerseits beispielsweise mit einem Linearantrieb 15 verbunden ist, der die Verschiebebewegung auslöst und diesbezüglich von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung angesteuert wird.
Die Distanz der Verschiebung der Linsengruppe 8.1 ist zwar grundsätzlich vom Ansteuersignal abhängig, sie ist jedoch vorteilhaft durch zwei Endlagen definiert, von denen in 2 eine erste Endlage durch die in Vollstrich gezeichnete und die zweite Endlage durch die mit unterbrochenem Strich gezeichnete Linsengruppe 8.1 kenntlich gemacht ist.
Die mit den Endlagen fest vorgegebene Verschiebeweite entspricht dem Versetzen der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt, womit zunächst grundsätzlich erreicht wird, dass das so ausgestattete Lasertherapiegerät sowohl für Behandlungen der Augenhornhaut als auch der Augenlinse genutzt werden kann.
Da sich, wie bereits dargelegt, die Augenlinse in axialer Richtung über einen wesentlich größeren Bereich hinweg erstreckt als die Augenhornhaut, sind für beide Konfigurationen unterschiedliche Fokusvariationsbereiche Δz erforderlich, und es ist dafür zu sorgen, dass trotz der Verschiebung des Fokus aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und der für beide Konfigurationen erforderlichen unterschiedlichen Fokusvariationsbereiche Δz möglichst geringe Aberrationen und eine möglichst hohe numerische Apertur unter Berücksichtigung der vorgegebenen Wellenlänge der Therapiestrahlung gegeben sind.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst, indem für jede Konfiguration gesonderte optische Baugruppen 6.1, 6.2 als Expander zur Verfügung stehen und diese im Strahlengang gegeneinander ausgetauscht werden, und zwar vorzugsweise zwangsläufig mit dem Versetzen der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt.
Befindet sich beispielsweise die Linsengruppe 8.1 in ihrer ersten Endlagenposition und zugleich – wie in 2 gezeigt – die optische Baugruppe 6.1 im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle 2 und der Ablenkeinrichtung 7, kann die Fokusposition mittels der Linse 11 in innerhalb eines Fokusvariationsbereichs Δz1 in Z-Richtung und mittels der Ablenkeinrichtung 7 in X- und Y-Richtung so verändert werden, dass die Antastung aller gewünschte Ziele innerhalb des Bereichs der Augenhornhaut mit der erwünschten optischen Präzision möglich ist.
Dies trifft sinngemäß für die zweite Endlagenposition der Linsengruppe 8.1 zu. Erfolgt die Verschiebung der Linsengruppe 8.1 in ihre zweite Endlagenposition und damit die Umschaltung der Systemkonfiguration, wird zugleich die optische Baugruppe 6.2 an die Stelle der optischen Baugruppe 6.1 in den Strahlengang zwischen Strahlungsquelle 2 und Ablenkeinrichtung 7 gestellt und damit die Möglichkeit der Antastung aller gewünschten Ziele innerhalb des Bereiches der Augenlinse geschaffen, und zwar ebenfalls mit der erwünschten optischen Präzision. Die Verschiebung der Linse 11' in Z-Richtung bewirkt nun die Verschiebung der Fokusposition innerhalb eines Fokusvariationsbereichs Δz2, welcher der Ausdehnung des Bereiches der Augenlinse in der Koordinatenrichtung Z entspricht. Mittels der Ablenkeinrichtung 7 erfolgt innerhalb dieses Bereiches die laterale Variation der Fokusposition in X- und Y-Richtung.
Da die Patientenaugen naturgemäß nicht alle gleich groß bzw. lang sind, ist in einer speziellen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Position/Endlage der Linsengruppe 8.1 für die Bearbeitung der Augenlinse von der individuellen Augenlänge, insbesondere von der Vorderkammertiefe, abhängig eingestellt wird.
Beide optische Baugruppen 6.1, 6.2 sind dabei so ausgelegt, dass die axial verschiebbaren Linsen oder Linsengruppen 11 bzw. 11' trotz der dadurch bewirkten optischen Ausgangsparameter ein- und dieselbe Verschiebeweite haben, so dass für beide Konfigurationen ein- und derselbe Linearantrieb 14 mit einer fest vorgegebenen Verschiebeweite verwendet werden kann. Dabei ist jedoch das optische Übersetzungsverhältnis in den beiden Baugruppen 6.1, 6.2 verschieden, so dass sich mit dem Austausch der beiden Baugruppen 6.1, 6.2 gegeneinander der Durchmesser des Therapielaserstrahlenbündels und infolge dessen auch die numerische Apertur und/oder der augenseitige Öffnungswinkel der Therapielaserstrahlung ändern.
