EP1377202A1 - Method and device for the spatial adjustment of tissue data that are optically acquired at temporal intervals - Google Patents
Method and device for the spatial adjustment of tissue data that are optically acquired at temporal intervalsInfo
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- EP1377202A1 EP1377202A1 EP02735243A EP02735243A EP1377202A1 EP 1377202 A1 EP1377202 A1 EP 1377202A1 EP 02735243 A EP02735243 A EP 02735243A EP 02735243 A EP02735243 A EP 02735243A EP 1377202 A1 EP1377202 A1 EP 1377202A1
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- A61F2009/00861—Methods or devices for eye surgery using laser adapted for treatment at a particular location
- A61F2009/00872—Cornea
Definitions
- the invention relates to a method and a device for comparing, so-called registering, tissue data, in particular an eye, which is optically offset in time.
- tissue data in particular images of a tissue surface
- the comparison of tissue data requires precise knowledge of the position of the tissue at the respective times of the tissue data surveys.
- the position which changes due to the movement of the object, can be tracked with so-called trackers.
- eye movements have been at the center of scientific and clinical interest for some time, as they include indicate neurological diseases.
- a first method for measuring eye movements was practiced in the middle of the 19th century. With this method, a test person has to fix the center of a rod-shaped light source. After switching off the light source, this test person perceives an afterimage on the retina. The test subject was then instructed to fix various points on a wall. A helper attaches a rotatable rod in such a way that it coincides with the afterimage. The torsional deviation of the afterimage that can be determined in this way as a function of the bending direction can be further analyzed.
- DA Robinson developed the so-called "search coil” method in Baltimore, known in German as magnetic oculography. This method allows eye movements to be recorded with high resolution. Very thin wires are wound into coils, cast in silicone and placed on the eye like contact lenses. The patient's head is located in a frame in which a magnetic field is generated by coils. The movement of the eye in the magnetic field induces a current in the coils, which is measured and represents the corresponding eye movement.
- Another method is electro-oculography.
- the uniformly oriented rods and suppositories of the eye generate an electric field, which is dissipated by electrodes glued close to the eye.
- the directional field changes with the eye movement.
- the different reflection and absorption properties of the surface of the eye are used in infrared oculography.
- the reflection at the interfaces is determined by irradiation with, for example, infrared diodes.
- the direction of the eye can be deduced from the distribution in the Purkinje images thus obtained.
- this procedure requires a very detailed model of the various interfaces and optical systems in mind.
- This process is also called registering.
- the above-mentioned methods have in common that their measuring accuracy is not sufficient for a highly precise adaptation of eye movements to record the surface shape. In particular, tilting of the eye is not easy to understand.
- the measuring accuracy of less than 50 ⁇ m is sufficient to direct individual laser pulses sufficiently well for a surface treatment on the cornea.
- deviations from the existing methods of more than 10 ⁇ m are unacceptable for the precise, repeated measurement of the surface between the application of laser pulses.
- the advantages of the invention can be seen in particular in the fact that changes in the position of the tissue or organ to be measured or the tissue surface can be determined in the three-dimensional space between two detection processes by means of the method or the device according to the invention.
- the position coordinates of the In relation to the surface, structures that have been fixed in position are calculated at least twice at intervals (an appropriate electronic memory being used at least for the first measurement data or values calculated therefrom).
- the essence of the invention is that the position coordinates are recorded or calculated spatially, that is, in the x, y and z directions. So far, position coordinates have only been optically recorded in two dimensions, ie in the x and y directions, so that tilting of the tissue surface could not be adequately detected.
- the period between the determination of the first or second position coordinates of the marked structures and the determination of the first or second surface coordinates or tissue data is so short that no changes in the position of the tissue and thus the marked structures occur in the meantime.
- the position measurements and the associated tissue data surveys are therefore preferably carried out simultaneously.
- the method allows time-staggered images of the tissue surface to be compared with one another in order to correct movements of the tissue between the measurements.
- the tissue data measured at different times are matched to one another by means of a computer in such a way that movement artifacts can be compensated for.
- changes in shape of the surface - for example due to an induced material removal - that have occurred between the positional determinations can be recorded and controlled by means of a difference.
- the z coordinates of the marked structures are determined by irradiating the marked structures and expediently the entire tissue surface with a pattern which is observed or detected at a different angle with respect to the direction of radiation.
- the irradiation / detection therefore takes place at a triangulation angle.
- the position measurements of the marked structures are carried out with the aid of at least two detection devices, the detection directions being different from one another.
- the detection directions being different from one another.
- at least two images of the marked structures are obtained at the same time, which are correlated with one another in order to obtain the position coordinates of the marked structures in the x, y and z directions.
- the method according to the invention requires a measurement method for rapid tissue data collection.
- This method can e.g. a so-called strip projection method, with which the measurement of a surface shape of the tissue is possible, or a wavefront measurement method (wavefront aberration, see for example US5, 777,719) or another measurement method - for example based on ultrasound measurements.
- the tissue data must be available as a three-dimensional data set.
- the invention then makes it possible to optically record the difference in position of the surface occurring between two points in time due to unavoidable movements and to compensate it computationally in such a way that subtraction of the measurements at the two points in time enables a statement to be made about the change in shape, taking into account that Change of position may have occurred.
- the method or the device is suitable, for example, for detecting the change in position of the eye during laser treatment of the cornea. This is necessary in order to arrange individual surface measurements, on the basis of which the course of the treatment is to be checked, in the correct position relative to one another. In this way, the laser can be removed via a Difference formation of the areas corrected in relation to one another in their respective positions can be determined.
- the position detection is therefore preferably carried out simultaneously with the surface measurement with the aim of being able to subtract the results of the individual measurements from one another in order to determine the actual laser removal.
- a diagnostic measurement for example the known wavefront aberration method
- a sample projection method as an example of a topography measurement method is adjusted during the treatment, for example to control and focus or adjust a laser for the treatment according to the treatment requirement with a control unit.
- the first and the second tissue data collection can accordingly be carried out by means of different measuring principles, whereby these measuring principles can be different from that or those for the position measurement of the marked structures.
- DE 199 50 791 A1 A similar method for the case of eye measurement with diagnosis of eye defects, the creation of a treatment pattern and subsequent corneal treatment is described in DE 199 50 791 A1, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
- the “determination of refractive features” mentioned there corresponds to the tissue data collection.
- DE 199 50 791 A1 also describes that the corneal topography system, wave front aberration systems and ultrasound systems can be used, in particular to develop a refractive treatment process from this, which is then carried out with the aid of a control unit under the control of a treatment laser. It should be explicitly mentioned here that this is also possible and preferred with the method according to the invention or the device according to the invention.
- a disadvantage of the known method is in particular that only two-dimensional images are used, while in the method and the device according to the invention the coordinates in the x, y and z directions are calculated from two-dimensional images.
- the first tissue data collection can - after what has been said - be, for example, a diagnostic measurement or a measurement before or during the treatment of the tissue.
- the second, temporally subsequent tissue data collection is then, for example, a measurement before, during or after the tissue treatment, the latter preferably for control purposes over the treatment result achieved.
- the laser which is used to measure the tissue data or, in the case of eye measurement, the refractive features and to measure the position of the excellent structures for the spatial comparison of the different recordings, is preferably the same as a laser used for laser treatment of the surface.
- the radiation source is designed with regard to intensity, pulse duration, repetition rate and wavelength of the excitation radiation for the operative treatment of the biological tissue, such as, for example, the removal of areas of a cornea.
- An intensity attenuator or a beam expander between the at least one radiation source and the biological tissue can be expedient for insertion and removal from the beam path of the excitation radiation.
- at least three markings or excellent structures are required in order to detect a change in the position of the surface.
- a triangle is spanned in space from these markings.
- the normal through the center of this triangle is changed when the position changes.
- the two triangles are then converted into one another by arithmetically superimposing the normals and successively rotating them around the normals and moving them along the normals.
- the necessary displacements in space apply equally to the entire surface, so that they too can be transferred into one another.
- the respective tissue data surveys and position measurements are each carried out at the same times. This ensures that there are no changes in the position of the tissue between position measurement and tissue data collection, so that the data records of the at least two tissue data collections can be compared precisely by comparing the position coordinates of the marked structures.
- the first - position determination of the structures is used, for example those based on the known one and mostly used for diagnostic purposes wavefront aberration procedures or based on ultrasound technology (see above).
- An advantageous possibility for carrying out the above-mentioned projection method is that an excitation radiation which stimulates fluorescence is projected onto the excellent structures to be measured in the form of an irradiation pattern.
- the means for generating the radiation pattern preferably comprise a mask with openings in the form of preferably parallel slots or regularly arranged holes. The mask is placed between the radiation source and the tissue.
- the marked structures are preferably excited to emit a fluorescence pattern, this fluorescence pattern corresponding at least to a section of the radiation pattern.
- the fluorescence pattern can then be detected in order to calculate the position of the marked structures and thus to compare the tissue data sets of the first and the second data collection.
- tissue data records are also recorded simultaneously by means of the stripe projection method.
- a surface measurement is described in DE-PS-198 37 932.3, the disclosure content of which is hereby included.
- the effective wavelength of the excitation radiation for generating a fluorescence pattern emitted directly from the tissue is essentially in the ultraviolet wavelength range.
- the use of UV light has the great advantage that it can be used to make the cornea artificially visible. Visible or infrared light would pass through the cornea pass through, so that then only images of the iris lying in the eye could be obtained.
- the cornea - and not internal eye tissue - is to be corrected by laser ablation, for example, no position coordinates of excellent structures in the area of the cornea can be obtained by means of visible or infrared light.
- the at least one radiation source is preferably designed as a laser, preferably as a frequency-multiplied solid-state laser, excimer laser, gas laser or frequency-multiplied dye laser, or as a flash lamp, preferably filled with a xenon or a deuterium gas mixture.
- a wavelength range in the UV also lends itself if a fluorescence pattern is generated on the basis of a fluorescent dye applied to the outside of or into the tissue.
- different determination methods are advantageously used to determine the position coordinates.
- the two-dimensional measurement in the x and y directions corresponds to a recording according to the prior art, for example using a CCD or CMOS camera.
- the measurement in the z-direction is carried out by perspective observation or detection of the stripes (the change in stripe brightness can be used for the excellent structures).
- drops of a fluorescent liquid are applied to the tissue at various points, for example. It must be ensured that the liquid remains stationary on the tissue, for example by pressing the liquid in the outermost tissue surface can be reached.
- the applied fluorescent material is excited to emit fluorescent radiation, so that its location - corresponding to the x and y coordinates - can be determined with a camera based on the difference in brightness of the foreign material compared to the surrounding tissue areas.
- the recording of the fluorescence pattern emitted on the basis of the irradiated projection pattern which can also be seen on the manipulated tissue area, provides information about the position of this area in the z direction and, in particular, about tilting of the tissue.
- the tissue is tilted in relation to a first position measurement of this tissue area (and in relation to a first surface measurement of the tissue surface)
- the stripes on the tissue surface and thus also on the manipulated tissue area either move closer together during perspective observation - ie with triangulation - by the recording camera or have a larger distance from the first measurement.
- the z component of the manipulated tissue area can be extracted from this information. It goes without saying that these tissue areas must be chosen so large that the pattern can be projected onto them in a recognizable manner.
- those of natural origin can be used as excellent structures.
- veins, pigments and local unevenness run close to the tissue surface.
- hair can also be used on the surface of the tissue, but should then not move if possible.
- fluorescence properties of the excellent structures are used to determine the position coordinates, the possible number of excellent structures is reduced. Hair is then less suitable, for example.
- excellent structures are created artificially. It is also possible for excellent structures of natural origin to be manipulated. Both of these procedures have the advantage that the user can set up or adapt the excellent structures according to their needs. If, for example, a corneal surface is to be measured before and after removal of a corneal layer, the excellent structures can be applied at a short distance outside the treatment area.
- material in particular fluorescent material, is applied or pressed onto the tissue. This can then possibly penetrate the tissue so that it does not blur on the surface of the tissue.
- At least one body can be applied to the tissue, which adheres to the surface of the tissue with extensive dimensional stability.
- the body can advantageously contain a fluorescent dye.
- the body is designed as a thin film, which preferably has a marked surface on the side facing a detection device, according to which the three-dimensional measurement is based.
- a further possibility for producing the excellent structures is that the tissue is incised or irradiated with laser pulses, so that the structures produced in this way have a fluorescence which differs in brightness and / or frequency from the untreated tissue and / or can be recognized as a spatial tissue change are.
- the measuring tissue is changed between the measurements, for example by laser ablation of the corneal layers of an eye, it is expedient to use or produce such excellent structures that are located outside of the treated sections of the tissue surface.
- the marked structures are not influenced by the treatment, so that a comparison of the tissue data or surface coordinates before and after the treatment is possible due to the position coordinates of the marked structures, which may only have changed in spatial position.
- a cut is made on an eye cornea in order to be able to fold down a corneal lamella.
- a laser pulse can then be directed onto the underlying layer to remove a corneal layer in order to correct ametropia.
- the marked structures are preferably selected or arranged in the area of the cut edge. It is advisable that the excellent structures are located outside of this lamella or are produced there.
- a cutting edge as defined above is itself used as an excellent structure. It can be advantageous here if the cut surface is tilted relative to the direction of irradiation and observation in such a way that the strips on the cut surface can be easily observed.
- the use of the cutting edge as an excellent structure has the advantage that no additional structures have to be searched for or created. This reduces the effort.
- the eyelids are advantageously kept or opened by suitable holders in such a way that the eyelids do not cover or shift the excellent structures when the eye moves.
- the device according to the invention can have at least one further radiation source and / or at least one device for dividing the incident or Have excitation radiation to oestras the biological tissue from at least two directions.
- FIG. 1 shows a schematic perspective view of an eye with a raised flap or lamella and excellent structures outside the cut edge
- FIG. 2 shows a top view of the eye according to FIG. 1;
- FIG. 3 shows a schematic perspective view of an eye with a raised flap and excellent structures on the
- FIG. 4 shows a top view of the eye according to FIG. 3;
- FIG. 5 shows a schematic illustration of a cornea with a cut edge and artificially produced troughs
- 6 shows a schematic illustration of a cornea with a cut edge and applied fluorescent markings
- 7 shows a schematically illustrated first device for measuring the corneal surface and the position coordinates of excellent structures
- FIG. 8 shows a schematically represented second device.
- FIG. 1 to 4 schematically represent an eye, of which the cornea 1, the sclera 6 and the transition between the two, the so-called limbus 7, are shown.
- a lamella or flap 5 is produced in the center of the cornea surface 1 of the eye by attaching a cut edge 2 with a knife that cuts parallel to the surface, a so-called microkeratome.
- This lamella 5 is then raised over a circular surface of up to 10 mm in diameter and opened for the purpose of further treatment of the exposed corneal tissue 1a by means of a laser.
- the inner corneal tissue 1a exposed in the process is then removed with a laser, which preferably emits pulses in the ultraviolet (UV) between 150 and 250 nm.
- the measuring device with which this removal is to be detected preferably consists of a stripe projector with which a stripe pattern of UV light is projected onto the corneal surface 1, see FIG. 5 and 6.
- the light source in the UV for the projection advantageously corresponds to the laser for the treatment of the corneal region 1a by ablation.
- the tissue or the cornea 1 emits fluorescent light in the irradiated areas in the form of a fluorescence pattern 3 corresponding to the irradiation pattern, which is recorded with a camera in a detection direction different from the irradiation direction and evaluated with a computer, for example a PC.
