DE3615042A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung einer keratomileusis der augenhornhaut, oder zur anlage eines oder mehrerer ringfoermig um die apex verlaufender schnitte oder keilausschnitte, durch photoablation von laserstrahlung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Korrektur oder Neugestaltung der Wölbung der Augenhornhaut, insbesondere im mittleren, ca. 7 mm breiten Bereich der Apex, insbesondere zur Korrektur einer Weit- bzw. Nahsichtigkeit oder eines Astigmatismusses des menschlichen Auges, wobei ein Gewebeabbau der äußeren Hornhautschicht zur Herstellung der korrigierten Wölbung durch Photoablation des äußeren mittigen Hornhautgewebes erfolgt. Ferner ist die Anlage ringförmiger Schnitte oder Keilausschnitte um die Apex möglich. Derartige Verfahren zur operativen Beseitigung einer Kurz- oder Weitsichtigkeit unter Korrektur der Wölbung der Augenhornhaut sind nach einem russischen Operationsverfahren bekannt, wonach die Hornhaut des Augapfels seitlich des zentralen Bereiches der Apex über einen zwischen zwei äußeren konzentrischen Kreisen gelegenen Abschnitt mit einzelnen nebeneinander angeordneten, radiar gerichteten Schnitzen geritzt wird. Durch die sich verstärkt in diesem Randabschnitt der Hornhaut ausbildende Wölbung flacht sich andererseits im vorderen zentralen Bereich der Augenhornhaut diese ab, so daß der Brennpunkt des Auges weiter nach hinten zur Netzhaut verschoben wird und damit aufgrund der sich einstellenden größeren Brennweite die Kurzsichtigkeit bei geeigneter Abflachung der Wölbung der Hornhaut beseitigt wird.

Desweiteren ist die Verwendung von "Excimer-Lasern" in der Mikrochirurgie des Auges bekannt, wobei mittels eines derartigen, z. B. durch einen Argon-Fluorid gebildeten Gaslaser mit einer Resonanzwellenlänge von 193 nm eine Photoablation organischer polymerer Gewebe- oder Molekülschichten möglich ist, wobei also synthetisches Plastikmaterial oder Gewebe wie das menschliche Haar oder die menschliche Augenhornhaut, sei es nun die äußere Cornea oder das angrenzende Epithelium, durch bloßen Molekülzerfall ohne Hitzewirkung verdampft werden kann.

Messungen haben dabei gezeigt, daß Schnitte in der äußeren Hornhaut in der Tiefe von 1 x 10^-3 mm bei einer Leistungsdichte des fokussierten Laserstrahles von 1 Joule/cm² erzeugt werden können.

Gem. einem Aufsatz von Arthur M. Cotliar, Hermann D. Schubert, Eric R. Mandel und Stephen L. Trokel in "The Ophthalmology, Febr. 1985, S. 206-208" kann dabei über einen mittels einem Laserthyratron gepulsten Argon-Fluorid- Laser mit einer Resonanzfrequenz von 193 nm und mit einer Pulsleistungsdichte von 100 mJ ein Laserstrahl in der Breite von 0,07 mm fokussiert werden, wobei entsprechend dem erwähnten russischen Verfahren periphere Einschnitte seitlich des zentralen Bereichs der Hornhaut mit einer Länge von 3,5 mm und einer Pulsfrequenz von 10 Hz und einer Beleuchtungszeit von 10-45 sec. erzeugt werden können.

Auf diese Weise war es möglich, die Dioptrie-Zahl des Auges in Abhängigkeit von der aufgewandten Laserleistung zwischen 1-6 Dioptrien zu verändern.

Je nach Führung des Lasers und der aufgewandten Laserleistung kann dabei die Form und das Ausmaß des verdampften Gewebes entsprechend der möglichen optischen Präzision kontrolliert entfernt werden.

Es ist dabei eine Entfernung des äußeren Hornhautgewebes bis auf Bruchteile von 10^-3 mm möglich.

Im Gegensatz zu diesem durch Laserphoto-Ablation abgewandelten russischen Operationsverfahren zur Beseitigung der Kurzsichtigkeit wird bei einem Operationsverfahren welches unter dem Begriff "Keratomileusis" bekannt ist, die Hornhaut vom menschlichen Augapfel getrennt und tiefgefroren in einer Drehbank eingespannt, wobei über geeignete Schneiden in geeigneter Weise der zentrale äußere Bereich der Hornhaut entfernt, und damit die Wölbung der Hornhaut bzw. des Augapfels in diesem Bereich abgeflacht wird, oder wobei der äußere periphere Bereich dieses zentralen Hornhautabschnittes ausgeschnitten und damit die Krümmung der zentralen Hornhaut verstärkt wird.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es erlaubt, unter Verwendung der Laser-Photoablation des Hornhautgewebes unter entsprechender Entfernung des zentralen Hornhautgewebes, wie dies im bekannten Verfahren der Keratomileusis erfolgt, unmittelbar das Laserlicht eines Excimer-Lasers mit einer Resonanzfrequenz von 193 nm in einer derartigen Intensitätsverteilung auf den zu operierenden Bereich der Augenhornhaut einzustrahlen, daß sich die gewünschte Wölbung der Augenhornhaut, unter kontinuierlicher Zunahme oder Abnahme der Schichtdicke des aus der Augenhornhaut verdampfenden Gewebematerials ergibt.

Der Gewebeabbau durch Photoablation mittels des eingestrahlten Laserlichtes soll also dazu direkt verwendet werden, um die Hornhaut entweder im zentralen Bereich abzuflachen (Beseitigung der Kurzsichtigkeit) oder sie insbesondere im peripheren Bereich dazu unter allmählichen Übergang zum zentralen Bereich zu verdampfen, so daß die Wölbung der Hornhaut eine stärkere Krümmung erhält.

Es soll dabei insbesondere auch möglich sein, eine Neugestaltung der Wölbung einer nicht rotationssymmetrisch ausgebildeten Augenhornhaut vorzunehmen, um z. B. ein Astigmatismus des Auges zu beseitigen.

Zur Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, ist ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, vorgesehen,
daß zur Ermöglichung eines bezüglich einer Rotations um die Apex bzw. um die zu erstellende Apex des Auges symmetrischen Gewebeabbaus der Augenhornhaut ein im kurzwelligen UV-Licht Strahlung emittierender Excimer- Laser (Wellenlänge 193 mn) vorgesehen ist,
wobei der Mittelpunktsstrahl des optischen Strahlenganges des Lasers bzw. des Blendenbüschels auf die Apex und exakt in Richtung zur Sehachse des Auges ausgerichtet ist,
und daß in diesem durch Justiermittel vorgegebenen optischen Strahlengang eine um die Längsachse des Strahlenganges gleichförmig rotierbare Umlaufblende angeordnet ist, deren kreisförmige Blendenöffnung durch den Einschub einer oder mehrerer, über die Halbebenen der Blendenöffnung in spiegelsymmetrischer oder rotationssymmetrischer Anordnung und Ausbildung ihrer Halbschnitte angelegter Blendmasken bzw. -abschnitte bis auf eine in radialer Richtung sich in geeigneter Weise in ihrer Breite verengende oder verbreitende Öffnungszone derart verschließbar ist,
daß bei gleichförmiger Rotation und Bestrahlung der Umlaufblende, für die verschiedenen Drehwinkel, - bezüglich einer Rotation um die Apex bzw. um den Mittelpunktsstrahl -, ein radial nach außen sich jeweils entsprechend einstellender Verlauf der Intensität bzw. der Energiedichte der Laserstrahlung ergibt, daß eine homogene Ausleuchtung der Blendenöffnung bzw. der Öffnungszone entweder durch einen im Durchmesser auf oder über den Durchmesser der Blendenöffnung oder Öffnungszone fokussierten Laserstrahl erfolgt,
oder durch einen, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Laserstrahl, der über die Blendenöffnung bzw. Öffnungszone durch eine mittels Mikroprozessoren gesteuerte Taumeloptik oder eine Spiegelsteuerung geführt ist,
und daß Lagermittel auf der Rückseite der Fassung der Umlaufblende, z. B. in Form einer ringförmigen Saugmanschette vorgesehen sind, die, unter Belüftung des Raumes vor dem Auge über seitliche Öffnungen, es erlauben, das menschliche Auge in vorgegebenem, geringfügigem Abstand zur Umlaufblende zu halten,
so daß bei rotierender Umlaufblende, mit eingebrachten, geeignet gewählten Blendmasken,
- welche zur Bildung der Öffnungszone in geeigneter Weise gewählte und zueinander beabstandete Begrenzungsränder aufweisen, welche in ihrer Anlage und ihrem Verlauf je nach der gewünschten Gewebeabtragung bzw. der dazu benötigten rotationssymmetrischen Intensitätsverteilung des Laserlichtes vorgegeben sind -,
sich in radialer Richtung, von der Mitte zum Rand der Umlaufblende, eine kontinuierliche Zunahme oder Abnahme der Intensitätsverteilung des Laserlichtes hinter der Blendenöffnung ergibt, und daß somit das äußere Gewebematerial in der gewünschten Tiefe und Formgebung, rotationssymmetrisch um die Apex verdampfbar ist.

Derartige "Excimer-Laser" bzw. "Argon-Fluorid-Laser" sind beispielsweise durch die Fa. Technolas als zur Chirurgie oder Mikrochirurgie verwendbare Laser kommerziell erwerbbar, wobei es möglich ist, den nicht fokussierten Strahl aus dem Laser mit einem rechteckigen Strahlquerschnitt von 8 mm/14 mm, also in einer größeren Querschnittsfläche austreten zu lassen, als der zu behandelnde, bzw. durch Photoablation der Laserstrahlung zu verdampfende zentrale äußere Abschnitt der Augenhornhaut.

Der Laserstrahl läßt sich daher durch eine Blendenöffnung ohne Schwierigkeiten auf einen Durchmesser von 7 mm zur Bestrahlung dieses zentralen Bereiches der Augenhornhaut reduzieren, wobei es möglich ist, im wesentlichen die volle Laserleistung in den Strahlenbüscheln hinter der Blendenöffnung einzubringen.

Durch die Umlaufblende mit den eingebrachten Blendenmasken und der in der Blendenmaske bzw. zwischen den zur Schnittachse der Halbebenen der Blendenöffnungen gegenüberliegenden Begrenzungsrändern der Blendenmasken, - welche eine sich in ihrer Breite verengende und verbreitende Öffnungszone bilden, - ist es dabei möglich, hinter der rotierenden Umlaufblende einen sich in Richtung jedes Mittelpunktstrahles identisch einstellenden Intensitätsverlauf der Laserstrahlung zu erreichen, also ein Intensitätsverlauf, welcher für jeden Drehwinkel in radialer Richtung der Blendenöffnung gleich ist.

Da die Gewebeverdampfung durch Photoablation proportional zur eingestrahlten Laserintensität bzw. Energiedichte der Laserstrahlung ist,
ergibt sich bezüglich einer Rotation um die Apex für die verschiedenen Drehwinkel ein in radialer Richtung nach außen in der Materialverdampfung gleicher Materialabbau durch Photoablation.

Sofern von oben oder seitlich in die Blendenöffnung bis zur Schnittachse der Blendenhalbebenen mit ihrem kreisförmigen Rand eingeschobene Blendenmasken verwendet werden, wobei jeweils seitlich nach rechts und links eine in ihrer Breite vergrößernde Öffnungszone sich ergibt, ist die Lichtintensität I (x, y) welche bei rotierender Umlaufblende bzw. mit dieser rotierenden Blendmasken sich im Punkt P(x, y) einstellt, proportional zum Quotienten der nicht von den Blendmasken bedeckten Kreisbögen mit dem Radius

dividiert durch 2 π r.

Dieser Quotient ist dabei proportional zum Winkel zwischen den Punkten P(x, y), Koordinatenanfang u Schnittpunkt des um den Koordinatenanfang und durch den Punkt P(x, y) geführten Kreises mit der unteren Kurve.

Für einen Punkt im Abstand

ergibt sich dabei für zwei bezüglich der x- und y-Achse (Schnittachse der Halbebenen der Blendenöffnung)
spiegelsymmetrisch angelegten Begrenzungsrändern der Blendenmasken die Beziehung:

Aufgrund der gleichförmigen Bestrahlung und gleichförmigen Rotation der Umlaufblende ergibt sich bei diesen spiegelsymmetrisch zueinander angelegten Blendmasken, wie auch bei in rotationssymmetrischer Anordnung und Ausbildung ihrer Halbschnitt bezüglich der x- oder y-Achse angelegter Blendmasken oder Blendmaskenabschnitte
jeweils eine zu den Seiten der Apex bzw. des Mittelpunktstrahls des eingestrahlten Laserbüschels rotationssymmetrische Verteilung der Laserintensität, und dies in gleicher Weise bzw. Intensitätsverteilung für jeden Drehwinkel bzw. für vom Blendenmittelpunkt radial nach außen ausgehende Strahlen.

Durch eine besondere ringförmige Vorrichtung wird dabei die Umlaufblende auf dem Auge, z. B. mittels eines Saugringes, festgesaugt. In diesem Fall kann dabei die Photoablation in einem längeren Zeitraum erfolgen, sofern sichergestellt ist, daß eine Lasereinstrahlung nur dann erfolgt, wenn der Mittelpunktsstrahl des Strahlenbüschels und die Sehachse des Auges genau ineinander übergehen.

Als bevorzugte Ausführungsform ist dabei vorgesehen, daß die Umlaufblende frei vor dem Auge stehend angeordnet wird, wobei die von dem Laser zu erzeugende Energie so hoch sein muß, daß die Behandlung lediglich Bruchteile von Sekunden beträgt, so daß eine Veränderung der Ausrichtung der Sehachse während der Photoablation nicht eintreten kann.

Im ersteren Fall ist dabei vorgesehen, daß zur kontrollierten Photoablation des Hornhautgewebes eine Steuerung der Ein- und Ausschaltung des Excimer-Lasers durch einen Photodiodenschalter erfolgt, welcher in einem gleichzeitig auf bzw. vor dem Auge aufgesetzten Dioptriemeßgerät eingebaut ist, und den Laser ausschaltet, sobald z. B. durch eine momentane Drehung des Augapfels der Mittelpunktsstrahl des Laserlichtes nicht in Richtung der Sehachse ausgerichtet ist, oder sobald die Dioptriezahl entsprechend der vorgesehenen Korrektur oder Neugestaltung der Hornhautwölbung erreicht ist.

Durch die scheibenförmigen Blendenmasken mit z. B. kreisförmigen nach innen zum Blendenmittelpunkt gegenüberstehenden Begrenzungsrändern, zwischen denen eine mittlere Öffnungszone zur Erzeugung der rotationssymmetrischen Intensitätsverteilung gebildet wird, lassen sich bei einer Laserleistung von 400 mJ/cm² und bei einer Repititionsrate von 100 Impulsen pro sec. ohne Schwierigkeiten Schichtdicken bis zu 40-60 µ aus der etwa 600 µ dicken Hornhautfläche abtragen. Auf diese Weise läßt sich bei geeigneter Formgebung, entweder unter Abflachung der Krümmung der Hornhaut, oder unter Verstärkung der Krümmung der Hornhaut, die Dioptrienzahl um Werte bis zu 10 ändern.

Wesentlich ist dabei desweiteren, daß die Brennweite des Auges vornehmlich durch die Krümmung der Augenhornhaut bestimmt wird und nicht durch die Augenlinse zwischen vorderer und hinterer Augenkammer.

Durch experimentelle Gewebeabtragungen bei Primaten wurde bewiesen, daß sich erhebliche Dicken der Hornhaut abtragen lassen, ohne daß nach Abheilung der behandelten Hornhaut an dieser Trübungen auftreten.

Entsprechend des vom Chirurgen vor der Operation festgestellten notwendigen Materialabbaus der Hornhaut, welcher direkt proportional zur aufzuwendenden notwendigen Laserleistung ist, und entsprechend der Verteilung der abzubauenden Materialschichten zur Sehachse, muß der Chirurg geeignete "Blendmasken" auswählen, wobei der Verlauf der kurvenförmig gegenüberliegenden Begrenzungsränder dieser Blendenmasken, bzw. die radiale Erstreckung der Öffnungszone, und die Zu- oder Abnahme der Breite dieser Öffnungszone zwischen diesen beiden Blendenmasken in ihrem Verlauf und in ihrer Größe numerisch unmittelbar aus dem vom Chirurg vorher festgestellten notwendigen Gewebeabbau bzw. der dazu notwendigen Intensitätsverteilung des Laserlichtes sich ergibt.

So ergeben Berechnungen, daß bei einer linearen Intensitätsverteilung (I = a · r) der innere Begrenzungsrand der Masken durch die Funktion

bestimmt wird.

Werden die Blendenmasken durch Kreise mit dem Radius R bezüglich ihres Begrenzungsrandes gebildet, welche zur x- oder y-Achse bzw. Schnittachse der Blendenöffnung spiegelsymmetrisch gegenüberliegen,
so wird dieser Kreis durch die Funktionen

x = r cos ( ϑ/2) bzw. y = r sin ( ϑ/2)    ( ϑ = Polarwinkel von "r")

bestimmt, wobei sich ein vom Mittelpunkt der Blende nach außen vom Wert 0 stärker als linear ansteigender Intensitätsverlauf der Laserstrahlung über bzw. hinter der Blendenöffnung ergibt, sofern die beiden Kreis-Blendenmasken unmittelbar im Mittelpunkt der Umlaufblende aufeinanderstoßen.

Sofern als Blendmasken Kreisscheiben verwendet werden, welche den Radius R aufweisen und oberhalb der Schnittachse bzw. x- und y-Achse der Blendenöffnung liegen, gilt für den Begrenzungsrand dieser Blendenmaske:

wobei sich eine Intensitätsverteilung ergibt, die vom Wert im Blendenmittelpunkt nach außen geringer als linear weiter zunimmt, also nach außen trotz Anstieges allmählich in Richtung zur Achse "r" abfällt.

Die vorzugebende Intensitätsverteilung I = g (r)
ermöglicht dabei zumindest numerisch den Verlauf der Begrenzungsränder der Maskenscheiben zu bestimmen, wobei für den jeweiligen Abstand "r" des Punktes des Begrenzungsrandes vom Mittelpunkt der Blendenöffnung in der (x - y)-Ebene der Blende die (x/y)-Werte

zu berechnen sind.

Sofern nun zur Verstärkung der Krümmung der Augenhornhaut (Behandlung einer Weitsichtigkeit) im zur Apex peripheren Bereich des Hornhautgewebes Gewebematerial verdampft werden muß, muß eine Intensitätsverteilung des Laserlichtes gewählt werden, welche mit zunehmendem Abstand von der Apex bzw. Sehachse radial zunimmt.

In diesem Fall werden dann in die Öffnung der rotierenden Umlaufblende die beiden Blendenmasken mit einem Begrenzungsrand eingebracht, welcher auf einem Kreis des Radius R jeweils liegt. Die Scheiben müssen dabei einen derartigen Radius aufweisen, daß sie aufeinander etwa im Mittelpunkt der Blendenöffnung stoßen.

Zwischen diesen beiden kreisförmigen Blenden ergibt sich dabei seitlich jeweils eine Öffnungszone, die nach außen radial in der Breite zunimmt.

Soll nun vornehmlich die Intensität ihr Maximum im zentralen Bereich der Hornhaut (Apex) aufweisen, um den mittleren Bereich um die Apex abzuflachen, und damit eine Kurzsichtigkeit zu behandeln,
so müssen in Umkehr zu den beiden im vorherigen Beispiel verwendeten Kreis-Blendenmasken "sichelförmige Scheiben" verwendet werden, welche zur x- oder y-Mittelpunktachse der Blendenöffnung mit ihren Spitzen im dortigen Mittelpunkt aufeinanderstoßen. Es werden dabei seitlich dieser sichelförmigen Scheiben jeweils Öffnungszonen gebildet, die die Form eines Kreises mit dem Radius R aufweist, also in ihrer Breite in radialer Richtung nach außen zunehmen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich desweiteren aus den Patentansprüchen und der folgenden Zeichnungsbeschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtungselemente, bestehend aus Excimer-Laser, Laserstrahlengang, Umlaufblende mit Getriebemotor und ringförmiger Abstandsmanschette zwischen Außenseite der Umlaufblende und der zu behandelnden Hornhaut;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Öffnung der Umlaufblende mit zur, durch den Mittelpunkt der Blendenöffnung gehenden x-Achse spiegelsymmetrisch angeordneten, und in diesem Mittelpunkt sich mit ihren Spitzen treffenden Blendenmasken mit gebogenen Begrenzungsrändern, unter Bildung einer rechten und linken Öffnungszone der Blendenöffnung zwischen dem äußeren Rand der Blendenöffnung und den mittleren Begrenzungsrändern der Blendenmasken;

Fig. 3a eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 2 unter Einblendung zweier Blendenmasken in Form von Kreisscheiben mit dem Radius R;

Fig. 3b eine schematische Darstellung der Intensitätsverteilung hinter der Umlaufblende, welche sich bei gleichförmiger Rotation aufgrund der Durchstrahlung der seitlichen, sektorförmigen Öffnungszonen sich einstellt;

Fig. 4a eine komplementäre Anordnung bzw. Wahl der Blendenmasken zu denen der Fig. 3a, wobei die Begrenzungsränder der spiegelsymmetrisch zur x-Achse angelegten Blendenmasken, durch seitlich spiegelsymmetrisch zueinander angelegte Kreise des Radius R gebildet werden;

Fig. 4b eine Intensitätsverteilung hinter der rotierenden Umlaufblende gem. Fig. 4a, wobei das Licht durch die kreisabschnittförmigen, sich seitlich nach außen vergrößernden und spiegelsymmetrisch zueinander angelegten Öffnungszonen durchtritt;

Fig. 5 eine Abwandlung der Blendenmasken gem. Fig. 3a; wobei in der Nähe des äußeren Randes der Blendenöffnung die Begrenzungsränder der Scheibenabschnitte schräg nach außen in Richtung x-Achse der Blendenöffnung verlaufen;

Fig. 6 in schematischer Schnittdarstellung eine Darstellung der durchgeführten Keratomileusis der Augenhornhaut, sowohl zur Behandlung einer Kurzsichtigkeit als auch zur Behandlung einer Weitsichtigkeit.

In der Schnittdarstellung der Fig. 1 ist rechts im Querschnitt ein Augapfel dargestellt, wobei deutlich die eine konvexe Wölbung besitzende Hornhaut 2 des Auges und der Scheitelpunkt dieser Wölbung, die Apex 3 zu erkennen ist.

In Strichpunktierung ist dabei die durch die Apex 3 und den Linsenmittelpunkt verlaufende Sehachse 6 des Auges angedeutet.

Links seitlich vor dem Auge ist dabei die zur Photoablation des Hornhautgewebes zu verwendende Vorrichtung zu erkennen.

Diese Vorrichtung 1 weist eine nicht dargestellte Halterung auf, durch welche der Kopf des Patienten zur Vorrichtung 1 fixiert wird.

Die einzelnen Teile der Vorrichtung 1 sind dabei auf einer optischen Bank 7 aufgebaut.

Von links nach rechts erkennt man dabei den Excimer-Laser 4 welcher im kurzwelligen UV-Licht Strahlung mit der Wellenlänge von 193 nm aussendet.

In größerem Abstand zum Laser ist rechts vor dem Auge die Umlaufblende 10 zu erkennen, deren Blendenöffnung 11, durch seitlich bis in die Mitte einschiebbare Blendenmasken 12, 13 bis auf eine zwischen diesen Masken 12, 13 sich ergebende Öffnungszone 14 verschließbar ist.

Auf diese Blendenöffnung 11 oder Öffnungszone 14 ist der Strahlengang des Lasers 4 exakt mit seinem Mittelpunktsstrahl 5 auf die Sehachse 6 des Auges ausgerichtet. Der Mittelpunktsstrahl 5, geht dabei durch den Mittelpunkt der Blendenöffnung 11 und ist dabei auch als solcher exakt auf die Apex 3 des Auges gerichtet.

Durch eine gleichförmige Bestrahlung und Rotation der Umlaufblende 10 um den Mittelpunktstrahl 5 in einer senkrechten Ebene zu diesem und die in geeigneter Weise durch entsprechende Blendmasken 12, 13 gewählte Öffnungszone 14, ergibt sich auf der Rückseite der Umlaufblende eine rotationssymmetrische Intensitätsverteilung des Laserlichtes, wobei also auf einem Kreis mit dem Radius "r" unabhängig vom Drehwinkel immer die gleiche Laserintensität gemessen wird. Für einen bestimmten Winkel ergibt sich dabei in radialer Richtung immer ein Intensitätsverlauf, der dem Intensitätsverlauf für einen anderen Winkel in radialer Richtung entspricht.

Da der Materialabtrag des Lasers durch Photoablation des zu beseitigenden äußeren Hornhautgewebes zur Laserintensität proportional ist, lassen sich dabei auf dem lebenden Auge des Patienten bzw. der nicht abgehobenen Augenhornhaut, in rotationssymmetrischer Weise zur Apex 3 die notwendige Gewebeabtragungen zur Durchführung der an sich bekannten Keratomileusis durchführen.

In Fig. 6 ist dabei schematisch dieser Gewebeabtrag über oder um die Apex 3 der Hornhaut 2 dargestellt, wobei durch die in Strichelung dargestellte Gewebeabtragung im peripheren Bereich zur Apex 3 etwa 40-60 µ tiefe Einschnitte seitlich vorgenommen werden. Dadurch nimmt die Krümmung der Wölbung der Hornhaut stark zu, so daß sich eine "Weitsichtigkeit" behandeln läßt.

Der konkave, in Strichpunktierung wiedergegebene Gewebeabbau im unmittelbaren Bereich um bzw. über die Apex 3 führt dabei zu einer Abflachung der Wölbung der Augenhornhaut 2, so daß sich dadurch eine "Kurz-Sichtigkeit" behandeln läßt.

Die Umlaufblende 10 weist dabei einen äußeren Blendenrahmen 17 auf, der über eine Führungsplatte mit seitlichen Führungsschalen 22 mit einem Walzrollenlager 23 drehbar gelagert ist. Die äußere Führungsplatte geht dabei nach unten in eine Halterung 9 über. Über diese Halterung läßt sich die Umlaufblende 10 gegenüber der optischen Bank 7 in geeigneter Höhe einstellen.

An der zum Auge gerichteten Stirnseite der Führungsplatte sind dabei Lagermittel 16 zur Beabstandung des Auges vorgesehen. Diese Abstandsmittel bestehen dabei aus einer ringförmigen Saugmanschette, die unmittelbar auf den peripheren Bereich der Hornhaut ringförmig aufgebracht wird. Eine seilt. Belüftung ermöglicht dabei die Abfuhr von Hitze u. Dämpfe am Auge.

Zur Erzeugung einer gleichmäßigen Drehbewegung besitzt der Blendenrahmen 17 auf der zum Laser gerichteten Seite einen vorstehenden seitlichen, gezahnten Flansch 20, der außen über den gesamten Umfang des Blendrahmens 17 umläuft und über einen Zahnradantrieb 21 mittels eines Getriebemotors in gleichmäßige Drehung versetzt wird. Die Drehzahl der Umlaufblende ist dabei so zu wählen, daß sie kleiner als die Pulsfrequenz des Lasers ist.

Die Höhenjustierung des Lasers 4 erfolgt dabei gegenüber der opt. Bank 7 über ein Stativ 8.

In den Fig. 2, 3a, 4a und 5 sind dabei mögliche Blendenmasken 12, 13; 12 a, 12 b bzw. 13 a u. 13 b sowie 12′ bzw. 13′ und 24 dargestellt.

In Fig. 2 weisen dabei die Masken parabelförmige Begrenzungsränder auf, wobei nach rechts und links sich jeweils die nicht verschlossenen Öffnungszonen 14 der Blendenöffnung 11 anschließen.

Für den Punkt P (x, y) ist dabei der sich bei gleichförmiger Rotation der Umlaufblende 10 bzw. der Blendenöffnung 11 sich ergebende Intensitätsverlauf I (P _x,y ) dargestellt. Diese Intensität ist dabei proportional zur Belichtungszeit des Punktes P (x, y) und damit zur Länge der beiden eingezeichneten Kreisbogenabschnitte, die auf einem Kreis um den Blendenmittelpunkt liegen, der durch den Punkt P (x, y) verläuft.

In Fig. 3a erkennt man deutlich, daß die etwa halbkreisförmige obere Blendenmaske bzgl. der durch den Blendenmittelpunkt gehenden x-Achse bzw. der Schnittachse zwischen der oberen und der unteren Blendenhalbebene spiegelsymmetrisch zur unteren halbkreisartigen Blendenmaske ist.

Die Maskenabschnitte 12 a und 12 b sind dabei zu den Maskenabschnitten 13 b bzw. 13 a rotationssymmetrisch zu den x-/y-Achsen angelegt.

In Fig. 3b ist die sich ergebende Intensitätsverteilung wiedergegeben. Diese Intensität würde sich dabei um die Hälfte verringern, sofern in der unteren Halbebene der Blendenöffnung eine durchgehend geschlossene Blendenmaske eingebracht würde.

Die zur Abflachung des Apex-Bereiches bei einer Kurzsichtigkeit zu verwendenden Blendenmasken 12′ und 13′ sind in Fig. 4a dargestellt.

Diese sind sichelförmige, in der Mitte der Blendenöffnung auslaufende Masken, wobei rechts und links ovale Öffnungszonen 14 angeordnet sind, welche zu der in Fig. 4b dargestellten Intensitätsverteilung führen.

Die in Fig. 5 dargestellte Blendenmaske 24 erlaubt im Gegensatz zu den kreisabschnittartigen Blendmasken der Fig. 3a einen Materialabtrag, der gemäß Fig. 6, - Strichelung - nicht mit den dort dargestellten senkrechten Einschnitten ausläuft, sondern in seitlichen "Abschrägungen".

Zur Erzeugung ringförmiger Keilausschnitte ist dabei eine Blendmaske zu verwenden, welche bis auf den Randbereich geschlossen ist, und dabei dort seitlich "karoartige" Öffnungen aufweist.

Zur Beseitigung eines Astigmatismus müssen im übrigen Blendenmasken verwendet werden, die zu einem seitlich verschobenen Intensitätsmaximum führen, welches also auf der neu anzulegenden Apex zu liegen kommt. Statt der kreisförmigen Scheiben nach Fig. 3a werden dabei zwei "eiförmige" Scheiben verwendet, welche ebenfalls spiegelsymmetrisch zur x-Achse zueinander anzuordnen sind.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Korrektur oder Neugestaltung der Wölbung der Augenhornhaut, insbesondere zur Korrektur einer Weit-, Nahsichtigkeit oder Astigmatismus des menschlichen Auges, oder zur Anlage eines oder mehrerer, ringförmig um die Apex verlaufender Schnitte oder Keilausschnitt, - wobei ein Gewebeabbau der äußeren Hornhautschicht, z. B. zur Herstellung der gewünschten Wölbung des zentralen Abschnittes der Augenhornhaut, durch Photoablation des entsprechenden äußeren Hornhautgewebes erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermöglichung eines bezüglich einer Rotation um die Apex (3) bzw. um die zu erstellende Apex des Auges symmetrischen Gewebeabbaus der Augenhornhaut (2) ein im kurzwelligen UV-Licht Strahlung emittierender Excimer-Laser (4) (Wellenlänge 193 nm) vorgesehen ist, wobei der Mittelpunktsstrahl (5) des optischen Strahlenganges des Lasers (4) bzw. des Blendenbüschels auf die Apex und exakt in Richtung zur Sehachse (6) des Auges ausgerichtet ist, und daß in diesem, durch Justiermittel (7, 8, 9) vorgegebenen optischen Strahlengang eine um die Längsachse des Strahlenganges gleichförmig rotierbare Umlaufblende (10) angeordnet ist, deren kreisförmige Blendenöffnung (11) durch den Einschub einer oder mehrerer, über die Halbebenen der Blendenöffnung (11) in spiegelsymmetrischer oder rotationssymmetrischer Anordnung und Ausbildung ihrer Halbschnitte (12 a, 12 b; 13 a, 13 b) angelegter Blendmasken bzw. -abschnitte (12, 13) bis auf eine in radialer Richtung sich in geeigneter Weise in ihrer Breite verengende oder verbreitende Öffnungszone (14) derart verschließbar ist,
daß bei gleichförmiger Rotation und Bestrahlung der Umlaufblende (10), - bezüglich einer Rotation um die Apex (2) bzw. um den Mittelpunktsstrahl (5), für die verschiedenen Drehwinkel ein radial nach außen sich jeweils entsprechend einstellender Verlauf (15) der Intensität bzw. der Energiedichte der Laserstrahlung ergibt,
daß eine homogene Ausleuchtung der Blendenöffnung (11) bzw. der Öffnungszone (14) entweder durch einen im Durchmesser auf oder über den Durchmesser der Blendenöffnung (11) oder Öffnungszone (14) fokussierten Laserstrahl erfolgt, oder durch einen, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Laserstrahl, der über die Blendenöffnung (11) bzw. Öffnungszone (14) durch eine mittels Mikroprozessoren gesteuerte Taumeloptik oder eine Spiegelsteuerung geführt ist,
und daß Lagermittel (16) auf der Rückseite der Fassung der Umlaufblende, z. B. in Form einer ringförmigen Saugmanschette, vorgesehen sind, die, unter Belüftung des Raumes vor dem Auge über seitliche Öffnungen, es erlauben, das menschliche Auge in vorgegebenem, geringfügigem Abstand zur Umlaufblende zu halten, so daß bei rotierender Umlaufblende, mit eingebrachten, geeignet gewählten Blendmasken (12, 13) - welche zur Bildung der Öffnungszone (14) in geeigneter Weise gewählte und zueinander beabstandete Begrenzungsränder aufweisen, die je nach der gewünschten Gewebeabtragung bzw. der dazu benötigten rotationssymmetrischen Intensitätsverteilung des Laserlichtes in ihrer Anlage und ihrem Verlauf vorgegeben sind, -
sich in radialer Richtung, von der Mitte zum Rand der Umlaufblende, eine kontinuierliche Zunahme oder Abnahme der Intensitätsverteilung des Laserlichtes hinter der Blendenöffnung (11) ergibt, und daß somit das äußere Gewebematerial in der gewünschten Tiefe und Formgebung, rotationssymmetrisch um die Apex (2) verdampfbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbreiterung der Öffnungszone (14) in Richtung eines um den Mittelpunkt der Blendöffnung verlaufenden Kreises die Blendmasken bzw. -abschnitte (12, 13) zur Schnitt-Achse der Halbebenen der Blendöffnung (11) jeweils in spiegelsymmetrischer Anordnung zueinander angelegt und ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontrollierten Photoablation des Hornhautgewebes eine Steuerung der Ein- und Ausschaltung des Excimer- Lasers (4) durch einen Photodiodenschalter erfolgt, welcher in einem gleichzeitig auf bzw. vor dem Auge aufgesetzten Dioptriemeßgerät eingebaut ist, und den Laser (4) ausschaltet, sobald z. B. durch eine momentane Drehung des Augapfels, der Mittelpunktsstrahl (5) des Laserlichtes nicht in Richtung der Sehachse (6) ausgerichtet ist, oder sobald die Dioptriezahl entsprechend der vorgesehenen Korrektur oder Neugestaltung der Hornhautwölbung erreicht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Excimer-Laser ein "Argon-Fluorid-Laser" mit einer Resonanzwellenlänge von 193 nm unter Ansteuerung über kurze Laserimpulse und Erzeugung hoher Impuls- Energiedichten von mindestens 200 mJ/cm² verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsrepititionsrate (25-100/sec.) beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strichlaser mit einer Repititionsrate von 1000 - 5000 Schüssen pro sec. und einer Energiepulsdichte von mindestens 40 mJ/cm² verwendet wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer rotationssymmetrischen Intensitätsverteilung des Laserlichtes um die Apex (3) der Augenhornhaut (2) die Drehung der rotierbar angeordneten Umlaufblende (10) mit einer deutlich geringeren Frequenz erfolgt, als die der Repititionsrate der Laserimpulse (z. B. Drehung mit 20 Hz bei einer Pulsrate von 100 Hz), wobei ein stroboskopischer Effekt zu vermeiden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelung des Laserlichtes zur Ausleuchtung der Linsenöffnung über eine Quarzzylinderoptik erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufblende (10) einen kreisförmigen Blendrahmen (17) mit mittig in diesem oder seitlich dazu angebrachten Aufnahmen (18, 19) für den Einschub der Blendmasken (12, 13) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Aufnahmen (18, 19) Feststellvorrichtungen für in kontinuierlich in Richtung aufeinander, zur Achse der Blendenhalbebenen verschiebbaren Blendmasken (12, 13) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die drehbar angeordnete Umlaufblende (10) bzw. auf einen nach außen abstehenden Flansch (20) des Blendrahmens (17) ein äußerer Zahnrad- oder Friktionsantrieb (21) zur Herstellung der Rotation der Umlaufblende (10) bringbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Umlaufblende (10) bzw. der Blendrahmen (17) dadurch drehbar im Strahlengang des Laserlichtes gelagert ist, daß eine drehbare Lagerung der Blendenöffnung (11) in einer gegen die optische Bank (7) der Vorrichtung (2) bzw. des Lasersystems fest angeordneten Führungsschale (22) erfolgt, wobei eine Lagerung der vorzugsweise kreisförmig auszubildenden Umlaufblende (10) bzw. des äußeren Blendrahmens (17) gegenüber der äußeren Führungsschale (22) und deren mit der optischen Bank (7) verbundenen Halterung (9) durch Wälzlager (23) erfolgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (20) des Blendrahmens (17) bzw. der Friktionsantrieb (21) und die äußere Führungsschale (22) mit ihrer Halterung (9) auf entgegengesetzten Seiten des Blendrahmens (17) angelegt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer äußeren Stirnfläche der Führungsschale (22) die ringförmigen Lagermittel (16) zur Beabstandung des Augapfels bzw. der Hornhaut (2) lösbar angelegt sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Blendmaske zur Herstellung eines ringförmig um die Apex (3) verlaufenden Schnittes eine Kreisloch- oder Langlochblendmaske verwendet wird, wobei die Öffnung bzw. Öffnungen der Blendmaske auf konzentrischen Kreisen nun der Mittelpunkt der Maske bzw. der Umlaufblende (11), in einem Öffnungsquerschnitt entsprechend der gewünschten Schnittbreite angelegt sind.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines ringförmig um die Apex (3) angeordneten Keilausschnittes eine oder mehrere in die Blendöffnung einschiebbare Blendmasken verwendet werden, welche eine oder mehrere zur Schnittachse der Halbebene der Blendöffnung (11) spiegelsymmetrisch oder rotationssymmetrisch angelegte Öffnungszonen in Form sichelförmig eingeschnittener, sich zunächst in der Breite radial vergrößernder, und sich schließlich verkleinernder Ausschnitte aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß als Blendmasken zur Korrektur einer Nahsichtigkeit, unter Abflachung der Wölbung des zentralen Abschnittes der Augenhornhaut, zwei Blendmasken verwendet werden, welche in spiegelsymmetrischer Anordnung zueinander bis zur Schnittachse der Halbebenen der Blendöffnungen eingebracht sind, und deren innerer Begrenzungsrand (22, 23) durch den Teil eines Kreises mit dem Radius R jeweils gebildet wird (Intensitätsverteilung hinter der Blendöffnung wobei C eine Konstante ist).

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur einer Weitsichtigkeit, unter Vergrößerung der Wölbung der Augenhornhaut im zentralen Abschnitt zwei Blendenmasken verwendet werden, welche in die Blendenöffnung (11) zur Schnittachse der beiden Halbebenen der Blendöffnung (11) spiegelsymmetrisch mittig angeordnet sind und deren Begrenzungsränder durch die Ränder der komplementären Kreisausschnitte gebildet werden, welche sich zwischen den Ausschnitten zweier spiegelsymmetrisch zueinander zur Schnittlinie der Halbebenen der Blendöffnungen angeordneten Scheibenteile mit dem Radius R ergeben (Intensitätsverteilung: wobei C eine Konstante ist).