DE10116206A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von organischem Material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur in-situ-Behandlung von organischem Material, insbesondere einem Auge, umfassend einen Laser (10), wobei der Laser Strahlung als ultrakurze Pulse einer Wellenlänge von 2,2 mum bis 3,0 mum emittiert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere zur in-situ-
Behandlung, von organischem Material, insbesondere einen Laser zur ablativen
Chirurgie des Auges.
In der Ophthalmologie werden durch Laser Augen beispielsweise durch Ablation
geformt, es werden kataraktöse Linsenkerne zertrümmert und abgesaugt sowie weitere
chirurgische Eingriffe beispielsweise bei der Entfernung von kleineren Lidtumoren als
auch bei der Glaukombehandlung eingesetzt. Diese vielfältigen chirurgischen Einsätze am
Auge sowie in der refraktiven Chirurgie werden je nach Anwendungsfall und Gewebeart
mit verschiedenen Lasern durchgeführt, wie beispielsweise ArF-Laser bei einer
Wellenlänge von 193 nm beziehungsweise Nd:YAG bei einer Wellenlänge von 213 nm
beziehungsweie Erbium-YAG-Festkörperlaser bei einer Wellenlänge von 2,94 µm.
In einem wertvollen Beitrag zum Stand der Technik wird in DE 199 10 174 eine
Infrarotlaseranordnung, insbesondere für medizinische Anwendungen, beschrieben.
In der DE 197 18 139 wird ein Verfahren zur Phakoemulsifikation beschrieben, bei dem
das biologische Gewebe der Augenlinse durch Energieeintrag in Form gepulster
Laserstrahlung abladiert und das entstehende Ablationsproduktes vom Bearbeitungsort
abgesaugt wird.
Als nachteilig wird beim Stand der Technik empfunden, dass für die verschiedenen
Anwendungsbereiche immer unterschiedliche Lasertypen eingesetzt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur in-situ-
Behandlung bzw. in-vivo-Behandlung von organischem Material im Allgemeinen,
insbesondere einem Auge, bereitzustellen, mit der eine Vielzahl von Anwendungen mit
derselben Vorrichtung durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Behandlung,
insbesondere zur in-situ-Behandlung von organischem Material, insbesondere einem
Auge, umfassend einen durchstimmbaren Laser, wobei der Laser Strahlung als
ultrakurze Pulse einer Wellenlänge von 2,2 µm bis 3,0 µm emittiert. Mit dieser universell
einsetzbaren durchstimmbaren Strahlquelle können bekannte chirurgische Verfahren am
Auge wie die refraktive Chirurgie der Cornea, die Phakoemulsifikation, die kontaktlose
Entfernung von präretinalen Membranen und andere mikrochirurgischen Techniken in
einer sehr schonenden aber effizienten Art realisiert werden. Durch den
durchstimmbaren, hochrepetierenden Ultrakurzpulslaser im mittleren infraroten
Spektralbereich wird einerseits durch die hohe Wasserabsorbtion bei 3 µm eine geringe
Eindringtiefe im biologischen Gewebe bewirkt und andererseits durch ultrakurze
Pulslängen eine äußerst minimalinvasive Wirkung am Gewebe hinterlassen. Gekoppelt
mit einer besonders bevorzugt hohen Repetitionsrate des Lasersystems in khz-Bereich ist
eine effiziente Arbeitsweise gegeben.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung
vorgesehen, bei der die ultrakurzen Pulse eine mittlere Länge von weniger als 100
Pikosekunden, bevorzugt von weniger als 10 Pikosekunden, besonders bevorzugt von
weiniger als 1 Pikosekunde aufweisen. Durch diese besonders kurzen Pulslängen wird
der Nachteil im Stand der Technik vermieden, dass dort bei Impulsdauern von mehreren
ns Schockwellen produziert werden, die zu Rissen im zu bearbeitenden Material führen.
So führen beispielsweise Laser bei einer Wellenlänge von 2,94 µm und der Impulsdauer
von 7 ns bei der Behandlung von Zähnen zu Rissen von einer Breite von 50 µm. Durch
die Verwendung der erfindungsgemäßen ultrakurzen Pulse von besonders bevorzugt
weniger als einer Pikosekunde, insbesondere im Femtosekundenbereich, werden keine
Schockwellen mehr produziert und damit auch keine Risse mehr verursacht. Durch diese
kurzen Pulse sind ablatierte Zonen in der refraktiven Chirurgie auch besonders glatt,
nekrosefrei und besonders detailliert bearbeitbar. Durch die Verwendung der einzelnen
ultrakurzen Pulse kann so eine besonders minimalinvasive Bearbeitung des organischen
Materials, insbesondere des Auges, erfolgen.
Besonders bevorzugt ist mit dem Laser eine Strahlung einer Wellenlänge von 2,9 bis 3,0 µm,
besonders bevorzugt von 2,94 µm emittierbar. In diesem Bereich der besonders
hohen Wasser-Absorbtion kann der Laser mit einer besonders geringen Eindringtiefe
arbeiten. Hierdurch wird ebenfalls die minimalinvasive Wirkung auf das Gewebe
verstärkt, so dass bei der Wahl dieser Wellenlänge die Wirkung des Lasers noch genauer
dosiert werden kann. Die Kombination der ultrakurzen Pulse und dieser Wellenlänge mit
besonders hoher Wasser-Absorbtion führen zu einer besonders schonenden
Behandlungsmöglichkeit.
Bei einer weiteren bevorzugten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Laser auf
der Basis eines Cr2+-dotierten II-VI-Halbleiters, bevorzugt auf Basis eines Cr2+:ZnSe-
Kristalles, aufgebaut. Für die Realisierung der bevorzugt eingesetzten Festkörper-Laser
im mittleren Infrarotbereich (MIR-Laser) eignen sich besonders bevorzugt
übergangsmetalldotierte Kristalle, die einerseits auf Grund von Kopplung zwischen
elektronischen Niveaus der 3-D-Elektronen mit den Gitterschwingungen eine
Breitbandfluoreszenz zeigen und andererseits zuverlässig, einfach und in hoher optischer
Qualität herzustellen sind. Bevorzugt wird ein Co2+:MgF2-Laser eingesetzt, der im
mittleren Infrarotspektralbereich zwischen 1,8 µm bis 2,4 µm arbeitet. Ebenfalls denkbar
ist der Einsatz von Bleisalz-Dioden-Laser sowie Laser mit Ionen derseltenen Erden. Ganz
besonders bevorzugt werden Laser auf der Basis von Cr2+-dotierten ZnS, ZnSe
verwendet. ZnS, ZnSe und Cd1-xMnxTe gehören zu den II-VI-Halbleitern. Diese weisen
einen Laserbetrieb im mittleren Infrarot in der Nähe von 2,5 µm auf. Als laseraktives
Zentrum in diesen Materialien wird besonders bevorzugt ein Cr2+-Ion eingesetzt, das in
einem Tetraederplatz des Wirtsgitters eingebaut wird. Dadurch werden einige
Auswahlregeln gelockert, die die hohe Absorbtions- und Emissionsquerschnitt bei den
Übergangmetall-Ionen zum Ergebnis haben. Der Laserbetrieb mit Cr2+-dotierten Zink-
Chalcogenid und einer Co2+:MgF2-Laser-Pumpanordnung brachte Wirkungsgrade bis 30
% und nahezu 60% mit einem Cw-Tm-Laser als Pumpanordnung. Der Laser weist einen
Durchstimmbereich von ungefähr 600 nm mit einem Maximum bei ca. 2500 nm auf. Auf
Grund der hohen Bandbreite ist somit durch eine Modensynchronisation der
Laseremission die Möglichkeit gegeben, ultrakurze Laserimpulse zu erzeugen. Die ZnSe-
Matrix wird besonders bevorzugt verwendet, da sie ausgezeichnete thermische und
mechanische Eigenschaften aufweist. So ist beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit und
der thermische Schockparameter höher als im YAG. Durch Laser auf Basis dieser
Kristalle ist es möglich, einen kompakten, hocheffizienten Festkörper-Laser für
medizinische Anwendungen zu entwickeln, der besonders bevorzugt mittels eines
InGaAsP-Diodenlasers mit der Wellenlänge von ca. 1,8 µm gepumpt werden kann und
im Bereich des mittleren Infrarots zwischen 2,2 µm bis 3,0 µm durchstimmbar ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein
Laser vorgesehen, bei dem die Pulse mit einer Repetitionsrate von mehr als 200 Hz,
bevorzugt von mehr als 1 kHz, besonders bevorzugt von mehr als 5 kHz, emittierbar
sind. Durch die hohen Folgefrequenzen kann die Effizienz des erfindungsgemäßen
Lasers erhöht werden. Der Energieeintrag ist im Zusammenspiel mit den ultrakurzen
Pulsen über die Frequenz leicht einstellbar. Durch die höheren Folgefrequenzen lassen
sich auch Linsenkerne einer höheren Härte mit besserer Effizienz zerkleinern, da hier der
aus der Ultraschalltechnologie bekannte Effekt der Kernfragmentation positiv zusätzlich
ausgenutzt werden kann.
Insbesondere wird die Erfindung auch gelöst durch die Verwendung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung für die refraktive Chirurgie und/oder die kontaktlose
Entfernung von präretinalen Membranen und/oder zum Schneiden der Netzhaut und/oder
zur Phakoemulzifikation und/oder zur Behandlung der Presbyobie durch Koagulation auf
der Hornhaut.
Durch die universelle Einsatzbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung
von organischem Material ist es möglich, mit dem selben Laser eine Vielzahl von
Anwendungen zu bearbeiten, die traditionell nur mit verschiedenen Lasern durchgeführt
werden konnten. Dabei ist insbesondere über die Durchstimmbarkeit des verwendeten
Lasers die Möglichkeit gegeben, in verschiedenen Wellenlängenbereichen zu arbeiten und
damit verschiedene Anwendungen zu realisieren. Wird der Laser in einem Bereich von
2,3 µm benutzt, so kann er beispielsweise koagulativ arbeiten und die Presbyobie durch
Koagulation auf der Hornhaut behandeln, wobei die Hornhaut schrumpft und sich so
zusammensetzt, um die Altersweitsichtigkeit zu korrigieren.
Weiterhin wird die Erfindung durch ein Verfahren zur Applikation von Laserstrahlung
auf organisches Material umfassend die Schritte erzeugen einer Strahlung vorbestimmter
Wellenlänge zwischen 2,2 µm und 3,0 µm, Pulsen der Strahlung in Pulsen mit einer
mittleren Wellenlänge von weniger als 100 ps, bevorzugt weniger als 1 ps, ablenken der
Laserstrahlung durch eine Scanneranordnung auf das organische Material gelöst. Mit
diesem Verfahren ist es möglich, jegliche Laserstrahlung im Bereich von 2,2 µm und 3,0 µm
gezielt und gerichtet auf das zu bearbeitende organische Material abzulenken und so
die Wirkung zu erzielen, die mit der vorbestimmten Wellenlänge beabsichtigt ist.
Auf diese Weise wurde eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere zur in-situ- bzw.
in-vivo-Behandlung von organischem Material bereitgestellt, mit der eine Vielzahl von
Anwendungen mit derselben Vorrichtung durchgeführt werden können.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Behandlung von organischem Material, insbesondere einem
Auge, umfassend einen durchstimmbaren Laser (10)
dadurch gekennzeichnet, dass
der Laser (10) Strahlung als ultrakurze Pulse einer Wellenlänge von 2,2 µm
bis 3,0 µm emittiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die ultrakurzen Pulse eine mittlere Länge von weniger als 100 ps, bevorzugt
von weniger als 10 ps, besonders bevorzugt von weniger als 1 ps, aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Laser (10) Strahlung einer Wellenlänge von 2,9 bis 3,0 µm,
bevorzugt von 2,94 µm, emittierbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Laser auf der Basis eines Cr2+-dotierten II-VI-Halbleiters, bevorzugt auf
Basis eines Cr2+:ZnSe-Kristalles, aufgebaut ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pulse mit einer Repetitionsrate von mehr als 200 Hz, bevorzugt von mehr
als 1 kHz, besonders bevorzugt von mehr als 5 kHz emittierbar sind.
6. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für
die refraktive Chirurgie und/oder die kontaktose Entfernung von präretinalen
Membranen und/oder zum Schneiden der Netzhaut und/oder zur
Phacoemulsifikation und/oder zur Behandlung der Presbyobie durch
Koagualtion auf der Hornhaut.
7. Verfahren zur Applikation von Laserstrahlung auf organischem Material
umfassend diese Schritte
Erzeugen einer Strahlung vorbestimmter Wellenlänge zwischen 2,2 µm und 3,0 µm
Pulsen der Strahlung in Pulsen mit einer mittleren Wellenlänge von weniger als 100 ps, bevorzugt weniger als 1 ps,
Ablenken der Laserstrahlung durch eine Scanneranordnung auf das organische Material.
Erzeugen einer Strahlung vorbestimmter Wellenlänge zwischen 2,2 µm und 3,0 µm
Pulsen der Strahlung in Pulsen mit einer mittleren Wellenlänge von weniger als 100 ps, bevorzugt weniger als 1 ps,
Ablenken der Laserstrahlung durch eine Scanneranordnung auf das organische Material.
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