DE4441579C1 - Vorrichtung zur Formung der Cornea - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Formung der Cornea.

Es sind Vorrichtungen zur Formung der Cornea kommer­ ziell erhältlich, bei denen als Laser ein Excimer-Laser eingesetzt wird. Excimer-Laser emittieren Licht im UV-Bereich, wobei in der Ophthalmologie sehr häufig Exci­ mer-Laser verwendet werden, die Licht mit einer Wellen­ länge von 193 nm emittieren.

Licht mit einer derart kurzen Wellenlänge kann in der für die Laserbehandlung der Cornea erforderlichen Strahlformungs- und Strahlführungseinrichtung nur mit gewissen Schwierigkeiten geformt und geführt werden: So führen bereits kleine Staubpartikel auf Linsenflächen dazu, daß "Einbrennstellen" auf diesen Linsenflächen entstehen.

Weiterhin sind in verschiedenen Veröffentlichungen Vermutungen geäußert worden, daß Licht mit der vorste­ hend genannten Wellenlänge carzinogen und/oder mutagen sein könnte.

Es ist deshalb bereits vor längerer Zeit vorgeschlagen worden, anstelle von Excimer-Lasern in den jeweiligen medizinischen Anwendungen Lichtquellen bzw. Laser ein­ zusetzen, die Licht im infraroten Spektralbereich mit einer Wellenlänge von etwa 3 im emittieren, da Wasser in diesem Spektralbereich eine starke Absorptionsbande hat. Die meisten der in diesem Spektralbereich emittie­ renden Laser sind YAG-Laser, deren Laserstrahl eine zirkuläre Modenverteilung hat. Damit sich die zirkuläre Modenverteilung nicht als "zirkulärer" Abtrag der Cor­ nea abbildet, ist es bei den im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 vorausgesetzten Vorrichtungen zur Formung der Cornea erforderlich, die Energiedichte über den Strahlquerschnitt zu homogenisieren.

Eine vergleichsweise aufwendige Strahlformungseinrich­ tung für Excimer-Laser - die keine zirkuläre Modenver­ teilung haben -, bei der ein Lichtleiter mit rechtecki­ gem Querschnitt eingesetzt wird, ist aus der DE-A-40 04 423 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Formung der Cornea gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß mit ein­ fachen Mitteln auch bei Verwendung eines Lasers mit zirkulärer Modenverteilung ein über seinen Querschnitt homogener Laserstrahl bereitgestellt wird.

Erfindungsgemäß weist die Strahlformungseinrichtung zur Homogenisierung der Energiedichte über den Strahlquer­ schnitt

• - eine Fokussierungsoptik, die den aufgeweiteten Laserstrahl fokussiert,
• - ein beugendes Element, das in einem geringen Ab­ stand von der Fokusebene der Fokussierungsoptik angeordnet ist, und dessen Beugungsmaxima mit den Minima der Modenverteilung interferieren,
• - eine Bildfeldblende, die an einer optisch zur Cornea konjugierten Stelle angeordnet ist,

auf. Das beugende Element ist dabei so beschaffen bzw. im Strahlengang angeordnet, daß seine Beugungsmaxima in Höhe der Bildfeldblende mit den Minima der Modenstruk­ tur interferieren. Hierdurch kann mit einfachen Mitteln die Energiedichte über den Strahlquerschnitt homogeni­ siert werden. Darüberhinaus kann die Strahlformungsein­ richtung durch Verschieben des beugenden Elements in Richtung der optischen Achse leicht an die von Laser zu Laser variierende radiale Verteilung der Modenstruktur angepaßt werden.

Als beugende Elemente kommen die verschiedensten Ele­ mente in Betracht. Im Anspruch 2 sind exemplarisch zwei Möglichkeiten angegeben, wobei die Verwendung einer Lochblende gegenüber der Verwendung eines Gitters Kostenvorteile hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor der Fokussierungsoptik eine Aufweitoptik vorgese­ hen, die den Laserstrahl aufweitet. Hierdurch kann der Durchmesser des Laserstrahls (in etwa) auf den Durch­ messer-Wert oder einen größeren Wert gebracht werden, wie er für die Formung der Cornea benötigt wird, so daß alle "Strahl-Manipulationen" am "wahren benötigten" oder an einem größeren Strahl-Querschnitt - mit dann gesteigerter Genauigkeit - ausgeführt werden können.

Dies ist insbesondere bei der im Anspruch 4 angegebenen erfindungsgemäßen Weiterbildung von Vorteil:
Gemäß diesem Anspruch ist zur Einstellung einer ent­ sprechend dem gewünschten Abtrag eingestellten Radial­ verteilung der Energie des Laserstrahls ein Radialfor­ mungselement vorgesehen, das aus einer plankonkaven und einer plankonvexen Linse besteht, deren konkave und konvexe Flächen einander zugekehrt sind. Dabei sind bevorzugt gemäß Anspruch 5 die Brechungindizes der beiden Linsen gleich und die Absorptionen dieser beiden Elemente für die Wellenlänge des Laserstrahls unter­ schiedlich. Beispielsweise muß zur Korrektur der Myopie die konkave Linse die größere Absorption aufweisen bzw. aus einem Material mit einem höheren Absorptionskoeffi­ zienten bestehen.

Die Linsen, aus denen das Radialformungselement be­ steht, können dabei kostengünstig auf Vorrichtungen hergestellt werden, wie sie für die Herstellung von Brillengläsern weit verbreitet sind.

Die in den Ansprüchen 4 und (optional) 5 gekennzeichne­ te Weiterbildung der Erfindung stellt gegenüber bekann­ ten Lösungen zur Beeinflussung der Energieverteilung entsprechend dem gewünschten Abtrag der Cornea eine besonders einfache Lösung dar, die kostengünstig eine Anpassung an das - jeweils für die Korrektur des indi­ viduellen Sehfehlers - benötige Abtragprofil erlaubt.

Vor allem aber hat diese erfindungsgemäße Lösung für die Einstellung des Radialprofils den Vorteil, daß auch nicht rotationssymmetrische Strahlprofile eingestellt werden können, wie sie beispielsweise zur Astigmatis­ muskorrektur benötigt werden.

Das Radialformungselement und insbesondere das erfin­ dungsgemäß ausgebildete Element kann gemäß Anspruch 6 zwischen den Linsen der Aufweitoptik oder gemäß An­ spruch 7 nach der Bildfeldblende in der Strahlführungs­ einrichtung angeordnet sein.

Als Behandlungslaser können beliebige Laser mit zirku­ lärer Modenverteilung verwendet werden, solange sie nur Licht in dem Spektralbereich emittieren, der für die Formung der Cornea durch einen entsprechenden Abtrag geeignet ist. Dies sind unter anderem alle Laser, die Licht zwischen etwa 2,7 µm und 3,3 µm emittieren. Ein besonders geeigneter Laser ist der im Anspruch 8 ge­ nannte Erbium-YAG-Laser. Selbstverständlich ist die Erfindung aber nicht auf den vorgenannten Wellenlängen­ bereich beschränkt.

Vorstehend sind die wesentlichen Elemente beschrieben worden, die für die Realisierung der Erfindung bzw. ihrer ebenfalls erfindungsgemäßen Weiterbildungen er­ forderlich sind.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrich­ tung weitere Elemente aufweisen:

So kann gemäß Anspruch 9 die Strahlführungseinrichtung nach der Bildfeldblende eine weitere Optik aufweisen, die den Laserstrahl auf das zu behandelnde Auge rich­ tet. Diese weitere Optik hat bevorzugt die gleiche Brennweite wie die Fokussierungsoptik.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. In dieser Figur ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Laser 1 auf, der einen Laserstrahl 2 emittiert, dessen Wellen­ länge geeignet ist, die (nicht dargestellte) Cornea eines menschlichen Auges zu ablatieren. Die Wellenlänge des Laserstrahls 2 kann insbesondere im Bereich von 3 µm liegen. Ein geeigneter Laser ist beispielsweise ein Er : YAG-Laser mit einer Wellenlänge von nahezu 3 µm.

In der Regel haben Laser, die in diesem Wellenlängenbe­ reich Licht emittieren, ein zirkuläre Modenverteilung. Dies gilt insbesondere für den bereits genannten Er : YAG-Laser.

Im Strahlengang des Lasers 1 ist eine Aufweitoptik 3 vorgesehen, die den Laserstrahl 2 von einem Durchmesser von typischerweise 4 bis 6 mm auf einen Durchmesser von ca. 25 bis 40 mm (Bezugszeichen 21) aufweitet. Hierzu weist die Aufweitoptik 3 ein Element 31 mit negativer Brechkraft und ein Element 32 mit positiver Brechkraft auf, die nicht notwendigerweise - wie in der Figur dargestellt - Einzellinsen sein müssen.

Im Anschluß an die Aufweitoptik ist im Strahlengang 21 ein Radialformungselement 4 vorgesehen, das zur Ein­ stellung einer entsprechend dem gewünschten Cornea- Abtrag eingestellten Radialverteilung der Energie des Laserstrahls 2 dient. Bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel besteht das Element 4 aus einer plankonkaven und einer plankonvexen Linse 41 bzw. 42, deren konkave bzw. konvexe Flächen einander zugekehrt sind. Die beiden Linsen 41 und 42 haben (in etwa) gleiche Brechungindi­ zes, jedoch unterschiedliche Absorptionen für die Wel­ lenlänge des Laserstrahls 2, so daß man (praktisch) ohne Beeinflussung des "Strahlverlaufs" die gewünschte Energieverteilung über den Querschnitt des - bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallelen - Strahls 21 erhält.

Geeignete Materialkombinationen für die Linsen 41 und 42 sind (beispielsweise) Quarz/Quarz-Infrasil, IRG3/LaSF9, IRG9/FK52 oder - bevorzugt - IRG7/LF8. Die Bezeichnungen sind die Lieferbezeichnungen der Fa. Schott, Mainz, Deutschland. Selbstverständlich sind auch noch andere Materialkombinationen möglich.

In jedem Falle kann durch eine geeignete Wahl der Dicken der Linsen und der Krümmungen der einander zuge­ kehrten Flächen der beiden Linsen dem aufgeweiteten Strahl 21 das Profil gegeben werden, das die gewünschte Radius - und Azimutwinkel - abhängige Energieverteilung des Laserstrahls erzeugt. Damit können sowohl sphärische als auch astigmatische Sehfehler von Augen korrigiert werden. Selbstverständlich ist auch die Verwendung asphärischer Flächen bei den Linsen 41 und 42 möglich, so daß ein asphärischer Abtrag erfolgt.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Lichtweg hin­ ter dem Radialformungselement 4 ist eine Fokussierungs­ optik 5 vorgesehen, die den aufgeweiteten Laserstrahl 21 in einem Fokuspunkt 6 fokussiert. Die Fokussierungs­ optik hat typischerweise eine Brennweite von 20 mm.

In einem Abstand von beispielsweise 4 bis 5 mm vor dem Fokuspunkt 6 ist ein beugendes Element 7 vorgesehen, dessen Beugungsmaxima mit den Minima der Modenvertei­ lung interferieren. Bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel ist das beugende Element 7 eine Lochblende mit einem Lochdurchmesser von weniger als 1 mm, beispiels­ weise 0,8 mm.

Ferner ist an einer optisch zur Cornea konjugierten Stelle eine Bildfeldblende 8 angeordnet, die typischer­ weise einen Durchmesser von 7 mm hat. Nach der Bild­ feldblende 8 ist ein weiteres optisches System 9 vorge­ sehen, das insbesondere die gleiche Brennweite wie die Fokussierungsoptik 5 haben kann, so daß es eine 1 : 1 Abbildung der Bildfeldblende bewirkt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Formung der Cornea, mit

• - einem Laser (1), dessen Laserstrahl eine zirkuläre Modenverteilung hat, und
• - einer Strahlformungs- und Strahlführungseinrich­ tung, die den Laserstrahl auf die Cornea richtet,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Homogenisierung der Energiedichte über den Strahlquerschnitt die Strahlfor­ mungseinrichtung

• - eine Fokussierungsoptik (5), die den Laserstrahl fokussiert,
• - ein beugendes Element (7), das in einem geringen Abstand von der Fokusebene (6) der Fokussierungs­ optik (5) angeordnet ist, und dessen Beugungsmaxima mit den Minima der Modenverteilung interferieren,
• - eine Bildfeldblende (8), die an einer optisch zur Cornea konjugierten Stelle angeordnet ist,

aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beugende Element (7) ein Gitter oder eine Lochblende ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Fokussierungsoptik (5) eine Aufweitoptik (3, 31, 32) vorgesehen ist, die den Laserstrahl (2) aufweitet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer ent­ sprechend dem gewünschten Abtrag eingestellten Radial­ verteilung der Energie des Laserstrahls ein Radialfor­ mungselement (4) vorgesehen ist, das aus einer plankon­ kaven (41) und einer plankonvexen (42) Linse besteht, deren konkave und konvexe Flächen einander zugekehrt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungindizes der beiden Linsen (41, 42) des Radialformungselements (4) gleich und die Absorptionen für die Wellenlänge des Laserstrahls unterschiedlich sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialformungselement (4, 41, 42) zwischen den Linsen der Aufweitoptik oder nach der Aufweitoptik (3, 31, 32) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialformungselement nach der Bildfeldblende (8) in der Strahlführungsein­ richtung angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) ein Erbium- YAG-Laser ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlführungseinrich­ tung nach der Bildfeldblende (8) eine weitere Optik (9) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Optik (9) die gleiche Brennweite wie die Fokussierungsoptik (5) hat.