通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备制造技术

本发明专利技术涉及一种设备，尤其是用于通过聚焦辐射(1)处理透明材料(3)的处理体积(300)中的表面(11)的眼科治疗设备，其具有用于产生(100)辐射的装置和用于对辐射(1)进行聚焦的光学系统(2、200、202)，用于改变聚焦辐射的焦点(4)的位置(400)的装置以及控制装置(500)。本发明专利技术还涉及相应的方法，控制程序产品和计划单元。本发明专利技术的目的在于描述用于处理表面(11)的设备和方法，所述设备和方法允许使用低成本光学系统(2、200、202)工作，但表面(11)的处理以最高质量进行。该目的通过一种设备来实现，该设备被配置为执行在各个任意方向上焦点(4)在透明材料(3)的处理体积(300)中的慢速扫描运动和焦点(4)在处理体积(300)的部分区域(600)中的独立快速扫描运动，该焦点能通过在整个处理体积(300)中的所述慢速扫描运动而移动；以及通过一种设备实现，扫描图案被编码到该设备中，该扫描图案在x方向和/或y方向上具有带有至少一个横向基本分量(13)的扫描运动，至少一个所述横向基本分量通过在z方向和x方向和/或y方向上的同步方向改变运动的分量叠加。该目的此外通过相应的方法、控制程序产品和计划单元实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备
本专利技术涉及一种用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备，其包括用于产生辐射的装置，用于将该辐射聚焦在处理体积中的焦点中的光学系统，用于改变焦点在处理体积中的位置的装置和控制装置，该控制装置被配置为对该装置进行控制。本专利技术还涉及一种用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的相应的方法以及一种控制程序产品和用于该装置的计划单元以及一种用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的方法。
技术介绍
这样的装置优选用于眼科学作为眼科治疗设备，相应的方法被作为眼科治疗方法。待处理的透明材料可以是天然的眼部组织，例如晶状体，角膜或囊袋(Kapselsack)，或者也可以是人造眼睛材料，例如人造晶状体。到目前为止，所谓的螺旋扫描是常见的。这些例如在出版物US5,984,916和DE102011085047A1中被描述，图1a中示出了一个实施例。激光束1通过光学系统2、201聚焦在透明材料3中。焦点4在此通过沿扫描线5的扫描系统穿过透明的眼组织3移动，该扫描线在此由于侧向任意闭合的运动、例如旋转运动和该扫描系统的缓慢的z移动是螺旋的。光学系统2、201确定焦点锥体6的形状。为了能谁用这样的螺旋扫描来处理眼组织3，能通过光学系统2实现的、用于激光器1的聚焦的区域需要足够大，以实现所有工作区而没有光学系统2、201的缓慢的横向移动。光学系统2、201相应地大且昂贵。由于所需的尺寸，这种方法也是有条件地适用于具有偏转臂的柔性移动设备。另外，利用飞秒激光进行切割是已知的，该切割通过快速扫描运动在垂直方向上进行。这被称为垂直z摆动，并且例如在文献WO2013/057318A1中进行了描述。图1b示出了z摆动的示意性实施例。在此，激光射束1也通过光学系统2、202在透明材料3中聚焦。由此，焦点4通过扫描系统沿着扫描线5移动通过透明的眼睛组织3，扫描线5通过在z方向上的周期性重复快速扫描运动产生，该运动与x-y平面中的慢速扫描运动叠加。通过激光扫描来处理眼组织3的这种运动允许较小的光学系统2、202，因为快速运动各自在小的体积中执行。然而，在不利的切割或加工模式的情况下，已经产生的垂直切割线或加工线遮蔽部分地用于紧邻地要施加的切割线的激光焦点4。因此，目的在于描述用于在透明材料的处理体积中处理表面的装置和方法，其中可以利用廉价的、也就是较小的光学系统进行工作并且已经实现的激光焦点中的切割线或图案的阴影效应对将要产生的切割线或图案影响最小化。如文献EP2412341B1或EP2596773B1所公开的，在x-y平面中由横向摆动提供了一种可能性。