- the surface shape of the cornea 1 is then available as a data set with three-dimensional data. More details on this method, including various structures of the necessary radiation and detection devices, are described in DE-PS-198 37 932.3. In Fig. 7 the device just described is shown schematically.
- the radiation source or the laser 10 radiates in the direction 11 a radiation pattern generated by a pattern generation device 9 (for example a slit mask) onto the cornea 1 of an eye 20.
- the generated fluorescence pattern becomes larger in the direction 12, the angle ⁇ in the direction 11 0 ° includes, detected by the detection device 13 and evaluated by means of a computer unit 14.
- the surface shape of the cornea 1 is obtained.
- FIG. 7 (as in FIG. 8), for the sake of simplicity, focusing and possibly widening lens systems, beam deflection devices, filters, intensity attenuators, partially transparent mirrors etc. are not shown.
- the removal of the cornea surface 1a takes place in several steps (for example, by a control of the laser 10 (not shown) by the computer unit 14 on the basis of a calculated refractive treatment plan), it is extremely desirable to check how successful the respective step has been.
- the surface to be treated and the surface surrounding it are recorded after each treatment step. In order to align these recordings with one another in the correct position, intermittent movements of the eye must be taken into account. This process is called matching or registering the recordings.
- excellent structures 4 are used, their position coordinates in three-dimensional space at suitable times by taking two-dimensional images of the excellent structures 4 - and corresponding intermediate storage of the images or equivalent data - and subsequent calculation of the x, y and z coordinates determined and used to compare the surface recordings or measurements. Due to the position detection of the excellent structures in three-dimensional space according to the invention, in particular tilting of the corneal surface, which cannot be detected in conventional measurements, can be taken into account. According to the exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2, three markings or excellent structures 4 with a small diameter are artificially applied to the cornea surface outside the exposed corneal tissue 1a. In the embodiment of FIGS. 3 and 4, three excellent structures 4 are also provided, this time on the cutting edge 2. This choice has the advantage that the structures 4 are very close to the treatment area without being affected by the treatment itself.
- FIGS. 5 and 6 Examples of how the excellent structures can be produced and how the adjustment can be carried out will be explained below with reference to FIGS. 5 and 6, in which only the cornea 1 without lamella or flap 5 is shown for the sake of clarity.
- the surface 1 of the outermost cornea has been processed schematically with individual laser pulses of small diameter in such a way that - in the sense of the invention designated as excellent structures - local markings arise.
- These structures can be recognized as small-area depressions 4a deep a few micrometers with a diameter of, for example, 500 ⁇ m in the three-dimensional measurement.
- the troughs 4a are applied by the laser used for the treatment in the area outside the previously cut lamella in the regenerating epithelium before the actual operation.
- the troughs 4a are attached to the cutting edge 2 of the lamella 5, which is closer to the laser treatment and therefore can be measured more reliably in its three-dimensional position, see FIG. 3 and 4.
- the position coordinates of the excellent structures formed as troughs 4a in the corneal surface 1 are recorded with the aid of a camera. 7, this camera is the detection device 13.
- the x and y coordinates of the troughs 4a can be found in a conventional manner by determining the brightness of the corresponding images.
- the z- Coordinates are determined on the basis of the course of the fluorescence pattern 3 corresponding to the irradiated stripe pattern emitted by the trough structure.
- the shape and the depth of the respective trough 4a influences the pattern course observed by the camera, from which the depth or the position of the trough 4a in question can then be determined in all three spatial directions and in particular in the z-direction - in which in FIG. 7 embodiment shown preferably with the help of the computer unit 14.
- the determination of the position coordinates of the troughs 4a by measuring their position coordinates at two different times allows the spatial co-ordination of the surface coordinates that originate from two recordings of the corneal surface 1.
- the surface 1 must not change in its position between the first (or second) position measurement and the first (or second) surface measurement. It is therefore appropriate to carry out the corresponding position and surface measurements at the same time and by means of the same method, preferably as described by means of the pattern or stripe projection method, in that the (stripe) pattern is projected onto both the surface of the skin 1 to be measured and the depressions 4a (see also Fig. 7).
- Said adjustment is carried out with the aid of a computer, in the embodiment of FIG. 7 preferably by means of the computer unit 14, which in this case also serves as an adjustment device 14.
- Structures can also be produced by means of laser pulses which are not necessarily designed as a trough 4a, but which have a fluorescence or color change in fluorescence compared to the untreated epithelium, so that these features enable spatial detection of these structures.
- the marked structures are designed as clearly recognizable fluorescent markings 4b.
- this is done locally on a small corneal area and stationary markings 4b with eye-compatible drops (eg fluorescein).
- the markings 4b can be applied with a special homing marker, as is already used today in a modified version for the recognition of the folded corneal lamella. Sufficiently thin tips are pressed onto a kind of stamp pad that contains the marking color. The marker is then pressed onto the cornea at a suitable point under microscope observation. The color penetrates into the outermost layer of the epithelium and is deposited there. If necessary, excess paint that would make the mark 4b too large for reliable detection can be removed with a rinsing liquid.
- the design of the tips should be based on a very thin pair of tweezers, which use a capillary force to draw in a certain amount of liquid. This liquid is released into contact with the cornea in the depression created by pressing the tip.
- the marking 4b then preferably has a size of less than 500 ⁇ m in diameter. Different designs of the marker have peaks at different distances, which can be selected depending on the diameter of the lamella previously created.
- the position coordinates of the fluorescent markings 4b are acquired analogously to the method described with reference to FIG. 5, for example by means of the arrangement according to FIG. 7.
- the x and y coordinates are known from the respective images and the z coordinates again determined on the basis of the stripe course of the fluorescence pattern 3. If a detection device with a CCD or CMOS chip is used, the course of the strips over the marking should be clearly recognizable on account of a suitable dosage of the fluorescent dye and expediently not to be intact in order to avoid overexposure of the chip.
- the strip width and the strip spacing are expediently smaller than the marked structures 4a, 4b themselves for the purpose of a sufficient resolution in both cases shown in FIGS.
- 5 and 6 excellent structures 4a, 4b can be measured with a resolution of a few micrometers.
- a large number of suitable patterns can be used, for example a grid whose intersection points are used for evaluation, perforated patterns, patterns of several concentric circular lines with lines starting radially from the center and arranged at the same angular distance, moire pattern consisting of two line patterns or other geometric patterns.
- the three-dimensional shape of the cutting edge 2 itself can alternatively be used if it is sufficiently differentiable to enable the position to be measured. This is the case according to FIGS. 5 and 6, since the cutting edge 2 can be easily observed and the strips stand out well on it.
- the freely accessible area of the cutting edge 2 must be completely recorded in three-dimensional space and then recognized again by suitable algorithms which, for example, determine the course of the curvature of the edge 2 in space.
- an excellent structure consists of one or more bodies which are preferably attached to the cornea outside the lamella. These are preferably bodies made of a material that has good adhesion to the initially moist corneal surface 1, without the bodies themselves permanently changing their shape due to the absorption of moisture from the cornea.
- an annular thin one Foil into consideration, which lies on the corneal surface 1 outside the lamella.
- this film On its side facing the camera, this film has a marked surface which can be measured in a suitable manner in space using the respective method.
- the film On its side facing the cornea, the film is advantageously made such that it lies as tightly as possible against the cornea so that it is not displaced by eye movements during the operation. This danger is avoided above all if the film is relatively thin, for example 20-50 ⁇ m thick. The film can be easily removed after the operation by rinsing vigorously with a liquid.
- the radiation source 10 shown in FIG. 8, in which the radiation direction 11 includes an angle ⁇ with the detection direction 16 and an angle ⁇ 'with the detection direction 17, is used here only for illuminating the cornea 1.
- the measurement of the optical imaging system of the eye or The various refractive eye sections can be carried out, for example, using a wavefront aberration system (not shown), preferably at the measurement times of the respectively assigned position measurements of the marked structures.
- one radiation pattern (or also several - possibly from different directions) to be irradiated onto the cornea 1, with one or both detection devices 15, 18 for surface measurement using the fluorescence pattern detection described be used.
- the two detection devices 15, 18 In addition to the detection of the position coordinates of the marked structures due to their mutually angular arrangement, they can also evaluate the fluorescence signals of the pattern emitted by the structures in order to have the position coordinates calculated by the computer unit 14. By means of the computer unit 14, the comparison of the surface measurements can expediently also be implemented.
- detection by means of at least two detection devices according to FIG. 8, which detect the tissue surface and in particular the excellent structures from at least two directions, is not limited to the detection of externally applied structures such as the film described above.
- the marked structures 4, 4a, 4b are expediently designed in such a way that they are well detected in the stripe projection or in general the pattern projection and their position in space can be reliably determined. Furthermore, the markings should expediently not change during the treatment, as a result of which they are fixed on regions on the edge or outside the microkeratome section. Otherwise such a change in position of the structures 4, 4a, 4b relative to the tissue would be misinterpreted as a tilt of the surface.
- FIGS. 5 and 6 four excellent structures 4a, 4b have been applied or generated. Using these four structures 4a, 4b, it is possible to detect a change in position of the corneal surface.
- the four structures 4a, 4b span a quadrilateral in space, the normal of which runs through the center changes location when the position changes. With the help of a computer, the normals are superimposed, successively rotated around the normals and then moved along the normals until the two squares overlap.
- the movements performed in the Three-dimensional space also applies to the entire surface, so that the surface coordinates of the at least two surface measurements can also be converted into one another.
- the spatial coordinates of the excellent structures 4, 4a, 4b on the cornea or the tissue surface are required for a highly accurate detection of the change in position in three-dimensional space, which are known to represent the change in position and not theirs Change the position between the measurements relative to the surface itself.
- These structures 4, 4a, 4b are preferably applied or selected before the measurements in the area of the surface that does not change between the measurements. It is essential that the structures are recorded not only in two dimensions, but also in three dimensions with their spatial coordinates. This opens up a three-dimensional structure recognition that goes beyond the usual two-dimensional pattern recognition, with which a change in position of the tissue surface can then be determined.
- the two-dimensional pictorial detection of the tissue surface known in the prior art is only suitable for the highly precise determination of changes in position or position over time if the type of change in position or position of the tissue surface is known a priori would.
- This could be knowledge of the position and orientation of axes of rotation or points of rotation, for example, or the certainty that only a lateral displacement occurs.
- this is not the case with moving tissues.
- the coordinates of the excellent structures in the area of the surface in all three spatial directions are therefore used according to the invention, which are known to represent the position of the tissue surface and not, for example, their position relative to the surface itself between the measurements change.
- the invention can of course also be used in the measurement and treatment of corneal surfaces in which no corneal lamella is lifted off in the form of a flap.
- the method according to the invention can in principle be used for a large number of objects, in particular for tissue surfaces of the most varied types.
- the description using the cornea is only an example.
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Abstract
The invention relates to a method and to a device for the adjustment, the so-called registering, of tissue data, especially of the eye, that are optically acquired at temporal intervals. At least during a first and a second tissue data acquisition a first or a second optical position measurement and detection of position coordinates of structures (4; 4a; 4b) that are marked in the area of an outer tissue surface (1) and that have a substantially fixed position relative to the surface (1) is carried out in such a manner that no substantial change of position of the marked structures (4; 4a; 4b) occurs between the respective tissue data acquisition and the pertaining position measurement. By adjusting the position coordinates of said marked structures (4; 4a; 4b) obtained from the first and second position measurement the data sets obtained from the at least two tissue data acquisitions are spatially adjusted to one another. The invention is characterized in that the marked structures (4; 4a; 4b) are detected in a (planar) imaging manner and that the position coordinates of the marked structures (4; 4a; 4b) in all three directions in space are calculated from these images. The invention further relates to a device for carrying out the inventive method.
Description
Verfahren und Vorrichtung zum räumlichen Abgleichen von zeitlich versetzt optisch erhobenen Gewebedaten Method and device for the spatial comparison of tissue data optically collected at different times
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Abgleichen, sog. Registrieren, von zeitlich versetzt optisch erhobenen Gewebedaten, insbesondere eines Auges.The invention relates to a method and a device for comparing, so-called registering, tissue data, in particular an eye, which is optically offset in time.
Der Abgleich von Gewebedaten, insbesondere von Bildern einer Gewebeo- berfläche, erfordert die genaue Kenntnis der Lage des Gewebes zu den jeweiligen Zeitpunkten der Gewebedaten-Erhebungen. Die durch Bewegungen des Objekts sich ändernde Lage läßt sich mit sogenannten Trackern verfolgen. Insbesondere stehen Augenbewegungen schon seit geraumer Zeit im Mittelpunkt wissenschaftlichen und klinischen Interesses, da sie u.a. auf neu- rologische Erkrankungen hinweisen.The comparison of tissue data, in particular images of a tissue surface, requires precise knowledge of the position of the tissue at the respective times of the tissue data surveys. The position, which changes due to the movement of the object, can be tracked with so-called trackers. In particular, eye movements have been at the center of scientific and clinical interest for some time, as they include indicate neurological diseases.
Eine erste Methode zur Messung von Augenbewegungen (sog. eyetracking) wurde Mitte des 19. Jahrhunderts praktiziert. Bei diesem Verfahren muß eine Testperson die Mitte einer stabförmigen Lichtquelle fixieren. Nach dem Aus- schalten der Lichtquelle wird von dieser Testperson ein Nachbild auf der Netzhaut wahrgenommen. Anschließend wurde die Testperson angewiesen, verschiedene Punkte an einer Wand zu fixieren. Ein Helfer befestigt dort einen drehbaren Stab derart, daß sich dieser mit dem Nachbild deckt. Die so bestimmbare torsionelle Abweichung des Nachbildes in Abhängigkeit von der Bückrichtung läßt sich weiter analysieren.A first method for measuring eye movements (so-called eyetracking) was practiced in the middle of the 19th century. With this method, a test person has to fix the center of a rod-shaped light source. After switching off the light source, this test person perceives an afterimage on the retina. The test subject was then instructed to fix various points on a wall. A helper attaches a rotatable rod in such a way that it coincides with the afterimage. The torsional deviation of the afterimage that can be determined in this way as a function of the bending direction can be further analyzed.
In den 60-er Jahren des vergangenen Jahrhunderts entwickelte D. A. Robinson in Baltimore die sogenannte „search coil"-Methode, im Deutschen als Magnet-Okulographie bezeichnet. Diese Methode erlaubt die Aufzeichnung von Augenbewegungen mit einer hohen Auflösung. Hauchdünne Drähte
werden zu Spulen aufgewickelt in Silikon gegossen und wie Kontaktlinsen auf das Auge gelegt. Der Kopf des Patienten befindet sich in einem Rahmen, in dem durch Spulen ein Magnetfeld erzeugt wird. Durch die Bewegung des Auges im Magnetfeld wird in den Spulen ein Strom induziert, der gemessen wird und die entsprechende Augenbewegung repräsentiert.In the 1960s, DA Robinson developed the so-called "search coil" method in Baltimore, known in German as magnetic oculography. This method allows eye movements to be recorded with high resolution. Very thin wires are wound into coils, cast in silicone and placed on the eye like contact lenses. The patient's head is located in a frame in which a magnetic field is generated by coils. The movement of the eye in the magnetic field induces a current in the coils, which is measured and represents the corresponding eye movement.
Eine andere Methode ist die Elektro-Okulographie. Die gleichförmig ausgerichteten Stäbchen und Zäpfchen des Auges erzeugen ein elektrisches Feld, das durch in Augennähe aufgeklebte Elektroden abgeleitet wird. Mit der Au- genbewegung ändert sich das gerichtete Feld.Another method is electro-oculography. The uniformly oriented rods and suppositories of the eye generate an electric field, which is dissipated by electrodes glued close to the eye. The directional field changes with the eye movement.
Bei der Infrarot-Okulographie werden die unterschiedlichen Reflexions- und Absorptionseigenschaften der Augenoberfläche genutzt. Mit der Bestrahlung durch zum Beispiel Infrarot-Dioden wird die Reflexion an den Grenzflächen bestimmt. Über die Verteilung in den so erhaltenen Purkinje-Bildern kann auf die Richtung des Auges geschlossen werden. Dieses Verfahren setzt allerdings ein sehr detailliertes Modell der verschiedenen Grenzflächen und optischen Systeme im Auge voraus.The different reflection and absorption properties of the surface of the eye are used in infrared oculography. The reflection at the interfaces is determined by irradiation with, for example, infrared diodes. The direction of the eye can be deduced from the distribution in the Purkinje images thus obtained. However, this procedure requires a very detailed model of the various interfaces and optical systems in mind.
Aktuelle Entwicklungen der Eyetrackingtechnik erfolgen im Bereich der Vi- deo-Okulographie. Mit diesem Verfahren wird das Auge von einer Kamera beobachtet und die erhaltenen Bilder werden direkt online oder offline ausgewertet. Die Auswertung stützt sich dabei auf typische Bildstrukturen. Für die horizontale und vertikale Auslenkung kann die Position der Pupille fest- gestellt werden, während die torsionelle Komponente über die Analyse des Irismusters bestimmt wird. Andere Methoden nehmen den Übergang zwischen Iris und Sklera (Lederhaut), den Limbus, als Struktur für die Positionsbestimmung. Die Video-Okulographie konnte in den letzten Jahren vor allem von der Entwicklung der Computertechnik profitieren, da für die Auswertung der Bilder viele Rechenoperationen in kurzer Zeit ausgeführt werden müssen.
Wenn die Augenoberfläche in mehreren zeitlich versetzten Messungen vermessen wird, besteht das Bedürfnis, die aufgenommenen Bilder abzugleichen, also in Deckung zu bringen. Dieser Vorgang wird auch als Registrieren bezeichnet. Den zuvor genannten Verfahren ist jedoch gemein, daß ihre Meßgenauigkeit für eine hochgenaue Anpassung von Augenbewegungen zur Erfassung der Oberflächenform nicht ausreicht. So sind insbesondere Verkippungen des Auges nicht gut nachvollziehbar. Die Meßgenauigkeit von schlechter als 50 μm reicht zwar aus, um einzelne Laserpulse hinreichend gut für eine Oberflächenbehandlung auf die Hornhaut zu richten. Für die ge- naue, wiederholte Vermessung der Oberfläche zwischen der Applikation von Laserpulsen sind jedoch Abweichungen der vorhandenen Methoden von mehr als 10 μm inakzeptabel.Current developments in eye tracking technology take place in the field of video oculography. With this method, the eye is observed by a camera and the images obtained are evaluated directly online or offline. The evaluation is based on typical image structures. The position of the pupil can be determined for the horizontal and vertical deflection, while the torsional component is determined by analyzing the iris pattern. Other methods use the transition between iris and sclera (leather skin), the limbus, as a structure for position determination. In recent years, video oculography has benefited above all from the development of computer technology, since many computing operations have to be carried out in a short time to evaluate the images. If the surface of the eye is measured in several staggered measurements, there is a need to compare the recorded images, that is to say to make them coincide. This process is also called registering. However, the above-mentioned methods have in common that their measuring accuracy is not sufficient for a highly precise adaptation of eye movements to record the surface shape. In particular, tilting of the eye is not easy to understand. The measuring accuracy of less than 50 μm is sufficient to direct individual laser pulses sufficiently well for a surface treatment on the cornea. However, deviations from the existing methods of more than 10 μm are unacceptable for the precise, repeated measurement of the surface between the application of laser pulses.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrich- tung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Genauigkeit des Abgleiche von mehreren zeitlich, versetzt, mittels optischer Mittel erhobenen Gewebedaten erhöht werden kann. So ist es z.B. erwünscht, den aufgrund von unvermeidlichen Bewegungen auftretenden Lageunterschied der Oberfläche zwischen zwei Zeitpunkten optisch zu erfassen und so exakt zu kompensieren, daß eine Subtraktion der Messungen zu den zwei Zeitpunkten eine Aussage zur Formänderung ermöglicht, und dabei berücksichtigt, daß eine Lageänderung aufgetreten sein kann.It is an object of the present invention to further develop a method or a device of the type mentioned at the outset in such a way that the accuracy of the comparison of a plurality of temporally staggered tissue data collected by means of optical means can be increased. So it is e.g. Desired to optically record the difference in position of the surface between two points in time due to unavoidable movements and to compensate so precisely that subtracting the measurements at the two points in time enables a statement to be made about the change in shape, taking into account that a change in position may have occurred.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruch 1 bzw. des Anspruchs 21 und des Anspruchs 27 gelöst.This object is achieved in the method and an apparatus of the type mentioned at the outset by the features of claim 1, claim 21 and claim 27.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung Lageveränderungen des zu vermessenden Gewebes bzw. Organs bzw. der Gewebeoberfläche im dreidimensionalen Raum zwischen zwei Erkennungsvorgängen bestimmt werden können. Hierzu werden die Lagekoordinaten der
in Bezug zur Oberfläche lagefesten ausgezeichneten Strukturen mindestens zweimal im zeitlichen Abstand berechnet (wobei ein entsprechender elektronischer Speicher zumindest für die ersten Meßdaten bzw. daraus berechnete Werte eingesetzt wird). Das Wesentliche der Erfindung liegt darin, daß die Lagekoordinaten räumlich erfaßt bzw. errechnet werden, also in x-, y- und z- Richtung. Bisher wurden Lagekoordinaten optisch lediglich im Zweidimensio- nalen, d.h. in x- und y-Richtung, aufgenommen, so daß Verkippungen der Gewebeoberfläche nicht hinreichend detektiert werden konnten. Zudem ist wichtig, daß der Zeitraum zwischen der Bestimmung der ersten bzw. zweiten Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen und der Bestimmung der ersten bzw. zweiten Oberflächenkoordinaten oder Gewebedaten derart kurz ist, daß in der Zwischenzeit keine Lageveränderungen des Gewebes und damit der ausgezeichneten Strukturen auftreten. Bevorzugt werden daher die Lagemessungen und die zugehörigen Gewebedaten-Erhebungen gleichzeitig durchgeführt.The advantages of the invention can be seen in particular in the fact that changes in the position of the tissue or organ to be measured or the tissue surface can be determined in the three-dimensional space between two detection processes by means of the method or the device according to the invention. The position coordinates of the In relation to the surface, structures that have been fixed in position are calculated at least twice at intervals (an appropriate electronic memory being used at least for the first measurement data or values calculated therefrom). The essence of the invention is that the position coordinates are recorded or calculated spatially, that is, in the x, y and z directions. So far, position coordinates have only been optically recorded in two dimensions, ie in the x and y directions, so that tilting of the tissue surface could not be adequately detected. It is also important that the period between the determination of the first or second position coordinates of the marked structures and the determination of the first or second surface coordinates or tissue data is so short that no changes in the position of the tissue and thus the marked structures occur in the meantime. The position measurements and the associated tissue data surveys are therefore preferably carried out simultaneously.
Das Verfahren gestattet es insbesondere, zeitlich versetzt aufgenommene Bilder der Gewebeoberfläche miteinander abzugleichen, um Bewegungen des Gewebes zwischen den Messungen zu korrigieren. In einem sogenann- ten Matchingprozeß werden die zu unterschiedlichen Zeiten vermessenen Gewebedaten mittels eines Computers zueinander passend so angeordnet, daß Bewegungsartefakte ausgeglichen werden können. Auf diese Weise lassen sich Formänderungen der Oberfläche - beispielsweise aufgrund eines induzierten Materialabtrags -, die zwischen den Lagebestimmungen einge- treten sind, anhand einer Differenzbildung erfassen und kontrollieren.In particular, the method allows time-staggered images of the tissue surface to be compared with one another in order to correct movements of the tissue between the measurements. In a so-called matching process, the tissue data measured at different times are matched to one another by means of a computer in such a way that movement artifacts can be compensated for. In this way, changes in shape of the surface - for example due to an induced material removal - that have occurred between the positional determinations can be recorded and controlled by means of a difference.
Die Ermittlung der z-Koordinaten der ausgezeichneten Strukturen erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Bestrahlung der ausgezeichneten Strukturen und zweckmäßigerweise der gesamten Gewebeoberfläche mit einem Muster, das gegenüber der Bestrahlungsrichtung unter einem anderen Winkel beobachtet bzw. detektiert wird. Die Ein- strahlung/Detektion erfolgt also unter einem Triangulationswinkel. Dadurch
wird ermöglicht, daß das Gewebe und insbesondere die ausgezeichneten Strukturen nicht flächig als Projektion auf z.B. einen CCD-Chip der Kamera abgebildet, sondern als Formen in allen drei Raumrichtungen mit Hilfe einer Rechnereinheit bzw. einem Computer aus Bildern beispielsweise einer sol- chen Kamera errechnet werden.According to a preferred embodiment of the invention, the z coordinates of the marked structures are determined by irradiating the marked structures and expediently the entire tissue surface with a pattern which is observed or detected at a different angle with respect to the direction of radiation. The irradiation / detection therefore takes place at a triangulation angle. Thereby it is made possible that the tissue and in particular the excellent structures are not mapped as a projection onto, for example, a CCD chip of the camera, but rather as forms in all three spatial directions with the aid of a computer unit or a computer from images, for example, of such a camera ,
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung (entsprechend Anspruch 27) werden die Lagemessungen der ausgezeichneten Strukturen mit Hilfe von mindestens zwei Dektionsvorrichtungen durchgeführt, wobei die Detekti- onsrichtungen voneinander verschieden sind. Hierdurch werden mindestens zwei Bilder zu gleichen Zeiten von den ausgezeichneten Strukturen erhalten, die miteinander korreliert werden, um die Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen in x-, y- und z-Richtung zu erhalten.In an alternative embodiment of the invention (according to claim 27), the position measurements of the marked structures are carried out with the aid of at least two detection devices, the detection directions being different from one another. As a result, at least two images of the marked structures are obtained at the same time, which are correlated with one another in order to obtain the position coordinates of the marked structures in the x, y and z directions.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt eine Meßmethode zur schnellen Gewebedaten-Erhebung voraus. Diese Methode kann z.B. ein sog. Streifenprojektionsverfahren, mit dem die Vermessung einer Oberflächenform des Gewebes möglich ist, oder ein Wellenfrontmeßverfahren (Wellenfrontaberra- tion, s. beispielsweise US5, 777,719) oder ein sonstiges Meßverfahren - bei- spielsweise basierend auf Ultraschalimessungen - sein. Die Gewebedaten müssen als Datensatz im Dreidimensionalen vorliegen. Die Erfindung ermöglicht es dann, den aufgrund von unvermeidlichen Bewegungen auftretenden Lageunterschied der Oberfläche zwischen zwei Zeitpunkten optisch zu erfassen und rechnerisch so zu kompensieren, daß eine Subtraktion der Messun- gen zu den zwei Zeitpunkten eine Aussage zur Formänderung ermöglicht, und dabei berücksichtigt, daß eine Lageänderung aufgetreten sein kann.The method according to the invention requires a measurement method for rapid tissue data collection. This method can e.g. a so-called strip projection method, with which the measurement of a surface shape of the tissue is possible, or a wavefront measurement method (wavefront aberration, see for example US5, 777,719) or another measurement method - for example based on ultrasound measurements. The tissue data must be available as a three-dimensional data set. The invention then makes it possible to optically record the difference in position of the surface occurring between two points in time due to unavoidable movements and to compensate it computationally in such a way that subtraction of the measurements at the two points in time enables a statement to be made about the change in shape, taking into account that Change of position may have occurred.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung ist beispielsweise dazu geeignet, während einer Laserbehandlung der Hornhaut die Lageänderung des Auges zu erfassen. Dies ist notwendig, um einzelne Oberflächenmessungen, anhand derer der Verlauf der Behandlung kontrolliert werden soll, zueinander lagerichtig anzuordnen. Auf diese Weise kann der Abtrag des Lasers über eine
Differenzbildung der in ihrer jeweiligen Lage zueinander korrigierten Flächen im Raum ermittelt werden. Die Lageerfassung erfolgt also bevorzugt gleichzeitig mit der Oberflächenmessung mit dem Ziel, die Ergebnisse der einzelnen Messungen voneinander abziehen zu können, um den tatsächlichen La- serabtrag zu ermitteln.The method or the device is suitable, for example, for detecting the change in position of the eye during laser treatment of the cornea. This is necessary in order to arrange individual surface measurements, on the basis of which the course of the treatment is to be checked, in the correct position relative to one another. In this way, the laser can be removed via a Difference formation of the areas corrected in relation to one another in their respective positions can be determined. The position detection is therefore preferably carried out simultaneously with the surface measurement with the aim of being able to subtract the results of the individual measurements from one another in order to determine the actual laser removal.
Alternativ oder zusätzlich kommt eine Diagnosemessung, beispielsweise das bekannte Wellenfrontaberrationsverfahren, als erste Gewebedaten-Erhebung mit zugehöriger Lagemessung der ausgezeichneten Strukturen in Frage, die später mit einer zweiten Oberflächen- und Lagemessung, beispielsweise jeweils mittels eines Musterprojektionsverfahrens als Beispiel für ein Topographiemeßverfahren, kurz vor oder während der Behandlung abgeglichen wird, um beispielsweise einen Laser für die Behandlung entsprechend dem Behandlungsbedarf mit einer Steuereinheit anzusteuern und zu fokussieren bzw. einzustellen. In allen Fällen besteht der Vorteil, daß direkt das zu behandelnde bzw. behandelte Gewebe bzw. deren Oberfläche vermessen wird, so daß kein Fehler in der Lagebestimmung durch die Umrechnung von Abständen in der Nähe liegender Strukturen im dreidimensionalen Raum auftreten kann.As an alternative or in addition, a diagnostic measurement, for example the known wavefront aberration method, can be considered as the first tissue data collection with the associated position measurement of the marked structures, which can later be performed with a second surface and position measurement, for example using a sample projection method as an example of a topography measurement method is adjusted during the treatment, for example to control and focus or adjust a laser for the treatment according to the treatment requirement with a control unit. In all cases there is the advantage that the tissue to be treated or treated or its surface is measured directly, so that no error in the position determination can occur due to the conversion of distances from nearby structures in three-dimensional space.
Die erste und die zweite Gewebedatenerhebung können demnach mittels unterschiedlicher Meßprinzipien durchgeführt werden, wobei diese Meßprinzipien von dem- oder denjenigen für die Lagemessung der ausgezeichneten Strukturen verschieden sein können.The first and the second tissue data collection can accordingly be carried out by means of different measuring principles, whereby these measuring principles can be different from that or those for the position measurement of the marked structures.