Erfindungswesentlich dabei ist, dass die optischen Baugruppen 6.1, 6.2 aus mehreren Linsen 11, 11', 12, 12' bestehen, deren axiale Abstände zueinander veränderbar sind. Aufgrund der Veränderung der axialen Abstände verändern sich das Brechkraftverhältnis innerhalb der betreffenden optischen Baugruppe und damit die axiale Fokuslage innerhalb des jeweiligen Fokusvariationsbereiches Δz1 bzw. Δz2. Der Austausch der optischen Baugruppen 6.1, 6.2 gegeneinander dagegen bewirkt eine Änderung des Durchmessers des Therapielaserstrahlenbündels und infolge dessen eine Änderung der numerischen Apertur in Bezug auf die Optik, die den optischen Baugruppen 6.1, 6.2 im Therapielaserstrahlengang nachfolgt, bzw. eine Änderung des augenseitigen Öffnungswinkels der Therapielaserstrahlung.
Beide optische Baugruppen 6.1, 6.2 haben mit den übrigen Komponenten des optischen Systems gemeinsame Eingangs- und Ausgangsschnittstellen. Die optischen Parameter an der Eingangsschnittstelle sind dabei stets konstant, die Ausgangsparameter hingegen sind in Abhängigkeit von der sich jeweils im Strahlengang befindlichen optischen Baugruppe bzw. von der jeweils einzustellenden Fokusposition verschieden und durch unterschiedliche Divergenz und/oder unterschiedliche Strahldurchmesser charakterisiert.
Die Wechseleinrichtung kann in allen Ausgestaltungsvarianten der Erfindung magazinartig ausgebildet sein, wobei jeder der beiden optischen Baugruppe 6.1, 6.2 oder auch weiteren optischen Baugruppen eine Aufnahmehalterung zugeordnet ist, mit welcher sie bei Bedarf des Einstellens in den Strahlengang um eine Drehachse eingeschwenkt oder mittels einer Geradführung eingeschoben werden. Der prinzipielle Aufbau derartige Magazine ist aus dem Stand der Technik bekannt und muss deshalb hier nicht näher erläutert werden.
Bezugszeichenliste

1: Auge
2: Strahlungsquelle
3: Strahlungsbündel
4: Scanvorrichtung
5: Kontaktglas
6: Optische Baugruppe
7: Ablenkeinrichtung
8: Objektiv
8.1, 8.2: Linsengruppen
9, 9': Spiegel
10, 10': Aktoren
11, 11': Linsen
12, 12': Sammellinsen
13, 13': Linsenhalter
14: Linearantrieb
15: Linearantrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005013949 A1 [0002, 0035]
DE 102008027358 A1 [0003]

Claims

Optisches System für ein Lasertherapiegerät, insbesondere geeignet zur laserchirurgischen Behandlung der Augenhornhaut und/oder der Augenlinse, umfassend: – einen Femtosekundenlaser als Strahlungsquelle (2) für die Therapielaserstrahlung, – ein Objektiv (8), aus dem die Therapielaserstrahlung austritt und fokussiert auf oder in das Auge gerichtet ist, wobei das Objektiv (8) selbst oder mindestens eine Linse oder Linsengruppe (8.1, 8.2) des Objektivs (8) relativ zu den übrigen Linsen oder Linsengruppen des Systems in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist und mit dieser Verschiebung ein Versetzen der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt vorgesehen ist, – mindestens zwei optische Baugruppen (6.1, 6.2), die zur axialen Variation des Fokus der Therapielaserstrahlung ausgebildet sind, wobei der Fokusvariationsbereich Δz bei den einzelnen Baugruppen (6.1, 6.2) verschieden groß ist, und – eine Wechseleinrichtung, ausgebildet zum Einbringen jeweils einer dieser Baugruppen (6.1, 6.2) in den Therapielaserstrahlengang in Abhängigkeit von dem Versatz der Fokusposition aus dem Bereich der Augenhornhaut in den Bereich der Augenlinse und umgekehrt.
