DE4041893A1

DE4041893A1 - Ophthalmic surgical instrument with cold light UV laser - has laser pulse homogeniser by two cylindrical lenses with optical axes intersecting at 90 deg.

Info

Publication number: DE4041893A1
Application number: DE19904041893
Authority: DE
Inventors: Michael Ulrich Prof D Dardenne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1992-07-02

Abstract

A continuous alteration of energy distribution of the laser beam (16) results radially from the centre point axis (17) to the external flank of the beam, and the emanating laser beam is reflected with the desired radial absorption profile on the cornea, by a liq. tray (5), transparent to UV radiation, with a cylindrical lens type optical part (4), which contains a liq. partly absorbing the laser radiation, and its rotational axis coincides with the centre point axis of the laser radiation. Two cylindrical lenses with their optical axes crossing at 90 deg. are used for homogenising the laser pulses so that in a vertical quadratic cross section of 20 x 20 mm. An expansion optic (3) is provided, in which the 20 x 20 mm quadratic laser pulses are expanded to a larger cross section, reducing the pulse energy density to a smaller level of 100 ins./sq.cm. USE/ADVANTAGE - For treating myopia, hyperopia, astigmatism etc., with simple mfr., improved reliability and easy handling.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur chirurgischen Behandlung von Myopie, Hyperopie und Astigmatismus des Auges nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Die Erfindung bezieht sich somit auf ein in der Ophthalmologie zu verwendendes Gerät. Des weiteren auf eine flüssigkeitsgefüllte Küvette zur Verwendung in einem derartigen Gerät.The present invention relates to a surgical device Treatment of myopia, hyperopia and astigmatism of the eye after the preamble of the main claim. The invention relates thus on a device to be used in ophthalmology. Furthermore, on a liquid-filled cuvette for use in such a device.

Myopie und Hyperopie sind verbreitete Sehfehler, sie sind als Kurz bzw. Weitsichtigkeit allgemein bekannt und beruhen darauf, daß die Brechkraft von Hornhaut und Augenlinse nicht zu einem Fokus auf der Netzhaut führen.Myopia and hyperopia are common visual defects, they are short or farsightedness are generally known and are based on the fact that the Refractive power of the cornea and eye lens does not become a focus on the Lead retina.

Die Korrektur dieser Fehler mit Brillen oder Kontaktlinsen hat verschiedene Nachteile für den Patienten. So müssen bei einer hohen Dioptrienzahl äußerst dicke Brillengläser getragen werden. Bekannte traditionelle Verfahren in Form der Keratotomie sind dabei schwierig durchführbar und weisen somit ein hohes Operationsrisiko auf.The correction of these errors with glasses or contact lenses has various disadvantages for the patient. So at a high Diopter number extremely thick glasses are worn. Known traditional procedures in the form of keratotomy are included difficult to carry out and therefore have a high operational risk on.

Gemäß den US-Patenten 46 65 913 und 48 40 175 ist eine chirurgische Behandlung der Myopie, der Hyperopie und des Astigmatismus durch Verwendung von Excimerlasern vorgeschlagen worden. Die Vorteile dieser Verfahren bestehen in einer äußerst hohen Sterilität, vorheriger mathematischer Kalkulation der Operationsbedingungen und einer hohen Präzision.According to U.S. Patents 4,665,913 and 4,840,175 is surgical Treatment of myopia, hyperopia and astigmatism Use of excimer lasers has been proposed. The advantages these procedures are extremely sterile, previous mathematical calculation of the operating conditions and high precision.

Mittels eines Excimerlasers mit Emission im UV-Bereich wird dabei durch ein Blendensystem, das sich im Strahlengang der Laserstrahlung befindet, eine gewünschte Verteilung der Energie des Laserstrahles unter Rasterung über den zur Herstellung der gewünschten Hornhautkrümmung abzutragenden Bereich vorgenommen. Das Blendensystem besteht dabei aus einer rotierenden Scheibe mit einem geeignet geformten Spalt. Infolge der Wirkung einer großen Anzahl von Laserimpulsen in einem vorher bestimmten Verhältnis zwischen Impulszahl und Rotationsfrequenz der Spaltscheibe wird dabei die Änderung der Kurvatur der Hornhautoberfläche vorgenommen, die zur Korrektur des Sehfehlers notwendig ist.Using an excimer laser with emission in the UV range through a diaphragm system that is in the beam path of the Laser radiation is a desired distribution of the energy of the Laser beam with grid over the for the production of the desired corneal curvature to be removed. The The aperture system consists of a rotating disc with a suitably shaped gap. Due to the effect of a large number of laser pulses in a predetermined ratio between The number of impulses and frequency of rotation of the slotted disc becomes the Modification of the curvature of the surface of the cornea, which leads to Correction of the visual defect is necessary.

Das UV-Kaltlicht (193 nm) des Excimerlasers wird dabei auf das Auge eingestrahlt, wobei dünne äußere Hornhautschichten durch die Photoablation verdampft werden, ohne dabei Teile der Hornhaut zu verbrennen. Insofern ist es möglich, Schicht für Schicht die Hornhaut abzutragen und die gewünschte Krümmung der Hornhaut zu erzeugen. Diese Art der Operation ist dabei völlig schmerzlos, schon nach wenigen Tagen heilt die Hornhaut aus. Die Operation kann dabei in wenigen Minuten durch die Photoablation von einigen Tausend Laserimpulsen durchgeführt werden. Es ist insofern unmöglich, gemäß den Verfahren der US-Patente 46 65 195 und 48 40 175 glatte Oberflächen mit der vorher festgelegten Kurvatur der Hornhaut zu erzielen. Jeder Strahlungsimpuls trägt dabei eine Hornhautschicht mit vertikalen Wänden ab. Daher ist die behandelte Hornhautoberfläche von einem stufenförmigen Raster überzogen, selbst bei Abtragung vieler Schichten mit geringen Tiefen entsteht dabei keine glatte Oberfläche. Durch die rauhe Oberfläche wird die Hornhaut narbenförmig und trübe.The UV cold light (193 nm) of the excimer laser is applied to the eye irradiated, with thin outer corneal layers through the Photoablation can be evaporated without removing parts of the cornea burn. In this respect, it is possible to do this layer by layer Remove cornea and the desired curvature of the cornea produce. This type of surgery is completely painless the cornea heals after just a few days. The surgery can doing so in a few minutes by photoablating some A thousand laser pulses are carried out. It is so far impossible according to the procedures of US Patents 46 65 195 and 48 40 175 smooth surfaces with the previously defined curvature of the cornea. Each radiation pulse carries one Corneal layer with vertical walls. Hence the treated one Corneal surface covered by a step-like grid, even with the removal of many layers with shallow depths no smooth surface. Due to the rough surface Cornea scarred and cloudy.

Gemäß dem US-Patent 48 38 266 ist bereits ein Gerät bekannt, wobei unter gleichzeitiger Bestrahlung der gesamten zu behandelnden Augenhornhautoberfläche die Ausbildung des notwendigen radialen Absorptionsgradienten der Laserstrahlung möglich ist, so daß die notwendige Änderung der Kurvatur der Augenhornhaut durch die Bestrahlung erreichbar ist. Es bildet sich dabei eine glatte Oberfläche aus, wobei die Operation in kürzester Zeit durchführbar ist.According to the US patent 48 38 266 a device is already known, wherein with simultaneous irradiation of the whole to be treated Corneal surface the formation of the necessary radial Absorption gradient of the laser radiation is possible, so that the necessary change in the curvature of the cornea by the Irradiation is achievable. It forms a smooth one Surface, the operation can be carried out in the shortest possible time is.

Obwohl sich gegenüber den vorbeschriebenen chirurgischen Laserverfahren eine bessere Ausnutzung der Laserenergie ergibt, ist eine optimale Ausnutzung der Ausgangsimpuls-Energiedichten der einzelnen Laserimpulse insofern nicht möglich, als der Querschnitt der Laserstrahlung des verwendeten Excimerlasers von 15 bis 20 mm ebenfalls durch Einbringen einer Blende auf die Größe der zu behandelnden Hornhautfläche mit einem Durchmesser von 4 bis 7 mm zu verringern ist. Zur Erzeugung des gewünschten radialen Absorptionsgradienten wird dabei eine zylinderförmige Küvette verwendet, deren Küvettenraum durch zwei äußere im Strahlengang liegende Linsen seitlich begrenzt wird. Zur Therapie der Myopie berühren sich die inneren Linsenoberflächen nahezu im Zentrum der Küvette, während zur Therapie der Hyperopie die Linsenoberflächen sich am Küvettenrand berühren. Durch die Ausführung der Krümmungsradien der beiden inneren Linsenhälften als auch durch Wahl des im Küvettenraum befindlichen Absorptionsmediums kann die Ablationstiefe entsprechend den Erfordernissen der Therapie determiniert werden. Als Absorptionsmedien werden organische Substanzen vorgeschlagen (2,2-Dichlorcyclopropylbenzol, p-Phenylazoanilin, Azetophenon, Methylbenzoat, 1,4-Naphthochinon u. a.).Although different from the surgical ones described above Laser method gives a better use of laser energy optimal use of the output pulse energy densities of the individual laser pulses are not possible insofar as the cross section the laser radiation of the excimer laser used from 15 to 20 mm also by inserting an aperture to the size of the treating corneal surface with a diameter of 4 to 7 mm is decrease. To generate the desired radial The absorption gradient becomes a cylindrical cuvette used, the cuvette space through two outer in the beam path lying lenses is limited laterally. For the therapy of myopia touch the inner lens surfaces almost in the center of the Cuvette while treating the lens surfaces for hyperopia touch each other at the cuvette edge. By executing the Radii of curvature of the two inner lens halves as well The choice of the absorption medium located in the cuvette can Depth of ablation according to the requirements of the therapy be determined. Organic are used as absorption media Substances proposed (2,2-dichlorocyclopropylbenzene, p-phenylazoaniline, acetophenone, methyl benzoate, 1,4-naphthoquinone u. a.).

Durch die zur Behandlung notwendige Intensität der Excimerlaserstrahlung werden die organischen Substanzen nach einer gewissen Bestrahlungsdauer photochemisch zersetzt, wobei zusätzlich die Gefahr besteht, daß sich in dem Absorptionsmedium Gasblasen bilden, die zu falschen optischen Abbildungen führen. Hierdurch ist keine konstante und gleichförmig dosierbare Laserbestrahlung möglich.Due to the intensity of treatment required The organic substances are excimer laser radiation after a certain radiation duration decomposes photochemically, with additional there is a risk that gas bubbles will form in the absorption medium form that lead to incorrect optical images. This is no constant and uniformly adjustable laser radiation possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Laserchirurgie zu entwickeln, welches sicherer, handlicher und leichter herstellbar ist, wobei insbesondere eine einfache Flüssigkeitsküvette Verwendung finden kann und alle thermischen Effekte in der Küvette, welche die Absorptionseigenschaften während der Applikation der Laserstrahlung verändern, vermieden werden und eine chemische Zersetzung ausgeschlossenwird.The present invention is therefore based on the object To develop a device for laser surgery which is safer, is more manageable and easier to manufacture, in particular one simple liquid cuvette can be used and all thermal effects in the cuvette, which the Absorption properties during the application of laser radiation change, be avoided and chemical decomposition is excluded.

Diese Aufgabe wird bei einem Gerät zur Laserchirurgie gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnenden Teil gelöst.This task is performed according to a device for laser surgery Preamble of the main claim by its characterizing part solved.

Insbesondere bei Verwendung eines ArF-Excimerlasers mit einer relativ hohen Ausgangsimpuls-Energiedichte und Repetitionsraten von einigen Hertz (Hz) und einer Dauer der Laserimpulse von einigen Nanosekunden (ns) und Verwendung einer Lösung von anorganischen Salzen in hochreinem Wasser in mmolarer Konzentration kann ohne Änderung der absorbierenden Eigenschaften der Küvette mit dem Gerät zur Laserchirurgie eine völlig homogene Photoablation über die gesamte Augenhornhaut in Größe der jeweils erforderlichen Fläche ohne Verwendung einer Scannervorrichtung für den Laser erfolgen. Form und Parameter der radialen Energieverteilung des Laserlichtes, welches den gesamten zu behandelnden Bereich der Hornhaut in einem Strahlengang erfaßt, werden dabei durch die Innenoberflächen des linsenartig geformten, den Küvetteninnenraum bildenden optischen Teils, sowie durch den Absorptionskoeffizienten der aus einer wäßrigen Lösung hochreiner anorganischer Salze bestehenden Absorptionsflüssigkeit bestimmt. Da insbesondere bei Verwendung von entgastem, dreifach destilliertem Wasser keine Fremdbestandteile in der Absorptionsflüssigkeit vorhanden sind, und dabei gemäß durchgeführter Versuche die Lösung anorganischer Salze in Wasser in Konzentrationen im mmol-Bereich auch bei längerer Bestrahlung durch Laserlicht keine chemische Zersetzung aufweist, welche zu einer Änderung der Absorptionseigenschaften führt, und wobei auch keine anderen störenden thermischen Effekte auftreten, sofern die auf die Küvettenflüssigkeit einwirkende Energiedichte unter 100 mJ/cm² liegt, ergibt sich ein äußerst einfacher Aufbau der zu verwendenden Myopie- bzw. Hyperopieküvette. Im Gegensatz zu den im US-Patent 48 38 266 verwendeten organischen Absorbentien, die unter der Einwirkung der zur Behandlung notwendigen Intensität der Laserstrahlung zersetzt werden, entfallen bei den vorgenannten Absorbtionsflüssigkeiten mit anorganischen Substanzen bei einfallender Laserstrahlung von weniger als 100 mJ/cm² sowohl die Kühlung als auch das Umpumpen.Especially when using an ArF excimer laser with a relatively high output pulse energy density and repetition rates of a few Hertz (Hz) and a duration of the laser pulse of a few nanoseconds (ns) and using a solution of inorganic salts in high-purity water in mmolar concentration can be changed without changing the absorbing properties of the cuvette with the device for laser surgery a completely homogeneous photoablation over the entire cornea in the size of the required area without using a scanner device for the laser. The shape and parameters of the radial energy distribution of the laser light, which covers the entire area of the cornea to be treated in one beam path, are determined by the inner surfaces of the lens-shaped optical part that forms the interior of the cuvette, and by the absorption coefficient of the aqueous solution of high-purity inorganic salts Absorbent liquid determined. Since, especially when using degassed, triple-distilled water, no foreign components are present in the absorption liquid, and according to tests carried out, the solution of inorganic salts in water in concentrations in the mmol range does not have any chemical decomposition, even with prolonged exposure to laser light, which leads to a change of absorption properties, and no other disruptive thermal effects occur, provided that the energy density acting on the cuvette liquid is less than 100 mJ / cm ² , the myopia or hyperopia cuvette to be used is extremely simple. In contrast to the organic absorbents used in US Pat. No. 4,838,266, which are decomposed under the action of the intensity of the laser radiation necessary for the treatment, both of the above-mentioned absorption liquids with inorganic substances are eliminated when the laser radiation falls below 100 mJ / cm ² Cooling as well as pumping around.

Es ist dabei möglich, bei einem Excimerlaser mit einer Ausgangsimpuls-Energiedichte von 200 bis 800 mJ/cm² die homogenisierte und vor dem Auftreffen auf die Absorptionsküvette aufgeweitete Laserstrahlung wieder derart zu fokussieren, daß Energiedichten von 100 bis 400 mJ/cm² bei Repetitionsraten von 5 bis 20 Hz auf die Hornhaut applizierbar sind, so daß die minimale Grenze zur Erreichung der Photoablation überschritten wird (100 mJ/cm² ).It is possible with an excimer laser with an output pulse energy density of 200 to 800 mJ / cm ² to refocus the homogenized laser radiation which has been expanded before it hits the absorption cell in such a way that energy densities of 100 to 400 mJ / cm ² at repetition rates of 5 to 20 Hz can be applied to the cornea so that the minimum limit for achieving photoablation is exceeded (100 mJ / cm ² ).

Die verwendete Flüssigkeitsküvette kann dabei durch die Anordnung zweier extrem UV-durchlässiger Quarzlinsen gebildet werden, wobei die zwischen diesen beiden Linsen im Küvettenraum aufzunehmende Absorptionsflüssigkeit nicht den gleichen Brechungsindex aufweisen muß, wie die verwendeten Linsen. Von Vorteil ist, daß die optischen Abbildungseigenschaften der einhüllenden Linsenflächen derart sind, daß die auf das Linsensystem auftreffende parallele Laserstrahlung die Küvette mit konvergierenden Strahlen verläßt. The liquid cuvette used can be arranged two extremely UV-permeable quartz lenses are formed, whereby the one to be recorded between these two lenses in the cell space Absorbent liquid do not have the same refractive index must, like the lenses used. The advantage is that the optical Imaging properties of the enveloping lens surfaces are such that the parallel laser radiation incident on the lens system leaves the cuvette with converging rays.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Verwendung einer Flüssigkeitsküvette zur Behandlung der Myopie und einer Flüssigkeitsküvette zur Behandlung der Hyperopie näher erläutert.The invention is described below using two exemplary embodiments using a liquid cuvette to treat the Myopia and a liquid cuvette to treat hyperopia explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Gerätes zur Durchführung der Laserchirurgie der Augenhornhaut mit einem Kaltlicht-UV-Laser (ArF-Excimerlaser), Fig. 1 is a schematic representation of the structure of the device for performing the laser surgery of the cornea with a dichroic UV laser (ArF excimer laser),

Fig. 2 die Darstellung des zylinderförmigen, linsenartig geformten optischen Teils der Flüssigkeitsküvette unter Bildung eines Küvettenraumes zur Therapie der Myopie (Berührung der Linsen im Zentrum der Küvette), Fig. 2 is an illustration of the cylinder-shaped, lens-shaped optical portion of the Flüssigkeitsküvette to form a Küvettenraumes for the treatment of myopia (contact of the lenses in the center of the cuvette),

Fig. 3 den Aufbau des optischen Teils der Flüssigkeitsküvette zur Therapie der Hyperopie (Berührung der Linsen am Küvettenrand). Fig. 3 shows the structure of the optical part of the liquid cuvette for therapy of hyperopia (touching the lens on the edge of the cuvette).

Das Gerät zur chirurgischen Behandlung von Myopie, Hyperopie und Astigmatismus des Auges umfaßt gemäß Fig. 1 einen ArF-Excimerlaser, welcher einen Bereich an Ausgangsimpuls- Energiedichte von 200 bis 800 mJ/cm² aufweist, einer Impulsdauer von etwa 15 ns und einer Repetitionsrate von 5 bis 20 Hz. Das von diesem Excimerlaser (1) emittierte Licht hat eine Wellenlänge von 193 nm, wobei diese Strahlung bei genügend großer Impuls- Energiedichte geeignet ist, die Photoablation dünner Gewebeschichten, insbesondere der Augenhornhaut zu bewerkstelligen. Der Laserstrahl (16) weist dabei zunächst einen Strahlquerschnitt senkrecht zu seiner Mittelpunktsachse (17) von ca. 15×25 mm auf. Dieses Strahlprofil wird in der Vorrichtung (2), in der sich zwei Zylinderlinsen befinden, homogenisiert und von dem rechteckigen in einen quadratischen Querschnitt umgeformt. Anschließend gelangt die Laserstrahlung (16) in eine Aufweiteoptik (3), in welcher die Laserimpulse von ihrem quadratischen Querschnitt von ca. 20×20 mm in eine Querschnittsgröße von ca. 60×60 mm aufgeweitet werden. Entsprechend dem Flächenverhältnis von 4 : 36 verringert sich dabei die Impuls-Energiedichte der Laserstrahlung um den Faktor 9. Die Laserstrahlung gelangt nun mit einer Impuls-Energiedichte von ca. 22 bis 88 mJ/cm², je nach vorgewählter Ausgangsimpuls- Energiedichte in eine Küvette (5) mit einer Absorptionsflüssigkeit. Die Küvettenfenster (14, 15) bilden dabei ein zylinderförmiges optisches Teil (4), dessen Rotationsachse mit der Mittelpunktsachse des Laserstrahles (17) übereinstimmt. Das zylinderförmige optische Teil besteht dabei aus für das UV- Licht durchlässigem Quarzglas (Synsil^®).The device for the surgical treatment of myopia, hyperopia and astigmatism of the eye comprises, according to FIG. 1, an ArF excimer laser which has a range of output pulse energy density of 200 to 800 mJ / cm ² , a pulse duration of approximately 15 ns and a repetition rate of 5 to 20 Hz. The light emitted by this excimer laser ( 1 ) has a wavelength of 193 nm, and this radiation is suitable, with a sufficiently high pulse energy density, for the photoablation of thin tissue layers, in particular the cornea. The laser beam ( 16 ) initially has a beam cross section perpendicular to its central axis ( 17 ) of approximately 15 × 25 mm. This beam profile is homogenized in the device ( 2 ), in which there are two cylindrical lenses, and transformed from the rectangular into a square cross section. The laser radiation ( 16 ) then arrives at a widening optics ( 3 ) in which the laser pulses are expanded from their square cross section of approx. 20 × 20 mm to a cross section size of approx. 60 × 60 mm. In accordance with the area ratio of 4:36, the pulse energy density of the laser radiation is reduced by a factor of 9. The laser radiation now reaches a cuvette with a pulse energy density of approx. 22 to 88 mJ / cm ² , depending on the selected output pulse energy density ( 5 ) with an absorption liquid. The cuvette windows ( 14 , 15 ) form a cylindrical optical part ( 4 ), the axis of rotation of which coincides with the center axis of the laser beam ( 17 ). The cylindrical optical part consists of quartz glass (Synsil ^® ) that is transparent to UV light.

Die Fenster (14, 15) der Küvette (5) werden dabei aus den Linsen (6, 7) bzw. (8, 9) des zylinderförmigen optischen Teils (4) der Küvette gebildet. In den Fig. 2 und 3 sind dabei zwei mögliche Anordnungen dieser Linsen zur Behandlung der Myopie bzw. Hyperopie dargestellt.The windows ( 14 , 15 ) of the cuvette ( 5 ) are formed from the lenses ( 6 , 7 ) or ( 8 , 9 ) of the cylindrical optical part ( 4 ) of the cuvette. In FIGS. 2 and 3 while two possible arrangements of these lenses are illustrated for the treatment of myopia or hyperopia.

Da in der Flüssigkeitsküvette (5) als Absorptionsflüssigkeit (18) eine wäßrige Lösung von Na₂CO₃ in einer Konzentration von 3 mMol verwendet wird und dabei der auf diese Flüssigkeit einwirkende Laserstrahl lediglich eine geringe Impuls-Energiedichte von 22 bis 88 mJ/cm² aufweist, verändern sich während der Operationsdauer weder der Brechungsindex noch der Absorptionskoeffizient der Flüssigkeit. Die Küvette (5) ist nach außen geschlossen. Der Außendurchmesser der als Küvettenfenster (14, 15) verwendeten Linsen des optischen Teils (4) ist dabei kleiner als der Strahlquerschnitt des die Aufweiteoptik (3) verlassenden Laserstrahles (16). Dieser Durchmesser ist dabei auf 50 mm verringert, wobei der auftreffende Laserstrahl zunächst einen Querschnitt von 60×60 mm aufweist. Insofern weist der aus der Flüssigkeitsküvette (5) austretende Laserstrahl eine noch bessere Strahlqualität auf.Since an aqueous solution of Na ₂ CO ₃ in a concentration of 3 mmol is used in the liquid cuvette ( 5 ) as the absorption liquid ( 18 ) and the laser beam acting on this liquid only has a low pulse energy density of 22 to 88 mJ / cm ² during the operation, neither the refractive index nor the absorption coefficient of the liquid change. The cuvette ( 5 ) is closed to the outside. The outside diameter of the lenses of the optical part ( 4 ) used as cuvette windows ( 14 , 15 ) is smaller than the beam cross section of the laser beam ( 16 ) leaving the widening optics ( 3 ). This diameter is reduced to 50 mm, the incident laser beam initially having a cross section of 60 × 60 mm. In this respect, the laser beam emerging from the liquid cuvette ( 5 ) has an even better beam quality.

Das zylinderförmige optische Teil (4) erzeugt dabei eine Fokussierung der Laserstrahlen (16) auf einen Bereich hinter der Hornhaut des zu behandelnden Auges, so daß die Strahlung auf die Hornhaut (19) des Auges mit einem bestimmten Strahlquerschnitt auftrifft, der derart groß bemessen ist, daß eine ausreichende Bestrahlung der zu behandelnden Hornhautoberfläche erfolgt (4 bis 7 mm Durchmesser).The cylindrical optical part ( 4 ) produces a focusing of the laser beams ( 16 ) on an area behind the cornea of the eye to be treated, so that the radiation strikes the cornea ( 19 ) of the eye with a certain beam cross section which is dimensioned so large that there is sufficient radiation on the corneal surface to be treated (4 to 7 mm in diameter).

Auch im Falle der Myopie-Küvette (Fig. 2) sind die Linsen (6, 7) derart geschliffen, daß die aus der Flüssigkeitsküvette (5) austretende Laserstrahlung konvergierend auf der Augenhornhaut (19) abgebildet wird. Falls eine andere Geometrie der die Küvette bildenden Linsen gewählt wird, kann durch eine nachgeschaltete Sammellinse aus UV-durchlässigem Quarzglas ein die Küvette mit divergierender Form verlassender Strahl hierdurch wieder hinter die Hornhaut fokussiert werden.Also in the case of the myopia cuvette ( FIG. 2), the lenses ( 6 , 7 ) are ground in such a way that the laser radiation emerging from the liquid cuvette ( 5 ) is converged on the cornea ( 19 ). If a different geometry of the lenses forming the cuvette is chosen, a downstream lens made of UV-transparent quartz glass can be used to focus a beam leaving the cuvette with a diverging shape behind the cornea.

Durch Wahl der äußeren Linsenflächen können dabei die erforderlichen Abbildungseigenschaften des optischen Teiles (4) bestimmt werden. Grundsätzlich bilden dabei die inneren Linsenoberflächen bzw. Innenseiten der Fenster der Küvette (5) Rotationsoberflächen zweiten Grades, wobei die Rotationsachse mit der Symmetrieachse des Laserstrahles (16) übereinstimmt.The required imaging properties of the optical part ( 4 ) can be determined by selecting the outer lens surfaces. Basically, the inner lens surfaces or inner sides of the windows of the cuvette ( 5 ) form second-order rotational surfaces, the axis of rotation coinciding with the axis of symmetry of the laser beam ( 16 ).

Da aufgrund der gleichförmigen Konzentration der Absorptionsflüssigkeit (18) die optische Dichte in der Flüssigkeitsküvette konstant ist, wird die eingestrahlte Laserenergie entsprechend einem positiven bzw. negativen Absorptionsgradienten zum Strahlenrand hin teilweise absorbiert, wobei sich eine gleichförmige Verteilung der Energiedichte des austretenden Laserstrahles ausbildet.Since, due to the uniform concentration of the absorption liquid ( 18 ), the optical density in the liquid cuvette is constant, the irradiated laser energy is partially absorbed towards the edge of the beam in accordance with a positive or negative absorption gradient, a uniform distribution of the energy density of the emerging laser beam being formed.

Zur Behandlung der Myopie können dabei die inneren Linsenoberflächen (10, 11) sowohl kugelförmig als auch asphärisch ausgebildet sein, die Linsen selbst können dabei bikonvex, plankonvex oder konvex-konkav ausgeführt sein.To treat myopia, the inner lens surfaces ( 10 , 11 ) can be both spherical and aspherical, the lenses themselves can be biconvex, plano-convex or convex-concave.

Zur Behandlung der Hyperopie ist die Krümmung der inneren Linsenoberflächen (12, 13) so ausgeführt, daß sie sich am Küvettenrand berühren; die Ausführung der Linsen kann ebenfalls derart sein, wie dies für das optische Teil zur Behandlung der Myopie beschrieben ist.For the treatment of hyperopia, the curvature of the inner lens surfaces ( 12 , 13 ) is designed so that they touch each other on the edge of the cuvette; the design of the lenses can also be as described for the optical part for the treatment of myopia.

Durch die Homogenisierung des Laserstrahles (16) in der Vorrichtung (2), die Aufweitung in der Vorrichtung (3) und die teilweise Absorption in der Küvette (4) wird die anfängliche Impuls- Energiedichte des Laserstrahles von 200 bis 800 mJ/cm² in radialer Richtung auf einen Wert zwischen 100 bis 400 mJ/cm² abgeschwächt. Hierdurch wird eine völlig homogene Ablation über die gesamte zu behandelnde Hornhautoberfläche ohne Stufenbildung erreicht.Through the homogenization of the laser beam ( 16 ) in the device ( 2 ), the expansion in the device ( 3 ) and the partial absorption in the cuvette ( 4 ), the initial pulse energy density of the laser beam from 200 to 800 mJ / cm ² in radial direction weakened to a value between 100 to 400 mJ / cm ² . In this way, a completely homogeneous ablation is achieved over the entire corneal surface to be treated without step formation.

Claims

1. Device for the surgical treatment of myopia, hyperopia and astigmatism of the eye by photoablation of thin layers of the outer surface of the cornea,
the device contains a cold light UV laser, which generates laser light pulses with such an output pulse energy density, such a pulse duration and with such repetition rates that energy densities of 100 to 400 mJ / cm ² per output pulse can be irradiated there for photoablation of the upper outer layer of the cornea are,
whereby a continuous change in the energy distribution of the laser beam in the radial direction from the center axis to by a liquid cuvette permeable to UV radiation with a cylindrical, lens-like optical part which contains a liquid partially absorbing the laser radiation and whose axis of rotation coincides with the center axis of the laser beam the outer flanks of the laser beam
and the emerging laser beam can be imaged on the cornea with the desired radial absorption profile, characterized in that a device ( 2 ) is provided for homogenizing the laser pulses by means of two cylindrical lenses crossed at 90 ° to one another with their optical axes, the laser pulses being perpendicular Direction, seen radially to the central axis, can be changed from a rectangular to a square cross section of 20 × 20 mm,
that furthermore an expansion optic ( 3 ) is provided in which the square laser pulses with a cross-sectional size of 20 × 20 mm can be expanded to a larger cross-sectional size while reducing the pulse energy density to less than or equal to 100 mJ / cm ² ,
that the cylindrical optical part ( 4 ) of the cuvette ( 5 ) is smaller in diameter than the diameter of the laser beam leaving the expansion optics and in the cuvette as absorption liquids ( 18 ) aqueous solutions of inorganic salts in the necessary concentration of a few mmol to achieve photoablation are included with the desired radial absorption gradient,
no additional cooling or circulation of the absorption liquid is necessary to avoid chemical decomposition changing the absorption properties or other disruptive thermal effects due to the irradiated laser radiation,
and that the optical part ( 4 ) of the cuvette itself is designed to focus as the emerging laser radiation in the direction of the cornea ( 19 ) and or is followed by a lens focusing the laser radiation.

2. Device according to claim 1, characterized in that as a cold light UV laser an ArF excimer laser (193 nm) with an output pulse energy density of 200 to 800 mJ / cm ² with a pulse duration of about 15 ns and repetition rates from 5 to 20 Hz is provided.

3. Device according to claim 1, characterized in that as an absorption liquid aqueous solution of alkali carbonates is provided.

4. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that an aqueous solution of Na ₂ CO ₃ in a concentration of 3 mmol with an effective for the laser radiation diameter of the cylindrical optical part of about 50 mm after the laser radiation previously to 60 × 60 mm has been expanded.

5. Apparatus according to patent claims 1 to 4, characterized in that the cylindrical optical part ( 4 ) of the liquid-filled cuvette ( 5 ) consists of two lenses ( 6 , 7 or 8 , 9) that are so spaced apart from one another from extremely UV-permeable quartz glass ) is formed, wherein between the two inner lens surfaces ( 10 , 11 and 12 , 13 ) the cuvette space ( 18 ) is selected in the necessary size depending on the type and concentration of the absorption liquid, the necessary ablation depth and the radial absorption gradient of the laser radiation to be specified is.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the aqueous solution of inorganic salts through the use of triple distilled, degassed water is prepared.

7. Liquid-filled cuvette according to one or more of the preceding claims, in particular with a cylindrical optical part ( 4 ), the effective diameter for the laser radiation being approximately 50 mm.