DE102021204066A1

DE102021204066A1 - Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes

Info

Publication number: DE102021204066A1
Application number: DE102021204066.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Hacker; Manfred Dick; Gerald Kunath-Fandrei
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-10-27
Also published as: WO2022223690A1

Abstract

Die Vorrichtung dient der automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes und basiert auf der ab-externo Laser-Trabekuloplastik oder Trabekulotomie.Die Vorrichtung besteht aus einer Lasereinheit mit einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit, einer Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung des Laserstrahls auf das Trabekelwerk und einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, die Lasereinheit für eine ab-externo Laserbehandlung des Auges und die Ablenkeinheit zu steuern. Erfindungsgemäß ist ein Kontaktglas vorhanden, welches ausgebildet ist, bei einer Positionierung des Kontaktglases gegenüber dem Auge mehrere Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in dessen Vorderkammerwinkel und damit eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen.Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die insbesondere zur automatischen 360°-Behandlung eines Glaukoms vorgesehen ist.Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung zusätzlich über eine Beleuchtungseinheit zum Projizieren eines Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel eines Auges und eine Bildverarbeitungseinheit, so dass die Vorrichtung auch zu Untersuchungs- und Diagnosezwecken Verwendung finden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, wobei die Vorrichtung auf der ab-externo Laser Trabekuloplastik oder Trabekulotomie, insbesondere der „Selektiven Laser Trabekuloplastik“ (engl.: selective laser trabeculoplasty, kurz: SLT) basiert. Eine weitere häufiger genutzte Variante einer ab-externo Laser Trabekuloplastik ist die Argon Laser Trabekuloplastik (ALT).
Neben ab-externo Laser Trabekuloplastiken existieren auch noch ab-interno Varianten, wie die Excimer Laser Trabeculotomie bzw. Trabekulostomie (ELT), bei der mittels einer endoskopischen Lichtleitfaser eine Laserablation des Trabekelwerks erfolgt. Die ab-interno Varianten sind aber invasive Verfahren, die sich meist nur im Rahmen anderer chirurgischer Eingriffe mit sinnvollem Risiko/Nutzen-Verhältnis mit durchführen lassen.
Trabekuloplastiken und Trabekulomtomien sind Bearbeitungen des Trabekelwerks. Im Folgenden soll zur Vereinfachung der Begriff der Trabekuloplastik auch die Trabekulotomie (Trabekelgewebeentfernung) und die Trabekulostomie (Locherzeugung im Trabekel) mit umfassen. Das Trabekelwerk ist ein schwammartiges Geflecht im Bereich des Kammerwinkels und umfasst auch das in Bezug auf den Schlemm'schen Kanal gegenüberliegende juxtacanaliculare Gewebe. Durch das Geflecht des Trabekelwerks erfolgt der überwiegende Teil des Abflusses des ständig produzierten Kammerwassers in geregelter Weise, was unter anderem die Gesunderhaltung von Augenstrukturen, wie der Hornhaut und der Linse unterstützt. Ein geringerer Teil des Abflusses, insbesondere bei jüngeren Menschen erfolgt auch über den sogenannten uveoskleralen Ausflusspfad.
Der Hauptteil des Abflusswiderstands im trabekulären Ausflusspfad wird vom juxtacanaliculare Gewebe erzeugt. Verhärtet sich nun alters- oder krankheitsbedingt das Trabekelwerk im Auge und ist somit der geregelte Abfluss nicht mehr möglich, so staut sich das Kammerwasser im Auge und führt zu einer Erhöhung des Augeninnendrucks, die wiederum Schäden an den okularen Nerven bis hin zur Erblindung verursachen kann - dem Glaukom.
Die verschiedenen Trabekuloplastiken haben unterschiedliche Wirkmechanismen (mechanisch, zellulär, biochemisch) sind aber z.T. auch noch nicht vollständig verstanden.
Bei der ELT wird beispielsweise Gewebe mittels UV-Licht bei 308nm lochförmig ablatiert, wodurch eine direkte Durchlässigkeitserhöhung des Trabekelwerks durch die entstehenden Öffnungen erreicht werden soll. Bei ALT wird eine mittels Argon Laser oder mittels Laserdioden erzeugte kontinuierliche Laserstrahlung bei beispielsweise 514nm genutzt, um durch thermische Interaktionen mit dem Gewebe Abflussöffnungen zu erzeugen, die aber zum Wiederverschluss durch Vernarbung und durch Heilungsprozesse neigen. In US 2020/0016002 A1 wird nun auch vorgeschlagen, Laserpulse im Femtosekundenbereich bei 1030nm zur athermischen Trabekelwerksbearbeitung einzusetzen, um damit Abflusskanäle zu schneiden.
Demgegenüber ist die SLT eine einfache und hoch wirksame Lasertherapie im Bereich des Trabekelwerks, die nachweislich den Augeninnendruck beim Glaukom (Grüner Star) reduziert. Hierbei wird angenommen, dass es zu einer Stimulierung des behandelten Gewebes auf zellulärer und biochemischer Ebene kommt, die zur Gewebsregenerierung und/oder Ausschüttung körpereigener Substanzen führt, die wiederum die Gewebsdurchlässigkeit und den Kammerwasserabfluss erhöhen.
Die SLT Lasertherapie nutzt neben der selektiven Absorption insbesondere der Wellenlange 532nm im Pigment Melanin sehr kurze Lichtimpulse mit geringer Energie und wirkt damit vorrangig nur auf die pigmentierten Zellen des Trabekelwerk und extrazelluläre Pigmentkörner (https://doi.org/10.1155/2015/476138). Solche Pigmentpartikel bzw. -zellen können sich zuvor, beispielsweise bei einem Pigmentdispersionssyndrom, aus der Iris gelöst haben, um dann das Trabekelwerk zu verstopfen, wie beim Pigmentglaukom. Diese Zellen werden je nach Energiedichte entweder stimuliert oder zerstört und danach über einen regenerativen, körpereigenen Selbstheilungsprozess erneuert oder abgebaut. Pigmentkörner können, insbesondere bei höheren Laserenergien, in kleinere Körner aufgebrochen werden. Durch diese Regenerationsprozesse wird der Abfluss des Kammerwassers verbessert und der Augeninnendruck gesenkt.
Dabei ist zu beachten, dass Melanin zwar einen, zu kürzeren Wellenlängen hin eher gleichmäßig zunehmenden Absorptionskoeffizienten besitzt, während sich aber das Verhältnis seiner Absorption zu derjenigen anderer im Auge vorkommender Substanzen, wie beispielsweise des Hämoglobins, z.T. beträchtlich ändert, so dass sich günstige Wellenlängenbanden für selektive Absorptionen ergeben. Beispielsweise ist die Absorption von Melanin im Bereich von 480 - 520 um ca. einen Faktor 10 höher als die des Hämoglobins.
Bei den oben erwähnten Regenerationsprozessen scheint auch die Ausschüttung von Zytokinen infolge der Laserbehandlung bei der Verbesserung des Kammerwasserabflusses einen Beitrag zu leisten, indem diese beispielsweise die Durchlässigkeit von Geweben, wie dem Schlemm'schen Kanal, erhöht und den Abbau von Zellresten unterstützt (Garg and Gazzard, „Selective laser trabeculoplasty: past, present, and future“, doi: 10.1038/eye.2017.273).
Beim SLT ist es günstig, einen so große Laserbehandlungszone zu haben, dass das, aus Lasereinstrahlrichtung betrachtet, ca. 300 µm breite TM sicher überstrichen wird, wie beispielsweise mittels einer 400 µm großen Laserbehandlungszone. ZEISS erzeugt diese 400 µm großen Laserbehandlungszone aus 52 Einzelspots, welche jeweils ca. 50 µm groß sind. Die eigentlichen thermischen Schädigungszonen werden durch die pigmentierten TM-Zellen definiert, da überwiegend nur dort die Absorption stattfindet.
Die Grundzüge eines, auch als selektive Lasertrabekuloplastik bezeichneten SLT-Verfahrens werden beispielsweise in den Schriften US 5,549,596 A beschrieben.
Bei diesem Verfahren zur Behandlung von Glaukom, intraokulare Melanom und Makulaödem erfolgt die Bestrahlung der entsprechenden Fläche mit einer Laserstrahlung zwischen etwa 0,01 und etwa 5 Joules/cm².
Die in der US 8,568,393 B2 beschriebene Lösung betrifft ebenfalls ein SLT-Verfahren, wobei die Behandlung durch die Verwendung von Scannern optimiert worden ist.
Ein für SLT-Verfahren verwendbares Lasersystem wird beispielsweise in einem Geräteprospekt der Firma Ellex (http://www.ellex.com/de/) beschrieben. Die SLT-Behandlung erfolgt bei einer Wellenlänge von 532nm, mit einer Pulslänge von 3ns und einer Pulsenergie von ca. 1mJ auf einem Spotdurchmesser von 400µm im Trabekelwerk des Auges, wobei die Behandlung auf einem Umfang von 180° oder auch gleich 360° durchgeführt werden kann.
Dadurch, dass die nach dem Stand der Technik bekannten, selektiv arbeitenden Lasersysteme bisher lediglich auf einer festen, nicht veränderbaren Pulslänge basieren, sind diese nicht universell einsetzbar. Ein System mit einer insbesondere intraoperativ wählbaren Pulslänge für eine wählbare Selektivität der Schädigung der gesamten Zelle bzw. nur von Zellbestandteilen ist bisher nicht bekannt.
Weiterhin erweist sich bei den bekannten selektiv arbeitenden Lasersystemen als nachteilig, dass keine Pattern (Spotmuster) verwendet werden, die strukturiert eine intrazelluläre bzw. zelluläre Zerstörung erlauben.
Bislang werden bei einem Laser, der das ca. 300µm breite Trabekelwerk ausreichend breit überstreicht (beispielsweise mittels einer aus 50µm Einzelspots zusammengesetzten 400µm breiten Laserbestrahlungszone), die thermischen Schädigungszonen (Behandlungszonen) nur durch das Vorkommen pigmentierten Zellen und extrazellulären Pigmentkörner festgelegt.
Neben Spotgrößen, Pulslängen, Energiedichten und thermischen Schädigungszonen wären auch noch unterschiedliche Pigmentierungsniveaus des Trabekelnetzwerks zu berücksichtigen, um den therapeutischen Effekt der Laserbehandlung abschätzen oder durch Anpassung von Laserparameter oder Pattern einstellen zu können.
Gemein ist allen bekannten Systemen zur ab-externo Laser Trabekuloplastik, dass die Führung des Laserstrahles und die Augenfixierung und -ausrichtung bislang immer über ein handgehaltenes Kontaktglas erfolgt, was umständlich ist und die Behandlungsgeschwindigkeit stark begrenzt. Insbesondere die Verwendung eines Gonioprismas als Kontaktglas bedarf eines ausreichenden Trainings. Einen gewissen Fortschritt stellt die sogenannte Pattern Scanning Laser Trabeculoplasty (PSLT) dar, bei der bei einer Stellung des handgehaltenen Kontaktglases zumindest ein Muster einer Anzahl von Laserschüssen gemeinsam appliziert werden, was einen Geschwindigkeitsgewinn darstellt. Insbesondere wenn ein großer Teil oder aber der gesamte Kreis des Kammerwinkels mit beieinanderliegenden oder etwas separierten Laserspots behandelt werde soll, ist ein Verfahren unter Verwendung einer Strahlführung mittels eines handgehaltenen Kontaktglases sehr zeitaufwändig, fehleranfällig und mühsam.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes zu entwickeln, welche die doch recht umständliche und zeitaufwändige Laser Trabekuloplastik mit Kontaktglas wesentlich vereinfachen kann. Weiterhin soll die Vorrichtung geeignet sein, eine 360°-Behandlung und eine bessere Vorhersagbarkeit des erreichbaren bzw. Bewertung des aktuell erreichten therapeutischen Effekts zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Diese Aufgabe wird mit der vorliegenden Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, bestehend aus einer Lasereinheit mit einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit, einer Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung des Laserstrahls auf das Trabekelwerk und einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, die Lasereinheit für eine ab-externo Laser Trabekuloplastik des Auges und die Ablenkeinheit zu steuern, dadurch gelöst, dass ein Kontaktglas vorhanden ist, welches ausgebildet ist, bei einer Positionierung des Kontaktglases gegenüber dem Auge mehrere Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in dessen Vorderkammerwinkel und damit eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen.
Erste Ausgestaltungen beziehen sich auf die Lasereinheit, bestehend aus einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit, die vorzugsweise als Autofokus ausgebildet ist.
Insbesondere ist die Lasereinheit ausgebildet, Laser Trabekuloplastik mittels einer thermisch stimulierenden, einer SLT- oder einer ALT-Behandlung zu ermöglichen. Die Lasereinheit kann aber auch über einen Laser zur überwiegend athermischen Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, beispielsweise einen Ultrakurzpuls-Laser (d.h. Femto- oder Pikosekundenlaser) oder einen Nanosekunden-Laser (ns-Laser) verfügen.
Dabei kann der ns-Laser anterior zum Trabekelwerk fokussiert werden, um dort eine Photodisruption im Kammerwasser zu erzeugen. Die entstehenden Druckwellen sollen erfindungsgemäß das Trabekelwerk stimulieren und mit einer das Trabekelwerk schonenden Behandlung den Augeninnendruck reduzieren. Diese Behandlungsvariante über Photodisruption im Kammerwasser ist unabhängig von der Absorption in den Pigmenten und kann daher auch bei anderen Wellenlängen stattfinden, beispielsweise der YAG-Laserwellenlänge von 1064nm. Diese Behandlung ist auch wie bei SLT über 360° mit einer möglichst äquidistanten Spotanordnung vorgesehen.
Weiterhin ist die Lasereinheit bevorzugt ausgebildet, eine musterbasierte Laser Trabekuloplastik-Behandlung zu ermöglichen, wobei das Behandlungsmuster auf unterschiedliche Weisen erzeugt werden kann.
Bevorzugt wird das Behandlungsmuster mit Hilfe eines Scanners aus Einzelspots erzeugt. Es ist aber auch möglich, ein diffraktives optisches Element (DOE) zu verwenden, um mehrere, gleichzeitig einstrahlende Laserbehandlungsstrahlen zu erzeugen. Nicht bevorzugt, aber möglich ist auch die Erzeugung mehrerer solcher gleichzeitig einstrahlender Laserstrahlen durch optische Strahlteiler (Teilerspiegel, dichroitische Spiegel, Polarisationsteiler oder faseroptische Teiler), die dann mittels eines oder mehrerer Scanner ausgerichtet werden, beispielsweise realisiert durch rotierende Spiegel oder Prismen, Galvospiegel, MEMS-Scanner, akusto- oder elektrooptische Modulatoren oder Flüssigkristallmodulatoren.
Insbesondere kann die Lasereinheit auch ausgebildet sein, Laserpulse mit Pulslängen im Bereich von 50ns - 50µs zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Lasereinheit weiter ausgebildet, aus quadratischen, direkt aneinander gesetzten Spots ein Spotmuster mit einer äußeren, annähernd oktogonalen Form zu erzeugen. Weiterhin ist die Lasereinheit ausgebildet, insbesondere Licht mindestens einer Wellenlänge im Bereich von 480 - 590nm bereitzustellen, beispielsweise 515nm oder 532nm (beispielsweise mittels einer InGaN-Laserdiode oder eines frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasers).
Eine zweite Gruppe von Ausgestaltungen beziehen sich auf die Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung. Diese ist erfindungsgemäß ausgebildet, die Lage der Laserbehandlungsstrahlen so zu verändern, dass sie von den mehreren Umlenkungen im Kontaktglas in verschiedene Richtungen in den Vorderkammerwinkel eines Auges gelenkt werden, um eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen.
Weiterhin ist die Ablenkeinheit vorzugsweise ausgebildet, neben der Einstrahlrichtung der Laserbehandlungsstrahlen auch die Einstrahlrichtung der Beleuchtungsstrahlung, sowie den Beobachtungsstrahlengang zu verändern.
Weitere Ausgestaltungen betreffen beispielsweise das Kontaktglas. Für die Umlenkung der Laserbehandlungsstrahlen in unterschiedliche Teile des Trabekelwerkes sind im Kontaktglas mehrere Facettenspiegel bzw. ein rotierender Spiegel angeordnet.
Dabei verfügen die für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen über Beschichtungen, die für den Bearbeitungslaser und einen für die Beleuchtung und Beobachtung geeigneten Spektralbereich eine ausreichend hohe Reflektivität aufweisen.
Einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechend verfügen die für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen über eine Beschichtung, deren Reflektivität für Einfallsbedingungen mit s- und p-Polarisation bei der Laserwellenlänge annähernd gleich sind.
Die Facettenspiegel können hierbei die Totalreflexion an der Grenzfläche des Kontaktglases zu Luft oder anderen niedrigbrechenderen Medien benutzen, die den Vorteil bietet, eine hohe Reflektivität über eine große spektrale Bandbreite zu realisieren. Nachteilig ist allerdings, dass die Totalreflexion empfindlich gegenüber Verschmutzung der totalreflektierenden Fläche ist (beispielsweise Fingerabdrücke), so dass das Kontaktglas dann gegenüber Verschmutzung geeignet einzuhausen wäre. Alternativ können auch dielektrische Schichten- oder Schichtsysteme benutzt werden, um ein hohe Reflektivität zu realisieren. Hierbei ist allerdings sicherzustellen, dass das Schichtsystemdesign so ausgelegt ist, dass die Reflektivität für Einfallsbedingungen mit s- bzw. p-Polarisation sich nicht zu stark unterscheiden, da andernfalls die Laserleistung während der Behandlung verschiedener Kammerwinkelabschnitte variieren würden. Ideal wären Unterschiede in der Reflektivität von weniger als 1 %, günstig <5% und zwingend <10%. Alternativ können auch metallbeschichtete Spiegel eingesetzt werden. Je nach Laserwellenlänge unter Verwendung von Gold (NIR), Silber (VIS-NIR) oder Aluminium (VIS). Diese sind aber oft weich oder degradieren leicht, so dass auch hier wiederum Schutz gegen Berührung und ggf. Oxidation zu realisieren sind, beispielsweise durch eine dielektrische Schutzschicht auf der Rückseite der reflektierenden Metallschicht.
Möglich, aber etwas schwieriger wäre die Anpassung der Laserpolarisation in der Lasereinheit, um eine gleichförmige Laserleistung bei der Reflexion an den verschiedenen Facetten zu ermöglichen. Möglich ist beispielsweise der Einsatz einer λ/4-Wellenplatte zur Erzeugung einer zirkularen Laserpolarisation aus einer linearen Laserpolarisation oder aber die Nutzung einer drehbaren λ/2-Wellenplatte zur Anpassung der Ausrichtung einer linearen Laserpolarisationsrichtung in Abhängigkeit der jeweils benutzen Facette. Alternativ können in Faserlasern auch faseroptische Polarisationsanpassungsmittel, wie motorisierte Fibre-Paddles, benutzt werden. Auch elektro- oder magneto-optische Mittel zur Polarisationsanpassung sind nutzbar.
Möglich ist auch, die polarisationsabhängigen Übertragungsverluste der Laserleistung bei der Übertragung in die verschiedenen Kammerwinkelbereiche durch eine Leistungsanpassung zu realisieren, beispielsweise durch Laserstrom- oder Abschwächungsanpassung. Um übertragungsabhängige Leistungsvariationen zu bestimmen, kann einerseits eine Titration der Laserleistung bis zur gewünschten Gewebsbearbeitung erfolgen (Blasenbildung oder Gewebsverfärbung) oder aber die Intensität der Rückstreuung des Bearbeitungslasers bestimmt und ausgewertet werden. Dazu kann der Bearbeitungslaser auch zunächst definiert abgeschwächt aktiviert werden. Sind Pilotstrahl und Bearbeitungslaser aufeinander kalibriert, ist alternativ auch das Rückstreusignal des Pilotlasers zur Leistungsanpassung des Bearbeitungslasers nutzbar. Es ist auch möglich, eine richtungsabhängige Kalibrierung der Leistungsanpassung des Behandlungsstrahles vorzunehmen, um beispielsweise angepasste Laserleistungswerte für die jeweils genutzte Spiegelfacette zu realisieren. Dazu ist es notwendig, dass das Kontaktglas mit seinen Spiegelfacetten eine zum Behandlungsgerät festgelegte oder bekannte Lage hat, beispielsweise durch eine geeignet gestaltete Aufnahmevorrichtung für das Kontaktglas am Behandlungsgerät oder auch durch eine Erkennung der Lage des Kontaktglases, beispielsweise durch Markierungserkennung.
Vorzugsweise ist am Kontaktglas mindestens ein opto-akustischer Sensor angeordnet, der zur Übertragung von Signalen für eine dosimetrische Steuerung der Lasereinheit mit der Steuereinheit verbunden ist. Bevorzugt kommen dabei piezo-elektrische Sensoren zum Einsatz.
Für eine von der Umlenkung unabhängige Signalgewinnung verfügt das Kontaktglas entweder über einen ringförmigen Sensor oder über einen Sensor für jeden Facettenspiegel.
Weiterhin verfügt das Kontaktglas bevorzugt über eine flüssigkeits- oder gelgefüllte Kontaktkammer und/oder eine Ansaugvorrichtung.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zusätzlich über eine Beleuchtungseinheit zum Projizieren eines Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel eines Auges und über eine Bildverarbeitungseinheit verfügt, um aus den aus dem Vorderkammerwinkel rückgestreuten Licht Bilder zu erzeugen, die zusätzliche Informationen für die SLT-Behandlung liefern.
Erfindungsgemäß basiert die Bildverarbeitungseinheit auf einem abbildenden oder scannenden optischen Verfahren. Weiterhin ist es möglich, auf Interferometrie basierende Bildverarbeitungseinheit zu verwenden, wie ein OCT-System. Da es sich um Bildverarbeitung in der Vorderkammer handelt, ist es dabei möglich, neben den üblichen OCT-Wellenlängen wie 780 ... 860nm oder 1040 ...1060nm auch langwelligeres Licht zu nutzen, beispielsweise im Bereich von 1300 ...1550nm, da die kurzen Strahlwege im Auge auch eine relativ starke Absorption in den Augenmedien akzeptabel machen.
Die letzten Ausgestaltungen betreffen die Steuereinheit, die Verbindungen zur Beleuchtungseinheit und zur Bildverarbeitungseinheit aufweist und ausgebildet ist, Merkmalspunkte in den Bildern aus dem Vorderkammerwinkel zu erfassen und deren Position zu bestimmen und diese in die Steuerung der Laserbearbeitung des Trabekelwerks einzubeziehen.
Solche Merkmalspunkte können Augenstrukturen, wie Schwalbes Linie sein, oder auch Pigmentierungsvariationen im Trabekelwerk, oder Reflux-Blut im Schlemmschen Kanal, aber auch fehlende Trabekelwerksteile oder Vernarbungen aufgrund früherer Behandlungen oder aber auch künstliche Trabekelwerksimplantate (beispielsweise der iSTENT oder der HYDRUS), die bei der Trabekuloplastik auszusparen sind. Bei Nutzung von OCT zur Bildgebung können auch der Querschnitt des Schlemmschen Kanals oder aber auch Kammerwassersammelgefäße hinter dem Schlemmschen Kanal als Merkmalspunkte genutzt werden, da Abflussverbesserung am Trabekelwerk insbesondere dort am effektivsten sind, wo der Schlemmsche Kanal noch einen ausreichende Querschnitt in der Verbindung zu den nächsten Kammerwassersammelgefäßen bietet.
