DD263447A1

DD263447A1 - Anordnung zur operativen behandlung der augenhornhaut

Info

Publication number: DD263447A1
Application number: DD87306573A
Authority: DD
Inventors: Manfred Rothhard; Ulf Krause
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1989-01-04
Also published as: DE4219809A1

Abstract

Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut unter Verwendung einer Laserlichtquelle sowie den Lichtstrahl leitende optische Bauelemente, bei der erfindungsgemaess mindestens ein den Querschnitt des Lichtbuendels formendes und die, der Corneawoelbung annaehernd entsprechende Bildflaeche des ableitenden Systems erzeugendes optisches Bauelement vorgesehen ist. Vorteilhafterweise werden entweder ein Zylinderlinsenarray, speziell gestaltete Lichtleitfaserbuendel oder Schichtwellenleiter in Verbindung mit mindestens einer sphaerischen Linse definiert angeordnet. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung bei der Erzeugung von linienförmigen Strukturen mit Hilfe von leistungsfähigen Laserlichtquellen, ζ. B. Excimerlaser, für die Verwendung in der Mikrochirurgie speziell in der Ophtalmologie zur rofraktiven Keratotomie (Korrektur von Fehlsichtigkeit des Auges mit Hilfe von Schnitten in die Cornea). Eine Verwendung in der Photolithographie ist ebenfalls möglich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Seit Beginn dsr 80er Jahre stehen mit den Excimerlasern leistungsstarke Impulslichtquellen im UV zur Verfügung. Inzwischen gibt es berets kommerzielle Geräte xur Behebung von Sehfehlern mit Hilfe der radialen Keratotomie, in denen Eximerlaser eingesetzt werden.

Bei dieser Methode wird die Hornhaut durch das Laserlicht an bestimmten Stellen bis zu 80% ihrer Dicke aufgeritzt, (Trokol MD, Amer. Joum. of ophthalm., 96 [1983] 710-715). Die Lage dieser Schnitte ist von der Art des Sehfehlers abhängig. Man wendet etwa 10 bis 20 unterschiedliche Schnittmuster an, die außerdem in ihrer Schnittiefe- und Anzahl variiert werden. Die Schnitte liegen prinzipiell außerhalb des Sichtbereiihes (Iris). Die Schnittlänge beträgt einige Millimeter, ihre Breite einige Zehntel Millimeter.

In einer bekannten Lösung (EP 0151869) wird der Einsatz eines frei ansteuei baren Laserscanners vorgeschlagen. Dabei wird der Laserstrahl auf die Hornhaut fokussiert und dieser Fokus wird mit Hilfe des Laserscanners in einem vorbestimmten Muster über die Hornhaut geführt. Der Laserfokus wird der Hornhautwölbung entsprechend verschoben. Nachteil dieser Lösung ist, daß die Strahlnachführung sehr aufwendig ist. Die dabei nutzbare Fleckgröße des Laserstrahles auf der Hornhaut kann dabei die gewünschte Schnittbreite nicht übersteigen. Um dabei eine Zerstörung der Hornhaut zu vermeiden, darf die Energiedichte auf der Hornhaut etwa 5 J/cm² nicht übersteigen, d. h., die je Impuls maximal nutzbare Energie boträgt etwa 1OmJ. Kommerzielle Excimerlaser haben aber Impulsen3rgien von wenigstens 10OmJ. Damit bleiben 90% der Energie des Lasers ungenutzt. Aufgrund dieser Begrenzung ist das Anbringen der Schnitte sehr zeitaufwendig und das Auge des Patienten muß übe^r lange Zeit sehr genau fixiert werden.

Bei einer weiteren bekannten Lösung (EP 0111060) wird eine Maske mit der entsprechenden Schnittform auf die Hornhaut aufgelegt und dann mit dem nur schwach fokussieren Laserstrahl beleuchtet. Die Fixierung des Auges erfolgt durch die Maske. Die Schnittfläche nimmt nur etwa 20% der Gesamtfläche der Hornhaut ein, so daß etwa 80% der Laserenergie von der Maske reflektiert werden und verloren gehen. Ein Abrastern der Schnitte mit einem Laserscanner bei gleichzeitiger Verwendung einer Maske vergrößert den Aufwand erheblich und besitzt ähnliche Nachteile wie die erstgenannte Lösung. Vor allum besteht der Nachteil darin, daß wegen der Vermeidung einer Schädigung des Auges die punktweise vorhandene hohe Energie nicht vollständig genutzt werden kann (Energieverluste).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Reduzierung des Energieaufwandes und des gerätetechnischen Aufwandes sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen von Arzt und Patient während der Operation.