Ein ähnliches Verfahren für den Fall der Augenvermessung mit Diagnostik der Augenfehler, der Erstellung eines Behandlungsmusters und anschließender Hornhautbehandlung ist in der DE 199 50 791 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Verweis eingeschlossen ist. Die dort er- wähnte „Bestimmung refraktiver Merkmale" entspricht hier der Gewebedaten- Erhebung. Auch in der DE 199 50 791 A1 ist beschrieben, daß die zur Bestimmung der refraktiven Merkmale Hornhauttopographiesystem, Wellen-
frontaberrationssysteme und Ultraschallsysteme eingesetzt werden können, um hieraus insbesondere einen refraktiven Behandlungsablauf zu entwik- keln, der dann mit Hilfe einer Steuereinheit unter Ansteuerung eines Behandlungslasers durchgeführt wird. Es sei hier explizit erwähnt, daß dies auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich und bevorzugt ist. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist insbesondere, daß lediglich zweidimensionale Bilder verwendet werden, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Koordinaten in x-, y- und z-Richtung aus zweidi- mensionalen Bildern errechnet werden.A similar method for the case of eye measurement with diagnosis of eye defects, the creation of a treatment pattern and subsequent corneal treatment is described in DE 199 50 791 A1, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference. The “determination of refractive features” mentioned there corresponds to the tissue data collection. DE 199 50 791 A1 also describes that the corneal topography system, wave front aberration systems and ultrasound systems can be used, in particular to develop a refractive treatment process from this, which is then carried out with the aid of a control unit under the control of a treatment laser. It should be explicitly mentioned here that this is also possible and preferred with the method according to the invention or the device according to the invention. A disadvantage of the known method is in particular that only two-dimensional images are used, while in the method and the device according to the invention the coordinates in the x, y and z directions are calculated from two-dimensional images.
Die erste Gewebedaten-Erhebung kann - nach dem Vorgesagten - beispielsweise eine Diagnosemessung oder eine Messung vor oder während der Behandlung des Gewebes sein. Die zweite, zeitlich darauffolgende Ge- webedaten-Erhebung ist dann beispielsweise eine Messung vor, während oder nach der Gewebebehandlung, letztere vorzugsweise zu Kontrollzwek- ken über das erreichte Behandlungsergebnis.The first tissue data collection can - after what has been said - be, for example, a diagnostic measurement or a measurement before or during the treatment of the tissue. The second, temporally subsequent tissue data collection is then, for example, a measurement before, during or after the tissue treatment, the latter preferably for control purposes over the treatment result achieved.
Bevorzugt ist der Laser, der zur Vermessung der Gewebedaten bzw. im Falle der Augenvermessung der refraktiven Merkmale und zum Messen der Lage der ausgezeichneten Strukturen für den räumlichen Abgleich der verschiedenen Aufnahmen dient, derselbe wie ein zur Laserbehandlung der Oberfläche verwendeter Laser. In diesem Fall ist die Strahlungsquelle hinsichtlich Intensität, Pulsdauer, Wiederholrate und Wellenlänge der Anregungsstrahlung zur operativen Behandlung des biologischen Gewebes, wie beispielsweise der bereichsweisen Abtragung einer Hornhaut, ausgebildet. Hierbei kann ein Intensitätsabschwächer oder einen Strahlaufweiter zwischen der mindestens einen Strahiungsquelle und dem biologischen Gewebe zum Einführen und Herausnehmen aus dem Strahlengang der Anregungsstrahlung zweckmäßig sein.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mindestens drei Markierungen bzw. ausgezeichnete Strukturen erforderlich, um eine Lageänderung der Oberfläche zu erfassen. Dazu wird ein Dreieck im Raum aus diesen Markierungen aufgespannt. Die Normale durch das Zentrum dieses Dreiecks wird bei einer Lageänderung verändert. Durch ein rechnerisches Übereinanderlegen der Normalen und ein sukzessives Drehen um die Normale und Verschieben entlang der Normalen werden sodann die beiden Dreiecke ineinander überführt. Die dabei erforderlichen Verschiebungen im Raum treffen gleichartig auf die gesamte Oberfläche zu, so daß auch sie in- einander überführt werden kann.The laser which is used to measure the tissue data or, in the case of eye measurement, the refractive features and to measure the position of the excellent structures for the spatial comparison of the different recordings, is preferably the same as a laser used for laser treatment of the surface. In this case, the radiation source is designed with regard to intensity, pulse duration, repetition rate and wavelength of the excitation radiation for the operative treatment of the biological tissue, such as, for example, the removal of areas of a cornea. An intensity attenuator or a beam expander between the at least one radiation source and the biological tissue can be expedient for insertion and removal from the beam path of the excitation radiation. In one embodiment of the method according to the invention, at least three markings or excellent structures are required in order to detect a change in the position of the surface. To do this, a triangle is spanned in space from these markings. The normal through the center of this triangle is changed when the position changes. The two triangles are then converted into one another by arithmetically superimposing the normals and successively rotating them around the normals and moving them along the normals. The necessary displacements in space apply equally to the entire surface, so that they too can be transferred into one another.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Gewebedaten-Erhebungen und Lagemessungen jeweils zu gleichen Zeiten vorgenommen. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß sich keine Lageän- derungen des Gewebes zwischen Lagemessung und Gewebedaten- Erhebung ereignen, so daß ein genauer Abgleich der Datensätze der mindestens zwei Gewebedaten-Erhebungen durch Abgleich der Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen vorgenommen werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the respective tissue data surveys and position measurements are each carried out at the same times. This ensures that there are no changes in the position of the tissue between position measurement and tissue data collection, so that the data records of the at least two tissue data collections can be compared precisely by comparing the position coordinates of the marked structures.
Es bietet sich vorteilhafterweise an, die Gewebedaten- und Lagemessungen mit Unterstützung des genannten Musterprojektionsverfahrens und insbesondere eines Streifenprojektionsverfahrens durchzuführen. Es hat sich gezeigt, daß mittels eines solchen Verfahrens dreidimensionale Strukturen bzw. Konturen zuverlässig vermessen werden können. Es bietet sich dann an, durch die Einstrahlung eines Musters sowohl die Gewebeoberfläche zu vermessen als auch die Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen im Bereich der Gewebeoberfläche zu messen, vorzugsweise zu gleichen Zeiten und mit der- oder denselben Detektionsvorrichtungen.It is advantageous to carry out the tissue data and position measurements with the support of the above-mentioned pattern projection method and in particular a stripe projection method. It has been shown that three-dimensional structures or contours can be measured reliably using such a method. It then lends itself to both measuring the tissue surface and measuring the position coordinates of the marked structures in the region of the tissue surface by irradiating a pattern, preferably at the same times and with the same or the same detection devices.
Alternativ kommen gleichzeitig zur - vorzugsweise ersten - Lagebestimmung der Strukturen andere Meßverfahren, die beispielsweise auf dem bekannten
und zumeist für Diagnosezwecke eingesetzten Wellenfrontaberrationsverfah- ren oder auf der Ultraschalltechnik beruhen, zum Einsatz (s.o.).Alternatively, at the same time - preferably the first - position determination of the structures, other measurement methods are used, for example those based on the known one and mostly used for diagnostic purposes wavefront aberration procedures or based on ultrasound technology (see above).
Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung des genannten Projektions- Verfahrens (wie demjenigen des Streifenprojektionsverfahrens) besteht darin, daß eine zur Fluoreszenz anregende Anregungsstrahlung in Form eines Bestrahlungsmusters auf die zu vermessenden ausgezeichneten Strukturen projiziert wird. Die Mittel zum Erzeugen des Bestrahlungsmusters umfassen hierbei bevorzugt eine Maske mit Öffnungen in Form von vorzugsweise pa- rallelen Schlitzen oder regelmäßig angeordneten Löchern. Die Maske wird zwischen der Strahlungsquelle und dem Gewebe angeordnet. Die ausgezeichneten Strukturen werden hierbei bei geeigneter Wahl der Wellenlänge der Anregungsstrahlung im Bereich ihrer Oberfläche bevorzugt zur Emission eines Fluoreszenzmusters angeregt, wobei dieses Fluoreszenzmuster zu- mindest einem Ausschnitt des Bestrahlungsmusters entspricht. Das Fluoreszenzmuster kann dann zur Berechnung der Lage der ausgezeichneten Strukturen und damit zum Abgleich der Gewebedatensätze der ersten und der zweiten Datenerhebung detektiert werden. Gewebedatensätze werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig ebenfalls mit- tels des Streifenprojektionsverfahrens aufgenommen. Eine solche Oberflächenvermessung ist in der DE-PS-198 37 932.3 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit eingeschlossen wird. Insbesondere wird auf die dort beschriebenen Vorrichtungen zur Erzeugung der Anregungsstrahlung, der Mustererzeugungsvorrichtungen und der Detektionsvorrichtungen Bezug ge- nommen und per Verweis in die vorliegende Offenbarung miteingeschlossen.An advantageous possibility for carrying out the above-mentioned projection method (such as that of the stripe projection method) is that an excitation radiation which stimulates fluorescence is projected onto the excellent structures to be measured in the form of an irradiation pattern. The means for generating the radiation pattern preferably comprise a mask with openings in the form of preferably parallel slots or regularly arranged holes. The mask is placed between the radiation source and the tissue. With a suitable choice of the wavelength of the excitation radiation in the area of their surface, the marked structures are preferably excited to emit a fluorescence pattern, this fluorescence pattern corresponding at least to a section of the radiation pattern. The fluorescence pattern can then be detected in order to calculate the position of the marked structures and thus to compare the tissue data sets of the first and the second data collection. In a preferred embodiment of the invention, tissue data records are also recorded simultaneously by means of the stripe projection method. Such a surface measurement is described in DE-PS-198 37 932.3, the disclosure content of which is hereby included. In particular, reference is made to the devices described there for generating the excitation radiation, the pattern generating devices and the detection devices and included in the present disclosure by reference.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wirksame Wellenlänge der Anregungsstrahlung zur Erzeugung eines direkt vom Gewebe emittierten Fluoreszenzmusters im wesentlichen im ultravioletten Wellenlängenbereich liegt. Bei der Vermessung einer Augenhornhaut hat die Verwendung von UV-Licht den großen Vorteil, daß mit diesem die Hornhaut künstlich sichtbar gemacht werden kann. Sichtbares oder infrarotes Licht würde durch die Hornhaut hin-
durchtreten, so daß dann lediglich Bilder der im Auge liegenden Iris erhalten werden könnten. Da jedoch die Hornhaut - und nicht innenliegende Augengewebe - durch beispielsweise Laserablation korrigiert werden soll, sind mittels sichtbarem oder infrarotem Licht keine Lagekoordinatien von ausge- zeichneten Strukturen im Bereich der Hornhaut erhältlich.It has proven to be advantageous if the effective wavelength of the excitation radiation for generating a fluorescence pattern emitted directly from the tissue is essentially in the ultraviolet wavelength range. When measuring an eye cornea, the use of UV light has the great advantage that it can be used to make the cornea artificially visible. Visible or infrared light would pass through the cornea pass through, so that then only images of the iris lying in the eye could be obtained. However, since the cornea - and not internal eye tissue - is to be corrected by laser ablation, for example, no position coordinates of excellent structures in the area of the cornea can be obtained by means of visible or infrared light.
Bevorzugt ist die mindestens eine Strahlungsquelle als Laser, vorzugsweise als frequenzvervielfachter Festkörperlaser, Excimerlaser, Gaslaser oder frequenzvervielfachter Farbstofflaser, oder als Blitzlampe, vorzugsweise mit einem Xenon- oder einem Deuterium-Gasgemisch gefüllt, ausgebildet.The at least one radiation source is preferably designed as a laser, preferably as a frequency-multiplied solid-state laser, excimer laser, gas laser or frequency-multiplied dye laser, or as a flash lamp, preferably filled with a xenon or a deuterium gas mixture.
Ein Wellenlängenbereich im UV bietet sich auch an, wenn ein Fluoreszenzmuster aufgrund eines von außen auf oder in das Gewebe applizierten Fluo- resenzfarbstoffes erzeugt wird.A wavelength range in the UV also lends itself if a fluorescence pattern is generated on the basis of a fluorescent dye applied to the outside of or into the tissue.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit Vorteil verschiedene Bestimmungsmethoden zur Ermittlung der Lagekoordinaten eingesetzt. So ist es beispielsweise möglich, die realen x- und y-Koordinaten mittels einer Skalierung der Pixelkoordinaten der Kamera und die z- Koordinate mittels der Höhenauswertung des Muster- bzw. Streifenverlaufs entlang der ausgezeichneten Strukturen durchzuführen. Die zweidimensio- nale Vermessung in x- und y-Richtung entspricht hierbei einer Aufnahme gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise mittels einer CCD- oder CMOS-Kamera. Die Vermessung in z-Richtung wird durch perspektivische Beobachtung bzw. Erfassung der Streifen (wobei die Änderung der Streifenhelligkeit bei den ausgezeichneten Strukturen herangezogen werden kann) realisiert.In a further development of the method according to the invention, different determination methods are advantageously used to determine the position coordinates. For example, it is possible to carry out the real x and y coordinates by scaling the pixel coordinates of the camera and the z coordinate by evaluating the height of the pattern or stripe course along the marked structures. The two-dimensional measurement in the x and y directions corresponds to a recording according to the prior art, for example using a CCD or CMOS camera. The measurement in the z-direction is carried out by perspective observation or detection of the stripes (the change in stripe brightness can be used for the excellent structures).
Zur Erzeugung der ausgezeichneten Struktur werden beispielsweise an ver- schiedenen Stellen Tropfen einer fluoreszierenden Flüssigkeit auf das Gewebe aufgebracht. Hierbei muß sichergestellt sein, daß die Flüssigkeit stationär auf dem Gewebe bleibt, was z.B. durch Eindrücken der Flüssigkeit in
die äußerste Gewebeoberfläche erreicht werden kann. Bei Bestrahlung der Gewebeoberfläche mit einem Anregungsmuster wird das aufgebrachte fluoreszierende Material zur Emission von Fluoreszenzstrahlung angeregt, so daß dessen Ort - entsprechend den x- und y-Koordinaten - anhand des Hel- ligkeitsunterschieds des Fremdmaterials gegenüber den umliegenden Gewebebereichen mit einer Kamera ermittelt werden kann. Die Aufnahme des aufgrund des eingestrahlten Projektionsmusters emittierten Fluoreszenzmusters, das auch auf dem manipulierten Gewebebereich zu sehen ist, gibt Aufschluß über die Lage dieses Bereichs in z-Richtung und damit insbeson- dere über Verkippungen des Gewebes. Ist das Gewebe gegenüber einer erste Lagemessung dieses Gewebebereiches (und gegenüber einer ersten Oberflächenmessung der Gewebeoberfläche) gekippt, rücken bei perspektivischer Beobachtung - d.h. bei Triangulation - durch die aufnehmende Kamera die Streifen auf der Gewebeoberfläche und damit auch auf dem mani- pulierten Gewebebereich entweder näher zusammen oder weisen einen größeren Abstand gegenüber der ersten Messung auf. Bei geeigneter Tiefenschärfe der Beobachtungskamera läßt sich aus diesen Informationen die z- Komponente des jeweiligen manipulierten Gewebebereiches extrahieren. Es versteht sich, daß diese Gewebebereiche derart groß gewählt werden müs- sen, daß sich auf Ihnen das Muster erkennbar projizieren läßt.To create the excellent structure, drops of a fluorescent liquid are applied to the tissue at various points, for example. It must be ensured that the liquid remains stationary on the tissue, for example by pressing the liquid in the outermost tissue surface can be reached. When the tissue surface is irradiated with an excitation pattern, the applied fluorescent material is excited to emit fluorescent radiation, so that its location - corresponding to the x and y coordinates - can be determined with a camera based on the difference in brightness of the foreign material compared to the surrounding tissue areas. The recording of the fluorescence pattern emitted on the basis of the irradiated projection pattern, which can also be seen on the manipulated tissue area, provides information about the position of this area in the z direction and, in particular, about tilting of the tissue. If the tissue is tilted in relation to a first position measurement of this tissue area (and in relation to a first surface measurement of the tissue surface), the stripes on the tissue surface and thus also on the manipulated tissue area either move closer together during perspective observation - ie with triangulation - by the recording camera or have a larger distance from the first measurement. With a suitable depth of field of the observation camera, the z component of the manipulated tissue area can be extracted from this information. It goes without saying that these tissue areas must be chosen so large that the pattern can be projected onto them in a recognizable manner.
Als ausgezeichnete Strukturen können insbesondere solche natürlichen Ursprungs verwendet werden. Hierzu bieten sich bei Geweben beispielsweise nahe der Gewebeober läche verlaufende Adern, Pigmente und lokale Un- ebenheiten u.a. an. Unter Umständen sind auch Haare auf der Gewebeoberfläche verwendbar, die sich aber dann möglichst nicht bewegen sollten. Werden zur Ermittlung der Lagekoordinaten Fluoreszenzeigenschaften der ausgezeichneten Strukturen herangezogen, reduziert sich die mögliche Anzahl ausgezeichneter Strukturen. Haare sind dann beispielsweise weniger geeig- net.
Alternativ oder zusätzlich werden ausgezeichnete Strukturen künstlich erzeugt. Auch ist es möglich, daß ausgezeichnete Strukturen natürlichen Ursprungs manipuliert werden. Diese beiden Vorgehensweisen haben den Vorteil, daß der Anwender die ausgezeichneten Strukturen den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend einrichten bzw. anpassen kann. Soll beispielsweise eine Hornhautoberfläche vor und nach Abtragung einer Hornhautschicht vermessen werden, können die ausgezeichneten Strukturen in geringem Abstand außerhalb des Behandlungsbereichs aufgebracht werden.In particular, those of natural origin can be used as excellent structures. For this purpose, veins, pigments and local unevenness, for example, run close to the tissue surface. Under certain circumstances, hair can also be used on the surface of the tissue, but should then not move if possible. If fluorescence properties of the excellent structures are used to determine the position coordinates, the possible number of excellent structures is reduced. Hair is then less suitable, for example. Alternatively or additionally, excellent structures are created artificially. It is also possible for excellent structures of natural origin to be manipulated. Both of these procedures have the advantage that the user can set up or adapt the excellent structures according to their needs. If, for example, a corneal surface is to be measured before and after removal of a corneal layer, the excellent structures can be applied at a short distance outside the treatment area.
Insbesondere ist es von Vorteil, ausgezeichnete Strukturen durch Hinzufügen oder durch Entfernen von Material zu erzeugen oder zu manipulieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird hierbei Material, insbesondere fluoreszierendes Material, auf das Gewebe aufgebracht oder gepreßt. Dieses kann dann ggf. in das Gewebe eindringen, so daß es nicht auf der Gewebeoberfläche verwischt.In particular, it is advantageous to create or manipulate excellent structures by adding or removing material. In a preferred embodiment of the invention, material, in particular fluorescent material, is applied or pressed onto the tissue. This can then possibly penetrate the tissue so that it does not blur on the surface of the tissue.
Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Körper auf das Gewebe aufgebracht werden, der sich unter weitgehender Formstabilität an die Gewebeoberfläche anheftet. Der Körper kann im Falle eines Augenhornhautabtrags vorteilhafterweise einen fluoreszierenden Farbstoff enthalten.As an alternative or in addition, at least one body can be applied to the tissue, which adheres to the surface of the tissue with extensive dimensional stability. In the event of corneal ablation, the body can advantageously contain a fluorescent dye.
In einer speziellen Ausführungsform ist der Körper als dünne Folie ausgebildet, die vorzugsweise auf der einer Detektionsvorrichtung zugewandten Seite eine markierte Oberfläche aufweist, nach der sich die dreidimensionale Mes- sung richtet.In a special embodiment, the body is designed as a thin film, which preferably has a marked surface on the side facing a detection device, according to which the three-dimensional measurement is based.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der ausgezeichneten Strukturen besteht darin, daß das Gewebe eingeritzt oder mit Laserpulsen bestrahlt wird, so daß die derart erzeugten Strukturen gegenüber dem unbehandelten Ge- webe eine in Helligkeit und/oder Frequenz unterschiedliche Fluoreszenz aufweisen und/oder als räumliche Gewebeveränderung erkennbar sind.
Wird das vermessende Gewebe zwischen den Messungen verändert, beispielsweise durch eine Laserablation von Hornhautschichten eines Auges, werden zweckmäßigerweise solche ausgezeichneten Strukturen verwendet bzw. erzeugt, die sich außerhalb von den behandelten Abschnitten der Gewebeoberfläche befinden. In diesem Fall werden die ausgezeichneten Strukturen durch die Behandlung nicht beeinflußt, so daß ein Abgleich der Gewebedaten bzw. Oberflächenkoordinaten vor und nach der Behandlung aufgrund der ggf. nur in der räumlichen Lage veränderten Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen möglich ist.A further possibility for producing the excellent structures is that the tissue is incised or irradiated with laser pulses, so that the structures produced in this way have a fluorescence which differs in brightness and / or frequency from the untreated tissue and / or can be recognized as a spatial tissue change are. If the measuring tissue is changed between the measurements, for example by laser ablation of the corneal layers of an eye, it is expedient to use or produce such excellent structures that are located outside of the treated sections of the tissue surface. In this case, the marked structures are not influenced by the treatment, so that a comparison of the tissue data or surface coordinates before and after the treatment is possible due to the position coordinates of the marked structures, which may only have changed in spatial position.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schnitt an einer Augenhornhaut gesetzt, um eine Hornhautlamelle abklappen zu können. Auf die darunterliegende Schicht kann dann ein Laserpuls zur Abtragung einer Hornhautschicht zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit gerichtet werden. Die ausgezeichneten Strukturen werden hierbei bevorzugt im Bereich der Schnittkante gewählt bzw. angeordnet. Es bietet sich an, daß sich die ausgezeichneten Strukturen außerhalb dieser Lamelle befinden oder dort erzeugt werden.In a special embodiment of the invention, a cut is made on an eye cornea in order to be able to fold down a corneal lamella. A laser pulse can then be directed onto the underlying layer to remove a corneal layer in order to correct ametropia. The marked structures are preferably selected or arranged in the area of the cut edge. It is advisable that the excellent structures are located outside of this lamella or are produced there.
Alternativ oder zusätzlich wird eine wie zuvor definierte Schnittkante selbst als ausgezeichnete Struktur verwendet. Es kann hierbei von Vorteil sein, wenn die Schnittfläche derart gegenüber der Bestrahlungs- und Beobachtungsrichtung gekippt ist, daß die Streifen auf der Schnittfläche gut beobachtbar sind. Die Verwendung der Schnittkante als ausgezeichnete Struktur hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen Strukturen gesucht bzw. erzeugt werden müssen. Der Aufwand ist hierdurch geringer.As an alternative or in addition, a cutting edge as defined above is itself used as an excellent structure. It can be advantageous here if the cut surface is tilted relative to the direction of irradiation and observation in such a way that the strips on the cut surface can be easily observed. The use of the cutting edge as an excellent structure has the advantage that no additional structures have to be searched for or created. This reduces the effort.
Um stets eine Beobachtbarkeit der ausgezeichneten Strukturen im Falle einer Hornhautoberflächenvermessung zu gewährleisten, werden die Augenli- der vorteilhafterweise durch geeignete Halter derart offen gehalten bzw. geöffnet, daß die Lider bei Bewegungen des Auges nicht die ausgezeichneten Strukturen überdecken oder verschieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mindestens eine weitere Strahlungsquelle und/oder mindestens eine Einrichtung zur Aufteilung der Einfallsbzw. Anregungsstrahlung aufweisen, um das biologische Gewebe aus min- destens zwei Richtungen zu oestrahlen.In order to always ensure that the excellent structures can be observed in the case of a cornea surface measurement, the eyelids are advantageously kept or opened by suitable holders in such a way that the eyelids do not cover or shift the excellent structures when the eye moves. The device according to the invention can have at least one further radiation source and / or at least one device for dividing the incident or Have excitation radiation to oestras the biological tissue from at least two directions.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are characterized by the features of the subclaims.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Two exemplary embodiments of the method according to the invention are explained in more detail below with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Auges mit angehobenem Flap bzw. Lamelle und ausgezeichneten Strukturen außerhalb der Schnittkante;1 shows a schematic perspective view of an eye with a raised flap or lamella and excellent structures outside the cut edge;
Fig. 2 eine Aufsicht auf das Auge gemäß der Fig 1 ;FIG. 2 shows a top view of the eye according to FIG. 1;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Auges mit an- gehobenem Flap und ausgezeichneten Strukturen auf der3 shows a schematic perspective view of an eye with a raised flap and excellent structures on the
Schnittkante;Cutting edge;
Fig. 4 eine Aufsicht auf das Auge gemäß der Fig 3;FIG. 4 shows a top view of the eye according to FIG. 3;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Hornhaut mit Schnittkante und künstlich erzeugten Mulden,5 shows a schematic illustration of a cornea with a cut edge and artificially produced troughs,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Hornhaut mit Schnittkante und aufgebrachten fluoreszierenden Markierungen,
Fig. 7 eine schematisch dargestellte erste Vorrichtung zur Vermessung der Hornhautoberfläche und der Lagekoordinaten von ausgezeichneten Strukturen, und6 shows a schematic illustration of a cornea with a cut edge and applied fluorescent markings, 7 shows a schematically illustrated first device for measuring the corneal surface and the position coordinates of excellent structures, and
Fig. 8 eine schematisch dargestellte zweite Vorrichtung.8 shows a schematically represented second device.
Die Fig. 1 bis 4 stellen schematisch ein Auge dar, von dem jeweils die Hornhaut 1, die Sklera 6 und der Übergang zwischen beiden, der sog. Limbus 7, gezeigt sind.1 to 4 schematically represent an eye, of which the cornea 1, the sclera 6 and the transition between the two, the so-called limbus 7, are shown.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird im Zentrum der Hornhautoberfläche 1 des Auges eine Lamelle bzw. ein Flap 5 durch Anbringen einer Schnittkante 2 mit einem oberflächenparallel schneidenden Messer, einem sog. Mikrokeratom, erzeugt. Diese Lamelle 5 wird sodann über eine kreis- förmige Fläche von bis zu 10 mm Durchmesser angehoben und zum Zwecke der weiteren Behandlung des offengelegten Hornhautgewebes 1a mittels eines Lasers aufgeklappt. Das dabei offengelegte innere Hornhautgewebe 1a wird daraufhin mit einem Laser, der bevorzugt Pulse im Ultravioletten (UV) zwischen 150 und 250 nm emittiert, abgetragen. Die Meßvorrichtung, mit der dieser Abtrag erfaßt werden soll, besteht vorzugsweise aus einem Streifenprojektor, mit dem ein Streifenmuster aus UV-Licht auf die Hornhau- toberfläche 1 projiziert wird, s. Fig. 5 und 6. Die Lichtquelle im UV für die Projektion entspricht vorteilhafterweise dem Laser für die Behandlung des Hornhautbereichs 1a durch Ablation. Das Gewebe bzw. die Hornhaut 1 emit- tiert in den bestrahlten Bereichen Fluoreszenzlicht in Form eines dem Bestrahlungsmusters entsprechenden Fluoreszenzmusters 3, das in einer von der Einstrahlungsrichtung verschiedenen Detektionsrichtung mit einer Käme- ra aufgenommen und mit einem Rechner, beispielsweise einem PC, ausgewertet wird. Die Oberflächenform der Hornhaut 1 liegt dann als Datensatz mit dreidimensionalen Daten vor. Genaueres zu diesem Verfahren einschließlich verschiedener Aufbauten der notwendigen Bestrahlungs- und Detektionsvor- richtungen ist in der DE-PS-198 37 932.3 beschrieben.
In Fig. 7 ist schematisch die soeben beschriebene Vorrichtung dargestellt. Die Strahlungsquelle bzw. der Laser 10 strahlt in Richtung 11 ein von einer Mustererzeugungseinrichtung 9 (beispielsweise eine Schlitzmaske) erzeug- tes Bestrahlungsmuster auf die Hornhaut 1 eines Auges 20. Das erzeugte Fluoreszenzmuster wird in Richtung 12, die mit der Richtung 11 einen Winkel α größer 0° einschließt, von der Detektionsvorrichtung 13 erfaßt und mittels einer Rechnereinheit 14 ausgewertet. Als Ergebnis wird die Oberflächenform der Hornhaut 1 erhalten. In Fig. 7 (ebenso wie in Fig. 8) sind der Einfachheit halber fokussierende und evtl. aufweitende Linsensysteme, Strahlumken- keinrichtungen, Filter, Intensitätsabschwächer, teildurchlässige Spiegel etc. nicht dargestellt.In the exemplary embodiments shown, a lamella or flap 5 is produced in the center of the cornea surface 1 of the eye by attaching a cut edge 2 with a knife that cuts parallel to the surface, a so-called microkeratome. This lamella 5 is then raised over a circular surface of up to 10 mm in diameter and opened for the purpose of further treatment of the exposed corneal tissue 1a by means of a laser. The inner corneal tissue 1a exposed in the process is then removed with a laser, which preferably emits pulses in the ultraviolet (UV) between 150 and 250 nm. The measuring device with which this removal is to be detected preferably consists of a stripe projector with which a stripe pattern of UV light is projected onto the corneal surface 1, see FIG. 5 and 6. The light source in the UV for the projection advantageously corresponds to the laser for the treatment of the corneal region 1a by ablation. The tissue or the cornea 1 emits fluorescent light in the irradiated areas in the form of a fluorescence pattern 3 corresponding to the irradiation pattern, which is recorded with a camera in a detection direction different from the irradiation direction and evaluated with a computer, for example a PC. The surface shape of the cornea 1 is then available as a data set with three-dimensional data. More details on this method, including various structures of the necessary radiation and detection devices, are described in DE-PS-198 37 932.3. In Fig. 7 the device just described is shown schematically. The radiation source or the laser 10 radiates in the direction 11 a radiation pattern generated by a pattern generation device 9 (for example a slit mask) onto the cornea 1 of an eye 20. The generated fluorescence pattern becomes larger in the direction 12, the angle α in the direction 11 0 ° includes, detected by the detection device 13 and evaluated by means of a computer unit 14. As a result, the surface shape of the cornea 1 is obtained. In FIG. 7 (as in FIG. 8), for the sake of simplicity, focusing and possibly widening lens systems, beam deflection devices, filters, intensity attenuators, partially transparent mirrors etc. are not shown.
Da die Abtragung der Hornhautoberfläche 1a in mehreren Schritten erfolgt (z.B. durch eine nicht dargestellte Steuerung des Lasers 10 durch die Rechnereinheit 14 aufgrund eines berechneten refraktiven Behandlungsplans), ist es äußerst wünschenswert zu kontrollieren, wie erfolgreich der jeweilige Schritt gewesen ist. Hierzu wird nach jedem Behandlungsschritt die zu behandelnde und die sie umgebende Oberfläche aufgenommen. Um diese Aufnahmen lagerichtig miteinander abzugleichen, müssen zwischenzeitliche Bewegungen des Auges berücksichtigt werden. Diesen Vorgang nennt man Abgleichen oder auch Registrieren der Aufnahmen. Hierzu werden gemäß der Erfindung ausgezeichnete Strukturen 4 verwendet, deren Lagekoordinaten im dreidimensionalen Raum zu geeigneten Zeiten durch Aufnahme von zweidimensionalen Bildern der ausgezeichneten Strukturen 4 - und entsprechender Zwischenspeicherung der Bilder oder äquivalenter Daten - und anschließender Berechnung der x-, y- und z-Koordinaten bestimmt und zum Abgleich der Oberflächenaufnahmen bzw. -messungen verwendet werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Lageerfassung der ausgezeichneten Strukturen im dreidimensionalen Raum können insbesondere Verkippungen der Hornhautoberfläche, die bei herkömmlichen Messungen nicht erfaßt werden, berücksichtigt werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 sind auf der Hornhautoberfläche außerhalb des offengelegten Hornhautgewebes 1a drei Markierungen bzw. ausgezeichnete Strukturen 4 mit kleinem Durchmesser künstlich angebracht. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 sind ebenfalls drei ausgezeichnete Strukturen 4 vorgesehen, diesmal auf der Schnittkante 2. Diese Wahl hat den Vorteil, daß die Strukturen 4 sehr nahe der Behandlungsfläche liegen, ohne daß sie selbst von der Behandlung betroffen wären.Since the removal of the cornea surface 1a takes place in several steps (for example, by a control of the laser 10 (not shown) by the computer unit 14 on the basis of a calculated refractive treatment plan), it is extremely desirable to check how successful the respective step has been. For this purpose, the surface to be treated and the surface surrounding it are recorded after each treatment step. In order to align these recordings with one another in the correct position, intermittent movements of the eye must be taken into account. This process is called matching or registering the recordings. For this purpose, according to the invention, excellent structures 4 are used, their position coordinates in three-dimensional space at suitable times by taking two-dimensional images of the excellent structures 4 - and corresponding intermediate storage of the images or equivalent data - and subsequent calculation of the x, y and z coordinates determined and used to compare the surface recordings or measurements. Due to the position detection of the excellent structures in three-dimensional space according to the invention, in particular tilting of the corneal surface, which cannot be detected in conventional measurements, can be taken into account. According to the exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2, three markings or excellent structures 4 with a small diameter are artificially applied to the cornea surface outside the exposed corneal tissue 1a. In the embodiment of FIGS. 3 and 4, three excellent structures 4 are also provided, this time on the cutting edge 2. This choice has the advantage that the structures 4 are very close to the treatment area without being affected by the treatment itself.
Beispiele, wie die ausgezeichneten Strukturen hergestellt werden können und wie der Abgleich durchgeführt werden kann, wird nachfolgend anhand der Fig. 5 und 6 erläutert, bei denen der Übersichtlichkeit halber nur die Hornhaut 1 ohne Lamelle bzw. Flap 5 dargestellt ist.Examples of how the excellent structures can be produced and how the adjustment can be carried out will be explained below with reference to FIGS. 5 and 6, in which only the cornea 1 without lamella or flap 5 is shown for the sake of clarity.
In Fig. 5 ist schematisch die Oberfläche 1 der äußersten Hornhaut (das sich regenerierende Epithel) mit einzelnen Laserpulsen geringen Durchmessers so bearbeitet worden, daß - im Sinne der Erfindung als ausgezeichnete Strukturen bezeichnete - lokale Markierungen entstehen. Diese Strukturen sind als wenige Mikrometer tiefe, kleinflächige Mulden 4a mit einem Durch- messer von beispielsweise 500 μm in der dreidimensionalen Messung erkennbar. Die Mulden 4a werden von dem für die Behandlung verwendeten Laser vor der eigentlichen Operation im Bereich außerhalb der zuvor geschnittenen Lamelle im sich regenerierenden Epithel appliziert. Alternativ werden die Mulden 4a auf der Schnittkante 2 der Lamelle 5 angebracht, die näher an der Laser-Behandlung liegt und daher zuverlässiger in ihrer dreidimensionalen Lage zu vermessen ist, s. Fig. 3 und 4.5, the surface 1 of the outermost cornea (the regenerating epithelium) has been processed schematically with individual laser pulses of small diameter in such a way that - in the sense of the invention designated as excellent structures - local markings arise. These structures can be recognized as small-area depressions 4a deep a few micrometers with a diameter of, for example, 500 μm in the three-dimensional measurement. The troughs 4a are applied by the laser used for the treatment in the area outside the previously cut lamella in the regenerating epithelium before the actual operation. Alternatively, the troughs 4a are attached to the cutting edge 2 of the lamella 5, which is closer to the laser treatment and therefore can be measured more reliably in its three-dimensional position, see FIG. 3 and 4.
Die Lagekoordinaten der als Mulden 4a in der Hornhautoberfläche 1 ausgebildeten ausgezeichneten Strukturen werden mit Hilfe einer Kamera erfaßt. In der Fig. 7 ist diese Kamera die Detektionsvorrichtung 13. Die x- und y- Koordinaten der Mulden 4a sind in herkömmlicher Art durch Helligkeitsbestimmung den entsprechenden Aufnahmen zu entnehmen. Die z-
Koordinaten werden anhand des von der Muldenstruktur emittierten Verlaufs des dem eingestrahlten Streifenmuster entsprechenden Fluoreszenzmusters 3 ermittelt. Die Form und die Tiefe der jeweiligen Mulde 4a beeinflußt den von der Kamera beobachteten Musterverlauf, aus dem sich dann die Tiefe bzw. die Lage der betreffenden Mulde 4a in allen drei Raumrichtungen und insbesondere in z-Richtung ermitteln läßt - bei der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform bevorzugt mit Hilfe der Rechnereinheit 14.The position coordinates of the excellent structures formed as troughs 4a in the corneal surface 1 are recorded with the aid of a camera. 7, this camera is the detection device 13. The x and y coordinates of the troughs 4a can be found in a conventional manner by determining the brightness of the corresponding images. The z- Coordinates are determined on the basis of the course of the fluorescence pattern 3 corresponding to the irradiated stripe pattern emitted by the trough structure. The shape and the depth of the respective trough 4a influences the pattern course observed by the camera, from which the depth or the position of the trough 4a in question can then be determined in all three spatial directions and in particular in the z-direction - in which in FIG. 7 embodiment shown preferably with the help of the computer unit 14.
Die Ermittlung der Lagekoordinaten der Mulden 4a durch Messung ihrer La- gekoordinaten zu zwei verschiedenen Zeitpunkten erlaubt den räumlichen Abgleich der Oberflächenkoordinaten, die von zwei Aufnahmen der Hornhautoberfläche 1 stammen. Hierzu darf sich die Oberfläche 1 zwischen der ersten (bzw. zweiten) Lagemessung und der ersten (bzw. zweiten) Oberflächenmessung in ihrer Lage nicht verändern. Daher ist es angebracht, die entsprechenden Lage- und Oberflächenmessungen gleichzeitig und mittels desselben Verfahrens durchzuführen, vorzugsweise wie beschrieben mittels des Muster- bzw. Streifenprojektionsverfahrens, indem das (Streifen-) Muster sowohl auf die zu vermessende Homhautoberfläche 1 als auch die Mulden 4a projiziert wird (s.a. Fig. 7). Der genannte Abgleich wird mit Hilfe eines Rechners durchgeführt, bei der Ausführungsform der Fig. 7 vorzugsweise mittels der Rechnereinheit 14, der in diesem Fall auch als Abgleicheinrichtung 14 dient.The determination of the position coordinates of the troughs 4a by measuring their position coordinates at two different times allows the spatial co-ordination of the surface coordinates that originate from two recordings of the corneal surface 1. For this purpose, the surface 1 must not change in its position between the first (or second) position measurement and the first (or second) surface measurement. It is therefore appropriate to carry out the corresponding position and surface measurements at the same time and by means of the same method, preferably as described by means of the pattern or stripe projection method, in that the (stripe) pattern is projected onto both the surface of the skin 1 to be measured and the depressions 4a (see also Fig. 7). Said adjustment is carried out with the aid of a computer, in the embodiment of FIG. 7 preferably by means of the computer unit 14, which in this case also serves as an adjustment device 14.
Mittels Laserpulsen können ebenfalls Strukturen erzeugt werden, die nicht notwendigerweise als Mulde 4a ausgebildet sind, aber eine gegenüber dem unbehandelten Epithel in Helligkeit oder Farbe veränderte Fluoreszenz aufweisen, so daß anhand dieser Merkmale eine räumliche Lageerkennung dieser Strukturen möglich ist.Structures can also be produced by means of laser pulses which are not necessarily designed as a trough 4a, but which have a fluorescence or color change in fluorescence compared to the untreated epithelium, so that these features enable spatial detection of these structures.
In dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ausgezeichneten Strukturen als deutlich erkennbar fluoreszierende Markierungen 4b ausgeführt. Beispielsweise werden hierzu auf einem kleinen Hornhautbereich lokal
und stationär Markierungen 4b mit augenverträglichen Tropfen (z.B. Fluo- rescin) aufgebracht. Das Aufbringen der Markierungen 4b kann dabei mit einem speziellen Homhautmarker erfolgen, wie er in abgewandelter Ausführung schon heute für die Wiedererkennung der abgeklappten Hornhautla- melle verwendet wird. Dabei werden hinreichend dünne Spitzen auf eine Art Stempelkissen, das die Markierungsfarbe enthält, gedrückt. Der Marker wird dann unter Mikroskopbeobachtung an der geeigneten Stelle auf die Hornhaut gedrückt. Dabei dringt die Farbe in die äußerste Epithelschicht ein und wird darin deponiert. Falls erforderlich kann überschüssig aufgebrachte Farbe, die die Markierung 4b zu groß für eine zuverlässige Erkennung werden ließe, mit einer Spülflüssigkeit entfernt werden. Besser jedoch ist eine genaue Dosierung der Farbmenge, die durch eine geeignete Ausführung der Spitzen des Markers erreicht werden kann. So sollten sich die Spitzen in ihrer Gestaltung an eine sehr dünne Pinzette anlehnen, mit der aufgrund der Kapillarkraft eine bestimmte Menge Flüssigkeit angesaugt wird. Diese Flüssigkeit wird im Kontakt mit der Hornhaut in die durch Andrücken der Spitze erzeugte Vertiefung freigegeben. Die Markierung 4b besitzt dann bevorzugt eine Größe von weniger als 500 μm im Durchmesser. Unterschiedliche Ausführungen des Markers weisen Spitzen in verschiedenen Abständen auf, die in Abhän- gigkeit vom Durchmesser der zuvor erzeugten Lamelle ausgewählt werden können.In the exemplary embodiment shown in FIG. 6, the marked structures are designed as clearly recognizable fluorescent markings 4b. For example, this is done locally on a small corneal area and stationary markings 4b with eye-compatible drops (eg fluorescein). The markings 4b can be applied with a special homing marker, as is already used today in a modified version for the recognition of the folded corneal lamella. Sufficiently thin tips are pressed onto a kind of stamp pad that contains the marking color. The marker is then pressed onto the cornea at a suitable point under microscope observation. The color penetrates into the outermost layer of the epithelium and is deposited there. If necessary, excess paint that would make the mark 4b too large for reliable detection can be removed with a rinsing liquid. However, it is better to precisely dose the amount of ink, which can be achieved by appropriately designing the tips of the marker. The design of the tips should be based on a very thin pair of tweezers, which use a capillary force to draw in a certain amount of liquid. This liquid is released into contact with the cornea in the depression created by pressing the tip. The marking 4b then preferably has a size of less than 500 μm in diameter. Different designs of the marker have peaks at different distances, which can be selected depending on the diameter of the lamella previously created.
Die Erfassung der Lagekoordinaten der fluoreszierenden Markierungen 4b erfolgt analog dem anhand der Fig. 5 beschriebenen Verfahren, beispiels- weise mittels der Anordnung gemäß der Figur 7. Die x- und y-Koordinaten werden in bekannter Weise aus den jeweiligen Aufnahmen und die z- Koordinaten wieder anhand des Streifenverlaufs des Fluoreszenzmusters 3 ermittelt. Wird eine Detektionsvorrichtung mit einem CCD- oder CMOS-Chip verwendet, sollte der Verlauf der Streifen über der Markierung aufgrund einer geeigneten Dosierung des Fluoreszenzfarbstoffes deutlich erkennbar und zweckmäßigerweise nicht zu heil sein, um eine Überbelichtung des Chips zu vermeiden.
Die Streifenbreite und der Streifenabstand sind zum Zwecke einer hinreichenden Auflösung in beiden in den Fig. 5 und 6 dargestellten Fällen zweckmäßigerweise kleiner als die ausgezeichneten Strukturen 4a, 4b selbst. Beispielsweise betragen die Streifenbreite und der Streifenabstand 50 μm, so daß die Hornhautoberfläche 1 und die ausgezeichneten Strukturen 4a, 4b mit einer Auflösung von wenigen Mikrometern vermessen werden können. Prinzipiell kann eine Vielzahl geeigneter Muster verwendet werden, beispielsweise Raster, dessen Schnittpunkte zur Auswertung herangezogen werden, Lochmuster, Muster aus mehreren konzentrischen Kreislinien mit radial vom Zentrum ausgehenden und mit gleichem Winkelabstand angeordneten Linien, aus zwei Linienmustern bestehendes Moire-Muster oder sonstige geometrische Muster.The position coordinates of the fluorescent markings 4b are acquired analogously to the method described with reference to FIG. 5, for example by means of the arrangement according to FIG. 7. The x and y coordinates are known from the respective images and the z coordinates again determined on the basis of the stripe course of the fluorescence pattern 3. If a detection device with a CCD or CMOS chip is used, the course of the strips over the marking should be clearly recognizable on account of a suitable dosage of the fluorescent dye and expediently not to be intact in order to avoid overexposure of the chip. The strip width and the strip spacing are expediently smaller than the marked structures 4a, 4b themselves for the purpose of a sufficient resolution in both cases shown in FIGS. 5 and 6 excellent structures 4a, 4b can be measured with a resolution of a few micrometers. In principle, a large number of suitable patterns can be used, for example a grid whose intersection points are used for evaluation, perforated patterns, patterns of several concentric circular lines with lines starting radially from the center and arranged at the same angular distance, moire pattern consisting of two line patterns or other geometric patterns.
Statt der als Mulden 4a ausgebildeten Strukturen der Fig. 5 oder den mit fluoreszierendem Material markierten Strukturen 4b des Fig. 6 kann alternativ die dreidimensionale Form der Schnittkante 2 selbst herangezogen werden, wenn sie hinreichend differenzierbar ist, um die Lagevermessung zu ermöglichen. Dies ist gemäß der Fig. 5 und 6 der Fall, da die Schnittkante 2 gut be- obachtbar ist und sich die Streifen auf ihr gut abheben. Für eine Lagebestimmung muß der frei zugängliche Bereich der Schnittkante 2 komplett im dreidimensionalen Raum erfaßt und anschließend durch geeignete Algorithmen wiedererkannt werden, die beispielsweise den Verlauf der Krümmung der Kante 2 im Raum ermitteln.Instead of the structures of FIG. 5 designed as troughs 4a or the structures 4b of FIG. 6 marked with fluorescent material, the three-dimensional shape of the cutting edge 2 itself can alternatively be used if it is sufficiently differentiable to enable the position to be measured. This is the case according to FIGS. 5 and 6, since the cutting edge 2 can be easily observed and the strips stand out well on it. For a position determination, the freely accessible area of the cutting edge 2 must be completely recorded in three-dimensional space and then recognized again by suitable algorithms which, for example, determine the course of the curvature of the edge 2 in space.
Eine weitere, nicht dargestellte Ausführungsform einer ausgezeichneten Struktur besteht in einem oder mehreren Körpern, die bevorzugt auf die Hornhaut außerhalb der Lamelle angebracht werden. Dabei handelt es sich bevorzugt um Körper aus einem Material, das eine gute Adhäsion an die zu- nächst feuchte Hornhautoberfläche 1 aufweist, ohne daß die Körper selber ihre Form durch die Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Hornhaut wesentlich permanent verändern. Hier kommt beispielsweise eine ringförmige dünne
Folie in Betracht, die sich auf die Hornhautoberfläche 1 außerhalb der Lamelle anlegt. Diese Folie weist an ihrer der Kamera zugewandten Seite eine markierte Oberfläche auf, die sich mit dem jeweiligen Verfahren in geeigneter Weise im Raum vermessen läßt. An ihrer der Hornhaut zugewandten Seite ist die Folie vorteilhafterweise so beschaffen, daß sie möglichst fest an der Hornhaut anliegt, damit sie durch Augenbewegungen während der Operation nicht verschoben wird. Diese Gefahr wird vor allem vermieden, wenn die Folie relativ dünn ist, also beispielsweise eine Dicke von 20-50 μm aufweist. Durch kräftiges Spülen mit einer Flüssigkeit ist die Folie nach der Operation leicht zu entfernen.Another embodiment, not shown, of an excellent structure consists of one or more bodies which are preferably attached to the cornea outside the lamella. These are preferably bodies made of a material that has good adhesion to the initially moist corneal surface 1, without the bodies themselves permanently changing their shape due to the absorption of moisture from the cornea. Here comes, for example, an annular thin one Foil into consideration, which lies on the corneal surface 1 outside the lamella. On its side facing the camera, this film has a marked surface which can be measured in a suitable manner in space using the respective method. On its side facing the cornea, the film is advantageously made such that it lies as tightly as possible against the cornea so that it is not displaced by eye movements during the operation. This danger is avoided above all if the film is relatively thin, for example 20-50 μm thick. The film can be easily removed after the operation by rinsing vigorously with a liquid.
Insbesondere bei ausgezeichneten Strukturen der vorgenannten Art bietet es sich an, die Gewebeoberfiäche und insbesondere die ausgezeichnetenParticularly in the case of excellent structures of the aforementioned type, it is advisable to use the tissue surface and in particular the excellent ones
Strukturen aus mindestens zwei Detektionsrichtungen 16, 17, die einen Win- kel ß einschließen, mittels zweier Detektionsvorrichtungen 15, 18 zu erfassen und mittels einer Rechnereinheit 14 abzugleichen, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Die Einstrahlung eines Musters ist hierbei nicht erforderlich, wenn auch möglich. Die in Fig. 8 dargestellte Strahlungsquelle 10, bei der die Einstrahlungsrichtung 11 einen Winkel α mit der Detektionsrichtung 16 sowie einen Winkel α' mit der Detektionsrichtung 17 einschließt, dient hier lediglich zur Ausleuchtung der Hornhaut 1. Die Vermessung des optischen Abbildungssystems des Auges bzw. der verschiedenen refraktiven Augenabschnitte ist beispielsweise mitteis eines nicht dargestellten Wellenfrontaber- rationssystems durchführbar, vorzugsweise jeweils zu den Meßzeitpunkten der jeweils zugeordneten Lagemessungen der ausgezeichneten Strukturen.To detect structures from at least two detection directions 16, 17, which include an angle β, by means of two detection devices 15, 18 and to compare them by means of a computer unit 14, as shown in FIG. 8. The irradiation of a pattern is not necessary, if possible. The radiation source 10 shown in FIG. 8, in which the radiation direction 11 includes an angle α with the detection direction 16 and an angle α 'with the detection direction 17, is used here only for illuminating the cornea 1. The measurement of the optical imaging system of the eye or The various refractive eye sections can be carried out, for example, using a wavefront aberration system (not shown), preferably at the measurement times of the respectively assigned position measurements of the marked structures.
Es ist jedoch auch möglich, daß - ähnlich der Fig. 7 - ein Bestrahlungsmuster (oder auch mehrere - ggf. aus verschiedenen Richtungen) auf die Hornhaut 1 gestrahlt wird, wobei eine oder beide Detektionsvorrichtungen 15, 18 zur Oberflächenmessung mittels der beschriebenen Fluoreszenzmusterde- tektion herangezogen werden. Die beiden Detektionsvorrichtungen 15, 18
können - neben der Erfassung der Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen aufgrund ihrer zueinander winkligen Anordnung - ebenfalls die von den Strukturen ausgestrahlten Fluoreszenzsignale des Musters auswerten, um die Lagekoordinaten von der Rechnereinheit 14 berechnen zu las- sen. Mittels der Rechnereinheit 14 ist zweckmäßigerweise auch der Abgleich der Oberflächenmessungen realisierbar.However, it is also possible - similar to FIG. 7 - for one radiation pattern (or also several - possibly from different directions) to be irradiated onto the cornea 1, with one or both detection devices 15, 18 for surface measurement using the fluorescence pattern detection described be used. The two detection devices 15, 18 In addition to the detection of the position coordinates of the marked structures due to their mutually angular arrangement, they can also evaluate the fluorescence signals of the pattern emitted by the structures in order to have the position coordinates calculated by the computer unit 14. By means of the computer unit 14, the comparison of the surface measurements can expediently also be implemented.
Es sei erwähnt, daß eine Detektion mittels mindestens zweier Detektionsvorrichtungen gemäß Fig. 8, welche die Gewebeoberfläche und insbesondere die ausgezeichneten Strukturen aus mindestens zwei Richtungen erfassen, nicht auf die Detektion von extern aufgebrachten Strukturen wie dem vorbeschriebenen Film beschränkt ist.It should be mentioned that detection by means of at least two detection devices according to FIG. 8, which detect the tissue surface and in particular the excellent structures from at least two directions, is not limited to the detection of externally applied structures such as the film described above.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemein, daß die ausgezeichneten Strukturen 4, 4a, 4b zweckmäßigerweise so beschaffen sind, daß sie bei der Streifenprojektion bzw. allgemein der Musterprojektion gut erfaßt und ihre Lage im Raum zuverlässig ermittelt werden kann. Weiterhin sollten sich die Markierungen zweckmäßigerweise während der Behandlung nicht verändern, wodurch sie auf Bereiche auf dem Rand oder außerhalb des Mikrokeratom- Schnitts festgelegt sind. Anderenfalls würde eine solche Lageveränderung der Strukturen 4, 4a, 4b relativ zum Gewebe als eine Verkippung der Oberfläche fehlinterpretiert werden.All of the exemplary embodiments have in common that the marked structures 4, 4a, 4b are expediently designed in such a way that they are well detected in the stripe projection or in general the pattern projection and their position in space can be reliably determined. Furthermore, the markings should expediently not change during the treatment, as a result of which they are fixed on regions on the edge or outside the microkeratome section. Otherwise such a change in position of the structures 4, 4a, 4b relative to the tissue would be misinterpreted as a tilt of the surface.
Bei den in den Fig. 5 und 6 schematisch dargestellten äußeren Hornhautab- schnitten sind jeweils vier ausgezeichnete Strukturen 4a, 4b aufgebracht bzw. generiert worden. Anhand dieser jeweils vier Strukturen 4a, 4b ist es möglich, eine Lageänderung der Hornhautoberfläche zu erfassen. Die vier Strukturen 4a, 4b spannen ein Viereck im Raum auf, dessen durch das Zentrum verlaufende Normale sich bei einer Lageänderung ortsverändert. Mit Hilfe eines Rechners werden die Normalen übereinandergelegt, sukzessive um die Normale gedreht und dann entlang der Normalen verschoben, bis die beiden Vierecke sich decken. Die dabei durchgeführten Bewegungen im
dreidimensionalen Raum treffen ebenfalls auf die gesamte Oberfläche zu, so daß auch die Oberflächenkoordinaten der mindestens zwei Oberflächenmessungen ineinander überführt werden können.In the outer corneal sections shown schematically in FIGS. 5 and 6, four excellent structures 4a, 4b have been applied or generated. Using these four structures 4a, 4b, it is possible to detect a change in position of the corneal surface. The four structures 4a, 4b span a quadrilateral in space, the normal of which runs through the center changes location when the position changes. With the help of a computer, the normals are superimposed, successively rotated around the normals and then moved along the normals until the two squares overlap. The movements performed in the Three-dimensional space also applies to the entire surface, so that the surface coordinates of the at least two surface measurements can also be converted into one another.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, sind für eine hochgenaue Erfassung der Lageänderung im dreidimensionalen Raum die Raumkoordinaten der ausgezeichneten Strukturen 4, 4a, 4b auf der Hornhaut bzw. der Gewebeoberfläche erforderlich, von denen bekannt ist, daß sie die Lageänderung repräsentieren und nicht etwa ihre Lage zwischen den Messungen relativ zur Oberfläche selber verändern. Diese Strukturen 4, 4a, 4b werden bevorzugt vor den Messungen im sich zwischen den Messungen nicht verändernden Bereich der Oberfläche aufgebracht bzw. ausgewählt. Wesentlich dabei ist, daß die Strukturen nicht nur im Zweidimensionalen, sondern auch im Dreidimensionalen mit ihren Raumkoordinaten erfaßt werden. Dies eröffnet eine über die gängige zweidimensionale Mustererkennung hinausgehende dreidimensionale Strukturerkennung, mit der dann eine Lageänderung der Gewebeoberfläche ermittelt werden kann.As can be seen from the above, the spatial coordinates of the excellent structures 4, 4a, 4b on the cornea or the tissue surface are required for a highly accurate detection of the change in position in three-dimensional space, which are known to represent the change in position and not theirs Change the position between the measurements relative to the surface itself. These structures 4, 4a, 4b are preferably applied or selected before the measurements in the area of the surface that does not change between the measurements. It is essential that the structures are recorded not only in two dimensions, but also in three dimensions with their spatial coordinates. This opens up a three-dimensional structure recognition that goes beyond the usual two-dimensional pattern recognition, with which a change in position of the tissue surface can then be determined.
Mit anderen Worten hat sich gezeigt, daß die im Stand der Technik bekannte zweidimensionale bildhafte Erfassung der Gewebeoberfläche zur hochgenauen Ermittlung von Lage- bzw. Positionsänderungen im Verlauf der Zeit nur geeignet ist, wenn die Art der Lage- bzw. Positionsänderung der Gewebeoberfläche a priori bekannt wäre. Dies könnte beispielsweise die Kenntnis der Lage und Orientierung von Drehachsen oder Drehpunkten sein, oder die Sicherheit, daß nur eine laterale Verschiebung auftritt. Dies ist jedoch bei sich bewegenden Geweben nicht der Fall. Für eine hochgenaue Erfassung der Lageänderung im Dreidimensionalen werden daher erfindungsgemäß die Koordinaten der ausgezeichneten Strukturen im Bereich der Oberfläche in allen drei Raumrichtungen herangezogen, von denen bekannt ist, daß sie die Position der Gewebeoberfläche repräsentieren und nicht etwa zwischen den Messungen ihre Lage relativ zur Oberfläche selber verändern.
Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch bei der Vermessung und Behandlung von Hornhautoberflächen verwenden, bei denen keine Hornhautlamelle in Form eines Flaps abgehoben wird.In other words, it has been shown that the two-dimensional pictorial detection of the tissue surface known in the prior art is only suitable for the highly precise determination of changes in position or position over time if the type of change in position or position of the tissue surface is known a priori would. This could be knowledge of the position and orientation of axes of rotation or points of rotation, for example, or the certainty that only a lateral displacement occurs. However, this is not the case with moving tissues. For a highly precise detection of the change in position in three dimensions, the coordinates of the excellent structures in the area of the surface in all three spatial directions are therefore used according to the invention, which are known to represent the position of the tissue surface and not, for example, their position relative to the surface itself between the measurements change. The invention can of course also be used in the measurement and treatment of corneal surfaces in which no corneal lamella is lifted off in the form of a flap.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich prinzipiell für eine Vielzahl von Objekten anwenden, insbesondere für Gewebeoberflächen der unterschiedlichsten Art. Die Beschreibung anhand der Hornhaut ist lediglich ein Beispiel.The method according to the invention can in principle be used for a large number of objects, in particular for tissue surfaces of the most varied types. The description using the cornea is only an example.
Statt dem Abgleich zweier Messungen bzw. Gewebedaten-Erhebungen und zugehörigen Lagemessungen von ausgeszeichneten Strukturen sind auch mehr als zwei Messungen miteinander abgleichbar. Auch der Einsatz von Mittelungsverfahren zur Mittelung von mehreren Messungen ist möglich.
Instead of comparing two measurements or tissue data surveys and associated position measurements of excellent structures, more than two measurements can also be compared. The use of averaging methods for averaging several measurements is also possible.
Claims
1. Verfahren zum Abgleichen, sog. Registrieren, von zeitlich versetzt opt- tisch erhobenen Gewebedaten, insbesondere eines Auges (20), die1. A method for comparing, so-called registering, tissue data, in particular an eye (20), that is optically offset at different times
Schritte umfassend, daß mindestens zu einer ersten und einer zweiten Gewebedaten-Erhebung eine erste bzw. eine zweite optische Lagemessung mit Erfassung von Lagekoordinaten von im Bereich einer äußeren Gewebeoberfläche (1) ausgezeichneter und relativ zur Oberfläche (1) im wesentlichen lagefester Strukturen (4; 4a; 4b) derart vorgenommen werden, daß zwischen der jeweiligen Gewebedaten-Erhebung und der dazugehörigen Lagemessung keine wesentliche Lageänderung der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) auftritt, und daß durch Abgleich der aus der ersten und zweiten Lagemessung gewonnenen Lagekoordinaten der besagten ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) die aus den mindestens zwei Gewebedaten-Erhebungen gewonnenen Datensätze miteinander räumlich abgeglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) (flächig) abbildend erfaßt und aus diesen Bildern die Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) in allen drei Raumrichtungen errechnet werden.Steps comprising that at least for a first and a second tissue data collection a first or a second optical position measurement with detection of position coordinates of structures (4; excellent in relation to the surface (1) and relatively to the surface (1). 4a; 4b) are carried out in such a way that there is no significant change in the position of the marked structures (4; 4a; 4b) between the respective tissue data collection and the associated position measurement, and that by comparing the position coordinates obtained from the first and second position measurements of the marked ones Structures (4; 4a; 4b), the data records obtained from the at least two tissue data surveys are spatially compared with one another, characterized in that the marked structures (4; 4a; 4b) are recorded (areally) and the position coordinates of the marked ones from these images Structures (4; 4a; 4b) in all three spatial directions can be calculated.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Muster auf die ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) gestrahlt und die zurückfallende Strahlung detektiert wird, wobei die Einstrahlungsrichtung (11) und die Detektionsrichtung (12; 16, 17) einen Winkel (α; α') größer als 0° einschließen (Triangulation).2. The method according to claim 1, characterized in that a pattern is blasted onto the marked structures (4; 4a; 4b) and the falling radiation is detected, the direction of irradiation (11) and the direction of detection (12; 16, 17) making an angle Include (α; α ') greater than 0 ° (triangulation).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterprojektion und -detektion auch für die der ersten bzw. zweiten Lagemes- sung zugeordnete erste bzw. zweite Gewebedaten-Erhebung in Form einer Topographiemessung herangezogen wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the pattern projection and detection is also used for the first or second position measurement associated with the first or second tissue data collection in the form of a topography measurement.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anregungsstrahlung in Form eines Bestrahlungsmusters auf die ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) und/oder die zu vermessende Oberfläche (1) projiziert wird, so daß die Strukturen (4; 4a; 4b) und/oder das bestrahlte Gewebe im Bereich ihrer Oberfläche4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an excitation radiation in the form of an irradiation pattern is projected onto the marked structures (4; 4a; 4b) and / or onto the surface to be measured (1) so that the structures (4; 4a; 4b) and / or the irradiated tissue in the area of their surface
(1) zur Emission eines Fluoreszenzmusters (3) angeregt werden, welches zumindest ausschnittsweise dem Bestrahlungsmuster entspricht, wobei das Fluoreszenzmuster (3) zur Berechnung der Lage der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) und/oder der Oberflächenform des Gewebes detektiert wird.(1) to emit a fluorescence pattern (3) which corresponds at least in part to the radiation pattern, the fluorescence pattern (3) for calculating the position of the marked structures (4; 4a; 4b) and / or the surface shape of the tissue being detected.