从这样的快速的例如摆动的横向运动开始，现在有可能通过增加慢速z运动来产生平行于z轴的平面，如图2所示。激光束1或另一辐射又通过光学系统2、202聚焦在透明材料3中。由此，焦点4通过扫描系统沿着扫描线5移动通过透明的眼睛组织3，扫描线5由在z方向上与慢速扫描运动叠加的周期性重复的快速横向扫描运动产生。在此，例如，具有明显的局部z延展(即z方向上的延伸)和横向延展的圆柱形区段由多个“片”，即部分处理表面组成，从而能够利用横向摆动的速度优势，其中该局部z延展大于激光焦点的有效范围并进而需要利用焦点4进行多次叠加扫描，其中，该横向延展大于(部分)场，该场能够能利用光学系统2、202在没有另外的横向移动的情况下同时实现。这种“片”的措施在使用眼科学中的横向摆动的情况下对于一系列的处理图案，特别是截面图像，例如囊切开术的圆柱形部分是必要的。利用一种装置进行横向摆动是可能的，该装置允许在垂直于辐射轴线的处理体积的平面内的快速扫描。但是，若干部分处理表面的组合产生了许多边界区域501，其中两个相邻的部分处理区域必须彼此对齐，由此一方面不会产生“处理间隙”，另一方面区域不会被处理两次，而这并不是预期的。这导致在部分处理区域的边缘区域的这样的情况，在该种情况中通过已经产生的切割线或加工线导致的阴影效应是不可避免的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是描述一种特别用于眼科的装置和方法，用于借助于聚焦辐射来处理透明材料的处理体积中的表面，其允许利用廉价的、也就是小的光学系统来工作，利用该光学系统然而以最高质量完成表面的处理。在此，已经产生的处理线或图案，在此也称为扫描线或扫描图案的的阴影效果为了还要产生的线或图案要避免或至少最小化，使在两个部分处理区域之间难以对准的边界区域最小化并且产生具有最大灵活性的表面形状。被处理的透明材料损坏的风险也应该降到最低。该目的通过根据权利要求1、15和17以及根据权利要求18、23和24的用于处理透明材料、尤其是眼睛的处理体积中的表面的装置和方法实现，通过根据权利要求25的控制程序产品实现以及通过根据权利要求26的计划单元实现。一种装置设计用于通过聚焦辐射来处理透明材料，特别是眼睛的处理体积中的表面。因此，这种装置是用于眼科医学的眼科治疗设备，该装置例如出于眼科治疗或辐射的目的而应用与眼科。然而，从解释中可以看出，该装置根据其特点和操作原理而不限于眼科。处理表面可以是三维处理体积中的二维表面。然而，表面也可以具有额外的曲率并且因此形成代表三维结构的表面。特别地，该表面可以是三维处理体积中的独立表面。待处理表面的一个特殊情况形成了用于产生处理线的“表面”的形成，使得该“表面”在至少一个空间方向上显著地延伸，并且在至少一个另外的空间方向上具有最小程度的延伸。这样一个“表面”用于例如薄的结构的开放，在眼科医学中应该被提到作为一个例子，表现为一种囊切开术。处理表面可以是分离表面或切割表面。然而，其也可以是其上透明材料被去除或改变其材料性质的表面，例如粘合结合。透明材料是在所使用的辐射的波长范围内仅具有小的，几乎可以忽略的线性吸收的材料，因此需要额外的措施，例如辐射的聚焦，以便在该材料中产生效果。待处理的透明材料可以是眼组织，如角膜，晶状体，晶状体袋或玻璃体。然而，它也可以是人造材料，特别是人造眼睛材料，例如人造晶状体(IOL)，在该人造眼镜材料上进行矫正。待处理的材料可以是有机的也可以是无机的。该装置包括用于产生辐射的装置。这可以是发射可聚焦辐射的相应的光源或其他辐射源。特别地，用于产生辐射的装置可以包括激光器，即通过辐射的受激发射来放大光的装置。这种激光器通常由较窄的频率范围产生高强度的光，具有较高的空间相干性。有利地使用脉冲激光器，特别是诸如飞秒激光器(fs激光器)的短脉冲激光器来产生飞秒激光束或皮秒激光。脉冲激光器在时间有限的部分中发射光，即不是连续的。它提供了高能量密度。在这种情况下，这样的飞秒激光器或皮秒激光器可以例如具有波长范围从200nm到2000nm的波长：水或眼组织在该范围内具有低的线性吸收，并且因此是对于飞秒激光器或皮秒激光器的辐射透明的材质。今天常用的飞秒激光器具有从750nm到1100nm范围内的波长。