WO2021069220A1 - Anordnung zur oct-gestützten laser-vitreolyse - Google Patents

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Mark Bischoff
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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for the OCT-assisted laser treatment of vitreous opacities.
  • the vitreous body consists of a mostly clear, gel-like substance located in the interior of the eye between the lens and the retina. At a young age, the vitreous is completely transparent and has contact with the retina. In the course of life, the vitreous liquefies and increasingly separates from the retina, which is referred to as posterior vitreous detachment. This is a normal aging process that usually happens after the age of 50.
  • the detached vitreous parts collapse inside the eye and the structural substances and densities of the vitreous are visible to the patient. Since they can also move across the field of view, they are also referred to as floaters. Often the cause of floaters after detachment of the vitreous body is also membrane-like structures on the posterior side of the vitreous body, in some cases even blood residues if retinal injuries occurred during the detachment of the vitreous body. In rare cases, floaters can also be present as crystal-like precipitates in the vitreous body, even if there are metabolic problems.
  • opacities are perceived and disturb the eyesight. Floaters that are thrown into and out of the central viewing area as a result of reading movements can be particularly disturbing. Because they often have the shape of a "flying mosquito", they are described - from French - with the technical term "Mouches-Volantes". However, the opacities can also have other forms, e.g. B. be branch, ring or star-shaped or as point clouds. In the following, the term “floater” is used for the vitreous opacities to be treated, regardless of its type or shape.
  • Floaters generally do not go away without treatment because the immune system does not recognize them as abnormal and therefore does not degrade. They can hardly be ignored or overlooked by those affected. Certain types of floaters, such as those caused by blood residues after retinal bleeding, are partially absorbed by the body, even if this often takes weeks or months.
  • vitrectomy In a so-called vitrectomy, after opening the eye with cutting instruments, the vitreous body is partially or completely shredded, suctioned off and removed. Such an operation is routinely carried out in the event of retinal detachment or peeling of epiretinal membranes, but is usually viewed as a disproportionate therapy to remove the circumscribed vitreous opacities.
  • vitrectomy is invasive, it requires hospitalization and carries the risks associated with surgical intervention, in particular often the induction of a cataract, less often a detachment of the retina and very rarely, but possible, endophthalmitis.
  • Laser vitreolysis is a gentle, low-risk and painless laser treatment with which vitreous opacities can be vaporized or atomized without opening the eye.
  • laser vitreolysis short laser light pulses are directed onto the vitreous opacities in order to achieve an optical breakthrough or photodisruption there due to the high laser intensity in the focus area.
  • the floaters and the glass body surrounding them absorb the laser energy and it is formed a cutting or expanding laser plasma, whereby the floaters are va porized and / or comminuted and can thus dissolve.
  • the treatment is painless and there is no risk of infection.
  • Laser vitreolysis is a safe method for the gentle treatment of troublesome glass opacities if it can be ensured that important and sensitive eye structures are not damaged by the laser, such as the capsular bag, the crystal lens or areas of the retina, in particular the macula.
  • Tissue strands can be severed and the tissue compaction, which is responsible for the disturbing shadow, can be eliminated.
  • DE 102011 103 181 A1 describes a device and a method for femtosecond laser surgery on tissue, in particular in the vitreous humor of the eye.
  • the device consists of an ultrashort pulse laser with pulse lengths in the range of approx. 10fs-1ps, in particular approx. 300fs, pulse energies in the range of approx. 5nJ-5pJ, in particular approx. 1 - 2mJ and pulse repetition rates of approx. 10kHz-10 MHz , especially 500 kHz.
  • the laser system comes with a A scanner system coupled, which enables the spatial variation of the focus in three dimensions.
  • the device continues to consist of a navigation system coupled to it.
  • US 2006/195076 A1 describes a system and method for producing incisions in eye tissue at various depths.
  • the system and method focus light, possibly in a pattern, onto different focal points located at different depths within the eye tissue. With a segmented lens, several focal points can be created at the same time.
  • Optimal incisions can be achieved by focusing the light sequentially or simultaneously at different depths, creating an expanded plasma column and a beam with an elongated waist.
  • the techniques described herein can also be used to perform new ophthalmic procedures or improve existing procedures, including dissecting tissue in the posterior pole such as floaters, membranes, and the retina, among other things.
  • US 2014/257257 A1 also describes a system and its method for treating target tissue in the vitreous humor of an eye, comprising a laser unit for generating a laser beam and a detector for generating an image of the target tissue.
  • the system also includes a computer that defines a focal point path for emulsifying the target tissue.
  • a comparator connected to the computer then controls the laser unit to move the focus of the laser beam. This focus point movement is performed in order to treat the target tissue, while deviations of the focus point from the defined focus point path are minimized.
  • US 2015/342782 A1 likewise relates to a system and a method for using a computer-controlled laser system provided in order to carry out a partial vitrectomy of the vitreous body in an eye.
  • an optical channel is surgically defined through the vitreous humor.
  • Vitreous and Suspended deposits (floaters) in the optical channel are then Tartened-on-suck-on-suck-on-suck-on-suck-on.
  • the present invention relates to systems and methods for ophthalmic laser operations.
  • the present invention relates to systems and methods for using pulsed laser beams to remove so-called floaters.
  • US 2018/028354 A1 also describes a method and a system for an ophthalmological intervention on an eye.
  • An image of at least a part of the eye is used to identify undesirable features.
  • Undesirable features in the vitreous cavity are vitreous opacities that impair vision, such as floaters. After the floaters have been identified and localized, they are sighted by a doctor and “shot” manually with laser pulses. The laser energy vaporizes at least part of a vitreous opacity. This process is repeated until the opacity of the vitreous is eliminated. The entire process is repeated for each opacity of the vitreous, until the liquid in the vitreous is considered sufficiently clear.
  • a method described by ELLEX provides for the use of a pulsed nanosecond laser (YAG) to break down vitreous opacity or to completely eliminate it by converting it into gas.
  • the target area floater
  • the target area is sighted with a pilot laser beam and then “shot” with one or more therapy laser pulses. Both the pilot laser beam and the therapy laser pulses are triggered manually by the user.
  • a manual laser treatment typically consists of two individual treatments, each lasting 20-60 minutes.
  • the use of laser energy in the context of laser vitreolysis is not in vasive and avoids the disadvantages of surgical interventions, but is also associated with disadvantages and risks.
  • the application of laser energy can also result in additional movement of the opacities of the vitreous humor, which makes the treatment even more difficult.
  • the doctor realigns the laser after each application of laser energy. This can take a long time. Treatment with laser energy is therefore expensive and burdensome for both the patient and the doctor.
  • a laser treatment in the vitreous body can lead to changes in the balance of forces in the vitreous body, as a result of which the shock waves spread and thereby cause tension in the retina, for example.
  • the laser radiation can damage the retina, the lens of the eye or the macula.
  • the present invention is based on the object of developing a solution for the OCT-supported laser treatment of opacities of the vitreous body, which eliminates the disadvantages of the known technical solutions. With the solution, a simpler, faster and, above all, safer treatment of troublesome glass opacities through laser vitreolysis should be possible. In addition, the solution should be easy to implement and economically inexpensive.
  • This object is achieved with the proposed arrangement for OCT-supported laser vitreolysis, consisting of an OCT system, a laser system with a deflection unit, optical elements for coupling the OCT and laser system, a display unit and a central control and operating unit, that the OCT system is designed to localize the floaters, that the laser system is designed to destroy the floaters by means of laser pulses, that the central control and operating unit is designed to determine the coordinates of the localized floaters, to align the deflection unit of the laser system accordingly and focus and activate the laser system.
  • Advantageous refinements relate mainly to the central control and operating unit, which is designed in particular to determine not only the coordinates of the localized floaters but also their distance from structures of the eye and to derive exclusion criteria for the treatment.
  • the central control and operating unit is advantageously able to determine changes in the structure of the eye closest to the localized floater during the treatment and to derive termination criteria for the treatment.
  • the central control and operating unit is designed, taking into account the derived exclusion criteria for the treatment and the generated or selected application-specific radiation patterns automatically within a time of ⁇ 20 ms, preferably ⁇ 10 ms, particularly preferably ⁇ 5 ms Trigger laser treatment.
  • the present invention relates to an arrangement which is intended for gentle, low-risk and painless laser treatment of opacities of the vitreous body.
  • a partially or fully automated therapy device is proposed in which an OCT system is used for navigation in order to localize the floaters in the course of the treatment and thereby support the treatment.
  • Figure 1 the symbolic representation of a slit lamp in which the fiction, contemporary arrangement for OCT-supported laser vitreolysis is integrated.
  • the inventive arrangement for OCT-based laser vitreolysis consists of an OCT system, a laser system with a deflection unit, optical elements for coupling the OCT and laser system, a display unit and a central control and operating unit, the OCT system being designed the floater is to be localized, the laser system is designed to destroy the floater by means of laser pulses and the central control and operating unit is designed to determine not only the coordinates of the localized floaters but also their distance to structures of the eye, derive exclusion criteria for the treatment, align the deflection unit of the laser system to these coordinates and focus and activate the laser system.
  • the laser system preferably has a motorized deflection unit for automated beam deflection (scanning) in up to three dimensions.
  • a programmed focus shift between the target position and the localized floater is preferably taken into account.
  • an anterior position to the floater is preferred and set in the user settings of the central control and operating unit.
  • the coordinates of the localized floaters and their distance from structures of the eye are determined from the OCT recordings by the central control and operating unit.
  • the vitreoretinal interfaces are recorded by means of OCT images, preferably over a field of view angle of more than 45 ° or more than 120 °.
  • the specific distances between the localized floaters and structures of the eye are used to derive exclusion criteria for laser processing, namely when the distance between the localized floaters to the retina, fovea, lens, etc. is too small, so that laser treatment can result in bleeding, retinal lesions or even a retinal tear.
  • Processing and restricted zones can also be determined from the coordinates of the localized floaters.
  • these serve to implement an automated optimization of the positioning of the processing laser focus.
  • processing is only permitted if the processing laser focus is outside the restricted zone.
  • a distance of ⁇ 1 5mm is sufficient as a restricted zone with regard to the expected optical and acoustic wave exposure
  • a distance of ⁇ 2 - 3mm is to be used for sensitive areas of the eye.
  • the user can be warned (acoustically and / or optically) when the processing laser focus approaches the exclusion zone.
  • vitreous opacities There are different forms of vitreous opacities, which can be treated differently well.
  • the so-called white ring floaters are relatively large, fibrous ring-shaped floaters that are usually located a safe distance from the lens and retina of the eye. As a result, these floaters can be safely and effectively treated with laser vitreolysis.
  • Floaters in the form of fiber-like strands are common in younger people and are perceived as a collection of dots or as thread-like tissue. Depending on the size and position, these floaters can also be treated with laser vitreolysis. In contrast, diffuse (cloud-like) floaters are the result of natural aging. This type of floater can also be treated with laser vitreolysis, but several treatments are often necessary to achieve a satisfactory result.
  • the central control and operating unit is also designed to determine the type and / or geometry of the floater in addition to the coordinates and to generate or select application-specific radiation patterns for the laser system.
  • Such floater types can be, for example, white rings that form on the optic nerve head as a result of vitreous detachment, membranes that form at posterior interfaces of the vitreous body after detachment from the retina, clouds of crystal-like floaters as a result of metabolic problems or coagulated blood after retinal bleeding.
  • the type of floater can be determined by the OCT signal strength distribution, absorption (for example by determining an increased reduction in the signals of posterior structures behind a blood clot), the size and shape, position (for example proximity to the optic nerve head), mobility or even the reaction to Laser processing take place.
  • the central control and operating unit is also designed to determine changes in the structure of the eye closest to the localized floater during the treatment and to derive termination criteria for the treatment.
  • This closest structure can be, for example, the capsular bag or also the vitreoretinal interface.
  • a decision to terminate or continue the treatment is derived by detecting the change in geometric relationships at the vitreoretinal interface.
  • Preferred criteria for this are:
  • the detection of the positions of the floaters in relation to the sensitive structures of the eye from the OCT recordings is particularly preferably carried out automatically.
  • the distance between the posterior capsular bag and retinal structures is determined by means of the OCT system and used to decide which is the closer sensitive structure that is to be followed by means of OCT.
  • OCT is used to track whether the treatment can be continued or whether it has to be discontinued.
  • the aim is in particular to prevent the mechanical Tension conditions at the vitreoretinal interface develop unfavorably and later retinal lesions or even a retinal tear become more likely.
  • the central control and operating unit is also designed to automatically trigger the laser within the treatment, taking into account the derived exclusion criteria for the treatment and the application-specific radiation patterns that are generated or to be selected.
  • the processing laser is triggered according to the invention within a time period of ⁇ 50 ms, better ⁇ 20 ms, preferably ⁇ 10 ms, particularly preferably ⁇ 5 ms after a floater is superimposed with the Laser focus.
  • the optical elements for coupling the OCT and laser systems are based on dichroic or polarization-sensitive components or use a geometric combination (pupil division).
  • Mirrors introduced into the beam path at very short notice are not preferred, but are possible in order to enable very rapid switching between the processing laser and the OCT beam, for example by means of a rapidly rotating mirror with transmission windows.
  • the beam cross-sections of the OCT and laser are preferably selected before the superposition in such a way that the numerical aperture of the OCT beam in the eye is smaller than that of the processing laser.
  • One advantage of this setting is that the signal strengths in the OCT signal change less strongly with axial focus positions than with other configurations of the numerical aperture
  • the coupling by means of dichroic, optical components is preferably carried out by means of a notch filter, which transmits the processing laser and reflects the OCT beam.
  • a notch filter which transmits the processing laser and reflects the OCT beam.
  • Eyepieces and / or a display are used as the display unit.
  • the OCT system, the laser system with deflection unit, the optical elements for coupling the OCT and laser system, the display unit and the central control and operating unit are integrated in a slit lamp.
  • FIG. 1 shows the symbolic representation of a slit lamp into which the arrangement according to the invention for OCT-supported laser vitreolysis is integrated.
  • the OCT system 2 the laser system 3 with deflection unit, the dichroic optical element 4 for coupling the OCT and laser system, a display 5 and a central control and operating unit 6 are also integrated into the slit lamp 1 (only shown as a box).
  • the slit lamp 1 is arranged on a base unit 7 and can be positio ned via a joystick 8 with respect to the eye 9, along the z-axis.
  • a localized floater 11 and the laser focus 12 are shown in the eye 9, in addition to the eye lens 10, a localized floater 11 and the laser focus 12 are shown. Since in the present case the retina is the structure of the eye 9 closest to the localized floater 11, this area (identified by position number 13) is examined more closely by means of OCT during the treatment.
  • the display 5 can also display application-specific irradiation patterns, exclusion criteria or termination criteria for the treatment, or also defined processing and restricted zones, for example.
  • the proposed arrangement provides for the use of an OCT system which is based on a spectral domain or time domain or also a swept source method.
  • An OCT holoscopy system without a scanning system is also advantageous and provided for this use in order to have a dynamic position control of the laser beam focus in the vitreous available without delays.
  • the system preferably has z-tracking of the retina or capsular bag depending on which structure of the eye is closer to the localized floater.
  • a focal wavelength in the range of 1000-1070nm, in particular 1050nm or 1060nm, and scan rates of 1kHz to 100MHz (e.g. by means of a Fourier domain mode locked laser (FDML) or VCSEL laser) is preferred.
  • the system is combined with a YAG laser, notch layer system filter and covers the entire eye with its scanning depth.
  • the axial resolution of the SS-OCT is preferably selected so that it corresponds to the Rayleigh length of the processing laser or is greater than twice to three times the Rayleigh length. A higher axial resolution is possible, but hardly allows a better floater treatment.
  • a time domain system with a scanning reference arm can also be used.
  • the preferred parameters correspond to those with SD-OCT.
  • the A scan rates are in the range of a few kHz, in particular 2 to 4 kHz.
  • the respective path shares in the air and eye must be taken into account and a corresponding position determination correction and, if necessary, a group speed dispersion correction may be necessary.
  • the systems according to the invention have a sensitivity of 85dB, preferably at least 90dB, in at least part of the A-scan.
  • the A-scans have at least a sensitivity of 90dB and more preferably sensitivities of more than 100dB over the entire scan depth. From approx. 90 dB, the normal scattering on the glass body and also on the crystal lens can be detected even in areas without floaters, thus allowing the differentiation of lens and glass body structures from fluid-filled pockets or eye areas.
  • the OCT system can be designed as a one-, two- or three-dimensional scanning system, the functionality of the arrangement according to the invention varying as a function of the scan mode.
  • One-dimensional OCT scans can be used to determine the position of the floater in the eye (coordinate system of the patient's eye) and to calculate its distance from the retina or other interfaces. They thus serve as navigation support and increase safety when handling the floaters manually.
  • a distance display for the user is possible through the implementation of a machining zone in which machining is only permitted.
  • the treatment laser is activated outside the processing zone, ie in a restricted zone, the user is warned and / or the delivery of therapeutic radiation is blocked
  • B-scans two-dimensional OCT scans
  • the approach to sensitive structures can also be recognized and displayed.
  • automatic tracking of a floater which has been identified as such by the user, is possible with a pilot laser beam.
  • the processing laser is activated by the user, who maintains visual control and the final decision.
  • time-domain OCT scans can also be carried out with a constant reference arm length, i.e. at a constant sample depth (C-scans).
  • the OCT system has a sensitivity of 90 dB, at least in part of the A-scan.
  • the proposed arrangement provides for the use of a laser system based on a ps to ns YAG laser, a ps or an fs laser.
  • a pulse duration of 1-5 ns is preferred according to the invention for a YAG laser, this is between 1 and 1000ps for a ps laser and between 50 and 10OOfs for an fs laser.
  • YAG lasers such as the Nd: YAG laser at 1064nm, 946nm, 1320nm wavelengths
  • similar lasers such as the Nd: YLF 1047 to 1053nm and other similar parameters as with the YAG laser can also be used.
  • the use of frequency-doubled lasers are possible in principle, although the unfavorable increased absorption by blood, especially in vessels, is to be observed.
  • the laser system has, in addition to a treatment beam, at least one pilot beam for checking the correspondence of the treatment beam focus and the target area.
  • Laser diodes in the VIS are suitable for this, for example in the red spectral range.
  • the pilot beam can be continuous or quasi-continuous.
  • a pilot beam in the visible or infrared spectral range can be used in order to have its scattered radiation generated on the floater detected by the detection system and display it.
  • the simultaneous detection of the scattered light of the pilot beam of the laser system and possibly also of the processing pulse directly within the detection of the OCT system is particularly advantageous in order to register both systems with precise location without further measures.
  • the difference between the wavelengths of the OCT and laser system is less than 50 nm, preferably less than 5 nm, so that common beam guiding and focusing elements can be used in the therapy device, but also the refraction of the light from both systems into the eye in due to the refraction of the cornea and the lens does not change significantly among each other.
  • the arrangement additionally has a tracking unit for tracking the irradiation pattern in order to display the tracking of the irradiation pattern in the eyepieces and / or on the display.
  • a tracking unit for tracking the irradiation pattern in order to display the tracking of the irradiation pattern in the eyepieces and / or on the display.
  • the galvo mirror for example, can then be controlled from the central control and operating unit and dynamic focusing can be implemented.
  • the automatic tracking after image recognition for determining the coordinates of a recognized floater can take place in such a way that feedback to the user is reflected either in the display or in the eyepiece or by means of a target beam.
  • the arrangement has an additional fixation mark for the patient in order to achieve a favorable or known positioning of the patient's eye.
  • a fixation mark offers the patient the option of editing during conscious or unconscious eye movements. This can also be necessary, for example, in order to bring floaters into the area accessible for processing in the first place.
  • a moving target mark can cause the patient to move the eye to move floaters in or out of an area.
  • the degree of subjective disturbance by a floater can be checked by moving the floater into the central viewing area (e.g. in front of the macula), but then moving it into an area that is less critical for laser treatment, for example in front of the retinal periphery there is laser therapy.
  • an additional vacuum contact glass for additional fixation of the eye.
  • An optional vacuum supply and a coupling to the therapy laser are provided during the treatment. This is particularly advantageous for high-precision laser treatment of floaters using fs lasers with focus diameters below 20pm, 10pm or even 5pm.
  • a vacuum contact glass can also be used to stabilize the YAG laser treatment Be beneficial to the eye.
  • adaptive optics such as deformable mirrors or liquid crystal SLMs
  • dynamic tracking identification of selected and unselected floaters for applying the selection criteria can also be implemented in the case of moving floaters.
  • the solution according to the invention provides an arrangement for the OCT-supported laser treatment of opacities of the vitreous body which eliminates the disadvantages of the known technical solutions.
  • the present invention relates to an arrangement which is provided for the gentle, low-risk and low-pain laser treatment of opacities of the vitreous body.
  • a partially or fully automated therapy device is proposed in which an OCT system is used for navigation in order to localize the floaters in the course of the treatment and thereby support the treatment.
  • the proposed arrangements also enable the safe treatment of position-changeable and difficult to recognize, largely transparent floaters, which no longer has to be carried out manually and a lengthy positioning of the processing laser beam by means of a visible (dazzling) aiming laser beam is no longer absolutely necessary.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur OCT-gestützten Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen. Erfindungsgemäß besteht die Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse besteht aus einem OCT-System, einem Lasersystem mit Ablenkeinheit, optischen Elementen zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, einer Anzeigeeinheit und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit, wobei das OCT-System ausgebildet ist die Floater zu lokalisieren, das Lasersystem ausgebildet ist die Floater mittels Laserpulsen zu zerstören und die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, neben den Koordinaten der lokalisierten Floater auch deren Abstand zu Strukturen des Auges zu bestimmen, Ausschlusskriterien für die Behandlung abzuleiten, die Ablenkeinheit des Lasersystem auf diese Koordinaten auszurichten und das Lasersystem zu fokussieren und zu aktivieren. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur schonenden, risikoarmen und schmerzfreien Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen, die insbesondere eine teilweise oder vollständig automatisierte Therapie erlaubt.

Description

Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur OCT-gestützten Laserbe handlung von Glaskörpertrübungen.
Der Glaskörper besteht aus einer meist klaren, gelartigen Substanz im Augenin neren zwischen der Linse und der Netzhaut. In jungen Jahren ist der Glaskör per vollkommen durchsichtig und hat Kontakt zur Netzhaut. Im Laufe des Le bens verflüssigt sich der Glaskörper und löst sich zunehmend von der Netzhaut ab, was als hintere Glaskörperabhebung bezeichnet wird. Dies ist ein normaler Alterungsprozess, der sich üblicherweise nach dem 50. Lebensjahr abspielt.
Die abgelösten Glaskörperanteile fallen im Inneren des Auges zusammen und die Gerüstsubstanzen und Verdichtungen des Glaskörpers werden für die Pati enten sichtbar. Da sie sich auch über das Gesichtsfeld bewegen können wer den sie auch als Floater bezeichnet. Oft liegen als Ursache von Floatern nach der Ablösung des Glaskörpers auch membranartige Strukturen an der posterio ren Seite des Glaskörpers vor, z.T. sogar Blutreste, falls es bei der Glaskör perablösung zu Netzhautverletzungen kam. In selteneren Fällen können Floater auch bei Stoffwechselproblemen als kristallartige Ausfällungen im Glaskörper vorliegen.
Auch wenn Floater meistens keine krankhafte Ursache haben, sind sie nicht so harmlos wie allgemein angenommen, weil sie die Lebensqualität und auch Ar beitsproduktivität der Betroffenen teilweise erheblich beeinträchtigen können.
Besonders gegen einen hellen Hintergrund, z. B. beim Arbeiten am Computer, beim Lesen oder beim Blick gegen den blauen Himmel oder Schnee werden diese Trübungen wahrgenommen und stören das Sehvermögen. Besonders störend können Floater sein, die beim Lesen infolge der Lesebewegungen in den zentralen Sichtbereich hinein und hinaus geschleudert werden. Weil sie oft die Form einer „fliegende Mücke“ haben, werden sie - aus dem Französischen - mit dem Fachausdruck „Mouches-Volantes“ beschrieben. Die Trübungen können aber auch andere Formen haben, z. B. ast-, ring- oder sternförmig sein oder auch als Punktwolken vorliegen. Im Folgenden wird für die zu behandelnden Glaskörpertrübungen, unabhängig von dessen Art bzw. Form der Begriff „Floater“ verwendet.
Floater verschwinden i.A. nicht ohne Behandlung, weil das Immunsystem sie nicht als abnormal erkennt und daher nicht abbaut. Von den Betroffenen lassen sie sich kaum ignorieren oder übersehen. Bestimmte Floater-Typen, wie dieje nige durch Blutreste nach Netzhautblutungen, werden z.T. vom Körper resor biert, auch wenn dies oft Wochen oder Monate benötigt.
Bei einer sogenannten Vitrektomie wird nach Eröffnung des Auges mit Schneid instrumenten der Glaskörperteilweise (Kernvitrektomie) oder vollständig zer kleinert, abgesaugt und entfernt. Ein derartiger Eingriff wird routinemäßig bei Netzhautablösungen oder Peeling epiretinaler Membranen durchgeführt, wird allerdings zur Beseitigung der umschriebenen Glaskörpertrübungen meist als unverhältnismäßige Therapie angesehen. Zudem ist die Vitrektomie invasiv, er fordern einen Klinikaufenthalt und birgt die mit einem chirurgischen Eingriff ver bundenen Risiken, insbesondere häufig die Induzierung einer Katarakt, seltener einer Netzhautablösung und sehr selten, aber möglich einer Endophthalmitis.