5. Verfahren nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fluoreszenz verursachende Anregungsstrahlung im wesentlichen im ultravioletten Wellenlängenbereich liegt.5. The method according to claim 4, characterized in that the excitation radiation causing the fluorescence is substantially in the ultraviolet wavelength range.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagemessungen mit einer Kombination aus Helligkeitsmessung, insbesondere für die x- und y-Koordinaten der ausgezeichneten Strukturen, und Mustermessung, insbesondere Streifenmessung, insbesondere für die z- Koordinaten der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b), durchgeführt werden.6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the position measurements with a combination of brightness measurement, in particular for the x and y coordinates of the excellent structures, and pattern measurement, in particular stripe measurement, in particular for the z coordinates of the excellent Structures (4; 4a; 4b) are carried out.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Gewebedaten- Erhebung mittels anderer Meßprinzipien vorgenommen werden als die zugehörige erste und/oder zweite Lagemessung der ausgezeichneten Strukturen.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second tissue data collection are carried out by means of measuring principles other than the associated first and / or second position measurement of the marked structures.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Gewebedaten-Erhebung mit Hilfe eines Wellenfront- meßverfahrens durchgeführt werden. 8. The method according to claim 7, characterized in that the first and / or second tissue data collection are carried out with the aid of a wavefront measurement method.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagemessungen der ausgezeichneten Strukturen durch Detektieren der ausgezeichneten Strukturen (4; 4; 4b) aus mindestens zwei Beobachtungsrichtungen (16, 17) durchgeführt werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the position measurements of the marked structures are carried out by detecting the marked structures (4; 4; 4b) from at least two directions of observation (16, 17).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Gewebedaten-Erhebungen und Lagemessungen jeweils zu gleichen Zeiten vorgenommen werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the respective tissue data surveys and position measurements are each carried out at the same times.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der ersten Gewebedaten-Erhebung ein Be- handlungsablauf, insbesondere ein refraktiver Behandlungsablauf für eine Hornhautbehandlung, rechnerisch ermittelt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a treatment sequence, in particular a refractive treatment sequence for a corneal treatment, is calculated by means of the first tissue data collection.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein wiederholter Abgleich der Lagemessungen der ausgezeichneten Strukturen zum Zweck einer lageoptimierten Behandlung der Gewebeoberfläche durchgeführt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a repeated adjustment of the position measurements of the excellent structures is carried out for the purpose of a position-optimized treatment of the tissue surface.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgezeichnete Strukturen (4; 4a; 4b) aus einer oder mehrerer der folgenden Möglichkeiten gewählt wird: natürliche Strukturen, beispielsweise Adern, Haare, Pigmente, lokale Unebenheiten u.a., und/oder - künstlich erzeugte Strukturen bzw. manipulierte Strukturen natürlichen Ursprungs, beispielsweise mittels Hinzufügen oder Entfernen von Material, mittels Aufbringen oder Pressen von ggf. in das Gewebe eindringenden Materials, insbesondere fluoreszierendes Materials und/oder mittels Aufbringen eines Körpers auf das Gewe- be, der im wesentlichen formstabil an der Gewebeoberfläche (1) haftet. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that selected structures (4; 4a; 4b) are selected from one or more of the following options: natural structures, for example veins, hair, pigments, local unevenness, etc., and / or - Artificially created structures or manipulated structures of natural origin, for example by adding or removing material, by applying or pressing material that may penetrate the tissue, in particular fluorescent material and / or by applying a body to the tissue that is in the adheres to the fabric surface (1) in a substantially dimensionally stable manner.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe eingeritzt oder mit Laserpulsen bestrahlt wird, so daß die derart erzeugten ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) gegenüber dem unbehandelten Gewebe eine in Helligkeit und/oder Frequenz unterschiedliche Fluoreszenz aufweisen und/oder als räumliche Gewebeveränderung erkennbar sind.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tissue is scored or irradiated with laser pulses so that the excellent structures (4; 4a; 4b) thus produced have a different fluorescence in brightness and / or frequency compared to the untreated tissue and / or are recognizable as spatial tissue changes.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgezeichnete Strukturen (4; 4a; 4b) insbeson- dere solche verwendet oder erzeugt werden, die sich außerhalb von, insbesondere durch Laserablation, zu behandelnden Abschnitten der Gewebeoberfläche (1) befinden.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as excellent structures (4; 4a; 4b) in particular those are used or generated which are outside of sections of the tissue surface (1) to be treated, in particular by laser ablation ,
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß die ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) im Bereich einer Schnittkante (2) an einer Augenhornhaut angebracht werden, wobei die Schnittkante (2) eine vom darunter liegenden Gewebe abklappbare Hornhautlamelle (5) definiert.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the marked structures (4; 4a; 4b) are attached to an eye cornea in the region of a cut edge (2), the cut edge (2) being foldable from the underlying tissue Corneal lamella (5) defined.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) außerhalb der Lamelle (5) befinden oder dort erzeugt werden.17. The method according to claim 16, characterized in that the marked structures (4; 4a; 4b) are outside of the lamella (5) or are generated there.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß eine Schnittkante (2) nach Anspruch 13 selbst als ausgezeichnete Struktur (4; 4a; 4b) verwendet wird.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a cutting edge (2) according to claim 13 itself is used as an excellent structure (4; 4a; 4b).
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Hornhautvermessung die Augenlider durch geeignete Halter derart geöffnet werden, daß die Lider bei Bewegungen des Auges (20) nicht die ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) überdecken oder verschieben. 19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the case of a cornea measurement, the eyelids are opened by suitable holders in such a way that the eyelids do not cover or shift the marked structures (4; 4a; 4b) when the eye (20) moves ,
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermessung der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) und des Gewebes, insbesondere der Gewebeoberfläche (1), so- wie zu einer Behandlung der Gewebeoberfläche (1), beispielsweise durch Homhautabiation, derselbe Laser (10) verwendet wird.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for measuring the excellent structures (4; 4a; 4b) and the tissue, in particular the tissue surface (1), as well as for treating the tissue surface (1), for example by Homing ablation using the same laser (10).
21. Vorrichtung zum Abgleichen, sog. Registrieren, von zeitlich versetzt optisch erhobenen Gewebedaten, insbesondere eines Auges (20), insbe- sondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung umfaßt: mindestens eine Strahlungsquelle (10) zum Erzeugen einer Strahlung (Anregungsstrahlung),21. Device for comparing, so-called registering, tissue data, in particular an eye (20), which is optically offset at different times, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, wherein the device comprises: at least one radiation source (10) for generating radiation (excitation radiation),
Mittel zum Erzeugen eines Bestrahlungsmusters (9) aus der be- sagten Strahlung zur Projektion auf das Gewebe, wobei im Bereich der Gewebeoberfläche (1) ausgezeichnete und relativ zur Gewebeoberfläche (1) im wesentlichen lagefeste Strukturen (4, 4a, 4b) vorhanden sind, mindestens eine Detektionsvorrichtung (13; 15, 18) zum Detek- tieren der vom Gewebe zurückfallenden Strahlung, wobei die Einstrahlungsrichtung (11) und die Detektionsrichtung (12; 16, 17) einen Winkel (α; α') größer als 0° einschließen, eine Rechnereinheit (14) zur Berechnung der Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) in allen drei Raumrich- tungen aus den von der mindestens einen Detektionsvorrichtung (13;Means for generating an irradiation pattern (9) from said radiation for projection onto the tissue, excellent structures (4, 4a, 4b) being present in the region of the tissue surface (1) and essentially fixed in relation to the tissue surface (1), at least one detection device (13; 15, 18) for detecting the radiation falling back from the tissue, the radiation direction (11) and the detection direction (12; 16, 17) enclosing an angle (α; α ') greater than 0 °, a computer unit (14) for calculating the position coordinates of the marked structures (4; 4a; 4b) in all three spatial directions from the at least one detection device (13;
15, 18) detektierten Bildern, eine Abgleicheinrichtung (14), welche die Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) von zwei zeitlich versetzt aufgenommenen Bildern abgleicht, um zu den jeweiligen Lagekoor- dinaten-Messungen gehörende Datensätze von Gewebedaten-15, 18) detected images, a comparison device (14) which compares the position coordinates of the marked structures (4; 4a; 4b) from two images taken at different times in order to record data sets of tissue data belonging to the respective position coordinate measurements.
Erhebungen, die mit demselben und/oder einem anderen Meßprinzip aufgenommen wurden, miteinander abzugleichen. Compare surveys that were recorded with the same and / or a different measuring principle.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, daß die Strahlungsquelle (10) eine Strahlung mit im wesentlichen im ultravioletten (UV) Wellenlängenbereich liegender Wellenlänge erzeugt.22. The apparatus of claim 21, that the radiation source (10) generates radiation with a wavelength lying substantially in the ultraviolet (UV) wavelength range.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10) als Laser, vorzugsweise als frequenzvervielfachter Festkörperlaser, Excimerlaser, Gaslaser oder frequenzvervielfachter Farbstofflaser, oder als Blitzlampe, vorzugsweise mit einem Xe- non- oder einem Deuterium-Gasgemisch gefüllt, ausgebildet ist.23. The apparatus of claim 21 or 22, characterized in that the radiation source (10) as a laser, preferably as a frequency-multiplied solid-state laser, excimer laser, gas laser or frequency-multiplied dye laser, or as a flash lamp, preferably filled with a xenon or a deuterium gas mixture , is trained.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen des Bestrahlungsmusters (9) eine Maske mit Öffnungen in Form von vorzugsweise parallelen Schlitzen oder regelmäßig angeordneten Löchern umfassen.24. The device according to at least one of claims 21 to 23, characterized in that the means for generating the radiation pattern (9) comprise a mask with openings in the form of preferably parallel slots or regularly arranged holes.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Detektionsvorrichtung (13; 15, 18) eine CCD- oder eine CMOS-Kamera umfaßt.25. The device according to at least one of claims 21 to 24, characterized in that the at least one detection device (13; 15, 18) comprises a CCD or a CMOS camera.
26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 25, gekennzeichnet durch mindestens eine zusätzliche Detektionsvorrichtung (18) zum Detektieren der das Fluoreszenzmuster bildenden Fluoreszenzstrahlung aus einer anderen Detektionsrichtung (17).26. The device according to at least one of claims 21 to 25, characterized by at least one additional detection device (18) for detecting the fluorescence radiation forming the fluorescence pattern from another detection direction (17).
27. Vorrichtung zum Abgleichen, sog. Registrieren, von zeitlich versetzt optisch erhobenen Gewebedaten, insbesondere eines Auges (20), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung umfaßt: - mindestens eine Strahlungsquelle (10) zum Erzeugen einer27. A device for comparing, so-called registering, temporally offset optically collected tissue data, in particular an eye (20), in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, the device comprising: - at least one radiation source (10) for generating a
Strahlung (Anregungsstrahlung) zum Einstrahlen auf das Gewebe, wobei im Bereich der Gewebeoberfläche (1) ausgezeichnete und re- lativ zur Gewebeoberfläche (1) im wesentlichen lagefeste Strukturen (4, 4a, 4b) vorhanden sind, mindestens zwei Detektionsvorrichtungen (15, 18) zum Delektieren der vom Gewebe zurückfallenden Strahlung, wobei die beiden Detektionsrichtungen (16, 17) einen Winkel (ß) größer als 0° einschließen, eine Rechnereinheit (14) zur Berechnung der Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) in allen drei Raumrichtungen aus den von den mindestens zwei Detektionsvorrichtungen (15, 18) detektierten Bildern, eine Abgleicheinrichtung (14), welche die Lagekoordinaten der ausgezeichneten Strukturen (4; 4a; 4b) von zwei zeitlich versetzt aufgenommenen Bildern abgleicht, um zu den jeweiligen Lagekoordinaten-Messungen gehörende Datensätze von Gewebedaten- Erhebungen, die mit demselben und/oder einem anderen Meßprinzip aufgenommen wurden, miteinander abzugleichen.Radiation (excitation radiation) for irradiation onto the tissue, with excellent and reliable radiation in the area of the tissue surface (1) Structures (4, 4a, 4b) which are essentially fixed relative to the tissue surface (1) are present, at least two detection devices (15, 18) for detecting the radiation falling back from the tissue, the two detection directions (16, 17) making an angle (β) include greater than 0 °, a computer unit (14) for calculating the position coordinates of the marked structures (4; 4a; 4b) in all three spatial directions from the images detected by the at least two detection devices (15, 18), a matching device (14), which compares the position coordinates of the marked structures (4; 4a; 4b) from two images taken at different times in order to compare data records of tissue data surveys belonging to the respective position coordinate measurements, which were recorded with the same and / or a different measuring principle.
28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10) hinsichtlich Intensität, Pulsdauer, Wiederholrate und/oder Wellenlänge der Anregungsstrahlung zur operativen Behandlung des biologischen Gewebes, wie beispielsweise der bereichsweisen Abtragung einer Hornhaut, ausgebildet und durch eine Steuereinheit entsprechend ansteuerbar ist.28. The device according to at least one of claims 21 to 27, characterized in that the radiation source (10) in terms of intensity, pulse duration, repetition rate and / or wavelength of the excitation radiation for the operative treatment of the biological tissue, such as the area-by-area removal of a cornea, trained and can be controlled accordingly by a control unit.
29. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansrprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung ein System zur Erhebung von Gewebedaten, insbesondere refraktiven Merkmalen eines Auges, sowie eine Auswerteeinheit zur Berechnung eines Behandlungsablaufs für das Gewebe zugeordnet ist.29. The device according to at least one of claims 21 to 28, characterized in that the device is assigned a system for collecting tissue data, in particular refractive features of an eye, and an evaluation unit for calculating a treatment process for the tissue.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Erhebung von Gewebedaten auf einem Wellenfrontaberrations- verfahren, einem Topographiemeßverfahren oder unter Verwendung eines Ultraschallmeßverfahrens ausgebildet ist.30. The device according to claim 29, characterized in that the system for collecting tissue data on a wavefront aberration method, a topography measurement method or using an ultrasound measurement method.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30 dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zur Steuerung eines Behandlungslasers aufgrund der Ergebnisse der Berechnung des Behandlungsablaufs vorgesehen ist, wobei anhand eines wiederholten Abgleichs der Lagemessungen der ausgezeichneten Strukturen eine ständig lageoptimierte Behandlung durchführbar ist. 31. The device according to claim 29 or 30, characterized in that a control unit for controlling a treatment laser is provided on the basis of the results of the calculation of the treatment process, with a continuously position-optimized treatment being feasible on the basis of repeated comparison of the position measurements of the excellent structures.
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