Es ist dabei möglich, von der Bildverarbeitungseinheit erfasste Merkmalspunkte auch gemeinsam mit prä-operativ gewonnenen Bild- und Messdaten in der Steuereinheit zu verarbeiten, um die Laserbearbeitung des Trabekelwerks zu steuern. Dazu werden die von der Bildverarbeitungseinheit erfassten Bilddaten bevorzugt mit den prä-operativen gewonnen Bilddaten registriert.
Weiterhin ist die Steuereinheit ausgebildet, anhand der Signale des opto-akustischen Sensors und der Bildverarbeitungseinheit einen Titrationsalgorithmus zur Steuerung der Lasereinheit zur Erreichung eines optimalen Behandlungsergebnisses durchzuführen. Dazu ist die Steuereinheit ebenfalls ausgebildet, anhand der Signale der Bildverarbeitungseinheit den Pigmentierungsgrad des zu behandelnden Trabekelwerkes bei der Steuerung der Lasereinheit zu berücksichtigen, beispielsweise durch Anpassung von Energie, Dauer oder Anzahl der Laserpulse.
Weiterhin ist es möglich, vor, während und nach der Laserbehandlung den intraokulare Augeninnendruck (IOP) zu bestimmen, um eine direkte Drucksenkungswirkung der Laserbehandlung zu erfassen und ggf. in die Laserbearbeitungssteuerung einzubeziehen, beispielsweise diese bei Erreichen eines Zieldruckbereichs zu beenden. Dazu kann bevorzugt das Kontaktglas mit einer Kraftsensorik ausgestattet sein, um ähnlich zu einer Goldmann-Tonometrie, aufgrund der definierten oder gemessenen Anlagefläche aus den Anpresskräften, IOP-Werte zu bestimmen. Auch sehr geeignet ist die transpalpebrale Tonometrie, d.h. durch das Lid. Die Anwendung weiterer alternativer Tonometriemethoden sind nicht bevorzugt, aber möglich, wie beispielsweise der Airpuff-, Rebound- oder Schockwellen-Tonometrie.
Sehr vorteilhaft ist, wenn das System mit einer Vorrichtung zur Begrenzung der Anpresskraft des Kontaktglases an das Patientenauge ausgestattet wird. Möglich ist die Verwendung einer federnden Halterung des Kontakglases oder auch die Ansteuerung einer motorischen Geräteverschiebung so, dass mit der Kraftsensorik kontinuierlich erfasste Kraftwerte bestimmte Grenzen nicht überschreiten. Auch ein, beispielsweise elektromechanisch ausgeführter Rückzug des Kontaktglases weg vom Patientenauge zur Kraftbegrenzung ist möglich. Zusätzlich sind akustische oder optische Warnsignale für den Bediener realisierbar.
Moderate, kraftausgleichende Lageänderungen des Kontaktglases in Bezug auf die Strahlengänge von Beleuchtung, Beobachtung, Pilot- und Behandlungslaser sind dabei weitgehend über die Autofokussierungen und die Ablenkeinheiten kompensierbar, so dass die Behandlung deshalb nicht unterbrochen werden muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die insbesondere zur manuellen und/oder automatischen 360°-Behandlung eines Offenwinkelglaukom (90% aller Glaukome), sowie des selteneren Pseudoexfoliationsglaukom oder des Pigmentglaukoms vorgesehen. Einer vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend verfügt die Vorrichtung zusätzlich über eine Beleuchtungseinheit zum Projizieren eines Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel eines Auges und über eine Bildverarbeitungseinheit. Somit kann die vorgeschlagene Vorrichtung nicht nur zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, insbesondere der „Selektiven Laser Trabekuloplastik“, sondern auch oder auch nur zu Untersuchungs- und Diagnosezwecken Verwendung finden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen

1: die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Kontaktglas mit Facettenspiegeln,
2: die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Kontaktglas mit Facettenspiegeln und opto-akustischem Sensor und
3: die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Kontaktglas mit einem rotierenden Spiegel.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zur manuellen und/oder automatischen 360°-Behandlung eines Offenwinkel-, Pseudoexfoliations- oder Pigmentglaukoms besteht aus einer Lasereinheit mit einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit, sowie einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, die Lasereinheit zur SLT-Behandlung eines Auges zu steuern.
Erfindungsgemäß sind eine Bewegungseinheit zum Ändern der Einstrahlrichtung des Laserbehandlungsstrahles sowie ein Kontaktglas, für die Umlenkung des Laserbehandlungsstrahles in den Vorderkammerwinkel des Auges vorhanden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes besteht aus einer Lasereinheit mit einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit, einer Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung des Laserstrahls auf das Trabekelwerk und einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, die Lasereinheit für eine ab-externo Laser Trabekuloplastik des Auges und die Ablenkeinheit zu steuern.
Weiterhin ist ein Kontaktglas vorhanden, welches ausgebildet ist, bei einer Positionierung des Kontaktglases gegenüber dem Auge mehrere Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in dessen Vorderkammerwinkel und damit eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird das Kontaktglas gegenüber dem Auge nur einmal positioniert und ermöglicht ohne Änderungen der Positionierung mehrere Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in den Vorderkammerwinkel des Auges.
Insbesondere ist das Kontaktglas ausgebildet, ohne Positionierungsänderungen Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in den Vorderkammerwinkel des Auges mindestens in zwei der folgenden Quadranten zu ermöglichen: superior, temporal, inferior und nasal.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes besteht aus einer Lasereinheit mit einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit.
Weiterhin ist die Lasereinheit ausgebildet, Lasertrabekuloplastik mittels einer thermisch stimulierenden, einer SLT- oder einer ALT-Behandlung zu ermöglichen.
Es ist aber auch vorgesehen, dass die Laserquelle der Lasereinheit ein Laser zur überwiegend athermischen Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, beispielsweise ein Ultrakurzpuls-Laser oder ein ns-Laser ist.
Um eine verbesserte Gleichförmigkeit, der in verschiedene Kammerwinkelbereiche applizierbaren Laserleistung zu gewährleisten, verfügt die Lasereinheit über Mittel zur Polarisations- und/oder Leistungsanpassung des Lasers.
Dies ist insbesondere günstig, falls reflektierende Umlenkungen im Kontaktglas für s- oder p-polarisierte Laserbehandlungsstrahlen in Abhängigkeit von den Einfallsbedingungen sich stark unterscheidende Reflektivitäten aufweisen, die durch diese Leistungs- oder Polarisationsanpassung ausgeglichen werden können, um eine gleichförmige Behandlung verschiedener Kammerwinkelabschnitte zu realisieren.
Vorzugsweise verfügt die Lasereinheit zusätzlich über eine Einheit zur Projektion eines Pilotstrahles auf das Trabekelwerk.
Der Pilotstrahl ist vorzugsweise auch ein Laserstrahl, der kollinear mit dem Behandlungslaserstrahl ausgerichtet ist und eine gleiche Fokuslage aufweist.
Der Pilotstrahl kann dabei sichtbar sein (beispielsweise rot, gelb, grün evtl. auch blau), oder aber unsichtbar, beispielsweise mit einer Wellenlänge im NIR-Bereich, wie 780 - 1550nm umfassen, wenn er mit einer Kamera verfolgt wird. Kürzere Wellenlängen weisen dabei aber den Vorteil auf, dass die Eindringtiefe in das Gewebe geringer ist als bei längeren Wellenlängen, so dass der Pilotstrahlpunkt weniger stark in der Tiefe des Gewebes zerstreut wird.
Der Pilotlaserstrahl sollte am besten das Trabekelnetzwerksband ausreichend überlappen, aber die Nachbarstrukturen, wie die Schwalbe-Linie, den Sklerasporn und das Ziliarkörperband möglichst noch nicht treffen. Eine korrekte Positionierung lässt sich dabei auf einfache Weise von der Bildverarbeitungs- und Steuereinheit kontrollieren.
Nur wenn diese Position des Pilotstrahlpunkts korrekt ist, wird die Laserstrahlemission der SLT-Behandlung über die Steuereinheit aktiviert. Ideal ist eine zentrierte Positionierung des Pilotstrahlpunkts auf dem Trabekelwerksband.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend ist die Lasereinheit ausgebildet, eine musterbasierte Laser Trabekuloplastik-Behandlung zu ermöglichen.
Dazu verfügt die Lasereinheit entweder über ein diffraktives optisches Element (DOE), mit dem gleichzeitig mehrere Laserbehandlungsstrahlen für ein Behandlungsmuster zur Laser-Trabekuloplastik erzeugt werden.
Oder die Lasereinheit verfügt über einen ausreichend schnellen Scanner, um ein Behandlungsmuster zur Laser-Trabekuloplastik mittels eines Laserbehandlungsstrahls zu erzeugen.
Um beispielsweise innerhalb von 280ms ein aus 52 Einzelspots bestehendes Behandlungsmuster zu erzeugen, ist ein Scanner erforderlich, der mit einer Zeilenablenkfrequenz von mindestens 20Hz ... 25Hz, arbeitet. Dazu ist die Spotapplikation synchronisiert während der einzelnen Zeilenscans des Scanners ohne Stopps durchzuführen.
Demgegenüber würde einem Spot-zu-Spot Positionierbetrieb des 20Hz Scanners die Bearbeitungszeit für das angegebene Behandlungsmuster 2,6 s betragen.
Erfindungsgemäß ist für die Lasereinheit ein frequenzverdoppelter, kontinuierlich arbeitender Festkörperlaser vorgesehen, der Pulslängen im Bereich von 50ns - 50µs, insbesondere 150ns bis 1 µs erzeugt.
Bei einem kontinuierlich arbeitenden Festkörperlaser wird die Pulslänge mittels einer Taktung durch ein An- und Ausschaltregime erreicht.
Vorzugsweise werden von der Lasereinheit aus quadratischen, direkt aneinander gesetzten Einzelspots mit einer Kantenlänge von 50µm ein Spotmuster mit einer äußeren, annähernd oktogonalen Form und einem Durchmesser von ca. 400µm erzeugt. Die Einzelspots weisen dabei eine Pulsenergie von 2 - 130µJ, insbesondere 25 - 65µJ auf.
Der Durchmesser der Laserbehandlungszonen überschreitet dabei vorzugsweise die Breite des Trabekelwerkes (von ca. 300µm, betrachtet aus der Einfallsrichtung des Behandlungslasers, ansonsten ca. 550 ...750µm breit), so dass Spotmuster oder alternativ genutzte große Einzelspots einen äußeren Durchmesser von ca. 400µm aufweisen.
Die vorhandene Fokussiereinheit ist vorgesehen, die Laserbehandlungsstrahlen auf das Trabekelwerk zu fokussieren und vorzugsweise als Autofokuseinheit ausgebildet. Zur Autofokussierung kann beispielsweise eine konfokale Detektion von Licht vom Pilotlaser oder des abgeschwächten Bearbeitungslaser genutzt werden, das an der Trabekelwerksoberflächen rückgestreut wird (ggf. auch weitere Flächen). Hierzu kann der Laserfokus beispielsweise dem Trabekelwerk genähert werden, bis eine Rückstreusignalschwelle überschritten wird. Alternativ kann auch eine Autofokussierung der Beobachtung zur kontrastmaximierenden „Scharfstellung“ von Merkmalspunkten oder auch die Pilotstrahllaserspotgrößenminimierung genutzt werden, um die Fokussierung des Bearbeitungslasers auf das Zielgebiet zu optimieren. Eine Autofokussierung basierend auf der Lagebestimmung der Trabekelwerksoberflächen in OCT-Daten ist ebenfalls möglich. Allerdings sind hierzu OCT-Scanlage und die Fokuslage des Behandlungslasers zueinander zu kalibrieren.
Erfindungsgemäß verfügt die Vorrichtung über eine Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung, die ausgebildet ist, die Lage der Laserbehandlungsstrahlen so zu verändern, dass sie von den mehreren Umlenkungen im Kontaktglas in verschiedene Richtungen in den Vorderkammerwinkel eines Auges gelenkt werden, um eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Ablenkeinheit weiterhin ausgebildet, auch die Einstrahlrichtung der Beleuchtungsstrahlung zu verändern.
Erfindungsgemäß verfügt das Kontaktglas über mehrere Facettenspiegel bzw. über einen rotierenden Spiegel im Kontaktglas.
Vorzugsweise verfügen die im Kontaktgas für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen über eine Beschichtung, deren Reflektivität für Einfallsbedingungen mit s- und p-Polarisation bei der Laserwellenlänge um <10%, bevorzugt <5% und besonders bevorzugt <1% differieren.
Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die im Kontaktgas für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen für den einfallenden Laserbearbeitungsstrahl totalreflektierend sind, d.h. mit einem Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel für die Totalreflektion.
Bevorzugt verfügen die im Kontaktgas für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen über Beschichtungen, die für die Wellenlänge des den Bearbeitungslaser und einen für die Beobachtung geeigneten Spektralbereich eine hohe Reflektivität von vorzugsweise >90% aufweisen.
Aus der 360°-Gonioskopie ist bekannt, ein automatisch ausgerichtetes Kontaktglas mit einem Gel als Kontaktverbindung zur Hornhaut zu verwenden, was prinzipiell auch für Laseranwendungen möglich ist.
Allerdings ist bei der Lasertherapie dabei auf eine stabile Kontaktverbindung zu achten. Das Kontaktglas verfügt dazu vorzugsweise über eine flüssigkeits- oder gelgefüllte Kontaktkammer. Mit dieser, vergleichsweise schonenden Kontaktierung der Kornea können Trübungen und Schlieren in der Kornea, wie sie bei einem direkten mechanischen Kontakt eines Kontaktglases entstehen können, vermieden werden. Damit wird die Transmission und Fokussierbarkeit der Laserstrahlung verbessert.
Eine noch bessere und sicherere Fixierung des Auges des Patienten lässt sich dadurch erreichen, dass das Kontaktglas zusätzlich über eine Ansaugvorrichtung verfügt.
Zur Umlenkung der Laserbehandlungsstrahlen verfügt das Kontaktglas über mehrere Facettenspiegel bzw. über einen, um die Geräteachse rotierenden Spiegel. Dies ermöglich eine sehr kompakte Ausführung, trotz der flachen Eintrittswinkel in die Vorderkammer des Auges.
Die Verwendung ebener Facettenspiegel oder eines ebenen rotierenden Spiegels im Kontaktglas, weist gegenüber der Verwendung eines konisch oder ggf. torisch gekrümmten Spiegel im Kontaktglas deutliche Vorteile dahingehend auf, dass Bearbeitungslaser-, Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengänge jeweils nicht aufwändig optisch entzerrt werden müssen. Dies ist prinzipiell zwar möglich, aber aufwändig. Etwas erleichtert würde die Entzerrung bei der Verwendung sphärisch oder bestimmter asphärisch gekrümmter Spiegel, wäre aber immer noch aufwändiger als die Verwendung ebener Spiegel zur Umlenkung.
Insbesondere bei der Verwendung eines rotierenden Spiegels sollte das Kontaktglas über eine Ansaugvorrichtung verfügen, da es durch die Rotation zu Erschütterungen kommen kann. Alternativ können die Vibrationen durch „Auswuchten“, d.h. die Verwendung von mitrotierenden Ausgleichsmassen unterdrückt werden.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend verfügt das Kontaktglas über mindestens einen opto-akustischen Sensor, der mit der Steuereinheit verbunden ist. Die Steuereinheit ist dementsprechend ausgebildet, die Signale des Sensors zur dosimetrischen Steuerung der Lasereinheit zu verwenden.
Vorzugsweise verfügt das Kontaktglas über einen ringförmigen Sensor bzw. über einen Sensor für jeden Facettenspiegel, wodurch eine von der Umlenkung unabhängige Signalgewinnung ermöglicht werden kann.
Dabei erfasst der Sensor durch den direkten Kontakt mit dem Facettenspiegel des Kontaktglases die Pulsamplitude des einfallenden Laserstrahls und mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung aufgrund der Schallgeschwindigkeit das kleinere opto-akustische Signal vom Laserspot (mit möglicher Blasenbildung) innerhalb des Trabekelwerkes. Beide Signale können für weitere Auswertungen miteinander verglichen oder zur Kalibrierung bzw. auch zu einer Regelung der Laserbearbeitung verwendet werden.
Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend verfügt die Vorrichtung zusätzlich über eine Beleuchtungseinheit zum Projizieren eines Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel des Auges und über eine Bildverarbeitungseinheit, um aus den aus dem Vorderkammerwinkel rückgestreuten Licht Bilder zu erzeugen. Die Steuereinheit weist entsprechende Verbindungen zur Beleuchtungseinheit und zur Bildverarbeitungseinheit zu deren Steuerung auf und ist ausgebildet, Merkmalspunkte in den Bildern aus dem Vorderkammerwinkel zu erfassen und deren Position zu bestimmen.
Die Bildverarbeitungseinheit basiert hierbei auf einem abbildenden oder scannenden optischen Verfahren. Insbesondere ist es hierbei aber auch möglich eine Bildverarbeitungseinheit zu verwenden, die auf einem OCT-Verfahren basiert.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Methoden zur Gonioskopie, d.h. Untersuchung des Kammerwinkels und insbesondere des Trabekelwerks bekannt. So ist in der EP 3 329 839 A1 ein Gonioskop beschrieben, welches eine 360°-Bildgebung des Trabekelwerkes, einschließlich der Visualisierung des Niveaus der Pigmentierung ermöglicht.
Erfindungsgemäß sind demgegenüber die Bewegungseinheit sowie das Kontaktglas so ausgebildet, auch die Einstrahlrichtung eines Bearbeitungslasers für eine automatisierte Trabekelwerksbearbeitung zu verändern bzw. umzulenken und auf bzw. in das Trabekelwerk zu fokussieren.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Fixiereinheit zur Projektion eines Fixierstrahls entlang der optischen Achse der Vorrichtung in das Auge vorhanden ist.
Hierzu zeigt die 1 eine erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Kontaktglas mit Facettenspiegeln.
Das Auge 1 wird zum einen von der Beleuchtungseinheit 2 beleuchtet, wobei der Beleuchtungsstrahl 2' über die Ablenkeinheit 3 und einen Facettenspiegel 4 des Kontaktglases 5 in den Kammerwinkel 6 gerichtet wird.
Ausgehend von der Lasereinheit 7 wird der Behandlungsstrahl 7' über die Scaneinheit 8, die Ablenkeinheit 3 und ebenfalls über einen Facettenspiegel 4 des Kontaktglases 5 in den Kammerwinkel 6 auf das Trabekelwerk fokussiert. Hier nicht dargestellt sind Fokussierungseinheiten für den Beobachtungs- und Bearbeitungslaserstrahlengang. Die Fokussierung für den Behandlungsstrahl 7' wird bevorzugt in der Lasereinheit 7 realisiert, d.h. noch bevor der Laserstrahl von der Scaneinheit 8 abgelenkt wird. Die Fokussierungseinheit für die Beobachtungsstrahlengang kann in die Bildverarbeitungseinheit integriert sein. Im Falle eines OCT-Systems kann der Beleuchtungs- und der Beobachtungsstrahlengang identisch sein.
Das vom Kammerwinkel 6 rückgestreute Beleuchtungslicht wird auf die Bildverarbeitungseinheit 9 abgebildet. Die vorhandene Steuereinheit 10 weist Verbindungen zu Beleuchtungseinheit 2, zur Bildverarbeitungseinheit 9 und zur Lasereinheit 7 zu deren Steuerung bzw. zur Signalauswertung auf.
Die Fixiereinheit 11 projiziert einen Fixierstrahl 11' entlang der optischen Achse 15 der Vorrichtung in das Auge 1. Als Verbindung zwischen Kontaktglas 5 und Auge 1 wird hier ein Kontaktgel 12 verwendet.
2 zeigt eine Ausgestaltung der Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Kontaktglas mit Facettenspiegeln gemäß 1, das hier lediglich ein opto-akustischer Sensor 13 ergänzt wurde, der ebenfalls eine Verbindung zur Steuereinheit 10 aufweist.
Die 3 zeigt eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei dem ein Kontaktglas mit einem ebenen, rotierenden Spiegel Verwendung findet.
Im Gegensatz zu den Lösungen gemäß der 1 und 2 werden bei der Lösung gemäß der 3 sowohl der Beleuchtungsstrahl 2' als auch der Behandlungsstrahl 7' zwar zunächst wiederum über die Ablenkeinheit 3 und dann aber nicht über einen Facettenspiegel, sondern über den im Kontaktglas 5 vorhandenen, rotierenden Spiegel 14 in den Kammerwinkel 6 auf das Trabekelwerk fokussiert.
Hierbei wird von der Steuereinheit 10 die Ablenkeinheit 3 auf die Bewegung des rotierenden Spiegels 14 synchronisiert. Die Bewegung des rotierenden Spiegels kann hierbei kontinuierlich oder auch schrittweise erfolgen.
Vorzugsweise verfügt das Kontaktglas 5 über einen (nicht dargestellten) ringförmigen, opto-akustischer Sensor, wodurch eine von der Umlenkungrichtung weitgehend unabhängige Signalgewinnung ermöglicht wird.
Alternativ zu einem Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahl kann auch ein OCDR- oder ein OCT-Strahl mit dem SLT-Behandlungsstrahlengang direkt überlagert und gemeinsam fokussiert und gescannt werden. Die dabei gewonnenen OCT-Signale können nicht nur zur Steuerung und Fokussierung des Behandlungslasers, sondern auch zu einer Visualisierung des Vorderkammerwinkels genutzt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn OCT-Scans in korrespondierende Kammerwinkelrichtungen (beispielsweise 0° und 360°) zueinander registriert und ausgerichtet werden, um Bewegungsartefakte in einer solchen OCT-Darstellung auszugleichen. Weiterhin kann der OCT-Scan zu einem Farbbild des Kammerwinkels registriert werden. In der Farb- und/oder OCT-Visualisierung können dann die Orte der Laserbehandlung dargestellt werden, da diese Orte jeweils den Lagen der OCT-Scans entsprechen, die zu den jeweiligen Aktivierungsmomenten des Behandlungslasers erfasst wurden. Als OCT-Scans sind 1D, 2D- oder 3D-Scans möglich, d.h. A-Scan, B- oder Volumenscans, bevorzugt zur Darstellung des Trabekelwerks- und Schlemm-Kanal-Querschnitts).
Um den Bildsensor der Bildverarbeitungseinheit vor hochintensiver, vom Patienten und dem System reflektierten Behandlungslaserstrahlung zu schützen, kann ein entsprechendes Filter vor dem Bildsensor angeordnet sein.
Dieses Filter sollte die therapeutische Laserstrahlung (beispielsweise 532nm) selektiv blockieren, jedoch eine hohe Transmission für die Wellenlänge des Pilotlaserstrahls und alle anderen im System verwendeten Wellenlängen aufweisen.
Ferner verwendet ein vollautomatisches System einen OCDR oder OCT-Scan, der mit dem SLT-Laserstrahl überlagert ist, um zu erfassen, ob der SLT-Laserstrahl auf das Trabekelwerk zielt und die SLT-Behandlung ausgelöst werden kann.