也可以使用波长范围在375nm至550nm或范围250nm至367nm的飞秒激光器，其对应于通常的飞秒激光器的频率的两倍或三倍。具体而言，这里例如使用从1020nm到1060nm的波长范围的飞秒激光。可以在这里使用的飞秒或皮秒激光器的脉冲持续时间有利地可以从50fs到5ps的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过聚焦辐射(1)处理眼睛的透明材料(3)的处理体积(300)中的表面(11)的眼科治疗设备，包括：‑用于产生(100)辐射(1)的装置，‑用于将所述辐射(1)聚焦(2、200、202)在所述处理体积(300)中的焦点(4)中的光学系统，其中，所述聚焦辐射的所述焦点(4)具有聚焦角

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.09 DE 102015212877.61.一种用于通过聚焦辐射(1)处理眼睛的透明材料(3)的处理体积(300)中的表面(11)的眼科治疗设备，包括：-用于产生(100)辐射(1)的装置，-用于将所述辐射(1)聚焦(2、200、202)在所述处理体积(300)中的焦点(4)中的光学系统，其中，所述聚焦辐射的所述焦点(4)具有聚焦角并且所述聚焦辐射具有辐射轴线(12)，-用于改变所述焦点(4)在能用三个空间方向x，y和z描述的所述处理体积(300)中的位置(400)的装置，其中z方向平行于所述聚焦辐射(12)的基本位置辐射轴线(120)延伸，-用于控制所述眼科治疗设备的控制装置(500)，-其特征在于，用于改变所述焦点(4)的位置(400)的装置被配置为，在由三个空间方向确定的各个任意方向上执行在所述透明材料(3)的所述处理体积(300)中的慢速扫描运动以及在由三个空间方向确定的各个任意方向上执行在所述处理体积(300)的部分区域(600)中独立于所述慢速扫描运动的快速扫描运动，-其中，所述快速扫描运动的所述部分区域(600)能通过在整个所述处理体积(300)中的所述慢速扫描运动而移动。2.根据权利要求1所述的眼科治疗设备，其特征在于一种用于产生(100)辐射(1)的装置，所述装置包括激光器。3.根据权利要求2所述的眼科治疗设备，其中，所述激光器是脉冲激光器，特别是短脉冲激光器，优选飞秒激光器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的眼科治疗设备，其中，扫描图案被编码到所述控制装置(500)中，所述扫描图案具有沿着所述处理体积(300)中的扫描线(5)的所述聚焦辐射(1)的一系列聚焦有效区域(8、81、82)，使得已经实现的所述聚焦有效区域(8、81)总是布置在由所述聚焦辐射(1)的所述焦点(4)和尚待实现的聚焦有效区域(8、82)的聚焦角形成的聚焦锥体(6)的外部。5.根据权利要求1至4中任一项所述的眼科治疗设备，其特征在于用于改变所述焦点(4)的位置(400)的所述装置，其除了包含用于在所述处理体积(300)中实现所述慢扫描运动的慢速z扫描仪(411)和至少一个慢速横向扫描仪(412、413)之外还包含用于在所述处理体积(300)的所述部分区域(600)中实现所述快扫描运动的快速z扫描仪(401)和至少一个快速横向扫描仪(402、403)。6.根据权利要求5所述的眼科治疗设备，其特征在于快速横向扫描仪(402、403)，其由快速x扫描仪(402)形成并存在于由快速y扫描仪(403)形成的另一个快速横向扫描仪旁边，或由快速R-扫描仪形成的快速横向扫描仪(402、403)形成，所述快速R-扫描仪在垂直于所述基本位置辐射轴线(120)的x-y平面内的扫描运动能够通过围绕平行于所述基本位置辐射轴线(120)的旋转轴线的旋转来对准。7.根据权利要求5或6所述的眼科治疗设备，其特征在于快速z扫描仪、快速横向扫描仪、慢速z扫描仪、以及慢速横向扫描仪，所述快速z扫描仪包括在z方向振荡的透镜元件，所述快速横向扫描仪包括能围绕两个轴线运动的x-y镜元件或两个单独的分别围绕一个轴线运动的镜元件，所述镜元件的轴线优选彼此垂直，所述慢速z扫描仪包括在z方向中能随意选择地运动的透镜元件，所述慢速横向扫描仪包括能随意选择地在侧向平面中移动的聚焦光学系统。8.根据权利要求5至7中任一项所述的眼科治疗设备，所述眼科治疗设备被设置为通过至少两个所述快速扫描仪(401、402、403)的同步方向改变，特别是通过至少两个所述快速扫描仪(401、402、403)的同步振荡运动来实施快速扫描运动。9.根据权利要求8所述的眼科治疗设备，其特征在于，至少两个所述快速扫描仪(401、402、403)中的一个是具有自由振荡的谐振扫描仪，并且至少两个所述快速扫描仪(401、402、403)中的所有其他快速扫描仪与所述谐振扫描仪同步。10.根据权利要求8或9所述的眼科治疗设备，其特征在于所述快速z扫描仪(401)和至少一个所述快速横向扫描仪(402、403)的同步振荡运动。11.根据权利要求10所述的眼科治疗设备，其中，所述慢速扫描运动具有在x方向和/或y方向上的横向分量(13)并且所述快速z扫描仪(401)和所述至少一个快速横向扫描仪(402、403)的振荡运动被同步，使得-在x和/或y方向上的所述慢速扫描运动的正向横向分量(13)的情况下，所述快速横向扫描仪，特别是所述快速x扫描仪和/或所述快速y扫描仪的振荡运动与所述快速z扫描仪的振荡运动处于反相，以及使得-在x和/或y方向上的所述慢速扫描运动的负向横向分量(13)的情况下，所述快速横向扫描仪，特别是所述快速x扫描仪和/或所述快速y扫描仪的振荡运动与所述快速z扫描仪的振荡运动处于同相。12.根据权利要求4至11中任一项所述的眼科治疗设备，其特征在于控制装置(500)，扫描图案被编码到所述控制装置中，所述扫描图案具有相对于所述辐射轴线(12)具有倾角(α)的相互相邻的画线(7)，其中，画线(7)包括扫描线(5)的笔直部分并且通过所述聚焦辐射(1)的聚焦有效区域(8)的彼此串接来实现，并且其中，所述画线(7)相对于所述辐射轴线(12)的所述倾角(α)总是大于或等于所述聚焦辐射(1)的所述聚焦角13.根据权利要求12所述的眼科治疗设备，其特征在于所述控制装置(500)被编码，使得所述画线(7)的形成通过所述聚焦辐射(1)的聚焦有效区域(8)沿着所述扫描线(5)始终在向上运动(14)中或始终在向下运动(15)中或者交替地在向上移动(13)和向下移动(14)中彼此串接来实现。14.根据权利要求1至13中任一项所述的眼科治疗设备，其中，用于产生辐射的所述装置包括具有激光脉冲重复率(fL)的脉冲激光器并且聚焦有效区域(8)与前一聚焦有效区域(8)的间距(9)通过所述激光脉冲重复率(fL)以及由所述慢扫描运动和所述快扫描运动的扫描速度组成的总扫描速度确定，其特征在于控制装置(500)，所述控制装置被设置为如果激光脉冲的聚焦有效区域(8)不超过到所述前一聚焦有效区域(8)的最小间距(9)则掩蔽所述激光脉冲。15.一种用于通过聚焦辐射(1)处理眼睛的透明材料(3)的处理体积(300)中的表面(11)的眼科治疗设备，包括：-用于产生(100)辐射(1)的装置，-用于将所述辐射(1)聚焦在所述处理体积(300)中的焦点(4)中的光学系统(2、200、201、202)，其中，所述聚焦辐射的所述焦点(4)具有聚焦角并且所述聚焦辐射具有辐射轴线(12)，-用于通过在任意能改变的方向中的扫面运动改变所述焦点(4)在能用三个空间方向x，y和z描述的所述处理体积(300)中的位置(400)的装置，其中z方向平行于所述聚焦辐射(12)的基本位置辐射轴线(120)延伸，-其特征在于用于控制所述眼科治疗设备的控制装置(500)，扫描图案被编码到所述控制装置中，所述扫描图案能通过沿着扫描线(5)的扫描运动实现，其中，其中所述扫描运动在x方向和/或y方向上具有至少一个横向基本分量(13)，至少一个所述横向基本分量通过在z方向上以及在x方向和/或y方向上的同步方向改变运动的分量叠加，其中，在x和/或y方向上的扫描运动的正横...

【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃尔·贝格特，托马斯·哈曼，罗伯特·波姆伦克，
申请(专利权)人：卡尔蔡司医疗技术股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE