DE102011109936A1

DE102011109936A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten temperaturgesteuerten Lasertherapie durch einen multifunktionalen Therapielaser

Info

Publication number: DE102011109936A1
Application number: DE102011109936A
Authority: DE
Inventors: Gerald Kunath-Fandrei; Dr. Dick Manfred; René Denner
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-14
Also published as: US10463430B2; JP6701266B2; US11109910B2; JP2014524286A; US20140243805A1; WO2013020660A1; JP6645736B2; JP2019000633A; US20200060762A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasertherapiegerät (4) mit einem Laser (1) und einer Steuereinrichtung (3), wobei der Laser (1) ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser mit einer Pumpquelle (2) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, mindestens einen Erstimpuls des Lasers (1) in einem Erstimpulsbetrieb zu erzeugen, wobei in dem Erstimpulsbetrieb die Pumpquelle (2) durch die Steuereinrichtung (3) mindestens einmal auf eine Pumpleistungsstufe S1 einschaltbar ist und wobei eine Anstiegsdauer E, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreichbar ist, im Bereich von 50 ns bis 350 ns liegt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lasertherapiegeräts (4), umfassend folgenden Schritt: – Erzeugen mindestens eines Erstimpulses (2) eines Lasers (1), der ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser ist, durch Einschalten einer Pumpquelle (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) auf eine Pumpleistungsstufe S1, wobei das Einschalten innerhalb einer Anstiegsdauer E im Bereich vom 50 ns und 350 ns erfolgt, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kombinierten temperaturgesteuerten Lasertherapie durch einen multifunktionalen Therapielaser. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Therapielaser, der einen erweiterten Anwendungsbereich im Vergleich zu bestehenden Lasern aufweist.
In der DE 10 2009 016 184 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nicht invasiven Temperaturbestimmung an mit einer cw-Behandlungsstrahlung behandeltem biologischem Gewebe offenbart. Durch ein schnelles Einschalten der Laserpumpquelle innerhalb von ca. 1–10 μs werden dabei kurze intensive Laserpulse von etwa 10 W Leistungsspitze erzeugt, wobei der cw-Laser eine Leistung von ca. 2 W im Mittel erreicht. Mit diesen Pulsen werden optoakustisch auswertbare Signale erzeugt, die für eine Temperaturmessung vom behandelten Gewebe geeignet sind.
Als nachteilig bei den Lasern des Stands der Technik wurde die beschränkte Einsetzbarkeit empfunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laser für ein breiteres Anwendungsspektrum bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Lasertherapiegerät (4) mit einem Laser (1) und einer Steuereinrichtung (3), wobei der Laser (1) ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser mit einer Pumpquelle (2) ist, und wobei die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, mindestens einen Erstimpuls des Lasers (1) in einem Erstimpulsbetrieb zu erzeugen, wobei in dem Erstimpulsbetrieb die Pumpquelle (2) durch die Steuereinrichtung (3) mindestens einmal auf eine Pumpleistungsstufe S1 einschaltbar ist und wobei eine Anstiegsdauer E, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreichbar ist, im Bereich von 5 ns bis 350 ns liegt.
Damit wird ein Laser bereitgestellt, bei dem mithilfe einer speziellen Ansteuerung eines Continous-Wave-Lasers (cw-Lasers) zusätzlich zum kontinuierlichen Betrieb des cw-Lasers kurze und intensive Impulse erzeugbar sind, die trotz der geringen cw-Laserleistung bzw. Nennleistung des cw-Lasers eine um ein Vielfaches höhere Laserimpulsspitzenleistung aufweisen, sodass diese für bisher mit einem cw-Laser nicht durchführbare Therapiemethoden, wie z. B. der selektiven Photothermolyse der Netzhaut, verwendbar sind und zugleich der cw-Laser für Therapiemethoden wie z. B. Photokoagulation Hyperthermie und Biostimulation im Auge verwendbar ist. Überraschend wurde herausgefunden, dass durch ein gegenüber dem Stand der Technik noch schnelleres Einschalten der Pumpquelle Erstimpulse mit Impulsspitzenleistungen von ca. 35 W erzeugbar sind, wobei die cw-Leistung z. B. nur ca. 2 W beträgt. Die erhaltene Impulsspitzenleistung liegt damit um mehr als das 10-fache über der cw-Laserleistung. Die entstehenden Erstimpulse weisen eine FWHM (full width at half maximum; Halbwertsbreite) von ca. 0,25 μs auf und erreichen in dem Beispiel eines cw-Lasers mit 2 W cw-Laserleistung eine Pulsenergie von bis zu 20 μJ. Solche Impulse eignen sich z. B. für Biostimulation der RPE-Zellen sowie Photodisruption von organischem Gewebe nach der selektiven Photothermolyse. Damit kann das Lasertherapiegerät sowohl für einen cw-Betrieb zur Photokoagulation mit Temperatursteuerung als auch im therapeutisch wirksamen Einzelimpulsbetrieb eingesetzt werden.
Der Laser ist bevorzugt ein cw-Laser, wie er für die Photokoagualation eingesetzt wird. Bevorzugt ist er ein diodengepumpter Festkörperlaser. Der Laser arbeitet bevorzugt mit Wellenlängen im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich, bevorzugt von 400–1000 nm, besonders bevorzugt von 510–810 nm, sowie speziell 532 nm, 561 nm, 577 nm, 659 nm. Bevorzugt handelt es sich um einen primär kontinuierlich emittierenden Therapielaser. Es handelt sich bevorzugt um einen optisch angeregten Laser, dessen verstärkendes (aktives) Medium aus einem kristallinen oder glasartigen (amorphen) Festkörper besteht. In diesem sog. Wirtsmaterial oder Wirtskristall sind in bestimmter Konzentration (Dotierung) die laseraktiven Ionen enthalten. Das aktive Medium des Lasers ist bevorzugt in der Lage, die beim Pumpprozess zugeführte Energie für einen Zwischenzeitraum z. B. in Form einer Besetzungsinversion zu speichern und bei einem Anschwingvorgang des Lichtfeldes im Laserresonator im Wesentlichen in einem Einzelimpuls abzugeben. Ein solches Medium ist z. B. ein Festkörperlaser-Medium, dessen energetische Speicherzeit (man spricht hierbei auch von Fluoreszenzlebensdauer oder Lebensdauer im oberen Laserniveau) typisch im Bereich 50 μs bis 1 ms liegt. Als aktive Medien mit entsprechenden Dotierungen sind bevorzugt eins oder mehrere aus folgender Gruppe wählbar: Nd:YAG (230-240 μs Fluoreszenzlebensdauer), sämtliche Kristalle, Neodym:Yttrium-Vanadat, Neodym:Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG), Er:YAG, Tm:YAG, Ho:YAG Ho-Tm:YAG.
Eine Besetzungsinversion liegt vor, wenn die Besetzung des energetisch höheren, am Laser-Verstärkungsprozess beteiligten oberen Laserniveaus größer ist, als die des beteiligten unteren Laserniveaus. In einem günstigen Ausführungsbeispiel ist der Laser ein Neodym:Yttrium-Vanadat-Festkörperlaser mit einer Wellenlänge von 1064 nm und mit Frequenzverdoppelung einer Wellenlänge von 532 nm. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Fluoreszenzlebensdauer bzw. Speicherzeit dieses laseraktiven Mediums von ca. 100 μs, lässt sich die Ausschaltzeit bei der Modulation auf diese geringe Zeitdauer begrenzen. Vorteilhaft ist für den Laser eine Diode als Pumpquelle vorgesehen, da sich die Modulation der Pumpquelle hier in einfacher Weise durch die geeignete Ansteuerung des Diodenstromes realisieren lässt. Bevorzugt ist der Laser ein Scheibenlaser. Durch die Ausführung des Lasermaterials in Form einer sehr dünnen, in axialer Richtung gekühlten Scheibe wird der Aufbau einer thermischen Linse minimiert. Dies stellt insbesondere sicher, dass sich die Strahlparameter der Laseremission bei zeitlich variierender Ansteuerung durch die Art und während der Dauer der Modulation nicht verändern und somit der erfindungsgemäße Vorteil einer Übereinstimmung von Mess-, Behandlungs- und Erstimpulsvolumen vollständig zum Tragen kommt. In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel ist der Laser ein diodengepumpter Neodym:Yttrium-Vanadat Scheibenlaser mit Frequenzverdopplung.
Für einen cw-Betrieb geeignet ist der Laser bevorzugt dann, wenn er normalerweise für Therapieformen angewendet wird, die im kontinuierlichen Bestrahlungsbetrieb stattfinden. Typisch ist z. B. ein Photokoagulationslaser mit einer maximalen cw-Laserleistung von 2 W, in stärkeren Versionen auch bis 5 W, wobei für die Photokoagulation z. B. eine cw-Laserleistung von 100 mW–500 mW, bevorzugt bei Koagulationszeiten von 10 ms–500 ms, bereits ausreichend ist. Gemäß der Erfindung kann ein solcher Laser nun auch für andere Therapieformen verwendet werden, die eine höhere Spitzenleistung erfordern (z. B. zelltod des RPE durch Blasenbildung infolge selektiver Photothermolyse).
Als Steuerungseinrichtung ist jede Einrichtung geeignet, die ein Gerät abhängig von einer Eingangsgröße steuern kann. Die Steuerung weist vorzugsweise sowohl mindestens eine Eingabe- als auch mindestens eine Ausgabeschnittstelle auf. Vorzugsweise ist die Steuerung programmierbar. Vorzugsweise wird eine verbindungsprogrammierte Steuerung, besonders bevorzugt eine speicherprogrammierte Steuerung, eingesetzt. Vorzugsweise weist die Steuerung eine Prozessorarchitektur auf.
Die Pumpquelle ist bevorzugt mindestens eine Diode, die mittels Stromsteuerung in ihrer Strahlungsintensität steuerbar ist und den Laser anregt. Über Strom und Spannung ist bevorzugt die Pumpleistung der Pumpquelle steuerbar. Bevorzugt sind einzelne Pumpleistungsstufen der Pumpquelle einstellbar, besonders bevorzugt sind diese Pumpleistungsstufen für beliebige Pumpleistungswerte wählbar. Durch die Steuereinrichtung ist die Pumpquelle mit einer entsprechenden Spannung und mit einem entsprechenden Strom auf eine bestimmte Pumpleistungsstufe ansteuerbar. Als Pumpquelle sind z. B. Laserdiode(n), LED(s) oder Gasentladungslampen verwendbar. Dioden sind bevorzugt, da diese schnell beschaltbar sind. Es ist sowohl eine longitudinal als auch eine transversale Anregung des Lasermediums möglich.
Die Pumpleistung ist bevorzugt die Leistung, welche der Pumpquelle zur Anregung des Lasermediums, z. B. in Form von Strom und Spannung, zugeführt wird.
Die Laserleistung ist bevorzugt die Leistung, welche der Laser in Form von Photonen abgibt.
Die cw-Laserleistung ist bevorzugt die cw-Nennleistung des Lasers. Die cw-Nennleistung ist bevorzugt die im Minutenbereich oder länger, stabil und konstant abgebbare Laserleistung im kontinuierlichen Betrieb. Besonders bevorzugt ist die cw-Nennleistung ein vom Hersteller angegebener Leistungswert für den kontinuierlichen Betrieb im, mindestens, Minutenbereich.
Die mittlere Laserleistung ist bevorzugt die Laserleistung, welche im zeitlichen Mittel von dem cw-Laser, bevorzugt während eines Impulsbetriebs des cw-Lasers bzw. eines quasikontinuierlichen Betriebs des cw-Lasers durch die entsprechenden Pulse, abgegeben wird. Wenn z. B. in einer Minute fünf Behandlungsimpulse mit einer Dauer von je 10 Sekunden und 2 Watt Laserleistung abgegeben werden und dazwischen die Laserleistung 0 Watt beträgt, beträgt die mittlere Laserleistung 1,667 Watt gemäß: 5·10s·2W / 6·10s = 1,667W
Im Erstimpulsbetrieb wird mindestens ein Erstimpuls des Lasers erzeugt, bevorzugt mehrere Erstimpulse hintereinander. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, vor dem Einschalten der Pumpquelle auf die Pumpleistungsstufe S1 eine Pause von 40 μs bis 2 ms bevorzugt 50 μs bis 1 ms einzuhalten, in der sich das vorhandene Strahlungsfeld im Laserresonator abbaut und eine Besetzungsinversion durch spontanen Zerfall degeneriert. Bevorzugt entspricht die Länger der Pause in etwa der genannten Speicherzeit des aktiven Lasermediums.
Ein Erstimpuls ist ein kurzer, intensiver Laserimpuls, der eine Impulsspitzenleistung aufweist, die überraschenderweise um mehr als ein Zehnfaches höher ist, als die cw-Laserleistung und überraschenderweise um mehr als ein Dreifaches höher ist, als die Impulsspitzenleistung eines aus der DE 10 2009 016 184 A1 bekannten Erstimpulses, der zur Temperaturmessung verwendet wird. Durch ein schnelles Einschalten der Pumpquelle im Bereich von schneller als 350 ns, bevorzugt schneller als 200 ns, insbesondere bevorzugt von schneller als 100 ns, ganz besonders bevorzugt schneller als 50 ns, insbesondere schneller als 10 ns, bevorzugt auch von 50 ns bis 350 ns wird ein kurzer, intensiver Erstimpuls erzeugt. Es kommt in Folge des mangelnden Strahlungsfeldes im Resonator zunächst zum überhöhten Aufbau einer Besetzungsinversion, welche sich nach der dann folgenden Einstellung eines Strahlungsfeldes im Resonator (Anschwingvorgang) schlagartig wieder abbaut, wobei der kurze, intensive Erstimpuls entsteht. Dieser Laserimpuls weist bevorzugt eine Impulsenergie von mehr als 10 μJ besonders bevorzugt mehr als 17 μJ auf. über den gewählten Spotdurchmesser des Laserstrahls ist bevorzugt die Leistungsdichte der auf dem Gewebe auftreffenden Strahlung einstellbar. Der Spotdurchmesser ist bevorzugt von 24 μm bis 8,0 mm, besonders bevorzugt 50 μm bis 1,0 mm einstellbar, besonders bevorzugt beträgt er 70 μm. Bei 70 μm Spotdurchmesser und 35 W Laserleistungsspitze führt ein Erstimpuls mit einer Impulsdauer von ca. FWHM = 0,25 μs zur therapierenden Blasenbildung im Gewebe. Bei größeren Sportdurchmessern von bevorzugt 0,5 mm und/oder kleineren Laserleistungsspitzen wie z. B. 20 W ist der Impuls bevorzugt als Messimpuls geeignet.