Mit der sogenannten Laser-Vitreolyse bietet sich jetzt eine risikoarme Behand lungsalternative an. Die Laser-Vitreolyse ist eine schonende, risikoarme und schmerzfreie Laserbehandlung, mit der Glaskörpertrübungen vaporisiert oder zerstäubt werden können, ohne das Auge zu eröffnen.
Bei der Laser-Vitreolyse werden kurze Laserlichtpulse auf die Glaskörpertrü bungen gerichtet, um dort auf Grund der hohen Laserintensität im Fokusbereich einen optischen Durchbruch bzw. eine Photodisruption zu erzielen. Die Floater und der sie umgebende Glaskörper nehmen die Laserenergie auf, es bildet sich ein schneidendes oder expandierendes Laserplasma, wodurch die Floater va porisiert und/oder zerkleinert werden und sich dadurch auflösen können. Die Behandlung ist schmerzarm und ohne Infektionsrisiko. Mit der Laser-Vitreolyse steht ein sicheres Verfahren zur schonenden Behandlung von störenden Glas körpertrübungen zur Verfügung, wenn sichergestellt werden kann, dass wich tige und empfindliche Augenstrukturen nicht durch den Laser geschädigt wer den, wie z.B. der Kapselsack, die Kristalllinse oder Netzhautbereiche, insbeson dere die Macula.
Allerdings ist der Erfolg der Behandlung von der Art der Floater abhängig. Be sonders erfolgreich ist die Behandlung bei sogenannten Weiß-Ringen. Gewebe stränge lassen sich durchtrennen und die Gewebsverdichtungen, die für die stö renden Schatten verantwortlich sind, können beseitigt werden.
Bereits seit über 3 Jahrzehnten werden Floater mit YAG Lasern behandelt (Brasse, K., Schmitz-Valckenberg, S., Jünemann, A. et al. Ophthalmologe (2019) 116: 73. https://doi.Org/10.1007/500347-018-0782-1 ). Aber selbst m it den bisherigen High End Geräten kann nur der vorderste Bereich des Glaskör pers mit Präzision und Zielsicherheit behandelt werden. Im tieferen Glaskörper bereich sind diese Laser nicht präzise genug. Aber gerade dort liegen die meis ten Glaskörpertrübungen, da sie ja oft das Resultat posteriorer Glaskörperablö sungen sind.
Nach dem bekannten Stand der Technik existieren bereits zahlreiche Lösungen zur Laserchirurgie von Gewebe des Auges, insbesondere im Glaskörper.
So beschreibt die DE 102011 103 181 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Femtosekunden-Laserchirurgie von Gewebe, insbesondere im Glaskörper des Auges. Die Vorrichtung besteht aus einem Ultrakurzpulslaser mit Pulslän gen im Bereich von ca. 10fs-1ps, insbesondere ca. 300fs, Pulsenergien im Be reich von ca. 5nJ-5pJ, insbesondere ca. 1 — 2m J und Pulsrepetitionsraten von ca. 10kHz-10 MHz, insbesondere 500 kHz. Das Lasersystem ist mit einem Scanner-System gekoppelt, welches die räumliche Variation des Fokus in drei Dimensionen ermöglicht. Die Vorrichtung besteht neben diesem therapeuti schen Laser-Scanner-Optik-System weiterhin aus einem damit gekoppelten Na vigationssystem.
Die US 2006/195076 A1 beschreibt System und Verfahren zur Herstellung von Einschnitten in Augengewebe in verschiedenen Tiefen. Das System und das Verfahren fokussieren Licht, möglicherweise in einem Muster, auf verschiedene Brennpunkte, die sich in verschiedenen Tiefen innerhalb des Augengewebes befinden. Mit einer segmentierten Linse können mehrere Brennpunkte gleich zeitig erstellt werden. Optimale Einschnitte können erzielt werden, indem das Licht nacheinander oder gleichzeitig in verschiedenen Tiefen fokussiert wird, eine erweiterte Plasmasäule und ein Strahl mit einer verlängerten Taille erzeugt werden. Die hier beschriebenen Techniken können unter anderem auch ver wendet werden, um neue ophthalmologische Verfahren durchzuführen oder be stehende Verfahren zu verbessern, einschließlich Dissektion von Gewebe im posterioren Pol, wie beispielsweise Floater, Membranen und die Retina.
Auch die US 2014/257257 A1 beschreibt ein System und sein Verfahren zum Behandeln von Zielgewebe im Glaskörper eines Auges, umfassend eine La sereinheit zum Erzeugen eines Laserstrahls und einen Detektor zum Erzeugen eines Bildes des Zielgewebes. Das System enthält auch einen Computer, der einen Brennfleckpfad zum Emulgieren des Zielgewebes definiert. Ein Kompara tor, der mit dem Computer verbunden ist, steuert dann die Lasereinheit, um den Brennpunkt des Laserstrahls zu bewegen. Diese Fokuspunktbewegung wird durchgeführt, um das Zielgewebe zu behandeln, während Abweichungen des Fokuspunkts vom definierten Fokuspunktpfad minimiert werden.
Die US 2015/342782 A1 betrifft ebenfalls ein System und ein Verfahren zur Ver wendung eines computergesteuerten Lasersystems bereitgestellt, um eine par tielle Vitrektomie des Glaskörpers in einem Auge durchzuführen. Operativ wird zunächst ein optischer Kanal durch den Glaskörper definiert. Glasartige und suspendierte Ablagerungen (Floater) im optischen Kanal werden dann abgetra gen und in einigen Fällen aus dem optischen Kanal entfernt (z. B. abgesaugt).
In einigen Fällen kann eine klare Flüssigkeit in den optischen Kanal eingeführt werden, um das abgetragene Material zu ersetzen und dadurch eine ungehin derte Transparenz im optischen Kanal herzustellen. Allgemein betrifft die vorlie gende Erfindung Systeme und Verfahren für ophthalmologische Laseroperatio nen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zum Verwenden gepulster Laserstrahlen zum Entfernen sogenannter Floater.
Die US 2018/028354 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren und ein System für einen ophthalmologischen Eingriff an einem Auge. Anhand eines Bildes von mindestens einem Teil des Auges werden unerwünschte Merkmale identifiziert. Als unerwünschte Merkmale in der Glaskörperhöhle gelten glasige Trübungen, die die Sicht beeinträchtigen, wie beispielsweise Floater. Nach dem Identifizie ren und Lokalisieren der Floater werden diese von einem Arzt anvisiert und ma nuell mit Laserpulsen „beschossen“. Die Laserenergie verdampft zumindest ei nen Teil einer glasartigen Opazität. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Trü bung des Glaskörpers beseitigt ist. Der gesamte Vorgang wird für jede Trübung des Glaskörpers wiederholt, bis die Flüssigkeit des Glaskörpers als ausreichend klar erachtet wird.
Ein von der Firma ELLEX beschriebenes Verfahren (Produkt-Broschüre der Firma Ellex Medical Pty Ltd.; „Tango Reflex - Laser Floater Treatment“; PB0025B; 2018; (http://www.ellex.com)) sieht die Nutzung eines gepulsten Nanosekundenlasers (YAG) vor, um Glaskörpertrübungen zu zerlegen oder durch Umwandlung in Gas vollständig zu beseitigen. Mit einem Pilot-Laserstrahl wird das Zielgebiet (Floater) anvisiert und danach mit ein oder mehrere Therapielaserpulsen „beschossen“. Dabei werden sowohl der Pilot-Laserstrahl aus auch die Therapielaserpulse vom Anwender manuell ausgelöst. Eine derartige manuelle Laser-Behandlung besteht typischerweise aus zwei, jeweils 20-60 Minuten dauernden Einzelbehandlungen. Die Verwendung von Laserenergie im Rahmen einer Laser-Vitreolyse ist nicht in vasiv und vermeidet die Nachteile chirurgischer Eingriffe, ist jedoch auch mit Nachteilen bzw. Risiken verbunden.
So kann das Zielen des Lasers schwierig sein. Da der Arzt den Glaskörper ent lang des Strahlengangs betrachtet, kann es schwierig sein, die Tiefe der Position der Netzhaut, die Tiefe der Trübung des Glaskörpers oder andere relevante Merk male zu bestimmen. Infolgedessen besteht die Gefahr, dass die Trübung des Glaskörpers verfehlt und/oder das Auge verletzt wird.