Optisches System nach Anspruch 1, bei dem – eine optische Baugruppe (6.1) vorgesehen ist, die einen ersten Fokusvariationsbereich Δz1 abdeckt, der sich über die axiale Ausdehnung der Augenhornhaut hinweg erstreckt, und – eine zweite optische Baugruppe (6.2) einen Fokusvariationsbereich Δz2 abdeckt, der sich über die axiale Ausdehnung der Augenlinse hinweg erstreckt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verschiebung des Objektivs (8) selbst oder mindestens einer Linse oder Linsengruppe (8.1, 8.2) des Objektivs (8) relativ zu den übrigen Linsen oder Linsengruppen des Systems in Richtung der optischen Achse von der individuellen Augenlänge, insbesondere von der Vorderkammertiefe, abhängig ist.
Optisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem – die optischen Baugruppen (6.1, 6.2) aus mehreren Linsen (11, 11', 12, 12') bestehen, deren axiale Abstände zueinander veränderbar sind, wodurch sich das Brechkraftverhältnis innerhalb der optischen Baugruppen verändert, – mittels der Veränderung des Brechkraftverhältnisses innerhalb der jeweils im Therapielaserstrahlengang befindlichen optischen Baugruppe (6.1, 6.2) die axiale Variation des Fokus vorgesehen ist, und – mittels des Austausches der optischen Baugruppen (6.1, 6.2) gegeneinander – die Änderung des Durchmessers des Therapielaserstrahlenbündels und infolge dessen die numerische Apertur in Bezug auf die im Therapielaserstrahlengang den optischen Baugruppen (6.1, 6.2) nachfolgende Optik, und/oder – die Änderung des augenseitigen Öffnungswinkels der Therapielaserstrahlung vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 4, bei dem die optischen Baugruppen (6.1, 6.2) mindestens eine Linse oder Linsengruppe (11, 11') mit negativer Brechkraft aufweisen, denen in Strahlrichtung eine Linse oder Linsengruppe (12, 12') mit positiver Brechkraft nachgeordnet ist, wobei die Veränderung des inneren Brechkraftverhältnisses durch Veränderung der axialen Abstände zwischen der negativen und positiven Linse bzw. Linsengruppe vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 5, bei dem die optischen Baugruppen (6.1, 6.2) zwecks Austauschbarkeit mit den übrigen Komponenten des optischen Systems definierte Eingangs- und Ausgangsschnittstellen aufweisen, an denen die Eingangsparameter des Therapielaserstrahlengangs jeweils konstant, die Ausgangsparameter dagegen in Abhängigkeit von der jeweils einzustellenden Fokusposition durch unterschiedliche Divergenz und/oder unterschiedliche Strahldurchmesser charakterisiert sind.
Optisches System nach Anspruch 6, bei dem – die axial verschiebbaren Linsen oder Linsengruppen (11, 11') in allen optischen Baugruppen (6.1, 6.2) trotz der verschiedenen erzielbaren Ausgangsparameter denselben Verschiebeweg haben und mit einem Linearantrieb (14) mit fest vorgegebener Verschiebeweite gekoppelt sind, – wohingegen sich das optische Übersetzungsverhältnis von Baugruppe zu Baugruppe verschieden ist.
Optisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Wechseleinrichtung magazinartig ausgebildet und mit drehbaren oder geradlinig verschiebbaren Halterungen für die optischen Baugruppen (6.1, 6.2) ausgestattet ist.
Optisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zwischen der jeweils in den Therapielaserstrahlengang eingebrachten optischen Baugruppe (6.1, 6.2) und dem Objektiv eine Ablenkeinrichtung zur lateralen Variation des Fokus der Therapielaserstrahlung innerhalb der Bereiche der Augenhornhaut und der Augenlinse vorhanden ist, die vorzugsweise zwei voneinander beabstandete und relativ zueinander kippbare Ablenkspiegel aufweist und zwischen den Spiegeln vorzugsweise eine 1:1 abbildende Pupillenoptik vorgesehen ist.
Optisches System nach Anspruch 9, bei dem im Strahlengang zwischen der Ablenkeinrichtung und dem Objektiv ein Strahlteiler angeordnet ist zwecks Auskopplung eines auf ein Okular oder eine Kamera gerichteten Teilstrahlengangs.
Optisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem ein Kontaktglas auf das Auge aufgesetzt ist, um eine Augenbewegung zu unterdrücken,
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – der axiale Fokusvariationsbereich Δz im Bereich der Augenhornhaut 0,5 mm bis 2,0 mm beträgt, und – der axiale Fokusvariationsbereich Δz im Bereich der Augenlinse 2 mm bis 6 mm beträgt.