Die Anstiegsdauer E bemisst sich bevorzugt von dem Zeitpunkt, an dem die Pumpquelle abgeschaltet ist, d. h. bevorzugt wenn die Steuereinrichtung einen Strom kleiner als den Schwellstrom liefert, besonders bevorzugt einen Strom und eine Spannung von 0 A und 0 V an die Pumpquelle liefert, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Steuereinrichtung den Strom und die Spannung liefert, die eine Leistung entsprechend der Pumpleistungsstufe S1 darstellen. Bevorzugt erzeugt die Steuereinrichtung einen Stromeinschaltpuls, dessen Einschaltflanke innerhalb der Anstiegsdauer E den Stromwert für die gewünschte Pumpleistungsstufe erreicht. Bevorzugt liegt die Anstiegsdauer E im Bereich von höchstens 300 ns, bevorzugt höchstens 250 ns, besonders bevorzugt höchstens 200 ns, ganz besonders bevorzugt 150 ns, insbesondere bevorzugt von weniger als 100 ns. Bevorzugt wird nach Ablauf der Anstiegsdauer E die Pumpquelle wieder abgeschaltet. Überraschend wurde festgestellt, dass die Impulsspitzenleistung des Laserimpulses ansteigt, wenn die Anstiegsdauer E verringert wird. Die Impulsdauer von ca. FWHM = 0,25 μs bleibt dabei im Wesentlichen konstant. Bevorzugt wird sie durch Auswahl des Lasermaterials auf den durch die Spikingfrequenz des ausgewählten Lasermaterials vorgegebenen Wert eingestellt.
Die Pumpleistungsstufe S1 ist bevorzugt höher als die Pumpleistungsstufe S3, auf welche die Pumpquelle für die Abgabe der cw-Laserleistung einstellbar ist.
Bevorzugt beruht die Modulation des Lasers ausschließlich auf der Stromsteuerung der Pumpdioden des Festkörperlasers und das Lasertherapiegerät weist bevorzugt keine zusätzlichen internen und/oder externen Modulatoren auf.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Pumpleistungsstufe S1 mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) einstellbar ist.
Die Pumpleistungsstufe, auf welche die Pumpquelle für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers in dem cw-Betrieb einstellbar ist, ist bevorzugt die für die Abgabe der cw-Nennleistung des Lasers benötigte Pumpleistungsstufe.
Bevorzugt beträgt die Pumpleistungsstufe S1 100% bis 150%, besonders bevorzugt 110% bis 130%, ganz besonders bevorzugt 120% der Pumpleistungsstufe, auf welche die Pumpquelle für die Abgabe der cw-Laserleistung in dem cw-Betrieb maximal einstellbar ist. Wenn z. B. im normalen cw-Betrieb des Lasers ein Strom von maximal 28 A den Pumpdioden geliefert wird, wird für das Erzeugen eines Erstimpulses ein Strom von 33 A für das Leistungsniveau N1 mit der entsprechenden Spannung eingestellt, was einer Erhöhung auf ca. 118% entspricht.
Auf diese Weise ist der Laser kurzzeitig mit einer Pumpleistung oberhalb der für den cw-Betrieb bestimmungsgemäßen Pumpleistung anregbar, wodurch die Impulsspitzenleistung eines Erstimpulses nochmals steigerbar ist. Durch die kurzzeitige Überhöhung der Anregungsleistung bzw. Pumpleistung entstehen keine Schäden am Laser selbst.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung (3) eingerichtet, die Pumpquelle (2) für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E auf einer Pumpleistungsstufe S2 zu halten.
Auf diese Weise sind Erstimpulse erzeugbar, die nach einem Peak eine schulterartige Verlängerung aufweisen (verlängerte Erstimpulse). Die Zeitdauer T schließt bevorzugt unmittelbar an die Anstiegsdauer E an. Die Pumpleistungsstufe S2 ist bevorzugt gleich der Pumpleistungsstufe S1, besonders bevorzugt der Pumpleistungsstufe S3, d. h. ca. einer der üblichen cw-Nennleistung des Lasers entsprechenden Pumpleistungsstufe.
Durch das Halten der Anregungsleistung auf einer Pumpleistungsstufe S2 ist zusätzliche Energie in den Erstimpuls in Form der nachlaufenden Schulter einbringbar. In bestimmten Anwendungsszenarien, in denen die Impulsenergie des nicht verlängerten Erstimpulses zu gering ist, um die gewünschte therapeutische Wirkung zu erzielen, ist somit die noch fehlende Impulsenergie über ein solches Nachpumpen nach dem Erstimpuls in das gewünschte Gewebe lieferbar.
Die Zeitdauer T wird maximal auf einen Wert eingestellt, sodass die Summe der Impulsdauer des Erstimpulses und T bevorzugt kleiner oder gleich 1 ms, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 50 μs, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10 μs und insbesondere bevorzugt 5 kleiner oder gleich μs ist. Bei einer Dauer des verlängerten Erstimpulses ab ca. 10 μs bis 50 μs können, z. B. durch Wärmediffusion, Koagulationseffekte im Gewebe auftreten die in Therapiemethoden mit kurzintensiven Impulsen nicht gewünscht sind. In einem Beispiel, in dem der Erstimpuls eine Impulsdauer von 200 ns aufweist wird die Zeitdauer T maximal auf einen Wert von besonders bevorzugt 4,8 μs eingestellt, um sicher ungewollte Gewebekoagulationseffekte auszuschließen.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist eine Laserimpulsenergie des Erstimpulses durch die Anstiegsdauer E und/oder die Zeitdauer T und/oder die Pumpleistungsstufen S1 und/oder S2 einstellbar.
Bevorzugt wird damit über die Stromstärke und/oder die Schnelligkeit des Einschaltens bzw. Steilheit der Einschaltflanke, die durch die Zeitdauer E einstellbar ist, die Impulsspitzenleistung des Erstimpulses eingestellt. Über die Zeitdauer T, während der nach dem schnellen Einschalten noch zusätzlich eine bestimmte Pumpleistungsstufe der Pumpquelle gehalten wird, ist bevorzugt die zusätzliche Energie, die dem Impuls durch ein Nachpumpen zugeführt wird, einstellbar.
Auf diese Weise ist ein cw-Festkörperlaser bereitgestellt, der über ein weites Parameterfeld ansteuerbar ist und dessen Laserleistungsspitzen sowie Energien von Impulsen in großen Wertebereichen (z. B. 0–100 W, bevorzugt, 0–50 W, besonders bevorzugt 0–35 W; 0–80 μJ, bevorzugt 0–50 μJ, besonders bevorzugt 0–17μJ) einstellbar sind. Bisher waren im Stand der Technik im cw-Betrieb nur niedrige Leistungsspitzen, die für Messimpulse geeignet waren, erzeugbar.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet, die Pumpquelle (2) derart anzusteuern, dass

– durch den Laser (1) in einem kontinuierlichen Betrieb ein Behandlungsstrahl mit einer Laserleistung erzeugbar ist, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder
– durch den Laser (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb Behandlungspulse erzeugbar sind, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder
– durch den Laser (1) in einem temperaturgeregelten, quasikontinuierlichen Betrieb Messpulse und Behandlungspulse erzeugbar sind.

Zur Erzeugung eines Behandlungsstrahls oder von Behandlungspulsen ist bevorzugt eine Anstiegszeit der Pumpquelle auf die dafür erforderliche Pumpleistungsstufe im Bereich von bevorzugt 10 μs–2 ms, besonders bevorzugt 10 μs–50 ms einstellbar. Auch die Abfallzeiten eines Behandlungspulses bzw. -strahls sind bevorzugt auf Werte in diesen Bereichen einstellbar.
Durch einen kontinuierlichen Betrieb mit einem Behandlungsstrahl ist z. B. eine leistungs- und zeitgesteuerte photothermische Lasertherapie durchführbar.
Mittels einem quasikontinuierlichen Betrieb mit Behandlungspulsen ist z. B. eine gepulste Hyperthermie bzw. Biostimulation durchführbar.
In einem temperaturgeregelten quasikontinuierlichen Betrieb mit Mess- und Behandlungspulsen ist bevorzugt eine temperaturgesteuerte photothermische Lasertherapie durchführbar, insbesondere eine:

– temperaturgesteuerte Photokoagulation mit ophthalmoskopisch sichtbarer Läsion reproduzierbarer Größe,
– temperaturgesteuerte Photokoagulation mit ophthalmoskopisch unsichtbarer, aber im Fluoreszenz-Angiogramm (bzw. ICG-Angiogramm) sichtbarer Läsion reproduzierbarer Größe,
– temperaturgesteuerte Photokoagulation mit ophthalmoskopisch unsichtbarer und im Fluoreszenz-Angiogramm (bzw. ICG-Angiogramm) ebenfalls unsichtbarer Läsion reproduzierbarer Größe,
– temperaturgesteuerte Kurzpuls-Photokoagulation (d = 100 μs–20 ms), wobei insbesondere der Parametersatz reproduzierbar so gewählt werden kann, dass die Läsion zum Zeitpunkt der Behandlung und kurz danach ophthalmoskopisch sichtbar und ab ca. 3 Monaten nach der Behandlung ophthalmoskopisch unsichtbar wird (reversible Photokoagulation). Das hier beschriebene Verfahren besitzt dabei nicht den Nachteil aller bisherigen Kurzpulstechniken, welche aufgrund des immer kleiner werdenden therapeutischen Fensters unterhalb von 20 ms Impulsdauer zunehmend Gefahr laufen, unkontrollierte Gefäß- und Geweberupturen zu erzeugen (z. B. beschrieben in G. Dorin „The treatment of diabetic retinopathy: laser surgery or laser therapy?" Retina Today 6(1) 2008).
– kontinuierliche, temperaturgesteuerte Hyperthermie welche mit einer reproduzierbar einstellbaren Temperatur an der Netzhaut unabhängig von individuellen „Fremdverlusten” wie z. B. Absorption und Streuung in den vorderen okularen Medien und im inneren Teil der Netzhaut wesentlich bessere klinische Ergebnisse aufgrund der Gleichförmigkeit und Reproduzierbarkeit der thermischen Wirkung auf der Netzhaut auch ohne Micro-Pulse-Verfahren erzielt.
– kontinuierliche, temperaturgesteuerte Biostimulation, bei der thermische Aktivierungsenergien bzw. thermische Gleichgewichtszustände (z. B. vascular endothelial growth factor, VEGF, versus Pigment epithelium derived factor, PEDF) reproduzierbar eingestellt bzw. kontrolliert verschoben werden können. So kann z. B. eine körpereigene Ausschüttung von VEGF und anderen angiogenen Wachstums-Faktoren reduziert werden.

Während im Stand der Technik für einen Messimpuls Anstiegszeiten des Einschaltens der Laserpumpquelle von 1 μs–10 μs gewählt wurden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen einen größeren Bereich möglicher Anstiegszeiten, nämlich von 0,1–10 μs einzustellen. Bei kurzen Einschaltzeiten wird die Pumpleistungsstufe, auf die eingeschaltet wird, bevorzugt entsprechend reduziert, sodass eine Laserimpulsspitzenleistung von ca. 10 W nicht überschritten wird.
Bevorzugt wird, um die fallende Flanke des Messimpulses für die optoakustische Wirkung zu optimieren, die Pumpleistung nach dem Anschalten kurzzeitig, z. B. für etwa 2 μs unter die danach folgende Pumpleistungsstufe zur Abgabe der cw-Laserleistung (z. B. unter die für die Photokoagulation notwendige Pumpleistungsstufe) geregelt. Um ein zeitliches Interferieren zwischen den optoakustischen Drucktransienten des Messpulses und des Therapiepulses zu verhindern, wird bevorzugt zwischen beiden Pulsen eine Pause eingefügt, welche bevorzugt größer als die Schalllaufzeit im Auge ist, z. B. 30 μs. Bevorzugt werden Mess- und Behandlungspulse mit einer Repetitionsrate im Bereich von 500 Hz–10 kHz, besonders bevorzugt von 1 kHz alternierend wiederholt.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist jedoch auch vorgesehen, dass der Therapiepuls ohne Pause direkt auf den Messpuls folgt. Durch die fehlende Anstiegsflanke des Therapiepulses kann somit die optoakustische Wirkung des Therapiepulses gänzlich vermieden werden.
Bevorzugt sind möglichst lange Anstiegs- und Abfallzeiten, bevorzugt im Bereich von 10 μs–50 μs, eines Behandlungspulses einstellbar, so dass diese keine bzw. nur eine möglichst geringe optoakustische Drucktransienten generieren.
In einem Beispiel eines temperaturgeregelten quasikontinuierlichen Betriebs mit einer Repetitionsfrequenz von 1 kHz (Periodendauer 1000 μs) ergibt sich bevorzugt ein Modulationszyklus in folgender Abfolge:

– 100 μs Auszeit der Pumpquelle (Löschzeit des Strahlungsfeldes sowie Inversionszerfall)
– Einschalten Pumpquelle für ca. 1 μs (Anschwingvorgang des Erstpulses)
– 0,5 μs Pulsdauer Erstimpuls
– 30 μs Nachregelzeit hintere Impulsflanke (reduzierte Pumpleistung)
– ca. 870 μs „Bestrahlungs”-zeit mit einer kontinuierlichen Pumpleistung für < 2,5 W Laserausgangsleistung und Anstiegs-/Abfallzeiten von je < 50 μs.