Insbesondere erweist sich die Behandlung positionsveränderlicher und schwer er kennbarer, weitgehend transparenter Floater, die als Phasenobjekte trotzdem stö rende Schatten auf der Netzhaut erzeugen können, als schwierig.
Die Anwendung von Laserenergie kann auch zu einer zusätzlichen Bewegung der Trübungen des Glaskörpers führen, was die Behandlung noch mehr erschwert. Somit richtet der Arzt den Laser nach jeder Anwendung von Laserenergie neu aus. Dies kann viel Zeit in Anspruch nehmen. Daher ist eine Behandlung mit La serenergie aufwändig und sowohl für den Patienten als auch für den Arzt belas tend.
Ein weiteres mögliches Problem sind unvollständige Glaskörperabhebungen, die zu lokalen Vitreotraktionen bis hin zu Netzhautablösungen führen können. Eine Laserbehandlung im Glaskörper kann, durch die sich in dessen Folge ausbreiten den Schockwellen zu Veränderungen der Kräfteverhältnisse im Glaskörper führen und dadurch beispielsweise Spannungen an der Netzhaut verursachen.
Letztendlich erweist sich auch die Behandlung von solchen Floatern als beson ders schwierig, die sich nahe an empfindlichen Strukturen des Auges befinden.
Die Laserstrahlung kann hier zu Schädigungen von Netzhaut, Augenlinse oder Macula führen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zur OCT- gestützten Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen zu entwickeln, die die Nachteile der bekannten technischen Lösungen behebt. Mit der Lösung soll eine einfachere, schnellere und vor allem sicherere Behandlung störender Glas körpertrübungen durch Laser-Vitreolyse möglich sein. Zudem soll die Lösung leicht zu implementieren und wirtschaftlich kostengünstig sein.
Diese Aufgabe wird mit der vorgeschlagenen Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse, bestehend aus einem OCT-System, einem Lasersystem mit Ablenkeinheit, optischen Elementen zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, einer Anzeigeeinheit und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit, dadurch gelöst, dass das OCT-System ausgebildet ist die Floater zu lokalisieren, dass das Lasersystem ausgebildet ist die Floater mittels Laserpulsen zu zerstören, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, die Koordinaten der lokalisierten Floater zu bestimmen, die Ablenkeinheit des Lasersystem entspre chend auszurichten und das Lasersystem zu fokussieren und zu aktivieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen An sprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen beziehen sich hauptsächlich auf die zentrale Steuer- und Bedieneinheit, die insbesondere ausgebildet ist, neben den Koordi naten der lokalisierten Floater auch deren Abstand zu Strukturen des Auges zu bestimmen und Ausschlusskriterien für die Behandlung abzuleiten.
So kann sie weiter ausgebildet sein, neben den Koordinaten auch den Typ und/oder die Geometrie der Floater zu bestimmen und daraus anwendungsspe zifische Bestrahlungsmuster für das Lasersystem zu generieren bzw. auszusu chen. Vorteilhaft ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit in der Lage, Veränderun gen der dem lokalisierten Floater nächstliegenden Struktur des Auges während der Behandlung festzustellen und Abbruchkriterien für die Behandlung abzulei ten.
Einerweiteren Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedien einheit ausgebildet, unter Berücksichtigung der abgeleiteten Ausschlusskriterien für die Behandlung sowie der generierten bzw. ausgesuchten anwendungsspe zifischen Bestrahlungsmuster automatisch innerhalb einer Zeit von < 20ms, be vorzugt < 10 ms, besonders bevorzugt < 5 ms die Laserbehandlung auszulö sen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die zur schonenden, risikoar men und schmerzfreien Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen vorgesehen ist. Es wird ein teilweise oder vollständig automatisiertes Therapiegerät (System) vorgeschlagen, bei dem ein OCT-System zur Navigation genutzt wird, um die Floater im Zuge der Behandlung zu lokalisieren und die Behandlung dadurch zu unterstützen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher be schrieben. Dazu zeigen
Figur 1 : die symbolische Darstellung einer Spaltlampe, in die die erfindungs gemäße Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse integriert ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse besteht aus einem OCT-System, einem Lasersystem mit Ablenkeinheit, optischen Ele menten zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, einer Anzeigeeinheit und ei ner zentralen Steuer- und Bedieneinheit, wobei das OCT-System ausgebildet ist die Floater zu lokalisieren, das Lasersystem ausgebildet ist die Floater mit tels Laserpulsen zu zerstören und die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, neben den Koordinaten der lokalisierten Floater auch deren Ab stand zu Strukturen des Auges zu bestimmen, Ausschlusskriterien für die Be handlung abzuleiten, die Ablenkeinheit des Lasersystem auf diese Koordinaten auszurichten und das Lasersystem zu fokussieren und zu aktivieren. Vorzugs weise verfügt das Lasersystem über eine motorische Ablenkeinheit zur automa tisierten Strahlablenkung (Scanning) in bis zu drei Dimensionen.
Beim Fokussieren das Lasersystems wird vorzugsweise eine programmierte Fo kusverschiebung zwischen Zielposition und dem lokalisierten Floater berücksich tigt.
Um die vom Laserstrahl erzeugte Schalldruckwelle mit auszunutzen wird eine an teriore Position zum Floater bevorzugt und in den Anwendersettings der zentralen Steuer- und Bedieneinheit eingestellt.
Erfindungsgemäß werden von der zentralen Steuer- und Bedieneinheit aus den OCT-Aufnahmen die Koordinaten der lokalisierten Floater und deren Abstand zu Strukturen des Auges bestimmt. Dazu werden die vitreoretinalen Grenzflä chen, bevorzugt über einen Gesichtsfeldwinkel von über 45° oder über 120°, mittels OCT-Aufnahmen aufgenommen.
Dies dient vorrangig dazu, um vor einer Glaskörperbehandlung (insbesondere Floater-Laserbehandlung oder auch Vitrektomie) festzustellen, ob sich hinsicht lich der Behandlung möglicherweise problematische Regionen ergeben, weil die detektierten Floater zu dicht an empfindlichen Strukturen des Auges liegen. Auf Basis dieser Aufnahmen und anderer Informationen (Ausschlusskriterien) wird zunächst eine Entscheidung für oder gegen eine Behandlung getroffen.
Von der zentralen Steuer- und Bedieneinheit dienen die bestimmten Abstände der lokalisierten Floater zu Strukturen des Auges dazu, Ausschlusskriterien für die La serbearbeitung abzuleiten und zwar, wenn der Abstand der lokalisierten Floater zur Netzhaut, Fovea, Linse o. ä. zu gering ist, so dass eine Laserbehandlung Blu tungen, retinale Läsionen oder gar einen Netzhautabriss zur Folge haben kann.
Aus den Koordinaten der lokalisierten Floater können weiterhin Bearbeitungs- und Sperrzonen bestimmt werden.
Diese dienen zum einen dazu eine automatisierte Optimierung der Positionierung des Bearbeitungslaserfokus zu realisieren. Zum anderen wird die Bearbeitung nur erlaubt, wenn sich der Bearbeitungslaserfokus außerhalb der Sperrzone befindet.
Während als Sperrzone in Bezug auf die zu erwartende optische und Schallwel lenbelastung ein Abstand <1 5mm ausreicht, ist für sensitive Bereiche des Auges ein Abstand von < 2 - 3mm anzuwenden.
Der Anwender kann (akustisch und/oder optisch) gewarnt werden, wenn sich der Bearbeitungslaserfokus der Sperrzone nähert. Zusätzlich ist es möglich die Annä herung an sensitive Strukturen zu erkennen und anzuzeigen. Es ist aber auch möglich die Laserbearbeitung abzubrechen.
Es gibt verschiedene Formen von Glaskörpertrübungen, die sich auch unter schiedlich gut therapieren lassen.
Die so genannten Weiß-Ring-Floater sind relativ große, faserige ringförmige Floater, die sich üblicherweise in sicherer Entfernung von der Linse und der Netzhaut des Auges befinden. Dadurch können diese Floater sicher und effektiv mit der Laser-Vitreolyse behandelt werden.
Floater in Form faserartiger Stränge kommen häufig bei jüngeren Personen vor und werden als Ansammlung von Punkten oder als fadenartige Gewebe wahr genommen. Abhängig von der Größe und Position können diese Floater auch mit der Laser-Vitreolyse behandelt werden. Im Gegensatz dazu sind diffuse (wolkenartige) Floater die Folge natürlicher Al terung. Diese Art von Floatern kann zwar auch mit der Laser-Vitreolyse behan delt werden, allerdings sind oft mehrere Behandlungen für ein zufriedenstellen des Resultat notwendig.
