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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung
(d. h. Glättung und/oder Versiegelung) von Schnittflächen
in einem transparenten Material, insbesondere in der Augenhornhaut. Solche
Schnittflächen werden durch Erzeugen optischer Durchbrüche
im Material mittels ins Material fokussierter Laserstrahlung, wobei
der Fokuspunkt vorzugsweise dreidimensional verstellt wird, durch
Aneinanderreihung der optischen Durchbrüche gebildet. Diese
Schnittflächen innerhalb eines transparenten Materials
werden insbesondere bei laserchirurgischen Verfahren und dort insbesondere
bei augenchirurgischen Eingriffen erzeugt.
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Dabei
wird Behandlungs-Laserstrahlung innerhalb des Gewebes d. h. unterhalb
der Gewebeoberfläche derart fokussiert, dass optische Durchbrüche
im Gewebe entstehen.
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Im
Gewebe laufen dabei zeitlich hintereinander mehrere Prozesse ab,
die durch die Laserstrahlung initiiert werden. Überschreitet
die Leistungsdichte der Strahlung einen Schwellwert, kommt es zu
einem optischen Durchbruch, der im Material eine Plasmablase erzeugt.
Diese Plasmablase wächst nach Entstehen des optischen Durchbruches
durch sich ausdehnende Gase. Wird der optische Durchbruch nicht
aufrechterhalten, so wird das in der Plasmablase erzeugte Gas vom
umliegenden Material aufgenommen, und die Blase verschwindet wieder. Dieser
Vorgang dauert allerdings sehr viel länger, als die Entstehung
der Blase selbst. Wird ein Plasma an einer Materialgrenzfläche
erzeugt, die durchaus auch innerhalb einer Materialstruktur liegen
kann, so erfolgt ein Materialabtrag von der Grenzfläche.
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Man
spricht dann von Photoablation. Bei einer Plasmablase, die vorher
verbundene Materialschichten trennt, ist üblicherweise
von Photodisruption die Rede. Der Einfachheit halber werden alle
solchen Prozesse hier unter dem Begriff optischer Durchbruch zusammengefasst,
d. h. dieser Begriff schließt nicht nur den eigentlichen
optischen Durchbruch sondern auch die daraus resultierenden Wirkungen
im Material ein.
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Für
eine hohe Genauigkeit eines laserchirurgischen Verfahrens ist es
unumgänglich, eine hohe Lokalisierung der Wirkung der Laserstrahlen
zu gewährleisten und Kollateralschäden in benachbartem Gewebe
möglichst zu vermeiden. Es ist deshalb im Stand der Technik üblich,
die Laserstrahlung gepulst anzuwenden, so dass der zur Auslösung
eines optischen Durchbruchs nötige Schwellwert für
die Leistungsdichte nur in den einzelnen Pulsen überschritten
wird. Die
US 5.984.916 zeigt
diesbezüglich deutlich, dass der räumliche Bereich
des optischen Durchbruchs (in diesem Fall der erzeugten Wechselwirkung)
stark von der Pulsdauer abhängt.
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Eine
hohe Fokussierung des Laserstrahls in Kombination mit sehr kurzen
Pulsen im Femtosekundenbereich erlaubt es damit, den optischen Durchbruch
sehr punktgenau in einem Material einzusetzen.
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Der
Einsatz von gepulster Laserstrahlung hat sich in der letzten Zeit
besonders zur laserchirurgischen Fehlsichtigkeitskorrektur in der
Ophthalmologie durchgesetzt.
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Fehlsichtigkeiten
des Auges rühren oftmals daher, dass die Brechungseigenschaften
von Hornhaut und Linse keine optimale Fokussierung auf der Netzhaut
bewirken.
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Die
erwähnte
US 5.984.916 sowie
die
US 6.110.166 beschreiben
Verfahren zur Schnitterzeugung mittels geeigneter Erzeugung optischer
Durchbrüche unter Verwendung von fs-Lasern, so dass im Endeffekt
die Brechungseigenschaften der Hornhaut gezielt beeinflusst werden.
Eine Vielzahl von optischen Durchbrüchen wird so aneinandergesetzt, dass
innerhalb der Hornhaut des Auges ein linsenförmiges Teilvolumen
(Lentikel) isoliert wird. Das vom übrigen Hornhautgewebe
getrennte linsenförmige Teilvolumen wird dann über
einen seitlich öffnenden Schnitt aus der Hornhaut herausgenommen.