Danach wird wieder mit einer 100 μs-Auszeit der Pumpquelle weiter verfahren und auch die übrigen Schritte so lange wiederholt, bis z. B. ein durch die erzeugte Photokoagulation bestimmtes Abschaltkriterium erreicht ist.
Durch das hier beispielhaft genannte Parameterfeld ist mit dem Lasertherapiegerät z. B. ein quasikontinuierliches Betriebsregime realisierbar.
In diesem Beispiel des erfindungsgemäßen quasikontinuierlichen Betriebsregimes eines cw-Lasers wäre die effektive cw-Bestrahlungszeit lediglich um ca. 13% kürzer (das heißt: für den gleichen thermischen Effekt muss der im quasikontinuierlichen Betrieb arbeitende cw-Laser 13% länger „heizen” als der im kontiuierlichen Betrieb arbeitende). Es hat jedoch den Vorzug einer temperaturgeregelten Koagulation ohne zusätzlichen stärkeren cw-Laser oder der Integration eines zusätzlichen Messlasers.
Ein Messimpuls weist bevorzugt Pulsenergien von ca. 2–12 μJ, Impulsdauern von ca. FWHM = 0,25 μs sowie steile Anfangs- und Endflanken auf.
In einem Multiwellenlängen-Lasersystem ist das beschriebene erfindungsgemäße Prinzip bevorzugt auch in leicht abgewandelter Form zum Einsatz bringbar. Für den Fall, dass nicht alle eingebauten Strahlquellen aufgrund ihres physikalischen Wirkprinzips dazu in der Lage sind, durch die beschriebene Form der Ansteuerung gleichzeitig ein zur optoakustischen Anregung und zur temperaturkontrollierten photothermischen Therapie verwendbares Lasersignal zu erzeugen, so kann bevorzugt eine erste Strahlquelle dafür vorgesehen werden, die oben beschriebene Form der Lasermodulation (Mess- und Koagulationspuls) zu erzeugen und alle weiteren Strahlquellen zur herkömmlichen temperaturkontrollierten photothermischen Therapie genutzt werden. Damit ist die erste Strahlquelle sowohl in einem Mess- und Therapieregime (Erzeugung von Mess- und Therapiepuls) als auch in einem reinen Messregime (nur Erzeugung Messimpuls) betreibbar, in dem der Messimpuls erzeugt wird, während die weitere Strahlquelle mit einer anderen Wellenlänge ausschließlich in einem Therapieregime betreibbar ist. Bevorzugt befindet sich dabei das Messregime der ersten Strahlquelle in dem oben beschriebenen Parameterfeld und sowohl das Messregime der ersten Strahlquelle als auch das Therapieregime der weiteren Strahlquelle werden beide von derselben Steuereinrichtung gesteuert. Damit kann ebenfalls die zusätzliche Strahlquelle zur Erzeugung des Messimpulses eingespart werden.
Auch in diesem besonderen Fall des Multiwellenlängen-Lasersystems wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, da die zusätzliche Strahlquelle zur Erzeugung des Messimpulses eingespart werden kann. Bevorzugt weist das Lasertherapiegerät mindestens zwei Laser auf, wobei mindestens einer der Laser mindestens eine Wellenlänge bereitstellt, welche für mindestens zwei der Betriebsmodi Erstimpulsbetrieb, kontinuierlicher Betrieb, quasikontinuierlicher Betrieb und temperaturgeregelter quasikontinuierlicher Betrieb einsetzbar ist.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet, die Pumpquelle (2) zeitlich derart zu steuern, dass Erstimpulse und/oder Behandlungsimpulse und/oder Messimpulse oder eine Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen als Impulspakete erzeugbar sind.
Ein Impulspaket besteht mindestens aus zwei Impulsen, zwischen denen eine kürzere Pause besteht, als eine Pause zu einem anderen Impulspaket.
Durch die Kombination verschiedener Impulse bzw. Impulspakete sind bevorzugt verschiedenste Mess- und Therapieszenarien einstellbar. Z. B. wird durch eine Kombination von ausschließlich Erstimpulsen, sowohl als Einzelpuls als auch als Pulspakete, eine selektive Hyperthermie des Trabekelwerkes durchführbar, welches zur Absenkung des Augeninnendrucks führt. Weiterhin ist durch die Kombination von ausschließlich verlängerten Erstimpulsen sowohl als Einzelpulse als auch als Pulspakete im Bereich von 250 ns–5 μs eine selektive Photothermolyse/Hyperthermie des Trabekelwerkes zur Absenkung des Augeninnendrucks durchführbar. Durch eine Kombination von Erstimpulsen als Einzelpuls oder auch als Pulspaket als auch durch die Kombination von verlängerten Erstimpulsen, sowohl als Einzelimpuls als auch als Pulspakete im Bereich von 250 ns–5 μs ist bevorzugt eine selektive Photothermolyse durchführbar, bei denen Zellen des RPE durch Blasenbildung absterben. Durch die Kombination von Messimpulsen und Behandlungsimpulsen ist z. B. eine temperaturgeregelte photothermische Lasertherapie durchführbar, die bei unterschwelligen Leistungen des Behandlungspulses als Hyperthermie und Biostimulation bei überschwelligen Leistungen des Laserimpulses als irreversible oder reversible Photokoagulation durchführbar ist.
Das erfindungsgemäße oben beschriebene Lasertherapiesystem ist innerhalb bekannter Applikationssysteme wie z. B. einer ophthalmologischen Laserspaltlampe, einem Link-System für herkömmliche ophthalmologische Biomikroskope, Funduskamerasysteme oder auch OCT-Systeme einsetzbar. Dabei ist die therapeutische Spotgröße von ca. 10 μm bis ca. 1 mm einstellbar vorgesehen. Neben der manuell einstellbaren Applikation der Laserspots im Auge ist weiterhin eine automatisierte bzw. auch teilautomatisierte Applikation der Laserspots mit Hilfe eines optischen Scanningsystems vorgesehen. Dabei sind Zeilenscans als auch flächige Gitterscans vorgesehen, die ein effizientes Arbeiten gestatten. Bevorzugt sind die räumliche Form und Anordnung der therapeutischen Laserspots derart gestaltbar, dass die Spotgröße durch ein optisches System einstellbar ist und die Anordnung einer Vielzahl von Spots durch ein manuelles und/oder automatisches optisches Positionier- bzw. Scannsystem erfolgt.
Insbesondere bei der Arbeit mit unterschwelligen und damit nicht ophthalmoskopisch sichtbaren Laserwirkungen ist im Applikationssystem eine Registrierung der Wirkungsorte der Laserstrahlung im Auge vorgesehen. Vorzugsweise werden hier Methoden der optischen Bildverarbeitung genutzt, die auf markante Merkmale des Auges, wie z. B. die Makula, den Sehnerv oder Blutgefäße registrieren.
Insbesondere für den Erstimpulsbetrieb, den verlängerten Erstimpulsbetrieb sowie den quasikontinuierlichen Impulsbetrieb für die Durchführung der selektiven Photothermolyse ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Pulslänge und Pulsenergie die Spotgröße derart eingestellt wird, dass man selektive Photodisruption (Blasenbildung) im RPE erzielt.
Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lasertherapiegeräts (4), umfassend folgenden Schritt:

– Erzeugen mindestens eines Erstimpulses (2) eines Lasers (1), der ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser ist, durch Einschalten einer Pumpquelle (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) auf eine Pumpleistungsstufe S1, wobei das Einschalten innerhalb einer Anstiegsdauer E im Bereich vom 50 ns und 350 ns erfolgt, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreicht wird.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren ist die Pumpleistungsstufe S1 mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) eingestellt wird.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt:

– Einstellen der Pumpquelle (2) auf eine Pumpleistungsstufe S2, die für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E beibehalten wird. Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt:
– Einstellen einer Laserimpulsenergie des Erstimpulses in Abhängigkeit der Zeitdauer E und/oder der Zeitdauer T und/oder der Pumpleistungsstufen S1 und/oder S2.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich mindestens einen der Schritte:

– Erzeugen eines Behandlungsstrahls des Lasers (1) in einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Laserleistung, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist;
– Erzeugen von Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist;
– Erzeugen von Messimpulsen und Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem temperaturgeregelten, quasi-kontinuierlichen Betrieb.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt:

– Erzeugen von Impulspaketen aus Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen oder aus einer Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen.

Die Erfindung soll nun anhand von Zeichnungen beispielhaft weiter veranschaulicht werden. Hierbei zeigen:
1 eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Lasertherapiegeräts (4),
2 ein Pumpleistung(P_p)-Zeit(t)-Diagramm einer erfindungsgemäßen Ansteuerung einer Pumpquelle (2),
3 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Erstimpulse,
4 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Erstimpulsen,
5 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer verlängerter Erstimpulse mit Schultercharakteristik aufgrund Haltens einer Pumpleistungsstufe S2 nach dem Einschalten der Pumpquelle auf eine Pumpleistungsstufe S1,
6 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von verlängerten Erstimpulsen mit Schultercharakteristik,
7 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und eines erfindungsgemäßen Behandlungsstrahls,
8 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen,
9 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen,
10 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen,
11 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und Messimpulse,
12 ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm eines erfindungsgemäßen cw-Behandlungsstrahls.
1 zeigt eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Lasertherapiegeräts 4. Der Laser 1 ist mit einer Pumpquelle 2 verbunden, die diesen anregt. Die Steuereinheit 3 ist mit der Pumpquelle 2 verbunden und eingerichtet, die Pumpquelle 2 zu steuern. Optional weist der Laser in seinem Ausgang einen Lichtwellenleiter (nicht gezeichnet) auf, der über eine Spaltlampe (nicht gezeichnet) das Laserlicht weiter an ein Auge leitet.
Im Betrieb der Erfindung steuert die Steuereinrichtung 3 die Pumpquelle 2 durch ein schnelles Einschalten mit einer Anstiegszeit von ca. 100 ns auf eine Pumpleistungsstufe S1 an. Dabei wird ein Strom von 33 A von der Steuereinheit 3 an die Pumpquelle 2 abgegeben. In Antwort auf dieses abrupte Einschalten der Pumpquelle 2 bildet sich ein überhöhter Aufbau der Besetzungsinversion im Lasermedium, welches sich nach der dann folgenden Einstellung eines Strahlungsfeldes im Laserresonator schlagartig wieder abbaut und wobei ein kurzer intensiver Puls (Erstimpuls) entsteht. Bei einer cw-Laserleistung von ca. 2 W erreicht dieser Laserimpuls Leistungsspitzenwerte von ca. 35 W und ist somit geeignet, therapeutische Wirkungen im Gewebe zu erzeugen.
Auf diese Weise wird die Laserleistung kurzzeitig um ein Vielfaches der cw-Laserleistung erhöht, ca. um den Faktor 10–17. Z. B. ist mit einem cw-Laser, der eine cw-Laserleistung Von ca. 5 W aufweist, auf diese Weise ein Erstimpuls mit einer Impulsspitzenleistung Von ca. 50 W erzeugbar. Damit sind für diesen Laser vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten geschaffen, die den erforderlichen Geräteaufwand z. B. in einer Klinik erheblich reduziert.
2 zeigt ein Pumpleistung(P_p)-Zeit(t)-Diagramm einer erfindungsgemäßen Ansteuerung einer Pumpquelle (2). In diesem Beispiel wird ein Erstimpuls durch die Ansteuerung erzeugt. Zu einem Zeitpunkt T0 wird die Pumpquelle 2 eingeschaltet und bis zu einem Zeitpunkt T1 auf eine Pumpleistungsstufe S1 hochgefahren. Die Differenz T1 – T0 entspricht dabei der Anstiegsdauer E, die in diesem Beispiel 100 ns beträgt. Anschließend wird die Pumpleistung auf eine Pumpleistungsstufe S2 heruntergefahren, auf der es von T2 – T3, wobei T3 – T2 = T, gehalten wird. Danach wird die Pumpleistung bis zu einem Punkt T4 wieder auf 0 abgesenkt. Die Abfallzeiten A und A' sind bevorzugt bei kleinen Abfallzeiten gegenüber der Zeitdauer T vernachlässigbar. Bevorzugt werden diese jedoch mit in die Zeitdauer T eingerechnet, sodass entgegen der hier gezeigten Darstellung T = T4 – T1. Bevorzugt ist als Pumpleistungsstufe S2 der gleiche Wert wie der der Pumpleistungsstufe S1 einstellbar. Eine Abfallzeit A entfällt damit.
Auf diese Weise ist ein verlängerter Erstimpuls mit Schultercharakteristik des Lasers 1 erzeugbar. Über die Parameter T S1 und S2, wobei in T auch die Abfallzeiten A und A' bevorzugt berücksichtigt werden, ist die maximale Laserimpulsleistung sowie die gesamt im verlängerten Erstimpuls transportierte Impulsenergie einstellbar.
3 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Erstimpulse. Gestrichelt eingezeichnet ist zudem (wie auch in den nachfolgenden 4–11) die cw-Laserleistung, die der Laser in einem kontinuierlichen Laserbetrieb abzugeben vermag. In diesem Beispiel wird die Pumpquelle nach Erreichen der Pumpleistungsstufe S1 möglichst schnell auch wieder abgeschaltet, sodass keine Schultercharakteristik der Laserleistung nach dem jeweiligen Impuls entsteht. zwischen den Impulsen werden Pausen von mehr als 100 μs eingehalten, in denen die Pumpquelle 2 ausgeschaltet bleibt und in der das vorhandene Strahlungsfeld im Laserresonator gelöscht wird und sich eine restliche Besetzungsinversion durch spontanen Zerfall abbaut.
Auf diese Weise ist z. B. eine selektive Photothermolyse mit einem cw-Laser durchführbar, die im Stand der Technik nur durch speziell dafür geeignete kurzgepulste Diodenlaser möglich ist, bei denen jedoch die richtige Dosierung der Laserenergie aufgrund des Fehlens eines ophthalmoskopisch sichtbaren klinischen Endpunktes nur ausgehend von einer überdosierten sichtbaren Läsion durch Reduktion der Laserleistung dann empirisch anpassbar ist.
4 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Erstimpulsen. Zwischen den Pulspaketen, die hier aus drei Erstimpulsen bestehen, werden längere Pausen eingehalten als zwischen den Einzelpulsen eines Pulspaketes. Durch die großen Pausen zwischen den Pulspaketen ist die mittlere Laserleistung bei Bedarf deutlich und unter Beibehaltung der Impulsformen der Einzelimpulse reduzierbar.