Wie bereits beschrieben, ist die Steuereinheit ausgebildet, Merkmalspunkte in den Bildern aus dem Vorderkammerwinkel zu erfassen und deren Position zu bestimmen. Im vorliegenden Fall ist dies das Trabekelwerk, um den Pilot- und/oder Behandlungsstrahl auf dieses auszurichten und zu fokussieren.
Für eine automatische Lenkung des Pilot- und/oder Behandlungsstrahls entlang der zu behandelnden Teile des Trabekelwerkes werden bevorzugt das Trabekelwerk als auch die Laserstrahllage in den Bildern detektiert und deren Position bestimmt. Danach kann von der Steuereinheit ein Behandlungsmuster entlang des Trabekelwerkes berechnet und ausgeführt werden.
Einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend ist die Steuereinheit ausgebildet, anhand der Signale des opto-akustischen Sensors und der Bildverarbeitungseinheit einen Titrationsalgorithmus zur Steuerung der Lasereinheit zur Erreichung eines optimalen Behandlungsergebnisses durchzuführen.
Dabei kann die Laserdosimetrie durch mehrere Rückkopplungssignale erfolgen, beispielsweise durch:

- opto-akustische Signale über Grüneisen-Koeffizienten korreliert zu Temperatur-Signalen (temperaturgeregelte Laserkoagulation)),
- Auftreten von Blasen (Endpunkt einer Behandlung mit Photodisruption oder auch selektiver Photothermolyse),
- Farbänderungen in visuellen Bildgebungs- oder Streusignalen sowie
- Speckle-Struktur oder Positionsänderungen von Gewebeschichten in OCT-Signalen.

Dies ist aus der Retina-Photokoagulation und der Selektiven Retinatherapie (gemäß US 7,863,894 B2 ) bekannt und im Falle der opto-akustischen Dosimetrie bei der Lasertrabekuloplastik entsprechend anwendbar.
Dazu ist vorgesehen, das Kontaktglas mit mindestens einem opto-akustischen Sensor zu versehen, um kontinuierlich den sich ändernden Reflexionspunkt auf den Facettenspiegeln oder dem rotierenden Spiegelelement zu detektieren.
Allerdings kommen bei der vorgeschlagenen Lösung keine ringförmigen Sensorelementen, wie die bei dosimetrischen Netzhautlaserbehandlungen zur Anwendung.
Stattdessen werden die Sensoren direkt an den Facettenspiegeln bzw. dem rotierenden Spiegelelement angeordnet, wodurch die Sensoren die direkte akustische Amplitude vom Laserpunkt auf dem Trabekelnetzwerk erfassen können und dadurch ein besseres und klarer definiertes, opto-akustisches Signal erhalten. Bei der selektiven Lasertrabekuloplastik mit diesem System zeigt das opto-akustische Signal somit deutlich eine Blasenbildungsschwelle, um die Laserenergie für eine zuverlässige Lasertherapie anzupassen.
Für eine vollständige (d. h. eine 360°) SLT-Behandlung des Trabekelwerkes des Auges ist es erforderlich ca. 100 einzelne Laserbehandlungszonen bzw. Spotmuster mit einem äußeren Durchmesser von 400µm aneinander zu reihen.
Bei der Verwendung eines Kontaktglases beispielsweise mit 16 Facettenspiegeln ist es somit erforderlich, etwa 6 Laserstrahlpositionen und/oder Einfallswinkel vom XY-Scanner pro Facettenspiegel einzustellen.
Vorzugsweise wird dazu ein aus gonioskopischen Bildgebungsgeräten bekanntes Kontaktglas verwendet, in welches Facetten eingearbeitet und verspiegelt sind.
Im Gegensatz dazu kann bei der Verwendung eines Kontaktglases mit einem um die Sehachse des Patienten rotierenden Spiegelelement unter Umständen auf einen XY-Scanner verzichtet werden. Dies erfordert allerdings, dass nur relativ große Einzelspots mit einem Durchmesser von 400µm verwendet werden, oder dass das entsprechende Behandlungsmuster kleinerer Einzelspots durch mehrere gleichzeitig einstrahlende Laserstrahlen erzeugt wird. Wie bereits beschrieben, kann dazu beispielsweise ein diffraktiv optisches Element genutzt werden (DOA). Diese Variante hat den Vorteil, dass eine kontinuierliche Änderung des Reflexionspunkt möglich ist.
Einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend ist die Steuereinheit weiter ausgebildet, anhand der Signale der Bildverarbeitungseinheit den Pigmentierungsgrad des zu behandelnden Trabekelwerkes bei der Steuerung der Lasereinheit zu berücksichtigen.
Es hat sich gezeigt, dass für die vorgeschlagene Vorrichtung, technische Variationen oder Ausgestaltungen zweckmäßig sein können.
So ist es beispielsweise zweckmäßig, die Fokussiereinheit der Lasereinheit auch für die Bildverarbeitungseinheit zur Visualisierung der Strukturen des Trabekelwerkes zu nutzen.
Weiterhin kann es bei der Verwendung eines Kontaktglases mit Facettenspiegeln von Vorteil sein, dass die Vorrichtung so modifiziert wird, dass der Laserstrahl zur Behandlung und das Beleuchtungslicht für das Bildgebungssystems nicht über denselben Facettenspiegel in das Trabekelwerk fokussiert werden. So können beispielsweise aufeinanderfolgende oder auch gegenüberliegende Facettenspiegel genutzt werden. Dadurch kann beispielsweise die Lichtbelastung durch Bearbeitungslaser und Beleuchtung für die Beobachtung räumlich verteilt werden. Allerdings ist für eine ausreichend Präzise Bearbeitung eines Trabekelwerksbereichs der zeitliche Abstand, zwischen der Beobachtung (d.h. Beleuchtung und Bildverarbeitung) und der auf Basis dieser Beobachtung aktivierten Laserbearbeitung dieses Trabekelwerksbereichs auf Δt<Behandlungszonendurchmesser*2E-4 s/m zu begrenzen, beispielsweise 80ms bei einem Behandlungszonendurchmesser von 400µm. Für Behandlungszonen unter 300µm kann eine pauschale Begrenzung auf 60ms akzeptabel sein, wenn eine gewisse Störung des Musters durch nicht restlos zu vermeidende Patientenaugenbewegungen akzeptabel ist.
Dies ist beispielsweise technisch realisierbar, indem eine relativ schnelle Zeilenkamera mit Zeilenfrequenzen von beispielsweise 50kHz als Bildverarbeitungseinheit verwendet wird, die den Kammerwinkel beispielsweise mittels einer rotierenden Ablenkeinheit in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Facettenspiegel oder dem rotierenden Umlenkspiegel abtastet. Die Auswertung der so gewonnen Bildsignale kann dann beispielsweise mittels schneller Computer, FPGAs oder DSPs mit geringer Latenz erfolgen, so dass die Laseraktivierung im gesetzten Zeitrahmen erfolgen kann. Dabei ist es auch noch möglich, den Behandlungslaser durch aus den Bilddaten gewonnen Steuersignalen optimal auf dem Trabekelwerk nachzuführen.
Um die Lichtbelastung des Patienten möglichst gering zu halten, wird die Verwendung von Laserstrahlung im NIR-Bereich vorgeschlagen. So sind für die Bildgebung Wellenlängen von 1310 - 1550nm und für die Laserbehandlung von 700 - 1064nm denkbar.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der eine manuelle und/oder automatische 360°-Behandlung eines Offenwinkel-, Pseudoexfoliations- oder Pigmentglaukoms ermöglicht wird.
Die Vorrichtung basiert dabei auf der automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, insbesondere der „Selektiven Laser Trabekuloplastik“.
Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Vorrichtung geeignet ist, eine 360°-Behandlung und eine exaktere Vorhersage über den erreichbaren bzw. aktuell erreichten therapeutischen Effekt zu ermöglichen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Vorrichtung mit einer Beleuchtungseinheit zum Projizieren eines Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel eines Auges und einer Bildverarbeitungseinheit zu ergänzen. Damit kann die Vorrichtung nicht nur zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, insbesondere der „Selektiven Laser Trabekuloplastik“, sondern auch oder auch nur zu Untersuchungs- und Diagnosezwecken Verwendung finden.
Dies bietet zudem die Möglichkeit für eine Autotitration der Laserenergie und/oder der Berücksichtigung des Pigmentierungsgrades bei der Steuerung der Lasereinheit.
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

US 2020/0016002 A1 [0006]
US 5549596 A [0012]
US 8568393 B2 [0014]
EP 3329839 A1 [0094]
US 7863894 B2 [0115]

Claims

Vorrichtung zur automatisierten Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, bestehend aus einer Lasereinheit mit einer Laserquelle und einer Fokussiereinheit, einer Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung des Laserstrahls auf das Trabekelwerk und einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, die Lasereinheit für eine ab-externo Lasertrabekuloplastik des Auges und die Ablenkeinheit zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktglas vorhanden ist, welches ausgebildet ist, bei einer Positionierung des Kontaktglases gegenüber dem Auge mehrere Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in dessen Vorderkammerwinkel und damit eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorhandene Kontaktglas ausgebildet ist, bei einer Positionierung des Kontaktglases gegenüber dem Auge gleichzeitig mehrere Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in den Vorderkammerwinkel eines Auges zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglas ausgebildet ist, bei einer Positionierung gegenüber dem Auge Umlenkungen des Laserbehandlungsstrahles in den Vorderkammerwinkel des Auges mindestens in zwei der folgenden Quadranten zu ermöglichen: superior, temporal, inferior und nasal.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit ausgebildet ist, Laser Trabekuloplastik mittels einer thermisch stimulierenden, einer SLT- oder einer ALT-Behandlung zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserquelle der Lasereinheit ein Laser zur überwiegend athermischen Laserbearbeitung des Trabekelwerkes, beispielsweise ein Ultrakurzpuls-Laser oder ein ns-Laser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit über Mittel zur Polarisations- und oder Leistungsanpassung des Lasers verfügt, um eine verbesserte Gleichförmigkeit, der in verschiedene Kammerwinkelbereiche applizierbaren Laserleistung zu gewährleisten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit zusätzlich über eine Einheit zur Aussendung eines Pilotstrahles verfügt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit ausgebildet ist, eine musterbasierte Laser Trabekuloplastik-Behandlung zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit zur Erzeugung von mehreren, gleichzeitig einstrahlenden Laserbehandlungsstrahlen für eine musterbasierte Laser Trabekuloplastik-Behandlung über ein diffraktives optisches Element (DOE) verfügt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit zur Erzeugung eines Behandlungsmusters für eine musterbasierte Laser Trabekuloplastik-Behandlung zusätzlich über einen Scanner verfügt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner mit einer Frequenz von mindestens 20Hz arbeitet, um innerhalb von 280ms ein aus 52 Spots bestehendes Behandlungsmuster zu erzeugen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lasereinheit ein frequenzverdoppelter, kontinuierlich arbeitender Festkörperlaser vorgesehen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit ausgebildet ist, Pulslängen im Bereich von 50ns - 50µs, insbesondere 150ns - 1 µs zu erzeugen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit ausgebildet ist, aus quadratischen, direkt aneinander gesetzten Einzelspots mit einer Kantenlänge von 50µm ein Spotmuster mit einer äußeren, annähernd oktogonalen Form und einem Durchmesser von ca. 400µm zu erzeugen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit ausgebildet ist, Einzelspots mit einer Pulsenergie von 2 - 130µJ, insbesondere 25µJ - 65µJ zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit ausgebildet ist, die Laserbehandlungsstrahlen auf oder in das Trabekelwerk zu fokussieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit zur steuerbaren Änderung der Einstrahlrichtung ausgebildet ist, die Lage der Laserbehandlungsstrahlen so zu verändern, dass sie von den mehreren Umlenkungen im Kontaktglas in verschiedene Richtungen in den Vorderkammerwinkel eines Auges gelenkt werden, um eine bis zu 360°-Behandlung des Trabekelwerks zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit ausgebildet ist, auch die Einstrahlrichtung der Beleuchtungsstrahlung und/oder des Pilotlasers zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglas über mehrere Facettenspiegel bzw. über einen rotierenden Spiegel im Kontaktglas verfügt.
Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kontaktgas für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen über eine Beschichtung verfügen, deren Reflektivität für Einfallsbedingungen mit s- und p-Polarisation bei der Laserwellenlänge um <10%, bevorzugt <5% und besonders bevorzugt <1% differieren.
Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kontaktgas für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen totalreflektierend sind.
Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kontaktgas für die Umlenkungen des Laserbearbeitungsstrahles vorhandenen Flächen über Beschichtungen verfügen, die für den Bearbeitungslaser und einen für die Beobachtung geeigneten Spektralbereich eine hohe Reflektivität von vorzugsweise >90% aufweist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 4 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglas über mindestens einen opto-akustischen Sensor verfügt und die Steuereinheit ausgebildet ist, die Signale des Sensors zur dosimetrischen Steuerung der Lasereinheit zu verwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglas für eine von der Umlenkung unabhängige Signalgewinnung zu ermöglichen, über einen ringförmigen Sensor bzw. über einen Sensor für jeden Facettenspiegel verfügt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglas über eine flüssigkeits- oder gelgefüllte Kontaktkammer und/oder eine Ansaugvorrichtung verfügt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Beleuchtungseinheit zum Projizieren eines Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel eines Auges und eine Bildverarbeitungseinheit um aus den aus dem Vorderkammerwinkel rückgestreuten Licht Bilder zu erzeugen, vorhanden sind und dass die Steuereinheit, Verbindungen zur Beleuchtungseinheit und zur Bildverarbeitungseinheit zu deren Steuerung aufweist und ausgebildet ist, Merkmalspunkte in den Bildern aus dem Vorderkammerwinkel zu erfassen und deren Position zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass für die Projektion des Beleuchtungsstrahls in den Vorderkammerwinkel eines Auges das Kontaktglas Verwendung findet.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixiereinheit zur Projektion eines Fixierstrahls entlang der optischen Achse der Vorrichtung in das Auge vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit auf einem abbildenden oder scannenden optischen Verfahren basiert.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit auf einem OCT-Verfahren basiert.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 23 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, anhand der Signale des opto-akustischen Sensors und/oder der Bildverarbeitungseinheit einen Titrationsalgorithmus zur Steuerung der Lasereinheit zur Erreichung eines optimalen Behandlungsergebnisses durchzuführen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit weiter ausgebildet ist, anhand der Signale der Bildverarbeitungseinheit den Pigmentierungsgrad des zu behandelnden Trabekelwerkes bei der Steuerung der Lasereinheit zu berücksichtigen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tonometrievorrichtung zur Bestimmung des Augeninnendrucks vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Tonometrievorrichtung ausgebildet ist, die Bestimmung des Augeninnendrucks ohne Abbruch der Laserbehandlung zu realisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die im Verlauf der Laserbehandlung erfassten Augeninnendruckwerte bei der Steuerung der Behandlung zu berücksichtigen.
Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglas über einen Sensor zur Bestimmung einer Kraftwirkung des Auges auf das Kontaktglas verfügt und die Steuereinheit dessen übermittelte Messwerte zur Bestimmung des Augeninnendrucks und/oder Begrenzung des Anpresskraft ans Auge verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildverarbeitungseinheit vorhanden ist, die ausgebildet ist, Bildsignale an die Steuereinheit zu liefern, die diese verarbeitet, um die Lasereinheit zu aktivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass Bildverarbeitungseinheit, Steuereinheit und Lasereinheit so ausgebildet sind, dass die maximale Zeit Δt zwischen Bilderfassung einer Trabekelwerkszone und der Aktivierung der Lasereinheit durch die Steuereinheit zur Bearbeitung der Trabekelwerkszone auf Δt<Behandlungszonendurchmesser*2E-4 s/m begrenzt ist.