Einer ersten bevorzugten Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit zusätzlich ausgebildet, neben den Koordinaten auch den Typ und/oder die Geometrie der Floater zu bestimmen und daraus anwendungsspe zifische Bestrahlungsmuster für das Lasersystem zu generieren bzw. auszu wählen.
Solche Floater-Typen können beispielsweise Weiß-Ringe sein, die sich durch Glaskörperablösung am Sehnervenkopf bilden, Membranen, die sich an posteri oren Grenzflächen des Glaskörpers nach Ablösung von der Netzhaut bilden, Wolken kristallartige Floater infolge von Stoffwechselproblemen oder aber auch koaguliertes Blut nach Netzhautblutungen. Die Art der Floater kann über die OCT-Signalstärkenverteilung, Absorption (beispielsweise durch Feststellung ei ner verstärkten Reduktion der Signale posteriorer Strukturen hinter einem Blut gerinnsel), die Größe und Form, Position (beispielsweise Nähe zum Sehnerven kopf), Beweglichkeit oder auch die Reaktion auf Laserbearbeitung erfolgen.
Einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit zusätzlich ausgebildet, Veränderungen der dem lokalisierten Floater nächstliegenden Struktur des Auges während der Behandlung festzu stellen und Abbruchkriterien für die Behandlung abzuleiten. Diese nächstlie- gende Struktur kann beispielsweise der Kapselsack sein oder auch die vitreore- tinale Grenzfläche.
Erfindungsgemäß wird eine Abbruchs- oder Fortführungsentscheidung während der Behandlung durch eine Erfassung der Änderung von geometrischen Verhält nissen an der vitreoretinalen Grenzfläche abgeleitet. Bevorzugt Kriterien dafür sind:
• eine Vergrößerung (oder Überschreitung eines Grenzwertes) einer lokalen Richtungs- oder Krümmungsänderung auf der Retinaoberfläche,
• eine Vergrößerung (oder Überschreitung eines Grenzwertes) des Winkels zwischen Glaskörpergrenzfläche (oder epiretinalen Membran) und der Re tinaoberfläche,
• ein Überschreiten eines Grenzwertes einer relativen Lageänderung inner halb der Retinaschichten (z.B. lokale Verschiebung einer Retinaregion in anteriore Richtung),
• eine Blutung als Abbruchskriterium die während der Behandlung einsetzt,
• eine Kapselsackruptur die während der Behandlung einsetzt, oder
• ein erhöhter Augeninnendruck der während der Behandlung einsetzt.
Besonders bevorzugt erfolgt die Detektion der Positionen der Floater zu den an empfindlichen Strukturen des Auges aus den OCT-Aufnahmen automatisch. Dazu werden mittels des OCT-Systems der Abstand zwischen hinterem Kapselsack und Netzhautstrukturen ermittelt und genutzt, um jeweils zu entscheiden, welche die nähere sensitive Struktur ist, die mittels OCT verfolgt werden soll.
Bei deren Fortführung wird über den Behandlungsverlauf hinweg mittels OCT weiterverfolgt, ob die Behandlung fortgesetzt werden kann oder abgebrochen werden muss.
Durch das Ableiten eines Abbruchskriteriums soll insbesondere verhindert wer den, dass sich durch die Vitreousbearbeitung die mechanischen Spannungsverhältnisse an der vitreoretinalen Grenzfläche ungünstig entwickeln und spätere retinale Läsionen oder gar ein Netzhautabriss wahrscheinlicher werden.
Einer dritten bevorzugten Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit zusätzlich ausgebildet, unter Berücksichtigung der abgeleite ten Ausschlusskriterien für die Behandlung sowie der generierten bzw. auszusu chenden anwendungsspezifischen Bestrahlungsmuster automatisch innerhalb der Behandlung den Laser auszulösen.
Um zu verhindern, dass sich der lokalisierte Floater aus dem Fokusbereich des Bearbeitungslasers bewegt, erfolgt das Auslösen des Bearbeitungslasers erfin dungsgemäß innerhalb einer Zeitdauer von < 50ms, besser < 20ms, bevorzugt < 10 ms, besonders bevorzugt < 5 ms nach Überlagerung eines Floaters mit dem Laserfokus.
Erfindungsgemäß basieren die optischen Elemente zur Kopplung von OCT- und Lasersystem auf dichroitischen oder polarisationssensitiven Komponenten oder nutzen eine geometrische Kombination (Pupillenteilung). Nicht bevorzugt, aber möglich sind sehr kurzfristig in den Strahlengang eingebrachte Spiegel, um ein sehr schnelles Umschalten zwischen Bearbeitungslaser und OCT-Strahl zu er möglichen, beispielsweise mittels eines schnell rotierenden Spiegels mit Trans missionsfenstern. Bevorzugt werden die Strahlquerschnitte von OCT und Laser vor der Überlagerung so gewählt, dass die numerische Apertur des OCT-Strahls im Auge kleiner ist als diejenige des Bearbeitungslasers. Ein Vorteil dieser Einstel lung ist, dass die Signalstärken im OCTSignal bei axialen Fokuslagen sich weni ger stark ändern als bei anderen Konfigurationen der numerischen Apertur
Die Kopplung mittels dichroitischer, optischer Komponenten erfolgt bevorzugt mittels Notch-Filter, der den Bearbeitungslaser transmittiert und den OCT-Strahl reflektiert. Bei einer geometrischen Kombination werden beide Strahlen dicht nebeneinan der geführt, wobei der jeweilige Winkel bei der Abstandsbestimmung zur Fokus position entsprechend berücksichtigt wird.
Als Anzeigeeinheit finden Okulare und/oder ein Display Verwendung.
Einer vierten bevorzugten Ausgestaltung entsprechend, sind das OCT-System, das Lasersystem mit Ablenkeinheit, die optischen Elementen zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, die Anzeigeeinheit und die zentrale Steuer- und Bedien einheit in eine Spaltlampe integriert.
Dies hat den Vorteil, dass der Anwender mit der Spaltlampe den hinteren Teil des Auges betrachten und die Trübungen des Glaskörpers lokalisieren kann.
Hierzu zeigt die Figur 1 die symbolische Darstellung einer Spaltlampe, in die die erfindungsgemäße Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse integriert ist.
In die (nur als Box dargestellte) Spaltlampe 1 sind zusätzlich das OCT-System 2, das Lasersystem 3 mit Ablenkeinheit, das dichroitische optische Element 4 zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, ein Anzeigedisplay 5 und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit 6 integriert.
Bekanntermaßen ist die Spaltlampe 1 auf einer Grundeinheit 7 angeordnet und kann über einen Joystick 8 in Bezug auf das Auge 9, entlang der z-Achse positio niert werden.
Im Auge 9 sind neben der Augenlinse 10 ein lokalisierter Floater 11 und der La serfokus 12 abgebildet. Da im vorliegenden Fall die Retina die nächstliegende Struktur des Auges 9 zum lokalisierten Floater 11 ist, wird während der Behand lung dieser (mittels Positionsnummer 13 gekennzeichnete) Bereich mittels OCT näher untersucht. Im Anzeigedisplay 5 können dem Bediener neben dem lokalisierten Floater 11 beispielsweise auch anwendungsspezifische Bestrahlungsmuster, Ausschlusskri terien oder Abbruchkriterien für die Behandlung, oder auch definierte Bearbei- tungs- und Sperrzonen angezeigt werden.
Die vorgeschlagene Anordnung sieht die Verwendung eines OCT-Systems vor, welches auf einem Spektral-Domain- oder Time-Domain- oder auch einem Swept- Source-Verfahren basiert. Auch ein OCT-Holoskopie System ohne Scansystem ist für diesen Einsatz vorteilhaft und vorgesehen, um ohne Verzögerungen eine dynamische Positionskontrolle des Laserstrahlfokus im Glaskörper zur Verfügung zu haben.
Dabei sind erfindungsgemäß für ein Spectral-Domain System eine axiale Scan tiefe >1mm, bevorzugt 4mm in Gewebe, bei einer axialen Auflösung <100pm, be vorzugt 5pm FWHM in Gewebe, und einer Schwerpunktwellenlänge von 840nm vorgesehen, sowie einer A-Scanrate von 10 bis 100kHz. Bevorzugt verfügt das System über z-Tracking von Retina oder Kapselsack in Abhängigkeit davon, wel che Struktur des Auges näher am lokalisierten Floater liegt.
Für ein Swept-Source System wird eine Schwerpunktwellenlänge im Bereich von 1000-1070nm, insbesondere 1050nm oder 1060nm, einer und Scanraten von 1kHz bis 100MHz (z.B. mittels Fourier-Domain-Mode-Locked-Laser (FDML) oder VCSEL-Laser) bevorzugt. Das System wird erfindungsgemäß mit einem YAG- Laser, Notch-Schichtsystemfilter kombiniert und deckt dabei mit seiner Scantiefe das gesamte Auge ab. Die axiale Auflösung des SS-OCTs wird bevorzugt so ge wählt, dass die sie der Rayleigh-Länge des Bearbeitungslasers entspricht oder aber größer als das Doppelte bis Dreifache der Rayleigh-Länge ist. Eine höhere axiale Auflösung ist zwar möglich, erlaubt aber kaum eine bessere Floaterbehand lung.
Erfindungsgemäß ist auch ein Time-Domain System mit scannendem Referenz arm anwendbar. Die bevorzugten Parameter entsprechen, bis auf die A-Scanrate, denen beim SD-OCT. Die A-Scanraten liegen in diesem Fall im Bereich einiger kHz, insbesondere 2 bis 4kHz.
Für alle OCT-Varianten sind die jeweiligen Wegeanteils in Luft und Auge zu be rücksichtigen und eine entsprechende Positionsbestimmungskorrektur und ggf. eine Gruppengeschwindigkeitsdispersionskorrektur kann erforderlich sein.
Um Floater gut detektieren zu können, weisen die erfindungsgemäßen Systeme mindestens in einem Teil des A-Scan eine Sensitivität von 85dB auf, bevorzugt mindestens 90dB. In einerweiter bevorzugten Variante weisen die A-Scans über die gesamte Scantiefe mindestens eine Sensitivität von 90dB und weiter bevor zugt Sensitiväten von mehr als 100dB. Ab ca. 90dB wird die normale Streuung am Glaskörper und auch an der Kristalllinse auch in Bereichen ohne Floater de- tektierbar, erlaubt also die Unterscheidung von Linsen- und Glaskörperstrukturen von flüssigkeitsgefüllten Taschen oder Augenbereichen.
Unabhängig von den eben genannten Varianten kann das OCT-System als ein-, zwei- oder auch dreidimensional scannendes System ausgeführt sein, wobei in Abhängigkeit vom Scan-Modus die Funktionalität der erfindungsgemäßen Anord nung variiert.
Mittels eindimensionaler OCT-Scans (A-Scans) lässt sich Position der Floater im Auge (Koordinatensystem des Patientenauges) bestimmen und dessen Abstand zur Netzhaut oder anderen Grenzflächen berechnen. Sie dienen somit der Navi gationsunterstützung und Sicherheitserhöhung bei manueller Behandlung der Floater. Zusätzlich ist eine Abstandsanzeige für den Anwender, durch Realisie rung einer Bearbeitungszone, in der Bearbeitung nur erlaubt ist, möglich. Bei Akti vierung des Behandlungslasers außerhalb der Bearbeitungszone, d.h. in einer Sperrzone, wird der Anwender gewarnt und/oder die Abgabe von Therapiestrah lung gesperrt Mittels zweidimensionaler OCT-Scans (B-Scans) lässt sich zusätzlich die Annähe rung an sensitive Strukturen erkennen und anzeigen. Außerdem ist ein automati sches Tracking eines Floaters, der vom Anwender als solcher identifiziert wurde, mit einem Pilotlaserstrahl möglich. Eine Aktivierung des Bearbeitungslasers erfolgt auch hier noch durch den Anwender, der die visuelle Kontrolle und letzte Ent scheidung behält.
Mittels dreidimensionaler OCT-Scans (Volumenscans) lässt sich eine automati sche Bearbeitung von Floatern in einer vom Anwender vorgegebenen Zone, unter Ausschluss einer Sperrzone, eine automatische Führung eines Behandlungsla serstrahls von Floater zu Floater und eine Bestätigung des Targets durch den An wender realisieren. Im Ergebnis wird eine automatisierte, schnelle und sichere Be handlung von Glaskörpertrübungen durchgeführt.
In einer möglichen, aber nicht bevorzugten Variante, können beispielsweise auch mit Time-Domain OCT Scans bei konstanter Referenzarm länge, d.h. in konstanter Probentiefe, durchgeführt werden (C-Scans).
Erfindungsgemäß weist das OCT-System eine Sensitivität von 90dB, zumindest in einem Teil des A-Scan, auf. Die vorgeschlagene Anordnung sieht die Verwen dung eines Lasersystems vor, welches auf einem ps bis ns YAG-Laser, einem ps- oder einem fs-Laser basiert.
Während erfindungsgemäß für einen YAG-Laser eine Pulsdauer von 1 - 5ns be vorzugt ist, liegen diese bei einem ps-Laser zwischen 1 und 1000ps und bei ei nem fs-Laser zwischen 50 und 10OOfs.
Statt YAG-Lasern, wie dem Nd:YAG Laser bei 1064nm, 946nm, 1320nm Wellen länge kommen auch ähnliche Laser wie beispielsweise der Nd:YLF 1047 bis 1053nm und sonst ähnlichen Parametern wie beim YAG-Laser in Frage. Der Ein satz frequenzverdoppelter Laser sind prinzipiell möglich, wobei allerdings die ungünstige verstärkte Absorption durch Blut, insbesondere in Gefäßen, zu beach ten ist.
Einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend verfügt das Lasersystem neben einem Behandlungsstrahl über mindestens einen Pilotstrahl zur Kontrolle der Übereinstimmung von Behandlungsstrahlfokus und Zielgebiet. Dafür sind La serdioden im VIS geeignet, beispielsweise im roten Spektralbereich.
Insbesondere kann der Pilotstrahl kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich sein.
Für den Fall, dass eine visuelle Kontrolle durch den Anwender erfolgen soll, ist es zweckmäßig einen Pilotstrahl im sichtbaren Spektralbereich zu verwenden.
Außerdem kann ein Pilotstrahl im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich ver wendet werden, um dessen am Floater entstehende Streustrahlung vom Detekti onssystem erfassen zu lassen und zur Anzeige zu bringen. Besonders vorteilhaft ist die gleichzeitige Detektion des Streulichts des Pilotstrahls des Lasersystems und ggf. auch des Bearbeitungspulses direkt innerhalb der Detektion des OCT Systems, um beide Systeme ortsgenau ohne weitere Maßnahmen zu registrieren.
Einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend beträgt der Unterschied der Wellenlängen von OCT- und Laser-System weniger als 50nm, bevorzugt we niger als 5nm, so dass gemeinsame Strahlführungs- und Fokussierungselemente im Therapiegerät verwendet werden können, aber auch die Brechung des Lichts beider Systeme in das Auge hinein durch Hornhaut- und Linsenbrechung sich un tereinander nicht stark ändert.
Als besonders vorteilhaft erweist sich außerdem, wenn die Anordnung zusätzlich über eine Trackingeinheit zur Nachführung des Bestrahlungsmusters verfügt, um die Nachführung des Bestrahlungsmusters in den Okularen und/oder auf dem Display anzuzeigen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei dem lokalisierten Floater um einen sich bewegenden Floater handelt. Von der zentralen Steuer- und Bedie neinheit kann dann beispielsweise der Galvospiegel angesteuert und eine dyna mische Fokussierung realisiert werden.
Dabei kann das automatische Tracking nach einer Bilderkennung zur Koordina tenbestimmung eines erkannten Floaters derart erfolgen, dass eine Rückmeldung an den Anwender, entweder im Display oder im Okular eingespiegelt wird oder mittels Zielstrahl.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn die Anordnung über eine zusätzliche Fixiermarke für den Patienten verfügt, um eine günstige oder be wusste Positionierung des Patientenauges zu erreichen.
Des Weiteren bietet eine Fixiermarke für den Patienten die Möglichkeit der Bear beitung während bewusster oder unbewusster Augenbewegungen. Diese kann beispielsweise auch nötig sein, um Floater überhaupt erst in den für die Bearbei tung zugänglichen Bereich zu bringen. Auch kann eine sich bewegende Ziel marke, den Patienten veranlassen, das Auge zu bewegen, um Floater in einen Bereich hinein- oder hinauszubewegen. Beispielsweise kann der Grad der subjek tiven Störung durch einen Floater geprüft werden, indem der Floater in den zent ralen Sehbereich (z.B. vor der Macula) bewegt wird, aber dann per Bewegung in einen für eine Laserbehandlung weniger kritischen Bereich, beispielsweise vor der Netzhautperipherie bewegt und dort lasertherapiert wird.
Einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend ist die Verwendung eines zusätzlichen Vakuum kontaktglases zur zusätzlichen Fixierung des Auges vorge sehen. Hierbei ist eine optionale Vakuumversorgung und eine Kopplung an den Therapielaser währen der Behandlung vorgesehen. Dies ist insbesondere für eine hochpräzise Laserbehandlung von Floatern mittels fs-Lasern mit Fokusdurchmes sern unterhalb von 20pm, 10pm oder sogar 5pm vorteilhaft. Aber auch für eine Behandlung mittels YAG Laser kann ein Vakuum kontaktglas zu Stabilisierung des Auges von Vorteil sein. Für die höheren seitlichen Auflösungen ist eine Pupillen weitung und ggf. auch eine Strahlformung mittels adaptiver Optiken, wie beispiels weise deformierbarer Spiegel oder auch Flüssigkeitskristall-SLMs von Vorteil.
Mit der vorgeschlagenen Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse ist au ßerdem eine Behandlungsplanung möglich, indem Floatern vor der Behandlung „kartographiert“ werden. Danach kann eine Behandlungsreihenfolge festgelegt werden, um eine Auswahl oder Bestätigung der zu behandelnden Floater zu tref fen. Die Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge von posterior nach anterior oder auch entlang der hinteren Glaskörpergrenze ist somit auch automaisch möglich.
Für die „kartographierten“ Floater ist dann auch ein Nachweis über deren Behand lungserfolg möglich. Für eine Kartographierung von den zu einem gewissen Grade beweglichen Floatern ist es vorteilhaft, die Floater nicht über Ihre absolute Lage, sondern über ihre Nachbarschaftsbeziehung zu charakterisieren und diese nach den einzelnen Behandlungsschritten zu aktualisieren Diese Beschreibung kann z.B. erfolgen, indem die Schwerpunktkoordinaten von Floater in 3D erfasst werden, diese in Struktur in Dreiecke zerlegt wird, deren Kanten mathematisch über Graphen, d.h. Verbindungsbeschreibungen, charakterisiert werden. Diese Beschreibung erlaubt eine planmäßige Bearbeitung von Floatern, auch wenn diese ihre relative Lage verändern, solange die Nachbarschaftsbeziehungen er halten bleiben bzw. aktualisiert werden können.
Während der Behandlung ist zudem ein dynamisches Verfolgen (Identifizieren ausgewählter und nicht ausgewählter) Floater zur Anwendung der Auswahlkrite rien auch im Falle sich bewegender Floater realisierbar.
Werden während einer Sitzung mehrere Floater behandelt, so kann es Vorkom men, dass ein schnellerer Abbau der Floater-Reste (Gasblasen) erforderlich wird. Dazu können zusätzliche Schnitte im Glaskörper (Vitreolyse) zur Realisierung von Flächen oder Kanälen zur Beförderung der Floater-Reste (Gasblasen) oder auch Entlastung einer Vitreotraktion realisiert werden. Eine Berechnung eines mechanischen Modells der Kräfte, die vor, während und nach dem Schnittprozes ses auf die Retina wirken ist mit der vorgeschlagenen Anordnung möglich.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Anordnung zur OCT-gestützten Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen zur Verfügung gestellt, die die Nachteile der bekannten technischen Lösungen behebt.
Mit der Anordnung ist eine einfachere, schnellere und vor allem sicherere Be handlung störender Glaskörpertrübungen durch Laser-Vitreolyse möglich. Au ßerdem lässt sich die Lösung leicht implementieren und ist wirtschaftlich kos tengünstig.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die zur schonenden, risikoar men und schmerzarmen Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen vorgesehen ist. Es wird ein teilweise oder vollständig automatisiertes Therapiegerät (System) vorgeschlagen, bei dem ein OCT-System zur Navigation genutzt wird, um die Floater im Zuge der Behandlung zu lokalisieren und die Behandlung dadurch zu unterstützen.
Die vorgeschlagenen Anordnungen ermöglichen auch die sichere Behandlung positionsveränderlicher und schwer erkennbarer, weitgehend transparenter Floater, wobei die nicht mehr manuell durchgeführt werden muss und eine lang wierige Positionierung des Bearbeitungslaserstrahles mittels eines sichtbaren (blendenden) Ziellaserstrahles nicht mehr zwingend erforderlich ist.
Das Risiko von Netzhautschädigung durch fehlerhafte Fokuslagen oder einem zu geringen Abstand des Laserfokus zu empfindlichen Strukturen des Auges konnte durch die Bestimmung von Ausschlusskriterien für die Behandlung be seitigt werden.
Außerdem konnte das Risiko von Netzhautschädigung bei unvollständiger Glas körperablösung durch lokale Erhöhung der Spannung auf die Netzhaut dadurch reduziert werden, dass die Behandlung angepasst oder Aufgrund abgeleiteter Abbruchkriterien beendet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur OCT-gestützten Laser-Vitreolyse eines Auges, bestehend aus einem OCT-System, einem Lasersystem mit Ablenkeinheit, optischen Elementen zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, einer Anzeigeein heit und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT-System ausgebildet ist Floater zu lokalisieren, dass das Lasersystem ausgebildet ist die Floater mittels Laserpulsen zu zerstören, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, ne ben den Koordinaten der lokalisierten Floater auch deren Abstand zu Strukturen des Auges zu bestimmen und Ausschlusskriterien für die Be handlung abzuleiten, die Ablenkeinheit des Lasersystem auf diese Koordi naten auszurichten und das Lasersystem zu fokussieren und zu aktivie ren.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, neben den Koordinaten auch den Typ und/oder die Geometrie der Floater zu bestimmen und daraus an wendungsspezifische Bestrahlungsmuster für das Lasersystem zu gene rieren bzw. auszuwählen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, Veränderungen der dem lokali sierten Floater nächstliegenden Struktur des Auges während der Behand lung festzustellen und Abbruchkriterien für die Behandlung abzuleiten.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 , bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, unter Berücksichti gung der abgeleiteten Ausschlusskriterien für die Behandlung sowie der ge nerieren bzw. auszusuchen anwendungsspezifischen Bestrahlungsmuster automatisch innerhalb einer Zeit von < 5ms nach Detektion eines Floaters auszu lösen.
5. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente zur Kopplung von OCT- und Lasersystem auf dichroitischen oder polarisationssensitiven Komponenten basieren oder eine geometrische Kombination nutzen.
6. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeigeein heit Okulare und/oder ein Display Verwendung finden.
7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 , 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT-System, das Lasersystem mit Ablenkeinheit, die optischen Ele menten zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, die Anzeigeeinheit und die zentrale Steuer- und Bedieneinheit in eine Spaltlampe integriert sind.
8. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das OCT- System auf einem Spektral-Domain- oder Time-Domain- oder auch einem Swept-Source-Verfahren basiert.
9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT-System als ein-, zwei- oder auch dreidimensional scannendes System ausgeführt ist.
10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 , 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT-System im gesamten A-Scan eine Sensitivität von mindes tens 90dB aufweist.
11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 , 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT-System an der empfindlichsten Stelle im A-Scan eine Sen sitivität von 90dB erreicht.
12. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersys tem einen auf einem ps-, einem ns-, einem ps- oder einem fs-Laser oder de ren Kombinationen basiert.
13. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersystem neben einem Behandlungsstrahl über mindestens einen Pilotstrahl zur Kontrolle der Übereinstimmung von Behandlungsstrahlfokus und Zielgebiet verfügt.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindes tens eine Pilotstrahl des Lasersystems ein kontinuierlicher oder quasi-konti nuierlicher Pilotstrahl ist.
15. Anordnung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Pilotstrahl des Lasersystems eine Wellenlänge im sicht bareren oder infraroten Spektralbereich hat.
16. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Unter schied der Wellenlängen von OCT- und Laser-System < 50nm beträgt.
17. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Trackingeinheit zur Nachführung des Bestrahlungsmusters vorhan den ist und die Nachführung des Bestrahlungsmusters in den Okularen und/oder auf dem Display angezeigt wird.
18. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Fixiermarke für den Patienten vorhanden ist, um eine günstige oder bewusste Positionierung des Patientenauges zu erreichen.
19. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Vakuumkontaktglas zur zusätzlichen Fixierung des Auges Verwen dung findet.
20. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT- System eine axiale Auflösung aufweist, die größer ist als die kleinste im Auge einstellbare Rayleigh-Länge des verwendeten Lasersystems.
21. Anordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass das OCT eine gegenüber dem Laser kleinere numerische Apertur aufweist.
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