5 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Erstimpulse mit Schultercharakteristik aufgrund Haltens einer Pumpleistungsstufe S2 nach dem Einschalten der Pumpquelle auf eine Pumpleistungsstufe S1. Hierdurch entsteht hinter jedem Erstimpuls eine Schulter, die dann relativ schnell wieder abklingt, da die Pumpquelle früh genüg wieder abgeschaltet wird, so dass keine thermische Koagulation stattfindet.
Somit sind Einzelimpulse mit einer hohen Impulsspitzenleistung der Laserimpulse und einer hohen Impulsgesamtenergie erzeugbar. Dies ist für viele therapeutische Anwendungen wie z. B. der selektiven Photothermolyse besonders vorteilhaft, welche z. B. bei der selektiven Retinatherapie (SRT) des RPE bei diabetischer Makulaopathie oder von Drusen bei altersbedingter Makuladegeneration einsetzbar ist.
6 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Erstimpulsen mit Schultercharakteristik. Die Schulter der einzelnen Erstimpulse liegt in diesem Beispiel jeweils unter dem Laserleistungsniveau, das der Laser im kontinuierlichen Betrieb ausstrahlen würde. Somit sind Pulspakete mit Einzelimpulsen mit einer hohen Impulsspitzenleistung und einer hohen Impulsgesamtenergie erzeugbar. Die großen Pausen zwischen den Pulspakten erlauben wiederum wie in 4 eine Reduzierung der mittleren Leistung. Dies ist für viele therapeutische Anwendungen wie z. B. der selektiven Photothermolyse besonders vorteilhaft, welche z. B. bei der selektiven Retinatherapie (SRT) des RPE bei diabetischer Makulopathie oder von Drusen bei altersbedingter Makuladegeneration einsetzbar ist.
7 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und eines erfindungsgemäßen Behandlungsstrahls. Die Behandlungsimpulse weisen eine Impulsspitzenleistung auf, die der cw-Laserleistung entspricht. Ein einzelner Puls weist dabei Längen im Bereich von 100 μs–200 μs, in diesem Fall 200 μs auf. Zwischen den Pulsen werden bevorzugt Pausen eingehalten, die kürzer sind als die Fluoreszenzlebensdauer des verwendeten Lasermediums, z. B. Pausen die kürzer als 100 μs sind.
Auf diese Weise ist ein Pulsbetrieb des cw-Lasers z. B. für Photokoagulation durchführbar. Durch die Pausen zwischen den Pulsen kann die mittlere Leistung bei Bedarf deutlich reduziert werden, ohne den einzelnen Impuls zu beeinflussen.
8 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen. Diese sind z. B. für die Therapie durch Hyperthermie ohne Koagulationseffekte einsetzbar. Die Pausen zwischen Pulspaketen ermöglichen wiederum eine Reduzierung der mittleren Laserleistung.
9 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen. Zwischen den Behandlungsimpulsen wird die Pumpleistung auf einem Wert von leicht über Null gehalten. Auf diese Weise werden Pausen zwischen den Pulsen verhindert, in denen das obere Laserniveau abklingen könnte und bei erneuter Anregung ein Erstimpuls entstehen würde.
Damit kommt es bei einer schnellen Anstiegszeit weniger ausgeprägt zu einer Überbesetzung des Laserniveaus, auf das angeregt wird, und damit erfolgt keine plötzliche Laserentladung nach einem schnellen Einschwingen für einen Behandlungsimpuls. Auf diese Weise werden bei gleich bleibenden Anstiegszeiten von Behandlungsimpulsen Erstimpulse noch sicherer vermieden und es sind kürzere Einschaltzeiten für einen Normalpuls einstellbar, ohne dass ein Erstimpuls auftritt. Weiterhin ist die mittlere Laserleistung flexibel, z. B. über Pulsweitenmodulation, einstellbar wobei Erstimpulse unterbunden werden. Ein Laser ist somit mit einer festen Laserleistungsstufe (z. B. der cw-Nennleistung) betreibbar, während die mittlere Laserleistung je nach Puls- und/oder Pausenlänge zwischen der Leistung, auf welcher der Laser in den Pausen nach leicht auf Werten über Null gehalten wird, und der festen Leistungsstufe auf eine Vielzahl von Zwischenwerten einstellbar ist. Bei herkömmlichen Photokoagulationslasern erfolgt mit 50 μm bzw. 100 μm Strahldurchmesser fast immer ein Zelltod durch Blasenbildung. Demgegenüber ist durch diese Einstellbarkeit der Laserleistung auf eine Vielzahl von Zwischenwerten und durch das Verhindern der Erstimpulse eine reproduzierbare Hyperthermie bzw. Photokoagulation selbst bei kleinen Strahldurchmessern möglich. Der Laser ist somit auch für solche Therapien einsetzbar, in denen Ausheilungseffekte durch Migrieren benachbarter RPE-Zellen auftreten.
10 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen.
11 zeigt ein Laserleistung(P_L)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und Messimpulse. Vor einem Messimpuls ist die Pumpquelle für 75 μs ausgeschaltet, sodass das Strahlungsfeld im Laserresonator sowie die bestehende Besetzungsinversion zerfallen. Die Pumpquelle wird dann für ca. 1 μs eingeschaltet, wodurch eine Impulsspitzenleistung des Laserimpulses von ca. 10 W erhalten wird. Dieser Impuls wird als Messimpuls für die Temperatur des zu behandelnden Gewebes verwendet. Danach wird für ca. 30 μs die Pumpleistung auf eine Pumpleistungsstufe reduziert, bei der keine thermischen Effekte im Gewebe auftreten. Für ca. 780 μs wird dann ein Behandlungsimpuls erzeugt, der jedoch durch entsprechendes Einstellen der Pumpleistungsstufe der Pumpquelle einen Laserleistungswert von leicht oberhalb der cw-Nennleistung aufweist, sodass die Behandlungsimpulse im Mittel eine Impulsenergie aufweisen, die auch ein kontinuierlicher Behandlungsstrahl im kontinuierlichen Betrieb des Lasers, bei dem die bestimmungsgemäße mittlere cw-Laserleistung des Lasers eingestellt ist, aufweist. Die Anstiegs- und Abfallzeiten der Behandlungsimpulse betragen ca. 40 μs.
12 zeigt ein Laserleistung (P_L)-Zeit(t)-Diagramm eines erfindungsgemäßen cw-Behandlungsstrahls.
Mit dieser Erfindung sind Modulationsverfahren für einen herkömmlichen cw-Laser vorgestellt, die das Anwendungsspektrum eines cw-Lasers z. B. im klinischen Bereich im Gegensatz zum Stand der Technik um ein Weites verbreitern. Insbesondere sind durch einen Erstimpulsbetrieb Impulsspitzenleistungen durch den Laser abrufbar, die bisher für einen cw-Laser nicht für möglich gehalten wurden. Die Impulsspitzenleistung wird dabei durch ein spezielles Ansteuern des Lasers durch eine Pumpquelle um mehr als das 10-fache des mittleren Leistungsniveaus des cw-Lasers erhöht. Hierdurch sind erstmals mit einem cw-Laser z. B. Therapieformen wie die selektive Photothermolyse im retinalen Pigmentepithel (RPE) möglich. Diese Leistungserhöhung wird durch ein schnelles Einschalten der Pumpquelle im Bereich von 50–350 ns bewirkt. Die Anwendungsvielfalt eines cw-Lasers wird zudem angereichert durch den Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer Steuereinrichtung, die eingerichtet ist diesen Schritt durchzuführen, bei dem zusätzlich zu dem schnellen Einschalten der Pumpquelle noch für eine gewisse Zeit T nachgepumpt wird und somit ein Erstimpuls in seiner Laserleistung vielfältig einstellbar ist. Zudem weist das Lasertherapiegerät weitere Modulationsmöglichkeiten auf, die z. B. einen quasikontinuierlichen Betrieb oder einen Betrieb, in dem durch Messimpulse und Behandlungsimpulse eine temperaturgesteuerte quasikontinuierliche Behandlung möglich ist, auf. Die Erfindung stellt damit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung, bei denen mit einem einzigen Laserresonator nur durch die gezielte elektrische Ansteuerung der Pumpdioden