Darlegung des Wesens der Erfindung ;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut, unter Verwendung einer Laserlichquelle zu schaffen, bei der nahezu die gesamte durch den Laser erzeugte Energie zur Schnittführung genutzt wird und die Behandlungszeit, die Dauer des operativen Eingriffes an dem Auge und damit die Augenbelastung gesenkt wird.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut, umfassend einen Laser, das Laserlicht leitende optische Bauelemente wie Linsen oder Prismen, eine Lichtleitfaser und/oder ein Lichtleitfaserbündel, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein den Querschnitt des Lichtbündels formendes und die, der Corneawölbung annähernd genau entsprechende Bildfläche des abbildenden Systems erzeugendes optisches Bauelement vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft ein Zylinderlinsenarray einem Axikon-Paar folgend als optisches Bcuelement vorzusehen oder ein mit einem bestimmten Ausgangsquerschnitt und einer konkav gewölbten Austrittsfläche versehenes Lichtleitfaserbündel und eine sphärische. Astigmatismus aufweisende Linse einzusetzen.

Ferner ist. es vorteilhaft, daß als erfindungsgemäßes optisches Bauelement ein mit einem bestimmten Ausgangsquerschnitt und einer konkav gewölbten Austrittsfläche versehener Schichtwellenleiter und eine sphärische, Astigmatismus aufweisende Linse vorgesehen oder ein Lichtleitfasarbündel, bei dem das Endstück jeder einzelnen Lichtleitfaser definiert geformt und getapert ist und eine Linse angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, alle in die Cornead eines Auges einzubringenden Schnitte gleichzeitig durchzuführen, do^: annähernd vollständiger Nutzung der Strahlungsenergie des Lasers. Dadurch reduziert sich der notwendige Energieaufwand urd es tritt eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen des Arztes und eine Minimierung der Belastung des Patienten während der Operation ein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 und 1a eine Anordnung unter Verwendung eines Zylinderlinsenarrays, Fig. 2 bis 2 b eine Anordnung unter Verwendung eines definiert geformten Lichtleitfaserbündels und Fig. 3 bis 3d eine Anordnung unter Verwendung eines definiert geformten Schichtwellenleiters.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur operativen Behandlung des Auges gezeigt. Nacheinanderfolgend sind entlang einer optischen Achse ein Laser 1, eine Linse 2, ein Eingangstaper 3, eine Lichtleitfaser 4, ein Axikon-Paar 5, ein Zylinderlinsenarray 6 und eine Maske 16 angeordnet.

Das vom Laser 1 ausgestrahlte Licht wird mit einer Linse 2 fokussiert und mit Hilfe eines Eingangstaper 3 in die Lichtleitfaser 4 eingekoppelt. Der Faserkegel wird benötigt, um die Energiebelastung auf der Einkoppelfläche zu verringern, da bei den üblichon Faserkerndurchmessern (200pm... 600pm) die Impulsenergie des Excimerlasers bereits zur Zerstörung der Faserstirnfläche führen kann. Die Übertragung des Lichtes über eine einzelne Lichtleitfaser erlaubt eine maximale Flexibilität und eine vollständige Durchmischung und Honogenisierung des Laserlichtes. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber Anordnungen mit mehreren Übertragungsfasern.

Mit Hilfe des Axikon-Paares wird aus dem kreisrunden divergenten Lichtbündel ein paralleles Lichtbündel mit kreisringförmigem Querschnitt erzeugt. Damit wird die gesamte Lichtenergie in dem Bereich zwischen den Radien r, und r₂ konzentriert, in dem die Schnitte in die Hornhaut eingebracht werden. Die innere Begrenzung wird durch den Radius der Augenpupille bestimmt, die äußere Begrenzung durch den Augendurchmesser (r₂ 5...6mm). Jede einzelne Zylinderlinse des Zylinderlinsenan ays 6 erzeugt aus einem bestimmten Sektor des Lichtbünde's eine radial verlaufenden Linie in der Bildfläche. Die einzelnen Zylinderlinsen sind erfindungsgemäß so geneigt, daß die Bildebene im Bereich der jeweiligen Schnittlinie annähernd mit der Obb. fläche der Cornea zusammenfällt, um eine möglichst gleichmäßige Breite der Schnitte über die gesamte Schnittlänge zu erreichen. Zum Schutz aller Bereiche der Cornea, die nicht bestrahlt werden sollen, kann darüber hinaus eine Maske 16 vor dem Auge fixiert werden.

Fig. 1 a zeigt die Ausbildung des Zylinderlinsenarrays 6.

In Fig. 2 bis 2 b ist eine weitere mögliche Ausführungsform aufgezeigt, bei der die Querschnittsformung mit Hilfe eines Lichtleitfaserbündels 8 bestehend aus einigen Hundert Lichtleitfasern, durchgeführt wird. Dabei wird aus dem rechteckigen Eingangssquerschnitt, Fig. 2 ö, der der Form des Laserbündels entspricht, ein Querschnitt erzeugt, der dem gewünschten Schnittmuster der Hornhautschnitte entspricht, Fig. 2 b. Zur Einkopplung wird das Laserlicht mit einer Linse 2 auf die Stirnfläche des Lichtleitfaserbündels 8 fokussiert, wobei der Fleckdurchmesser und die numerische Apertur an die Fasern angepaßt werden.

Das Muster des Ausgangsquerschnitts, Fig. 2 b, besteht aus linienförmigen Aufreihungen von Kreisscheibchen entsprechend dem Faserkerndurchmesser. Diese Muster werden mit der Linse 12 so abgebildet, daß die gewünschten Schnittlinien auf der Cornea T des Auges 7 entstehen. Dabei wird der Astigmatismus der Linse ausgenutzt und die Tatsache, Jaß bei der Abbildung nur außeraxiale Bildpunkte auftreten. So wird in der sagittalen Bildschale aus jedem Kreisscheibchen djr Faserbündelaustrittsfläche ein in radialer Richtung langgestreckter Fleck erzeugt, so daß sich in der Bildfläche (Oberfläche der Cornea) die einzelnen langgestreckten Flecken zu Linien mit einer bestimmten Breite überlagern.

Die Austrittsfläche 11 des Lichtleitfaserbündels 8 weist eine konkave Wölbung auf, so daß die Bildfläche nach der Abbildung mit der Linse 12 mit der gewölbten Oberfläche der Cornea zusammenfällt. Diese konkave Wölbung kann durch entsprechende Anordnung der Einzelfasern oder ggf. durch schleifen und polieren erzeugt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig.3 bis 3d dargestellt. Es ist eine Anordnung dargestellt, in dor mit einem Lichtleitfaserbündel 13, bestehend aus einer geringen Zahl von Lichtleitfasern, eine Querschnittsformung vorgenommen wira.

Als astigmatische Elemente wirken die Schichtwellenleiter 14, die der Anzahl der erforderlichen Hornhautschnitte entsprechen. m

Der Schichtwellenleiter 14 wirkt gleichzeitig als Lichtmischor, wenn an seiner eingangsseitigen S irnfläche mit mehreren

unterschiedliche Intensität übertragenden Lichtleitfasern eingestrahlt wird. Dadurch kann eine gleiche Intensität für alle Schnitte ^:

pewährleistet werden.

Das vom Laser 1 ausgestrahlte Lichtbündel wird mit der Linse 2 auf die vordere Stirnfläche des Lichtleitfaserbündels 13 mit dem

Querschnitt C-C, Fig.3a, abgebildet. Ausgangsseitig besitzt das Lichtleitfaserbündel 13 den Querschnitt D-D, Fig.3b. Jede Gruppe von Lichtleitfasern des Ausgangsquerschnitts des Lichtleitfaserbündels 13 ist an die eingangsseitige Stirnfläche des entsprechenden Schichtwellenleiters 14 stumpf angesetzt. Die ausgangsseitige Stirnfläche 17 des Schichtwellenleiters 14 ist konkav gewölbt, so daß sie mit der Linse, 12 auf die Cornea T abgebildet wird. Bei der Abbildung kann zusätzlich noch der Astigmatismus der Linse 12 ausgenutzt werden, wenn die Cornea T in die sagittate Bildschale gebracht wird, analog zur Ausführungsform nach Fig.2. Der Schichtwellenleiter 14 könnte ggf. auch durch ein Lichtleitfaserbündel, bei dam das Endstück jeder einzelnen Lichtleitfaser definiert geformt und getopert ist, ersetzt werden. Der Vorteil gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besteht in der geringen Zahl von Lichtleitfasern im Lichtleitfaserbündel. Das ist aus zwei Gründen von Bedeutung. Einerseits müssen die Fasern im Bündel geordnet werden, um gleiche Intensitäten in jedem Bereich von jedem Hornhautschnitt zu gewährleisten, andererseits werden relativ teuere Fasern mit hoher Transmission im UV-Bereich eingespart.

Claims

1. Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut, umfassend einen Laser, das Laserlicht leitende optische Bauelemente wie Linsen oder Prismen, eine Lichtleitfaser und/oder ein Lichtleitfaserbündel, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein den Querschnitt des Lichtbündels formendes und die, der Corneawölbung annähernd genau entsprechende Bildfläche des abbildenden Systemes erzeugendes optischer Bauelement (6,11,12,15,17) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als optisches Bauelement — ein Zylinderlinsenarray (6) einem Axikon-Paar (5) folgend angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als optisches Bauelement eine mit einem Ausgangsquerschnitt (10) und einer konkav geöffneten Ajstrittsfläche (11) versehenes Lichtleitfaserbündel (8) und eine sphärische, Astigmatismus aufweisende Linse (12) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als optisches Bauelement ein mit einem Ausgangsquerschnitt (18) und einer konkav gewölbten Austrittsfläche (17) versehener Schichtwellenleiter (14) und eine sphärische Linse (12) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als optisches Bauelement ein Lichtleitfaserbündel, bei dem das Endstück (15) jeder einzelnen Lichtleitfaser definiert geformt und getapert ist und eine Linse (12) vorgesehen ist.