Die Gestalt des Lentikels ist so gewählt, dass nach Entnahme
die Form und damit die Brechungseigenschaften der Hornhaut so geändert
sind, dass die erwünschte Fehlsichtigkeitskorrektur bewirkt
ist. Die dabei geforderten Schnittflächen sind gekrümmt,
was eine dreidimensionale Verstellung des Fokus nötig macht.
Dafür wird deshalb eine zweidimensionale Ablenkung der
Laserstrahlung mit gleichzeitiger Fokusverstellung in einer dritten
Raumrichtung kombiniert.
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Eine
andere Anwendung der Schnittbildung mittels gepulster Laserstrahlung
in der Hornhaut ist die Erzeugung eines sogenannten Flaps, d. h.
eines Schnitts, welcher ein dünnes Scheibchen der Hornhaut
teilweise abtrennt, so dass es zurückgeklappt werden kann
und das darunter liegende Gewebe einer Ablation mittels eines Excimerlasers
zugänglich ist. Hierbei wird jedoch das gewünschte
Hornhautprofil durch die Ablation erzeugt; nach der Behandlung wird
der Flap wieder in die ursprüngliche Position gebracht.
Solche Excimerlaser sind bekannt, z. B. beschreibt
US 5 219 344 einen solchen Laser bei dem
mittels Blenden eine großflächige Ablation vorgenommen
wird. Es ist auch bekannt, einen kleinflächigen Laserstrahl
eines Excimerlasers scannend über das Auge zu führen
und so eine sequentielle Ablation vorzunehmen (sogenanntes Spot-Scanning, bspw.
DE 19 72 573 ).
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Die
zweidimensionale Ablenkung der Laserstrahlung ist wie die Fokusverstellung
gleichermaßen für die Genauigkeit, mit der die
Schnittfläche erzeugt werden kann, ausschlaggebend. Bei
der zweidimensionalen Strahlführung, d. h. bei der Bewegung
des Fokus im Wesentlichen in der Ebene des Schnittes wird im Allgemeinen
eine Spiralbahn abgefahren. Dabei hat sich herausgestellt, dass
trotz der hohen Präzision der Strahlführung im μm-Bereich
die Schnittflächen eine Restrauhigkeit aufweisen, welche
zum einen die Heilung verzögern und zum anderen auch zu
unerwünschten optischen Effekten führen kann.
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Auch
bei dreidimensionaler Verstellung des Fokus und damit Abtrennung
eines Lentikels können diese Effekte an den Schnittflächen
auftreten.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs
genannten Art so auszugestalten, dass die Erzeugung einer Schnittfläche
mit verbesserter Qualität und schnellerer Heilung erfolgen
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem mindestens eine
von einem Femtosekundenlaser erzeugte Schnittfläche nach
Entnahme des Teilvolumens der Strahlung eines Lasers (z. B. UV-Laser,
bevorzugt Excimerlaser, oder IR-Laser) bzw. einer anderen geeigneten
Strahlungsquelle ausgesetzt wird. Geeignet sind Strahlquellen, die
z. B. zu einer Nektrotisierung und/oder anderen biochemischen oder
physikochemische Veränderungen des Gewebes führen
(Deaktivierung, Inaktivierung von Zellstrukturen, Bindungen etc.),
also z. B. Infrarotlasersysteme (Erhitzung, thermische Wechselwirkung) bzw.
UV Lasersysteme (phototchemische Ablation) oder andere Systeme welche
photothermische und/oder photochemische Prozesse bewirken.
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Insbesondere
wenn die Glättung im Vordergrund steht ist es besonders
vorteilhaft, wenn die Schnittfläche vor dem Einwirken der
Strahlungsquelle mit einer Flüssigkeit benetzt wird, welche
vorzugsweise eine sterile Kochsalzlösung (base saline solution
BSS) ist. Aber auch andere Flüssigkeiten sind geeignet,
wobei sie in ihrem Absorptionsverhalten nach Möglichkeit
an das Absorptionsverhalten der Hornhaut angenähert sein
sollte.
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Zur
Erreichung einer Oberflächenversiegelung können
auch andere Substanzen oder Pharmazeutika hilfreich sein, z. B.
Mitomycin C.
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Die
Verbesserung (Glättung, Versiegelung) der durch Femtosekunden-Laserkeratome
erzeugten Schnittflächen kann mittels im Femtosekunden-Laserkeratom
integrierter zusätzlicher Strahlquelle als auch durch eine
externe Strahlungsquelle realisiert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber
noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Patienten während einer
laserchirurgischen Behandlung mit einem laserchirurgischen Instrument,
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2 die
Fokussierung eines Strahlenbündels auf das Auge des Patienten
beim Instrument der 1,
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3 ein
beispielhaftes Bild der Schnittführung
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4 einen
Querschnitt durch die Hornhaut mit einem Lentikel,
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5 einen
Querschnitt durch die Hornhaut nach Entnahme des Lentikels
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6a, 6b, 6c einen
vergrößerten Ausschnitt aus 5.
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In
1 ist
ein laserchirurgisches Instrument zur Behandlung eines Auges
1 eines
Patienten gezeigt, wobei das laserchirurgische Instrument
2 zur Ausführung
einer refraktiven Korrektur dient. Das Instrument
2 gibt
dazu einen Behandlungs-Laserstrahl
3 auf das Auge des Patienten
1 ab,
dessen Kopf in einen Kopfhalter
4 fixiert ist. Das laserchirurgische
Instrument
2 ist in der Lage, einen gepulsten Laserstrahl
3 zu
erzeugen, so dass beispielsweise das in
US 6.110.166 beschriebene Verfahren
ausgeführt werden kann.
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Das
laserchirurgische Instrument 2 weist dazu, wie in 2 schematisch
dargestellt ist, eine Strahlquelle S auf, deren Strahlung in die
Hornhaut 5 des Auges 1 fokussiert wird. Mittels
des laserchirurgischen Instrumentes 2 kann eine Fehlsichtigkeit
des Auges 1 des Patienten dadurch behoben werden, dass
aus der Hornhaut 5 Material so entfernt wird, dass sich
die Brechungseigenschaften der Hornhaut um ein gewünschtes
Maß ändern. Das Material wird dabei dem Stroma
der Hornhaut entnommen, das unterhalb von Epithel und Bowmanscher
Membran oberhalb der Decemetschen Membran und des Endothels liegt.
Alternativ kann mit dem Instrument 2 auch nur ein Schnitt
in der Hornhaut zur Präparation eines Flaps vorgenommen
werden.
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Die
Materialentfernung bzw. -trennung erfolgt, indem durch Fokussierung
des hochenergetischen fs-Laserstrahls 3 mittels eines objektiven
Teleskops 6 in einem in der Hornhaut 5 liegenden
Fokus 7 in der Hornhaut Gewebeschichten getrennt werden.
Jeder Puls der gepulsten Laserstrahlung 3 erzeugt dabei
einen optischen Durchbruch im Gewebe, welcher eine Plasmablase 8 initiiert.
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Dadurch
umfasst die Gewebeschichttrennung ein größeres
Gebiet, als der Fokus 7 der Laserstrahlung 3.
Durch geeignete Ablenkung des Laserstrahls 3 werden nun
während der Behandlung viele Plasmablasen 8 aneinandergereiht.
Die aneinanderliegenden Plasmablasen 8 bilden dann eine
Schnittfläche 16.
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Das
laserchirurgische Instrument 2 wirkt durch die Laserstrahlung 3 wie
ein chirurgisches Messer, das, ohne die Oberfläche der
Hornhaut 5 zu verletzen, direkt Materialschichten im Inneren
der Hornhaut 5 trennt. Führt man den Schnitt durch
weitere Erzeugung von Plasmablasen 8 bis an die Oberfläche
der Hornhaut 5 (Öffnungsschnitt), kann ein durch
die Schnittfläche 16 isoliertes Material der Hornhaut 5 entfernt
werden, indem der Flap teilweise abgehoben und zurückgeklappt
wird.
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Die
Erzeugung einer Schnittfläche 16 mittels des laserchirurgischen
Instrumentes 2 ist in 3 schematisch
dargestellt. Durch Aneinanderreihung der Plasmablasen 8 in
Folge stetiger Verschiebung des Fokus 7 des gepulsten fokussierten
Laserstrahls 3 entlang der Schnittlinie 17 wird
eine Schnittfläche 16 gebildet. Um ein Teilvolumen
zu entnehmen müssen zwei solche Schnittflächen 16 in
geeigneter geometrischer Zuordnung zueinander und geeigneter Form
gebildet werden.
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Die
Fokusverschiebung erfolgt dabei zum einen in einer Ausführungsform
mittels einer in 2 nicht dargestellten Ablenkeinheit
in x und y, zum anderen wird das Teleskop 6 zur Ansteuerung
in z-Richtung geeignet verstellt. Dadurch kann der Fokus 7 entlang
dreier orthogonaler Achsen verstellt werden.
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Zum
Erzeugen der Schnittfläche 16 wird nun der Fokus 7 entsprechend
der Schnittlinien 17 durch die Ablenkeinheit verstellt,
wobei die Zoom-Optik 6 für jede Schnittlinie 17 eine
entsprechende z-Koordinate für den Fokus 7 einstellen
kann. Während der Fokus 7 über eine Schnittlinie 17 läuft,
kann das Teleskop 6 fest eingestellt bleiben und lediglich
während der in 3 gestrichelt eingezeichneten Übergängen 18 zwischen
benachbarten Schnittlinien 17 ist ggf. eine Verstellung
notwendig.
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4 zeigt
einen Querschnitt durch die Hornhaut (Cornea) 5, wie er
sich nach dem Schneiden von zwei Schnittflächen 16, 16' zur
Isolierung eines Lentikels 9 darstellt. Das Lentikel 9 ist
noch vom Flap 10 bedeckt, welcher von einem Randschnitt (Öffnungsschnitt) 11 begrenzt
ist. Der Randschnitt 11 ist so ausgeführt, dass
ein Teil des Hornhautgewebes nicht getrennt wird und als Hinge 12 bestehen
bleibt. Dadurch wird gesichert, dass der Flap 10 nicht
vollständig abgetrennt wird und sich damit leichter wieder
positionieren lässt.
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5 zeigt
den Querschnitt durch die Hornhaut 5 mit geöffnetem
Flap 10, das Lentikel 9 ist jetzt entnommen.
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Zur
weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf den Ausschnitt
A Bezug genommen, welcher in der 6a–c
vergrößert dargestellt ist.
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6a zeigt
einen Ausschnitt aus der Hornhaut 5, bei welchem die durch
die Schnittführung nach 3 resultierende
Restrauhigkeit 13 deutlich zu sehen ist. Um diese Restrauhigkeit 13 zu
glätten oder/und die Oberfläche zu versiegeln,
ist es in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen,
eine Flüssigkeit 14, vorzugsweise eine sterile
Kochsalzlösung, mittels eines Keiltupfers 15 auf der
Hornhaut zu verteilen und diese dann wie in 6b gezeigt,
mit einem Excimerlaserstrahl 19 geringfügig zu
bearbeiten. Dadurch, dass die Flüssigkeit 14 in
etwa gleiche Absorptions- und damit Ablationseigenschaften wie die
Hornhaut 5 hat ist gesichert, dass zunächst die „Spitzen” der
Restrauhigkeit 13 abgetragen werden, und keine Ablation
der Hornhaut 5 als solche stattfindet. Wie leicht einzusehen ist,
wird durch dieses Vorgehen die Restrauhigkeit 13 deutlich
vermindert, das Ergebnis ist in 6c dargestellt.
Zur Versiegelung und auch zur Glättung ist die Verwendung
einer Flüssigkeit – wie oben beschrieben – aber
nicht zwingend erforderlich.
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Dabei
kommt es nicht darauf an, ob der Excimerstrahl 19 großflächig
oder in Form eines Spot-Scanning auf die Hornhaut 5 einwirkt.
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Auch
könnte die Glättung/Versiegelung mittels des Excimerlasers
mit einer weiteren geringfügigen Ablation zur zusätzlichen
Verbesserung der optischen Eigenschaften des Auges verbunden werden.
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6 zeigt nur die Glättung des
Lentikelschnitts 16, aber natürlich lässt
sich auch der Flapschnitt 16' entsprechend glätten,
indem dieser auf eine geeignete Auflage positioniert wird und mit dem
Excimerlaserstrahl 19 bearbeitet wird.
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Auch
ein Infrarot-Laser kann zur Realisierung der Glättung bzw.
Versiegelung geeignet sein.
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Die
Behandlung von Flap- und Lentikelschnitt lässt sich bei
Nutzung eines entsprechenden Handstücks zur Zuführung
der Laserstrahlung in den entstandenen Lentikel-Hohlraum auch durchführen, ohne
dass der Flap zurückgeklappt werden muss.
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Durch
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Oberflächenrauhigkeit herabgesetzt und es kann
eine schnellere und optimale Heilung erfolgen.
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Die
vorteilhafte Wirkung der Erfindung kann dabei u. a. auf einem oder
mehreren der folgenden Wirkmechanismen beruhen:
- – nekrotisierende
Wirkung
- – Apoptose
- – Veränderung der biochemischen Reaktivität
- – Fibrose
- – Metaplasie.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5984916 [0005, 0009]
- - US 6110166 [0009, 0025]
- - US 5219344 [0010]
- - DE 1972573 [0010]