– sowohl im kontinuierlichen Laserbetrieb eine Koagulation von Gewebe erzielt wird
– als auch im quasikontinuierlichen Betrieb eine temperaturgeregelte Laserkoagulation bzw. Lasertherapie der Retina bewirkt wird und weiterhin
– innerhalb eines Erstimpuls-Betriebsmodus eine selektive Photothermolyse des Retinalen Pigmentepithel (RPE) ohne thermische Schädigung der Photorezeptoren (PR) oder der A- derhaut erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1: Laser
2: Pumpquelle
3: Steuereinrichtung
4: Lasertherapiegerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009016184 A1 [0002, 0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

G. Dorin „The treatment of diabetic retinopathy: laser surgery or laser therapy?” Retina Today 6(1) 2008 [0037]

Claims

Lasertherapiegerät (4) mit einem Laser (1) und einer Steuereinrichtung (3), wobei der Laser (1) ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser mit einer Pumpquelle (2) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, mindestens einen Erstimpuls des Lasers (1) in einem Erstimpulsbetrieb zu erzeugen, wobei in dem Erstimpulsbetrieb die Pumpquelle (2) durch die Steuereinrichtung (3) mindestens einmal auf eine Pumpleistungsstufe S1 einschaltbar ist und wobei eine Anstiegsdauer E, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreichbar ist, im Bereich von 50 ns bis 350 ns liegt.
Lasertherapiegerät (4) gemäß Anspruch 1, wobei die Pumpleistungsstufe S1 mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3 ist, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) einstellbar ist.
Lasertherapiegerät (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, die Pumpquelle (2) für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E auf einer Pumpleistungsstufe S2 zu halten.
Lasertherapiegerät (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Laserimpulsenergie des Erstimpulses durch die Anstiegsdauer E und/oder die Anstiegsdauer T und/oder die Pumpleistungsstufen S1 und/oder S2 einstellbar ist.
Lasertherapiegerät (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet ist, die Pumpquelle (2) derart anzusteuern, dass – durch den Laser (1) in einem kontinuierlichen Betrieb ein Behandlungsstrahl mit einer Laserleistung erzeugbar ist, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder – durch den Laser (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb Behandlungspulse erzeugbar sind, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder – durch den Laser (1) in einem temperaturgeregelten, quasi-kontinuierlichen Betrieb Messpulse und Behandlungspulse erzeugbar sind.
Lasertherapiegerät (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet ist, die Pumpquelle (2) zeitlich derart zu steuern, dass Erstimpulse und/oder Behandlungsimpulse und/oder Messimpulse oder eine Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen als Impulspakete erzeugbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines Lasertherapiegeräts (4), umfassend folgenden Schritt: – Erzeugen mindestens eines Erstimpulses (2) eines Lasers (1), der ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser ist, durch Einschalten einer Pumpquelle (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) auf eine Pumpleistungsstufe S1, wobei das Einschalten innerhalb einer Anstiegsdauer E im Bereich vom 50 ns und 350 ns erfolgt, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreicht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Pumpleistungsstufe S1 mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3 ist, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 8, zusätzlich umfassend den Schritt: – Einstellen der Pumpquelle (2) auf eine Pumpleistungsstufe S2, die für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E beibehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 9, zusätzlich umfassend den Schritt: – Einstellen einer Laserimpulsenergie des Erstimpulses in Abhängigkeit der Anstiegsdauer E und/oder der Zeitdauer T und/oder der Pumpleistungsstufen S1 und/oder S2.
Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 10, zusätzlich umfassend mindestens einen der Schritte: – Erzeugen eines Behandlungsstrahls des Lasers (1) in einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Laserleistung, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist; – Erzeugen von Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist; – Erzeugen von Messimpulsen und Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem temperaturgeregelten, quasikontinuierlichen Betrieb.
Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 11, zusätzlich umfassend den Schritt: – Erzeugen von Impulspaketen aus Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen oder aus einer Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen.