EP4041151A1 - Anordnung zur laser-vitreolyse - Google Patents

Anordnung zur laser-vitreolyse

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EP4041151A1
EP4041151A1 EP20768586.8A EP20768586A EP4041151A1 EP 4041151 A1 EP4041151 A1 EP 4041151A1 EP 20768586 A EP20768586 A EP 20768586A EP 4041151 A1 EP4041151 A1 EP 4041151A1
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EP
European Patent Office
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laser
ocdr
floater
eye
focus
Prior art date
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Pending
Application number
EP20768586.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Hacker
Manfred Dick
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Carl Zeiss Meditec AG
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Meditec AG filed Critical Carl Zeiss Meditec AG
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for the laser treatment of vitreous opacities.
  • the vitreous body consists of a mostly clear, gel-like substance located in the interior of the eye between the lens and the retina. At a young age, the vitreous is completely transparent and has contact with the retina. In the course of life, the vitreous liquefies and increasingly separates from the retina, which is referred to as posterior vitreous detachment. This is a normal aging process that usually happens after the age of 50.
  • the detached vitreous parts collapse inside the eye and the structural substances, which liquefy at different rates, and the densification of the vitreous humor become visible to the patient. Since they can move across the field of vision as a result of eye movements, they are also known as floaters. Often, the cause of floaters after the detachment of the vitreous body is also membrane-like structures on the posterior side of the vitreous body, in some cases even blood residues if retinal injuries occurred during the detachment of the vitreous body. In rarer cases, floaters can be present as crystal-like precipitates in the vitreous body, even with metabolic problems.
  • opacities are perceived and disturb the eyesight. Floaters that are thrown into and out of the central viewing area as a result of reading movements can be particularly disturbing. Because they often have the perceived shape of “flying mosquitos”, they are described - from French - using the technical term “Mouches-Volantes”. However, the opacities can also have other forms, e.g. B. be ring- or star-shaped branch or as point clouds. In the following, the term “floater” is used for the vitreous opacities to be treated, regardless of its type or shape.
  • Floaters generally do not go away without treatment because the immune system does not recognize them as abnormal and therefore does not degrade. They can hardly be ignored or overlooked by those affected. Certain types of floaters, such as those caused by blood residues after retinal bleeding, are partially absorbed by the body, even if this often takes weeks or months.
  • vitrectomy In a so-called vitrectomy, after opening the eye with cutting instruments, the vitreous humor is partially (nuclear vitrectomy) or completely shredded, suctioned off and removed. Such an operation is routinely carried out in the event of retinal detachment or peeling of epiretinal membranes, but is usually viewed as a disproportionate therapy to remove the circumscribed vitreous opacities.
  • vitrectomy is invasive, it requires hospitalization and carries the risks associated with surgical intervention, in particular often the induction of a cataract, less often a detachment of the retina and very rarely, but possible, endophthalmitis.
  • the so-called laser vitreolysis is now a low-risk treatment alternative.
  • the laser vitreolysis is a gentle, low-risk and painless laser treatment with which vitreous opacities can be atomized or va porized without opening the eye.
  • Laser vitreolysis is a safe method for the gentle treatment of troublesome glass opacities if it can be ensured that important and sensitive eye structures are not damaged by the laser, such as the capsular bag, the crystal lens or areas of the retina, in particular the macula.
  • the success of the treatment depends on the type of floater.
  • the treatment is particularly successful for so-called white rings or floaters, which form around the optic nerve head due to vitreous detachment, but can also move in the central visual area in a disruptive manner. Strands of tissue can be severed and the densities of tissue, which are responsible for the disturbing shadows, can be eliminated or removed from the field of vision.
  • floaters are treated with YAG lasers (for example Nd: YAG at 1064nm), this laser treatment being much less common than the known laser staring treatment to remove cell growth on the back of the IOL or retinal treatments for local coagulation of retinal areas by means of a frequency-doubled YAG laser (532nm), for example in diabetic retinopathy or for attaching and securing detached retinal areas or the securing repositioning of retinal holes (foramen).
  • YAG lasers for example Nd: YAG at 1064nm
  • red and yellow laser versions are used for retinal treatments, depending on the desired depth of penetration into the retina (green for treatment close to the surface; yellow and red for deeper or pigmented retinal layers, IR for the choroid).
  • the lower prevalence of laser vitreolysis is mainly one Uncertainty regarding possible retinal, lens or capsular bag damage from the treatment laser, as well as the rather time-consuming, manual treatment itself. For this reason, laser vitreolysis has so far mainly been carried out by quite experienced ophthalmologists who specialize in it.
  • Examples of laser systems that are used for laser vitreolysis are the MERIDIAN Microruptor II, the Laserex LQP4106 laser or the Ellex Ultra-Q-Reflex.
  • DE 102011 103 181 A1 describes a device and a method for femtosecond laser surgery on tissue, in particular in the vitreous humor of the eye.
  • the device consists of an ultrashort pulse laser with pulse lengths in the range of approx. 10fs-1ps, in particular approx. 300fs, pulse energies in the range of approx. 5nJ-5pJ, in particular approx. 1-2pJ and pulse repetition rates of approx. 10kHz-10 MHz, especially 500 kHz.
  • the laser system is coupled with a scanner system, which enables the spatial variation of the focus position in three dimensions.
  • the device continues to consist of a navigation system coupled to it.
  • US 2006/195076 A1 describes a system and method for producing incisions in eye tissue at various depths.
  • the system and method focus light, possibly in a pattern, onto different focal points located at different depths within the eye tissue. With a segmented lens, several focal points can be created at the same time.
  • Optimal incisions can be achieved by focusing the light sequentially or simultaneously at different depths, creating an expanded plasma column and a beam with an elongated waist.
  • the techniques described here can, inter alia, also be used to carry out new ophthalmological procedures or improve existing procedures, including dissection of tissue in the posterior pole, such as floaters, membranes, and the retina.
  • US 2014/257257 A1 also describes a system and its method for treating target tissue in the vitreous humor of an eye, comprising a laser unit for generating a laser beam and a detector for generating an image of the target tissue.
  • the system also includes a computer that defines a focal point path for emulsifying the target tissue.
  • a comparator connected to the computer then controls the laser unit to move the focus of the laser beam. This focus point movement is performed in order to treat the target tissue, while deviations of the focus point from the defined focus point path are minimized.
  • US 2015/342782 A1 likewise relates to a system and a method for using a computer-controlled laser system provided in order to carry out a partial vitrectomy of the vitreous body in an eye.
  • an optical channel is surgically defined through the vitreous humor. Glass-like and suspended deposits (floaters) in the optical channel are then Tart-like and suspended deposits (floaters) in the optical channel are then Tart-like and suspended deposits (floaters) in the optical channel are then Tartra conditions and, in some cases, removed from the optical channel (e.g. suctioned off).
  • the present invention relates to systems and methods for ophthalmic laser operations.
  • the present invention relates to systems and methods for using pulsed laser beams to remove so-called floaters.
  • US 2018/028354 A1 also describes a method and a system for an ophthalmological intervention on an eye.
  • An image of at least a part of the eye is used to identify undesirable features.
  • Undesirable features in the vitreous cavity are vitreous opacities that impair vision, such as floaters. After the floaters have been identified and localized, they are sighted by a doctor "shot at" manually with laser pulses. The laser energy vaporizes at least part of a vitreous opacity. This process is repeated until the opacity of the vitreous is removed. The entire process is repeated for each opacity of the vitreous until the liquid in the vitreous is deemed to be sufficiently clear.
  • a method described by ELLEX provides for the use of a pulsed nanosecond laser (YAG) to break down vitreous opacity or to completely eliminate it by converting it into gas.
  • YAG pulsed nanosecond laser
  • the target area floater
  • a pilot laser beam is sighted with a pilot laser beam and then “shot at” with one or more therapy laser pulses. Both the pilot laser beam and the therapy laser pulses are triggered manually by the user.
  • Such a manual laser treatment typically consists of two individual treatments, each lasting 20-60 minutes.
  • the application of laser energy can also result in additional movement of the opacities of the vitreous humor, which makes the treatment even more difficult.
  • the doctor realigns the laser after each application of laser energy. This can take a long time. Treatment with laser energy is therefore expensive and burdensome for both the patient and the doctor.
  • a laser treatment in the vitreous body can lead to changes in the balance of forces in the vitreous body due to the shock waves propagating as a result and thus, for example, cause tension in the retina.
  • the laser radiation can damage the retina (especially macula), the lens of the eye or the capsular bag.
  • Sensitive areas can also be the vicinity of vitreous tractions, i.e. areas where a vitreous body that is not completely detached exerts tension on the retina, which harbors the risk of retinal rupture in the event of mechanical stress.
  • Such zones can be identified in the OCT, for example, by local, pointed elevation of the retinal layers.
  • the present invention is based on the object of developing a solution for the laser treatment of vitreous opacities that eliminates the disadvantages of the known technical solutions.
  • a simpler, faster and, above all, safer treatment of troublesome vitreous opacities by means of laser vitreolysis should be possible.
  • the solution should be easy to implement and economically cost-effective and ideally only require little getting used to with today's laser treatments.
  • This task is achieved with the proposed arrangement for laser vitreolysis, consisting of an OCDR system, a laser system with a focus unit, optical elements for coupling the OCDR and laser system, egg ner display unit and a central control and operating unit solved that the OCDR system is designed to localize the position of a floater along the optical axis of the OCDR system, that the laser system is designed to destroy the floater by means of laser pulses, and that the central control and operating unit is designed to operate the laser system to focus and activate the position of the floater, especially if the position of the laser focus and the floater coincide sufficiently.
  • OCDR Optical Coherence Domain Reflectometry
  • the OFDR (Optical Frequency Main Reflectometry) method is particularly preferred, and the so-called swept-source OFDR method, as described in DE 1020080632252, the full content of which is hereby incorporated by reference, is particularly preferred. Versions as spectrometer-based SD-OCDR or a TD-OCDR are possible, but not preferred.
  • the laser beam and the measuring beam of the OCDR system are collinearly superimposed, are of the same or almost the same wave length and are focused in the same or almost the same way.
  • other wavelengths of the OCDR system such as approx.
  • a comparison of the measurement signals of the OCDR system with regard to the position of the retina and posterior capsular bag membrane with the focus position of the YAG laser is required and provided.
  • This calibration can be carried out in advance with an artificial test eye. It is preferred if the OCDR system works at a wavelength of 1060nm and with a frequency of at least 100 Hz, better 1..10 kHz, A-scans at least the entire eye length (ideally up to 30 of the 40mm in tissue) and with a axial measurement resolution of preferably 20 pm, better 10 pm or 5 gm in tissue.
  • the system is preferably set up to evaluate such an A-Scan with approximately the same frequency and the position of eye structures (cornea, lens, retina) and possible floaters with low latency in the range of a few milliseconds ( ⁇ 100ms, ideally ⁇ 20ms, ⁇ 10ms or even ⁇ 5ms) and trigger the laser if the safety criteria are met.
  • safety criteria can be, for example, minimum distances from sensitive eye structures. These distances can depend on the type of eye structure, for example greater in the case of the sensitive macula than in the case of less sensitive or critical peripheral areas of the retina.
  • the minimum distances should be designed in such a way that cutting, vaporising or atomising plasma effects, acoustic shock waves and thermal tissue coagulation do not change the tissue or only change it to an acceptable extent.
  • Exemplary minimum distances of the laser focus from the macula can be around 2 ... 3 mm for a YAG laser at 1064 nm and 1.5 ... 2 mm from the capsular bag and peripheral retinal areas. This procedure also makes it possible to move floaters temporarily out of the sensitive areas (anterior to the macula), for example into the area anterior to the temporal retinal periphery, or to atomize them there by means of the rapid laser vitreolysis according to the invention.
  • the minimum distances can also be made dependent on the laser energy used, the number of pulses (burst), the pigmentation state of the retina, the state of the lens (natural lens or IOL) or a variable focal length.
  • the doctor it is also possible for the doctor to define blocked or processing zones himself by means of manual, for example, experience-based setting, for example by cursor lines in an OCDR display.
  • a focusing unit which can set the laser focus on a detected floater or can sweep over the floater with the laser focus.
  • this focusing can take place quickly (for example scanning or also tracking), i.e. in a few 10ms to 100ms, but it can even be done manually and slowly while maintaining a high level of precision in the laser processing of the floater.
  • the central control and operating unit is designed to be triggered automatically within a time of ⁇ 50 ms, better ⁇ 20 ms, preferably ⁇ 10 ms, particularly preferably ⁇ 5 ms, taking into account the derived exclusion criteria for the treatment.
  • Advantageous refinements relate to the central control and operating unit, which is designed in particular to determine not only the position of the localized floaters but also their distance from structures of the eye and to derive exclusion criteria for the treatment.
  • the central control and operating unit is advantageously able to determine changes in the structure of the eye closest to the localized floater during the treatment and to derive termination criteria for the treatment. Scan as a new, clearly scattering, but also absorbing structure (“shadow” suddenly attenuates the OCDR signal of posterior structures) in front of the retina or an increasing retinal elevation during treatment during a vitreous traction or an increase in the length of the axis (cornea to retina ) as a result of increasing intraocular pressure.
  • the present invention relates to an arrangement which is intended for gentle, low-risk and painless laser treatment of opacities of the vitreous body.
  • a partially or fully automated therapy device is proposed in which an OCDR system is used for navigation and therapy control in order to localize the floaters in the course of the treatment and to support the treatment by means of OCDR when a floater is detected at least one laser pulse is triggered essentially automatically when the laser is focused sufficiently well on the floater.
  • This focusing can be done by focus tracking (iterative reduction of the axial distance between the focus position and the floater position, ie "tracking") or a periodic focus scan that sweeps over the floater position, or manual focusing on the floater.
  • the invention also relates to a method for controlling a laser for vitreolysis, in which floaters in the vitreous humor of the eye are detected by means of OCDR and, when a floater is detected, the laser is focused on the floater and at least one laser pulse is emitted on the floater.
  • the laser focus is guided through the vitreous body of the eye and at the same time OCDR detects whether there are floaters at time-dependent laser focus positions, and if a floater is detected at such a position, at least one laser pulse is triggered if the Laser focus reaches the floater position.
  • Previous solutions provide that a (more or less) complete picture of the vitreous body is obtained, the floaters by the doctor (ELLEX Tango Reflex) or automatically localized and then the treatment laser is aligned to these localizations and the laser radiation is triggered.
  • the floaters due to the human reaction time or the time required for automatic laser alignment, but also due to the time required for image acquisition and automatic localization of the floater, it is not certain that when the laser is triggered, the floater will still be at the suspected location and there with it Focus of the laser is located. With a typical eye movement of 1 mm / s, a floater can move around 20 pm in 20 ms and thus move out of a laser focus of 10 pm, for example.
  • eye trackers devices known per se for tracking eye movements (eye trackers) would often fail here because the floaters (according to their designation) are usually located opposite the eye structures (“landmarks” such as the iris, retinal structures such as the optic nerve head, macula or vessels ) move.
  • marks such as the iris, retinal structures such as the optic nerve head, macula or vessels
  • the system preferably also has electromechanical (galvo scanners), electro-optical (acousto-optical modulators) or motorized (lens displacement) deflection units for automated beam deflection (scanning) in up to three dimensions.
  • a programmed focus shift between the target position and the localized floater is preferably taken into account.
  • an anterior position to the floater is preferred and set in the user settings of the central control and operating unit.
  • the distances between the localized floaters and structures of the eye determined by the central control and operating unit are used to derive exclusion criteria for laser processing, namely if the distance between the localized floaters and the retina, fovea, lens or the like is too small, see above that laser treatment can lead to bleeding, retinal lesions or even a retinal tear. Processing and restricted zones can also be determined from the coordinates of the localized floaters.
  • these serve to implement an automated optimization of the positioning of the processing laser focus.
  • processing is only permitted if the processing laser focus is outside the restricted zone or within the processing zone.
  • a distance of> 15mm is sufficient as a restricted zone in relation to the expected optical and acoustic wave exposure
  • a distance of> 2 - 3mm is to be used for sensitive areas of the eye.
  • the user can be warned (acoustically and / or optically) when the processing laser focus approaches the exclusion zone.
  • vitreous opacities There are different forms of vitreous opacities, which can be treated differently well.
  • the so-called white ring floaters are relatively large, fibrous ring-shaped floaters that are usually located a safe distance from the lens and retina of the eye. As a result, these floaters can be safely and effectively treated with laser vitreolysis.
  • Floaters in the form of fiber-like strands are common in younger people and are perceived as a collection of dots or as thread-like tissue. Depending on the size and position, these floaters can also be treated with laser vitreolysis. In contrast, diffuse (cloud-like) floaters are the result of natural aging. This type of floater can also be treated with laser vitreolysis, but several treatments are often necessary to achieve a satisfactory result.
  • the central control and operating unit is also designed to determine the type of localized floater (for example white ring or blood residue) before laser treatment and to derive processing criteria such as suitable laser energy, laser wavelength or laser pulse number.
  • the type of floater can be determined via the OCDR signal strength (i.e. backscattering capacity), absorption (for example by determining an increased reduction in the signals of posterior structures behind a blood clot), size (especially axial extent), position (for example proximity to the optic nerve head), mobility or the reaction to laser processing.
  • the central control and operating unit is also designed to determine changes or changes in position of the structure of the eye closest to the localized floater during the treatment and to derive termination criteria for the treatment.
  • This closest structure can be, for example, the capsular bag or the vitreoretinal interface.
  • a decision to terminate or continue the treatment is derived.
  • the detection of the positions of the floaters in relation to the sensitive structures of the eye from the OCDR results is particularly preferably carried out automatically.
  • the distance between the posterior capsular sac and retinal structures is determined by means of the OCDR system and used to decide which is the more sensitive structure that is to be followed by means of OCDR.
  • OCDR is used to track whether the treatment can be continued or whether it has to be discontinued.
  • the aim is in particular to prevent the mechanical stress conditions at the vitreoretinal interface from developing unfavorably as a result of the vitreous treatment and later retinal lesions or even a retinal tear becoming more likely.
  • the processing laser is triggered according to the invention within a period of ⁇ 10 ms after a floater is superimposed with the laser focus.
  • the optical elements for coupling OCDR and laser systems are based on dichroic or polarization-sensitive optical components (for example wavelength-sensitive splitters, polarization splitter cubes or also wavelength-independent splitters, which for example direct 30% of the OCDR measurement light to the eye and 70% of the processing laser) or use a geometric combination (pupil division).
  • dichroic or polarization-sensitive optical components for example wavelength-sensitive splitters, polarization splitter cubes or also wavelength-independent splitters, which for example direct 30% of the OCDR measurement light to the eye and 70% of the processing laser
  • a geometric combination prupil division
  • the beam cross-sections of the OCDR and laser are preferably selected before the superposition in such a way that the numerical aperture of the OCDR beam in the eye is smaller than that of the processing laser.
  • One advantage of this setting is that the signal strengths in the OCDR signal with axial focus positions change less than with other configurations of the numerical aperture.
  • Mirrors introduced into the beam path at very short notice are not preferred, but are possible in order to enable very rapid switching between the processing laser and the OCDR beam, for example by means of a rapidly rotating mirror with transmission windows.
  • the coupling by means of dichroic optical components is preferably carried out by means of a notch filter which, for example, transmits a narrow-band Nd: YAG processing laser and reflects the broader band OCDR beam.
  • the display unit used is eyepieces with a mirrored display, a head-mounted display and / or a separate display (screen).
  • the OCDR system, the laser system with deflection unit, the optical elements for coupling the OCDR and laser system, the display unit and the central control and operating unit are integrated in a slit lamp.
  • FIG. 1 the symbolic representation of the arrangement according to the invention for OCDR-supported laser vitreolysis which is integrated into a slit lamp.
  • FIG. 2 a schematic representation of a preferred variant of the invention.
  • FIG. 3 an illustration of an A-scan with restricted zones and processing zone
  • Figure 4 a schematic representation of an eye with attached contact glass
  • FIG. 1 shows the symbolic representation of a slit lamp in which the arrangement according to the invention for OCDR-supported laser vitreolysis is integrated.
  • the OCDR system 2 In the slit lamp 1 (only shown as a box) the OCDR system 2, the laser system 3, the beam combiner 4 (here designed as a dichroic optical element) for coupling the OCDR and laser system, a display 5 and a central control and control unit 6 as well as a focus unit 14 with a deflection unit integrated.
  • the beam combiner 4 here designed as a dichroic optical element
  • the slit lamp 1 is arranged on a base unit 7 and can be positioned in 2 or 3 axes in relation to the eye 9 by means of a joystick 8.
  • a localized floater 11 and the laser focus 12 are shown in the eye 9, in addition to the eye lens 10, a localized floater 11 and the laser focus 12 are shown. Since in the present case the retina is the closest structure of the eye 9 to the localized floater 11, during the Treatment of at least this area (identified by position number 13) examined more closely using OCDR.
  • the display 5 can also display application-specific irradiation patterns, exclusion criteria or termination criteria for the treatment, or also defined processing and restricted zones, for example.
  • FIG. 2a shows the relationships at a point in time ti when there is no floater 11 in laser focus 12, F (t) stands for a focus position of the laser in Dependence on the time.
  • the measuring beam 15 of the OCDR system 2 is brought together by means of the beam combiner 4 with the (not active here) laser beam 16 of the laser 3 and directed onto the eye 9.
  • the beam cross-sections were selected so that the numerical aperture of the OCDR signal in the eye is smaller than that of the laser.
  • the OCDR system 2 is able to measure complete A-scans of the eye 9 at 100 Hz, preferably 1 kHz or faster.
  • Such an A-Scan 17 is shown here with an example. In a manner known per se, it contains the reflections from the cornea, the front side of the lens, the rear side of the lens 18 and the retina 19.
  • the A-scan has a reflex 20 of a floater 11, the position of which in the eye is thus detected.
  • the laser focus 12 is not in the area of the floater 11, and the laser is not triggered.
  • the laser focus 12 is shifted into the area of the floater 11 (FIG. 2b, point in time b.
  • the laser pulse is triggered (show schematically with control pulse 21), preferably in a time ⁇ 5 ms.Since the position of the floater 11 is updated in less than 10 ms per A-scan, it is ensured that it does not move out of the laser focus 12 in this short time could.
  • electrically adjustable lenses such as the EL-10-30-C or -Ci are particularly suitable, which achieve a target focus in less than 10 ...
  • a classic lens can be periodically shifted axially back and forth towards the eye by means of a magnetically driven oscillator in order to vary the focus position with a fixed focal length.
  • the lens position can also be recorded here by means of a displacement encoder and easily calibrated with respect to the OCDR signal.
  • a manual or motorized movement of the entire slit lamp in the direction of the eye in order to change the focusing is possible, but not preferred.
  • a calibration of the focus position to the OCDR can be achieved in various ways.
  • One variant is scanning through the joint focusing of OCDR and laser focus and detection of signal increases depending on the focus position on the cornea, lens, capsular bag, vitreous scattering or retinal structures, since the OCDR signal is at its maximum when the focus is on a structure.
  • calibration over the focus position to the OCDR can be achieved by determining the axial position of the beam waist with fixed focus settings, for example using a screen or a beam profiler, and then determining the position of the screen or the beam profile via OCDR, possibly also in one liquid-filled test eye.
  • This method is particularly preferred if the adjustment of the laser focus can be realized in the millisecond ... sub-second range, for example with an electrically adjustable lens with corresponding properties, but in principle also works with slow, possibly even manual, focusing , although in this case the probability of the floater running away during focusing increases, ie the treatment efficiency decreases, although the advantage of blocking and treatment zones is retained.
  • a deflection unit e.g. galvo scanner
  • scanning floater processing at a constant depth in the eye
  • the laser focus is moved along the A-scan and the laser pulse is triggered within milliseconds when a floater is detected in the area of the laser focus (by evaluating the A-scan).
  • Slower focusing units would also be suitable for this (for example a few Hz to a few 10 Hz).
  • the displacement of the A-scan relative to the eye axis for the treatment of further floaters can take place either manually (by means of the joystick 8) or by motor.
  • the doctor can aim at the floater (s) and start the treatment. Only when the OCDR system detects a floater in the A-scan and the laser focus is directed to the floater will (without further Interaction) triggered a laser pulse. This means that the success of the treatment is no longer dependent on the skill and speed of reaction of the doctor.
  • FIG. 3 shows a corresponding example of an A-scan with the boundaries between restricted zones and processing zones.
  • the anterior restricted zone is located anterior to the anterior border 22 of the processing area
  • the posterior restricted zone is located posterior to the posterior border 23 of the processing area.
  • the rear side of the lens 18 is located sufficiently deep in the anterior restricted zone and the retina 19 is located sufficiently deep in the posterior restricted zone, so that the desired minimum distances between these structures and the laser processing can be achieved.
  • a termination criterion e.g. an eye length enlargement of 4.5 pm to limit a pressure increase to 2 mmHg, see Leydolt et al , "Effects of change in intraocular pressure on axial eye length and lens position", Eye (2008) 22, 657-661).
  • the proposed arrangement provides for the use of an OCDR system which is based on a spectral domain or preferably a swept source method. It would also be possible to use a time domain system with a repetition rate of several hundred Hz over a limited scanning depth of 2-3 millimeters.
  • this has System via z-tracking of the retina or capsular bag depending on which structure of the eye is closer to the localized floater.
  • the use of several parallel reference arms is possible, so that relevant eye structures and a posterior vitreous area can be detected together outside the simple scan depth. This approach is also conceivable for a time domain system. However, the latter has deficits in sensitivity (typ. 85dB).
  • Spectral domain systems can still have 90dB sensitivity at repetition rates of a few 10kHz, which means that normal, non-disruptive vitreous structures can also be detected.
  • swept-source systems in the kHz range with over 100 or even 110dB sensitivity still have sensitivity reserves that even make measurements through cataracts possible.
  • a focal wavelength in the range of 1000-1070 nm, in particular 1050nm or 1060nm, and scan rates of 1kHz to 100MHz (e.g. by means of a Fourier Domain Mode Locked laser (FDML) or VCSEL laser) and At least 90dB sensitivity in the processing zone is preferred.
  • the system is combined with an Nd: YAG laser or fs laser, notch layer system filter and covers the entire eye with its OCDR scan depth.
  • the axial resolution of the SS-OCDR is preferably selected so that it corresponds to the Rayleigh length of the machining laser or is greater than twice to three times the Rayleigh length. A higher axial resolution is possible, but hardly allows a better floater treatment. If changes in axis length are to be detected in order to determine changes in pressure, axial resolutions below 30 pm, preferably below 10 pm or even around 5 pm, are favorable.
  • a time domain system with a scanning reference arm can also be used.
  • the preferred parameters correspond to those for SD-OCT.
  • the A scan rates are in the range of a few kHz, in particular 2 to 4 kHz.
  • the respective parts of the path in air and eye must be taken into account and a corresponding position determination correction and, if necessary, a group speed dispersion correction may be necessary.
  • the systems according to the invention have a sensitivity of 85dB, preferably at least 90dB, in at least part of the A-scan.
  • the A-scans have at least a sensitivity of 90dB and more preferably sensitivities of more than 100dB over the entire scan depth. From approx. 90 dB, the normal scattering on the glass body and also on the crystal lens can be detected even in areas without floaters, thus allowing the differentiation of lens and glass body structures from fluid-filled pockets or eye areas.
  • the OCDR system can be part of an OCT system, which is designed as a two- or three-dimensional scanning system; It is important that the floater is localized in relation to variable focusing and the triggering of the laser pulse on the basis of the evaluation of an A-scan (and thus not on the basis of image information).
  • One-dimensional OCDR scans can be used to determine the position of the floater in the eye (coordinate system of the patient's eye) and to calculate its distance to the retina or other interfaces, and this very quickly and with little effort. They are therefore used to aid navigation and to increase safety when handling the floaters manually. Due to the possible very high sensitivity of the OCDR to all non-interferometric imaging methods, floater detection and visualization can be implemented much more reliably. The use of interferometric methods, in particular in the NIR spectral range, can also significantly reduce the exposure to light compared to methods based on VIS light, including resulting glare or pupillary contraction if the drug has not been dilated sufficiently. In addition, a distance display for the user is possible through the implementation of a machining zone that is only allowed during machining. When the treatment laser is activated within the restricted zone, the user is warned and / or the delivery of therapy radiation is blocked
  • the OCDR system has a sensitivity of 90 dB, at least in part of the A-scan.
  • the proposed arrangement provides for the use of a laser system which is based on a ps to ns YAG laser, a ps or an fs laser.
  • a pulse duration of 1-5 ns is preferred according to the invention for a YAG laser, this is between 1 and 1000ps for a ps laser and between 50 and 10OOfs for an fs laser.
  • YAG lasers such as the Nd: YAG laser at 1064nm, 946nm, 1320nm wavelengths
  • similar lasers such as the Nd: YLF 1047 to 1053nm and other similar parameters as with the YAG laser can also be used.
  • the use of frequency-doubled lasers are possible in principle, although the unfavorable increased absorption by blood, especially in vessels, must be taken into account.
  • the laser system has, in addition to a treatment beam, at least one pilot beam for checking the correspondence of the treatment beam focus and the target area.
  • Laser diodes in the VIS are suitable for this, for example in the red spectral range at 635 nm.
  • the pilot beam can be continuous or quasi-continuous.
  • a pilot beam in the visible spectral range In the event that a visual check is to be carried out by the user, it is advisable to use a pilot beam in the visible spectral range.
  • a pilot beam in the visible or infrared spectral range can be used in order to have its scattered radiation generated on the floater detected by the detection system and display it.
  • the difference between the wavelengths of the OCDR and laser systems is less than 50 nm, preferably less than 5 nm, so that common beam guiding and focusing elements can be used in the therapy device, but also the refraction of light from both systems into the eye in through corneal and lens refraction do not differ significantly from one another.
  • the arrangement has an additional fixation mark for the patient in order to achieve a favorable or known positioning of the patient's eye.
  • a changeable fixation mark offers the patient the possibility of editing while the eye movements are stimulated with it. This can also be necessary, for example, in order to bring floaters into the area accessible for processing in the first place.
  • a moving target mark can cause the patient to move the eye to move floaters in or out of an area.
  • the degree of subjective disturbance by a floater can be checked by moving the floater into the central viewing area (e.g. in front of the macula), but then moving it into an area that is less critical for laser treatment, for example in front of the retinal periphery there is laser therapy.
  • an additional vacuum contact glass for additional fixation of the eye is seen.
  • An optional vacuum supply and a coupling to the therapy laser are provided during the treatment. This is particularly advantageous for high-precision laser treatment of floaters using fs lasers with focus diameters below 20pm, 10pm or even 5pm.
  • pupil dilation and possibly also beam shaping by means of adaptive optics, such as deformable mirrors or liquid crystal SLMs, are advantageous.
  • the contact lens can be equipped with a device for determining the intraocular pressure or its change during the laser treatment.
  • a device for determining the intraocular pressure or its change during the laser treatment Such a contact glass 24 is shown in FIG.
  • the cause of the change in intraocular pressure can be the generation of gas bubbles by the effect of the laser pulses. If this rises above a certain level, the eye could be damaged.
  • the measured intraocular pressure is transmitted via a control line 25 to the control unit 6 (not shown here) which, for example, interrupts the further laser treatment if a difference in intraocular pressure of, for example, 2, 5 or 10 mm Hg is exceeded.
  • Fundamentals for the determination of the intraocular pressure with a contact lens are for example in Leonardi et al; First Steps toward Noninvasive Intraocular Pressure Monitoring with a Sensing Contact Lens. Invest. Ophthalmol. Vis. Be. 2004; 45 (9): 3113-3117. doi: 10.1167 / iovs.04-0015
  • the solution according to the invention provides an arrangement for the OCDR-assisted laser treatment of opacities of the vitreous body, which eliminates the disadvantages of the known technical solutions.
  • the present invention relates to an arrangement which is provided for the gentle, low-risk and low-pain laser treatment of opacities of the vitreous body.
  • a partially or fully automated therapy device is proposed, in which an OCDR system is used for navigation, to the To locate floaters in the course of the treatment and thereby support the treatment.
  • the proposed arrangements also enable the safe treatment of variable-position and difficult to recognize, largely transparent floaters, the effort for positioning the machining laser beam can be reduced and a visible target laser beam is no longer mandatory.
  • the risk of retinal damage in the event of incomplete glass body detachment could be reduced by locally increasing the tension on the retina by adapting the treatment or terminating the treatment based on derived termination criteria.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen. Erfindungsgemäß besteht die Anordnung zur Laser-Vitreolyse eines Auges aus einem OCDR-System, einem Lasersystem mit Ablenkeinheit, optischen Elementen zur Kopplung von OCDR- und Lasersystem, einer Anzeigeeinheit und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit, wobei das OCDR-System ausgebildet ist die Lage eines Floater entlang der optischen Achse des OCDR-Systems zu lokalisieren, das Lasersystem ausgebildet ist die Floater mittels Laserpulsen zu zerstören, und die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, das Lasersystem auf die Lage des Floaters zu fokussieren und zu aktivieren, insbesondere wenn Lage von Laserfokus und Floater ausreichend übereinstimmen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur schonenden, risikoarmen und schmerzfreien Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen, die insbesondere eine teilweise oder vollständig automatisierte Therapie erlaubt.

Description

Anordnung zur Laser-Vitreolyse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen.
Der Glaskörper besteht aus einer meist klaren, gelartigen Substanz im Augenin neren zwischen der Linse und der Netzhaut. In jungen Jahren ist der Glaskör per vollkommen durchsichtig und hat Kontakt zur Netzhaut. Im Laufe des Le bens verflüssigt sich der Glaskörper und löst sich zunehmend von der Netzhaut ab, was als hintere Glaskörperabhebung bezeichnet wird. Dies ist ein normaler Alterungsprozess, der sich üblicherweise nach dem 50. Lebensjahr abspielt.
Die abgelösten Glaskörperanteile fallen im Inneren des Auges zusammen und die sich unterschiedlich schnell verflüssigenden Gerüstsubstanzen und Verdich tungen des Glaskörpers werden für die Patienten sichtbar. Da sie sich infolge von Augenbewegungen auch über das Gesichtsfeld bewegen können werden sie auch als Floater bezeichnet. Oft liegen als Ursache von Floatern nach der Ablösung des Glaskörpers auch membranartige Strukturen an der posterioren Seite des Glaskörpers vor, z.T. sogar Blutreste, falls es bei der Glaskörperablö sung zu Netzhautverletzungen kam. In selteneren Fällen können Floater auch bei Stoffwechselproblemen als kristallartige Ausfällungen im Glaskörper vorlie gen.
Auch wenn Floater meistens keine krankhafte Ursache haben, sind sie nicht so harmlos wie allgemein angenommen, weil sie die Lebensqualität und auch Ar beitsproduktivität der Betroffenen teilweise erheblich beeinträchtigen können.
Besonders gegen einen hellen Hintergrund, z. B. beim Arbeiten am Computer, beim Lesen oder beim Blick gegen den blauen Himmel oder Schnee werden diese Trübungen wahrgenommen und stören das Sehvermögen. Besonders störend können Floater sein, die beim Lesen infolge der Lesebewegungen in den zentralen Sichtbereich hinein und hinaus geschleudert werden. Weil sie oft die wahrgenommene Form „fliegender Mücken“ haben, werden sie - aus dem Französischen - mit dem Fachausdruck „Mouches-Volantes“ be schrieben. Die Trübungen können aber auch andere Formen haben, z. B. ast ring- oder sternförmig sein oder auch als Punktwolken vorliegen. Im Folgenden wird für die zu behandelnden Glaskörpertrübungen, unabhängig von dessen Art bzw. Form der Begriff „Floater“ verwendet.
Floater verschwinden i.A. nicht ohne Behandlung, weil das Immunsystem sie nicht als abnormal erkennt und daher nicht abbaut. Von den Betroffenen lassen sie sich kaum ignorieren oder übersehen. Bestimmte Floater-Typen, wie dieje nige durch Blutreste nach Netzhautblutungen, werden z.T. vom Körper resor biert, auch wenn dies oft Wochen oder Monate benötigt.
Bei einer sogenannten Vitrektomie wird nach Eröffnung des Auges mit Schneid instrumenten der Glaskörper teilweise (Kernvitrektomie) oder vollständig zer kleinert, abgesaugt und entfernt. Ein derartiger Eingriff wird routinemäßig bei Netzhautablösungen oder Peeling epiretinaler Membranen durchgeführt, wird allerdings zur Beseitigung der umschriebenen Glaskörpertrübungen meist als unverhältnismäßige Therapie angesehen. Zudem ist die Vitrektomie invasiv, er fordern einen Klinikaufenthalt und birgt die mit einem chirurgischen Eingriff ver bundenen Risiken, insbesondere häufig die Induzierung einer Katarakt, seltener einer Netzhautablösung und sehr selten, aber möglich einer Endophthalmitis.
Mit der sogenannten Laser-Vitreolyse bietet sich jetzt eine risikoarme Behand lungsalternative an. Die Laser-Vitreolyse ist eine schonende, risikoarme und schmerzfreie Laserbehandlung, mit der Glaskörpertrübungen zerstäubt oder va porisiert werden können, ohne das Auge zu eröffnen.
Bei der Laser-Vitreolyse werden kurze Laserlichtpulse auf die Glaskörpertrü bungen gerichtet um dort auf Grund der hohen Laserintensität im Fokusbereich einen optischen Durchbruch bzw. eine Photodisruption zu erzielen. Die Floater und der sie umgebende Glaskörper nehmen die Laserenergie auf, es bildet sich ein schneidendes und/oder expandierendes Laserplasma, wodurch die Floater vaporisiert und/oder zerkleinert werden und sich dadurch besser auflösen kön nen oder zumindest aus dem zentralen Sichtbereich entfernt werden. Die Be handlung ist schmerzarm und ohne Infektionsrisiko. Mit der Laser-Vitreolyse steht ein sicheres Verfahren zur schonenden Behandlung von störenden Glas körpertrübungen zur Verfügung, wenn sichergestellt werden kann, dass wich tige und empfindliche Augenstrukturen nicht durch den Laser geschädigt wer den, wie z.B. der Kapselsack, die Kristalllinse oder Netzhautbereiche, insbeson dere die Macula.
Allerdings ist der Erfolg der Behandlung von der Art der Floater abhängig. Be sonders erfolgreich ist die Behandlung bei sogenannten Weiß-Ringen bzw. Floatern die sich durch Glaskörperablösung um den Sehnervenkopf bilden, aber sich auch störend in der zentralen Sichtbereich bewegen können. Gewe bestränge lassen sich durchtrennen und die Gewebsverdichtungen, die für die störenden Schatten verantwortlich sind, können beseitigt oder aus dem Sichtbe reich entfernt werden.
Bereits seit über 3 Jahrzehnten (Brasse, K., Schmitz-Valckenberg, S., Jüne- mann, A. et al. Ophthalmologe (2019) 116: 73. https://doi.Org/10.1 QQ7/sQQ347- 018-0782-1) werden Floater mit YAG-Lasern (beispielsweise Nd:YAG bei 1064nm) behandelt, wobei diese Laserbehandlung deutlich weniger verbreitet ist, als die bekannten Lasernachstarbehandlung zur Beseitigung von Zellwuche rungen auf der lOL-Rückseite oder aber Netzhautbehandlungen zur örtlichen Koagulierung von Netzhautstellen mittels frequenzverdoppelter YAG-Laser (532nm), z.B. bei der diabetischen Retinopathie oder auch zum Befestigen und sichern sich ablösender Netzhautbereiche oder das absichernde Umstellen von Netzhautlöcher (Foramen). Für die Netzhautbehandlungen kommen neben grü nen, auch rote und gelbe Laserversionen zum Einsatz (VISULAS Trion), je nach gewünschter Eindringtiefe in die Netzhaut (grün für oberflächennahe Behand lung; gelb und rot für tiefere bzw pigmentierte Netzhautschichten, IR für Ader haut). Die geringere Verbreitung der Laservitreolyse ist hauptsächlich einer Unsicherheit bzgl. möglicher Netzhaut-, Linsen- oder Kapselsackschädigungen durch den Behandlungslaser, sowie der recht zeitaufwändigen, manuellen Be handlung selbst zuzuschreiben. Deshalb wird die Laservitreolyse bislang haupt sächlich durch recht erfahrene, darauf spezialisierte Augenärzte durchgeführt.
Beispiele für Lasersysteme, die zur Laservitreolyse zum Einsatz kommen, sind der MERIDIAN Microruptor II, der Laserex LQP4106 Laser oder der Ellex Ultra- Q-Reflex.
Nach dem bekannten Stand der Technik existieren bereits zahlreiche Lösungen zur Laserchirurgie von Gewebe des Auges, insbesondere im Glaskörper.
So beschreibt die DE 102011 103 181 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Femtosekunden-Laserchirurgie von Gewebe, insbesondere im Glaskörper des Auges. Die Vorrichtung besteht aus einem Ultrakurzpulslaser mit Pulslän gen im Bereich von ca. 10fs-1ps, insbesondere ca. 300fs, Pulsenergien im Be reich von ca. 5nJ-5pJ, insbesondere ca. 1— 2pJ und Pulsrepetitionsraten von ca. 10kHz-10 MHz, insbesondere 500 kHz. Das Lasersystem ist mit einem Scanner-System gekoppelt, welches die räumliche Variation der Fokuslage in drei Dimensionen ermöglicht. Die Vorrichtung besteht neben diesem therapeuti schen Laser-Scanner-Optik-System weiterhin aus einem damit gekoppelten Na vigationssystem.
Die US 2006/195076 A1 beschreibt System und Verfahren zur Herstellung von Einschnitten in Augengewebe in verschiedenen Tiefen. Das System und das Verfahren fokussieren Licht, möglicherweise in einem Muster, auf verschiedene Brennpunkte, die sich in verschiedenen Tiefen innerhalb des Augengewebes befinden. Mit einer segmentierten Linse können mehrere Brennpunkte gleich zeitig erstellt werden. Optimale Einschnitte können erzielt werden, indem das Licht nacheinander oder gleichzeitig in verschiedenen Tiefen fokussiert wird, eine erweiterte Plasmasäule und ein Strahl mit einer verlängerten Taille erzeugt werden. Die hier beschriebenen Techniken können unter anderem auch ver wendet werden, um neue ophthalmologische Verfahren durchzuführen oder bestehende Verfahren zu verbessern, einschließlich Dissektion von Gewebe im posterioren Pol, wie beispielsweise Floater, Membranen und die Retina.
Auch die US 2014/257257 A1 beschreibt ein System und sein Verfahren zum Behandeln von Zielgewebe im Glaskörper eines Auges, umfassend eine La sereinheit zum Erzeugen eines Laserstrahls und einen Detektor zum Erzeugen eines Bildes des Zielgewebes. Das System enthält auch einen Computer, der einen Brennfleckpfad zum Emulgieren des Zielgewebes definiert. Ein Kompara tor, der mit dem Computer verbunden ist, steuert dann die Lasereinheit, um den Brennpunkt des Laserstrahls zu bewegen. Diese Fokuspunktbewegung wird durchgeführt, um das Zielgewebe zu behandeln, während Abweichungen des Fokuspunkts vom definierten Fokuspunktpfad minimiert werden.
Die US 2015/342782 A1 betrifft ebenfalls ein System und ein Verfahren zur Ver wendung eines computergesteuerten Lasersystems bereitgestellt, um eine par tielle Vitrektomie des Glaskörpers in einem Auge durchzuführen. Operativ wird zunächst ein optischer Kanal durch den Glaskörper definiert. Glasartige und suspendierte Ablagerungen (Floater) im optischen Kanal werden dann abgetra gen und in einigen Fällen aus dem optischen Kanal entfernt (z. B. abgesaugt).
In einigen Fällen kann eine klare Flüssigkeit in den optischen Kanal eingeführt werden, um das abgetragene Material zu ersetzen und dadurch eine ungehin derte Transparenz im optischen Kanal herzustellen. Allgemein betrifft die vorlie gende Erfindung Systeme und Verfahren für ophthalmologische Laseroperatio nen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zum Verwenden gepulster Laserstrahlen zum Entfernen sogenannter Floater.
Die US 2018/028354 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren und ein System für einen ophthalmologischen Eingriff an einem Auge. Anhand eines Bildes von mindestens einem Teil des Auges werden unerwünschte Merkmale identifiziert. Als unerwünschte Merkmale in der Glaskörperhöhle gelten glasige Trübungen, die die Sicht beeinträchtigen, wie beispielsweise Floater. Nach dem identifizie ren und lokalisieren der Floater werden diese von einem Arzt anvisiert und manuell mit Laserpulsen „beschossen“. Die Laserenergie verdampft zumindest einen Teil einer glasartigen Opazität. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Trübung des Glaskörpers beseitigt ist. Der gesamte Vorgang wird für jede Trü bung des Glaskörpers wiederholt, bis die Flüssigkeit des Glaskörpers als aus reichend klar erachtet wird.
Ein von der Firma ELLEX beschriebenes Verfahren (Produkt-Broschüre der Firma Ellex Medical Pty Ltd.; „Tango Reflex - Laser Floater Treatment“; PB0025B; 2018; (http://www.ellex.com)) sieht die Nutzung eines gepulsten Nanosekundenlasers (YAG) vor, um Glaskörpertrübungen zu zerlegen oder durch Umwandlung in Gas vollständig zu beseitigen. Mit einem Pilot-Laserstrahl wird das Zielgebiet (Floater) anvisiert und danach mit ein oder mehrere Therapielaserpulsen „beschossen“. Dabei werden sowohl der Pilot-Laserstrahl aus auch die Therapielaserpulse vom Anwender manuell ausgelöst. Eine derartige manuelle Laser-Behandlung besteht typischerweise aus zwei, jeweils 20-60 Minuten dauernden Einzelbehandlungen.
Die Verwendung von Laserenergie im Rahmen einer Laser-Vitreolyse ist nicht in vasiv und vermeidet die Nachteile chirurgischer Eingriffe, ist jedoch auch mit Nachteilen bzw. Risiken verbunden.
So kann das Zielen des Lasers schwierig sein. Da der Arzt den Glaskörper ent lang des Strahlengangs betrachtet, kann es schwierig sein, die Tiefe der Position der Netzhaut, die Tiefe der Trübung des Glaskörpers oder andere relevante Merk male zu bestimmen. Infolgedessen besteht die Gefahr, dass die Trübung des Glaskörpers verfehlt und/oder das Auge verletzt wird.
Insbesondere erweist sich die Behandlung positionsveränderlicher und schwer er kennbarer, weitgehend transparenter Floater, die als Phasenobjekte trotzdem stö rende Schatten auf der Netzhaut erzeugen können, als schwierig.
Die Anwendung von Laserenergie kann auch zu einer zusätzlichen Bewegung der Trübungen des Glaskörpers führen, was die Behandlung noch mehr erschwert. Somit richtet der Arzt den Laser nach jeder Anwendung von Laserenergie neu aus. Dies kann viel Zeit in Anspruch nehmen. Daher ist eine Behandlung mit La serenergie aufwändig und sowohl für den Patienten, als auch für den Arzt belas tend.
Ein weiteres mögliches Problem sind unvollständige Glaskörperabhebungen, die zu lokalen Vitreotraktionen bis hin zu Netzhautablösungen führen können. Eine Laserbehandlung im Glaskörper kann durch die sich in dessen Folge ausbreiten den Schockwellen zu Veränderungen der Kräfteverhältnisse im Glaskörper führen und dadurch beispielsweise Spannungen an der Netzhaut verursachen.
Letztendlich erweist sich auch die Behandlung von solchen Floatern als beson ders schwierig, die sich nahe an empfindlichen Strukturen des Auges befinden.
Die Laserstrahlung kann hier zu Schädigungen von Netzhaut (insbesondere Ma cula), Augenlinse oder Kapselsack führen. Empfindliche Bereich können ebenfalls die Umgebung von Vitreotraktionen sein, also Bereichen, wo ein nicht vollständig gelöster Glaskörper Zug auf die Netzhaut ausübt, was bei mechanischer Belas tung die Gefahr eines Netzhautabrisses birgt. Solche Zonen sind beispielsweise im OCT durch lokale, spitze Anhebung der Netzhautschichten erkennbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zur Laser behandlung von Glaskörpertrübungen zu entwickeln, die die Nachteile der be kannten technischen Lösungen behebt. Mit der Lösung soll eine einfachere, schnellere und vor allem sicherere Behandlung störender Glaskörpertrübungen durch Laser-Vitreolyse möglich sein. Zudem soll die Lösung leicht zu implemen tieren und wirtschaftlich kostengünstig sein und idealerweise eine nur geringe Umgewöhnung gegenüber den heutigen Laserbehandlungen benötigen.
Diese Aufgabe wird mit der vorgeschlagenen Anordnung zur Laser-Vitreolyse, bestehend aus einem OCDR-System, einem Lasersystem mit einer Fokussie reinheit, optischen Elementen zur Kopplung von OCDR- und Lasersystem, ei ner Anzeigeeinheit und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit dadurch gelöst, dass das OCDR-System ausgebildet ist die Lage eines Floater entlang der optischen Achse des OCDR-Systems zu lokalisieren, dass das Lasersys tem ausgebildet ist die Floater mittels Laserpulsen zu zerstören, und dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist das Lasersystem auf die Lage des Floaters zu fokussieren und zu aktivieren, insbesondere wenn Lage von Laserfokus und Floater ausreichend übereinstimmen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen An sprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche.
Dabei bezieht sich der Begriff OCDR (=Optical Coherence Domain Reflecto- metry) auf die Gesamtheit der Verfahren zur interferometrischen Bestimmung von Lage oder Abständen streuender Strukturen im Auge.
Besonders bevorzugt ist dabei das Verfahren OFDR (Optical Frequency Do main Reflectometry), ganz besonders bevorzugt die sogenannten Swept- Source OFDR-Verfahren, wie eines in der DE 1020080632252, auf deren vollen Inhalt hiermit Bezug genommen wird, beschrieben ist. Möglich, aber nicht be vorzugt sind Ausführungen als spektrometerbasiertes SD-OCDR oder eines TD-OCDR.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn Laserstrahl und Meßstrahl des OCDR- Systems kollinear überlagert sind, von gleicher oder nahezu gleicher Wellen länge sind und gleich oder nahezu gleich fokussiert werden. Bei der Verwen dung anderer Wellenlängen des OCDR Systems wie beispielsweise von ca.
780 - 840 nm oder auch 1320 nm im Vergleich zur YAG Laser Wellenlänge von 1064 nm ist ein Abgleich der Messsignale des OCDR Systems bzgl. insbeson dere der Lage der Retina und hinteren Kapselsackmembran mit der Fokuslage des YAG Lasers erforderlich und vorgesehen. Diese Kalibrierung kann vorab mit einem künstlichen Testauge vorgenommen werden. Es wird bevorzugt, wenn das OCDR-System bei einer Wellenlänge von 1060nm arbeitet und mit einer Frequenz von mindestens 100 Hz, besser 1..10 kHz, A- Scans mindestens der gesamten Augenlänge (idealerweise bis 30 der 40mm in Gewebe) und mit einer axialen Messauflösung von vorzugsweise 20pm, besser 10pm oder 5 gm in Gewebe erzeugen kann.
Weiter vorzugsweise ist das System eingerichtet, einen solchen A-Scan mit etwa der gleichen Frequenz auszuwerten und die Lage von Augenstrukturen (Hornhaut, Linse, Retina) und eventuellen Floatern bei geringer Latenz im Be reich weniger Millisekunden (<100ms, idealerweise <20ms, <10ms oder gar <5ms) zu bestimmen und bei Erfüllen von Sicherheitskriterien den Laser aus zulösen. Diese Sicherheitskriterien können beispielsweise Mindestabstände von empfindlichen Augenstrukturen sein. Diese Abstände können von der Art der Augenstruktur abhängig sein, beispielsweise größer bei der empfindlichen Ma cula sein als bei weniger empfindlichen bzw. kritischen peripheren Netzhautbe reichen. Insbesondere sollen die Mindestabstände so gestaltet sein, dass schneidende, vaporisierende oder zerstäubende Plasmawirkung, akustische Schockwelle, sowie thermische Gewebskoagulation die Gewebe nicht oder nur in akzeptablen Maß verändern. Beispielhafte Mindestabstände des Laserfokus von der Macula kann für einen YAGLaser bei 1064nm etwa 2...3 mm sein und vom Kapselsack und peripheren Netzhautbereichen 1.5...2mm sein. Dieses Vorgehen ermöglicht es auch, Floater durch Augenbewegungen zeitweise aus den empfindlichen Bereichen (anterior zur Makula) beispielsweise in den Be reich anterior zur temporalen Netzhautperipherie zu bewegen oder dort mittels der erfindungsgemäßen schnellen Laser-Vitreolyse zu zerstäuben.
Die Mindestabstände können hierbei auch von der verwendeten Laserenergie, Pulsanzahl (Burst), Pigmentierungszustand der Netzhaut, Zustand der Linse (natürliche Linse oder IOL) oder auch von einer veränderbaren Brennweite ab hängig gemacht werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Arzt mittels manuelle, beispiels weise erfahrungsbasierter Festsetzung Sperr- bzw. Bearbeitungszonen bei spielsweise durch Cursorlinien in einer OCDR-Darstellung selbst definiert.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Fokussiereinheit vorgesehen, welche den Laserfokus auf einen detektierten Floater einstellen kann oder mit dem Laserfo kus den Floater überstreichen kann. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann dieses Fokussieren schnell (beispielsweise scannend oder auch trackend), d.h. in einigen 10ms bis 100ms erfolgen, aber sogar auch manuell und langsam er folgen und gleichzeitig eine hohe Präzision der Laserbearbeitung des Floaters beibehalten werden.
Einerweiteren Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedien einheit ausgebildet, unter Berücksichtigung der abgeleiteten Ausschlusskriterien für die Behandlung automatisch innerhalb einer Zeit von < 50ms, besser < 20ms, bevorzugt < 10 ms, besonders bevorzugt < 5 ms, auszulösen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen beziehen sich auf die zentrale Steuer- und Bedie neinheit, die insbesondere ausgebildet ist, neben den Lage der lokalisierten Floater auch deren Abstand zu Strukturen des Auges zu bestimmen und Aus schlusskriterien für die Behandlung abzuleiten.
Vorteilhaft ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit in der Lage, Veränderun gen der dem lokalisierten Floater nächstliegenden Struktur des Auges während der Behandlung festzustellen und Abbruchkriterien für die Behandlung abzulei ten. Ein beispielhaftes Abbruchskriterium kann die Detektion einer einsetzenden Netzhautblutung sein, die sich im A-Scan als ein neue, deutlich streuende, aber auch absorbierende Struktur („Schatten“ dämpft plötzlich OCDR-Signal posteri orer Strukturen) vor der Netzhaut darstellt oder auch eine während der Behand lung zunehmende Netzhautanhebung bei einer Vitreotraktion sein oder auch eine Achslängenzunahme (Hornhaut bis Retina) in Folge eines ansteigenden Intraokulardrucks. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die zur schonenden, risikoar men und schmerzfreien Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen vorgesehen ist. Es wird ein teilweise oder vollständig automatisiertes Therapiegerät (System) vorgeschlagen, bei dem ein OCDR-System zur Navigation und Therapiesteue rung genutzt wird, um die Floater im Zuge der Behandlung zu lokalisieren und die Behandlung dadurch zu unterstützen, dass bei Detektion eines Floaters mittels OCDR im Wesentlichen automatisch mindestens ein Laserpuls ausgelöst wird, wenn der Laser ausreichend gut auf den Floater fokussiert ist. Diese Fokussie rung kann hierbei durch ein Fokustracking erfolgen (Iteratives Verringern des axia len Abstandes zwischen Fokuslage und Floaterlage, d.h. „Tracking“) oder auch ei nen periodischen Fokusscan, der die Floaterlage überstreicht, oder auch ein ma nuelles Fokussieren auf den Floater. Unter einer ausreichend guten Fokussierung des Laser auf den Floater wird verstanden, dass bei dieser Abweichung keine wahrnehmbar schlechtere Floaterbehandlung (Zerstäuben und/oder Vaporisieren) vorliegt, was i.A. dann der Fall ist, wenn die Lageabweichung kleiner ist als die La serfokusabmessung in diese Richtung, insbesondere wenn die Abweichung klei ner 75%, <50%, <25% oder <10% der Laserfokusabmessung ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lasers zur Vitreolyse, bei dem Floater im Glaskörper des Auges mittels OCDR detektiert wer den und bei Detektion eines Floaters der Laser auf den Floater fokussiert wird und mindestens ein Laserpuls auf den Floater abgegeben wird.
In einem alternativen Verfahren zur Ansteuerung eines Lasers zur Vitreolyse wird der Laserfokus durch den Glaskörper des Auges geführt und zeitgleich mittels OCDR detektiert, ob sich an zeitabhängigen Laserfokuspositionen Floater befin den, und bei Detektion eines Floaters an einer solchen Position mindestens ein Laserpuls ausgelöst, wenn der Laserfokus die Floaterposition erreicht.
Bisherige Lösungen sehen vor, dass ein (mehr oder weniger) vollständiges Bild des Glaskörpers gewonnen wird, die Floater durch den Arzt (ELLEX Tango Reflex) oder auch automatisiert lokalisiert werden und anschließend der Behand lungslaser auf diese Lokalisierungen ausgerichtet und die Laserstrahlung ausge löst wird. Durch die menschliche Reaktionszeit oder die für eine automatische La serausrichtung benötigte Zeit, aber auch durch die zur Bildaufnahme und automa tischen Lokalisierung der Floater notwendigen Zeit ist jedoch nicht gesichert, dass bei Auslösung des Lasers der Floater sich noch an der vermuteten Stelle und da mit im Fokus des Lasers befindet. Bei einer typischen Augenbewegung mit 1 mm/s kann sich ein Floater schon in 20ms um 20pm bewegen und damit aus ei nem Laserfokus von beispielsweise 10pm herausbewegen. Darüber hinaus wür den an sich bekannte Einrichtungen zur Verfolgung von Augenbewegungen (eye- tracker) hier oft versagen, da sich die Floater (entsprechend ihrer Bezeichnung) üblicherweise gegenüber den Augenstrukturen („Landmarks“ wie Iris, Retinastruk turen, wie Sehnervenkopf, Macula oder Gefäße) bewegen.
Vorzugsweise verfügt das System auch über elektromechanische (Galvoscan- ner), elektrooptische (Akusto-optische Modulatoren) oder motorische (Linsen verschiebung) Ablenkeinheiten zur automatisierten Strahlablenkung (Scanning) in bis zu drei Dimensionen.
Beim Fokussieren das Lasersystems wird vorzugsweise eine programmierte Fo kusverschiebung zwischen Zielposition und dem lokalisierten Floater berücksich tigt.
Um die vom Laserstrahl erzeugte Schalldruckwelle mit auszunutzen wird eine an teriore Position zum Floater bevorzugt und in den Anwendersettings der zentralen Steuer- und Bedieneinheit eingestellt.
Die von der zentralen Steuer- und Bedieneinheit bestimmten Abstände der lokali sierten Floater zu Strukturen des Auges dienen dazu, Ausschlusskriterien für die Laserbearbeitung abzuleiten und zwar, wenn der Abstand der lokalisierten Floater zur Netzhaut, Fovea, Linse o. ä. zu gering ist, so dass eine Laserbehandlung Blu tungen, retinale Läsionen oder gar einen Netzhautabriss zur Folge haben kann. Aus den Koordinaten der lokalisierten Floater können weiterhin Bearbeitungs- und Sperrzonen bestimmt werden.
Diese dienen zum einen dazu eine automatisierte Optimierung der Positionierung des Bearbeitungslaserfokus zu realisieren. Zum anderen wird die Bearbeitung nur erlaubt, wenn sich der Bearbeitungslaserfokus außerhalb der Sperrzone bzw. in nerhalb der Bearbeitungszone befindet.
Während als Sperrzone in Bezug auf die zu erwartende optische und Schallwel lenbelastung ein Abstand >1 5mm ausreicht, ist für sensitive Bereiche des Auges ein Abstand von > 2 - 3mm anzuwenden.
Der Anwender kann (akustisch und/oder optisch) gewarnt werden, wenn sich der Bearbeitungslaserfokus der Sperrzone nähert. Zusätzlich ist es möglich die Annä herung an sensitive Strukturen zu erkennen, anzuzeigen oder akustisch zu mel den. Es ist aber auch möglich die Laserbearbeitung abzubrechen oder den Laser zu deaktivieren, solange sich der Laser in einem Sperrbereich befindet.
Es gibt verschiedene Formen von Glaskörpertrübungen, die sich auch unter schiedlich gut therapieren lassen.
Die so genannten Weiß-Ring-Floater sind relativ große, faserige ringförmige Floater, die sich üblicherweise in sicherer Entfernung von der Linse und der Netzhaut des Auges befinden. Dadurch können diese Floater sicher und effektiv mit der Laser-Vitreolyse behandelt werden.
Floater in Form faserartiger Stränge kommen häufig bei jüngeren Personen vor und werden als Ansammlung von Punkten oder als fadenartige Gewebe wahr genommen. Abhängig von der Größe und Position können diese Floater auch mit der Laser-Vitreolyse behandelt werden. Im Gegensatz dazu sind diffuse (wolkenartige) Floater die Folge natürlicher Al terung. Diese Art von Floatern kann zwar auch mit der Laser-Vitreolyse behan delt werden, allerdings sind oft mehrere Behandlungen für ein zufriedenstellen des Resultat notwendig.
Einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit zusätzlich ausgebildet, die Art des lokalisierten Floaters (bei spielsweise Weiß-Ring oder Blutreste) vor einer Laserbehandlung festzustellen und Bearbeitungskriterien abzuleiten, wie beispielsweise geeignete Laserener gie, Laserwellenlänge oder Laserpulszahl. Die Art der Floater kann über die OCDR-Signalstärke (d.h. Rückstreuvermögen), Absorption (beispielsweise durch Feststellung einer verstärkten Reduktion der Signale posteriorer Struktu ren hinter einem Blutgerinnsel), die Größe (insbesondere axiale Ausdehnung), Position (beispielsweise Nähe zum Sehnervenkopf), Beweglichkeit oder auch die Reaktion auf Laserbearbeitung erfolgen.
Einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechend ist die zentrale Steuer- und Bedieneinheit zusätzlich ausgebildet, Veränderungen oder Positionsände rungen der dem lokalisierten Floater nächstliegenden Struktur des Auges wäh rend der Behandlung festzustellen und Abbruchkriterien für die Behandlung ab zuleiten. Diese nächstliegende Struktur kann beispielsweise der Kapselsack sein oder auch die vitreoretinale Grenzfläche.
Erfindungsgemäß wird eine Abbruchs- oder Fortführungsentscheidung während der Behandlung abgeleitet.
Bevorzugt Kriterien dafür sind:
• ein Überschreiten eines Grenzwertes einer relativen Lageänderung inner halb der Retinaschichten (z.B. lokale Verschiebung einer Retinaregion in anteriore Richtung) oder • eine Überschreitung eines Schwellwertes für die Veränderung des Augen- innendrucks im Ergebnis der Laserwirkung
• eine Blutung als Abbruchskriterium die während der Behandlung einsetzt.
Besonders bevorzugt erfolgt die Detektion der Positionen der Floater zu den an empfindlichen Strukturen des Auges aus den OCDR-Ergebnissen automatisch. Dazu werden mittels des OCDR-Systems der Abstand zwischen hinterem Kapsel sack und Netzhautstrukturen ermittelt und genutzt, um jeweils zu entscheiden, welche die nähere sensitive Struktur ist, die mittels OCDR verfolgt werden soll.
Bei deren Fortführung wird über den Behandlungsverlauf hinweg mittels OCDR weiterverfolgt, ob die Behandlung fortgesetzt werden kann oder abgebrochen werden muss.
Durch das Ableiten eines Abbruchskriteriums soll insbesondere verhindert wer den, dass sich durch die Vitreousbearbeitung die mechanischen Spannungsver hältnisse an der vitreoretinalen Grenzfläche ungünstig entwickeln und spätere retinale Läsionen oder gar einen Netzhautabriss wahrscheinlicher werden.
Um zu verhindern, dass sich der lokalisierte Floater aus dem Fokusbereich des Bearbeitungslasers bewegt, erfolgt das Auslösen des Bearbeitungslasers erfin dungsgemäß innerhalb einer Zeitdauer von < 10ms nach Überlagerung eines Floaters mit dem Laserfokus.
Erfindungsgemäß basieren die optischen Elemente zur Kopplung von OCDR- und Lasersystem auf dichroitischen oder polarisationssensitiven optischen Komponen ten (beispielsweise wellenlängensensitiver Teiler, Polarisations -Teilerwürfel oder aber auch wellenlängenunabhängige Teiler, die beispielsweise 30% des OCDR- Messlichtes zum Auge lenken und 70% des Bearbeitungslasers) oder nutzen eine geometrische Kombination (Pupillenteilung). Bei letzterer können auch zwischen OCDR- und Bearbeitungslaserstrahl kleine Winkel akzeptiert werden, wenn z.B. nicht zu kleine Floater behandelt werden sollen und ein ausreichender Überlapp zwischen beiden Strahlen zumindest in der Bearbeitungszone erreicht wird.
Bevorzugt werden die Strahlquerschnitte von OCDR und Laser vor der Überlage rung so gewählt, dass die numerische Apertur des OCDR-Strahls im Auge kleiner ist als diejenige des Bearbeitungslasers. Ein Vorteil dieser Einstellung ist, dass die Signalstärken im OCDR-Signal bei axialen Fokuslagen sich weniger stark ändern, als bei anderen Konfigurationen der numerischen Apertur.
Nicht bevorzugt, aber möglich sind sehr kurzfristig in den Strahlengang einge- brachte Spiegel um ein sehr schnelles Umschalten zwischen Bearbeitungslaser und OCDR-Strahl zu ermöglichen, beispielsweise mittels eines schnell rotieren den Spiegels mit Transmissionsfenstern.
Die Kopplung mittels dichroitischer optischer Komponenten erfolgt bevorzugt mittels Notch-Filter, der beispielsweise einen schmalbandigen Nd:YAG- Bearbeitungslaser transmittiert und den breitbandigeren OCDR-Strahl reflek tiert.
Als Anzeigeeinheit finden Okulare mit eingespiegeltem Display, ein Head-moun- ted display und/oder ein separates Display Verwendung (Bildschirm).
Einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung entsprechend, sind das OCDR- System, das Lasersystem mit Ablenkeinheit, die optischen Elementen zur Kopp lung von OCDR- und Lasersystem, die Anzeigeeinheit und die zentrale Steuer- und Bedieneinheit in eine Spaltlampe integriert.
Dies hat den Vorteil, dass der Anwender mit der Spaltlampe den hinteren Teil des Auges betrachten und die Trübungen des Glaskörpers vorab lokalisieren kann, sowie möglicherweise vorliegende anderweitige Erkrankungen, die ein Ausschlusskriterium für eine Behandlung darstellen könnten (beispielsweise eine periphere Netzhautablösung). Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher be schrieben. Dazu zeigen
Figur 1 : die symbolische Darstellung der in eine Spaltlampe integrierten er findungsgemäßen Anordnung zur OCDR-gestützten Laser-Vitreo- lyse.
Figur 2: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsva riante der Erfindung.
Figur 3: eine Darstellung eines A-Scans mit Sperrzonen und Bearbeitungs zone
Figur 4: eine Schemadarstellung eines Auges mit aufgesetztem Kontakt glas
Flierzu zeigt die Figur 1 die symbolische Darstellung einer Spaltlampe, in die die erfindungsgemäße Anordnung zur OCDR-gestützten Laser-Vitreolyse integriert ist.
In die (nur als Box dargestellte) Spaltlampe 1 sind zusätzlich das OCDR-System 2, das Lasersystem 3, der Strahlvereiniger 4 (hier ausgeführt als dichroitisches optische Element) zur Kopplung von OCDR- und Lasersystem, ein Anzeigedis play 5 und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit 6 sowie eine Fokussie reinheit 14 mit Ablenkeinheit integriert.
Bekanntermaßen ist die Spaltlampe 1 auf einer Grundeinheit 7 angeordnet und kann über einen Joystick 8 in Bezug auf das Auge 9, in 2 oder 3 Achsen positio niert werden.
Im Auge 9 sind neben der Augenlinse 10 ein lokalisierter Floater 11 und der La serfokus 12 abgebildet. Da im vorliegenden Fall die Retina die nächstliegende Struktur des Auges 9 zum lokalisierten Floater 11 ist, wird während der Behandlung mindestens dieser (mittels Positionsnummer 13 gekennzeichnete) Bereich mittels OCDR näher untersucht.
Im Anzeigedisplay 5 können dem Bediener neben dem lokalisierten Floater 11 beispielsweise auch anwendungsspezifische Bestrahlungsmuster, Ausschlusskri terien oder Abbruchkriterien für die Behandlung, oder auch definierte Bearbei- tungs- und Sperrzonen angezeigt werden.
In Figur 2 wird eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung näher erläu tert. Dabei konzentriert sich die Darstellung auf das erfindungsgemäße Zusam menwirken von Laser 3 und OCDR-System 2. Figur 2a zeigt die Verhältnisse zu einem Zeitpunkt ti, wenn kein Floater 11 im Laserfokus 12 ist, F(t) steht dabei für eine Fokusposition des Lasers in Abhängigkeit von der Zeit. Der Messstrahl 15 des OCDR-Systems 2 wird mittels des Strahlvereinigers 4 mit dem (hier nicht akti ven) Laserstrahl 16 des Laser 3 zusammengeführt und auf das Auge 9 gerichtet. Die Strahlquerschnitte wurden vor der Strahlvereinigung so gewählt, dass die nu merische Apertur des OCDR-Signals im Auge kleiner als die des Lasers ist. Das OCDR-System 2 ist in der Lage vollständige A-Scans des Auges 9 mit 100 Hz, bevorzugt 1 kHz oder schneller zu messen. Ein solcher A-Scan 17 ist hier bei spielhaft dargestellt. Er enthält in an sich bekannter Art und Weise die Reflexe von Hornhaut, Linsenvorderseite, Linsenhinterseite 18 und Retina 19. Zusätzlich weist der A-Scan einen Reflex 20 eines Floaters 11 auf, dessen Lage im Auge somit detektiert wird. Der Laserfokus 12 befindet sich nicht im Bereich des Floaters 11, der Laser wird nicht ausgelöst. Mittels des Fokussiersystems 14 wird der Laserfo kus 12 in den Bereich des Floaters 11 verschoben (Figur 2b, Zeitpunkt b . Bei Übereinstimmung der Lage von Laserfokus 12 und Floater 11 (Reflex 20 und La serfokus 12 stimmen im Wesentlichen überein) wird der Laserpuls ausgelöst (schematisch mit Steuerpuls 21 dargestellt), bevorzugt in einer Zeit < 5 ms. Da die Lage des Floaters 11 jeweils in weniger als 10 ms per A-Scan aktualisiert wird ist gesichert, dass er sich in dieser kurzen Zeit nicht aus dem Laserfokus 12 bewe gen konnte. Zur schnellen Fokussierung das Laserfokus 12 mittels der Fokussiereinheit 14 sind neben mechanisch auf einem Linearschlitten mit Positionsmesssystem ver schiebbaren Linsen insbesondere elektrisch verstellbare Linsen wie die EL-10-30- C oder -Ci geeignet, welche einen Zielfokus in weniger als 10... 15 ms einstellen können (Optotune Switzerland AG | Bernstrasse 388, CH-8953 Dietikon). Alterna tiv kann auch eine klassische Linse mittels eines magnetisch angetriebenen Schwingers periodisch axial auf das Auge hin und zurück verschoben werden, um die Fokusposition bei fester Brennweite zu variieren. Die Linsenposition kann hier bei auch mittels eines Weggebers erfasst und leicht gegenüber dem OCDR- Signal kalibriert werden. Möglich, aber nicht bevorzugt ist eine manuelle oder auch motorische Bewegung der ganzen Spaltlampe in Richtung zum Auge, um die Fokussierung zu verändern.
Eine Kalibrierung der Fokuslage zum OCDR kann auf verschiedene Weise er reicht werden. Eine Variante ist ein Durchscannen der gemeinsamen Fokussie rung von OCDR und Laserfokus und Detektion von fokuslagenabhängigen Signal erhöhungen an Hornhaut, Linse, Kapselsack, Glaskörperstreuung oder Netz hautstrukturen, da das OCDR-Signal bei Fokussierung auf eine Struktur ihr Maxi mum hat. Alternativ kann eine Kalibrierung über der Fokuslage zum OCDR er reicht werden, indem bei festen Fokuseinstellungen beispielsweise mittels eines Schirms oder eines Beamprofilers die axiale Position der Strahltaille bestimmt wird und die Lage des Schirms oder des Beamprofiles dann per OCDR bestimmt wird, ggf. auch in einem flüssigkeitsgefüllten Testauge.
Mit dieser Anordnung lässt sich ein Verfahren zur Behandlung von Floatern reali sieren, welches durch die folgenden Schritte charakterisiert ist:
- Messung eines A-Scans
- Detektion eines Reflexes eines Floaters (wenn vorhanden) im A-Scan
- Optional Detektion von Linsen-/Kapselsackhinterseite und Retina im A- Scan - Optional Überprüfung der Zulässigkeit der Laserbehandlung am Ort des Floaters
- Optional Überprüfung der Zulässigkeit der Laserbehandlung in Abhängig keit von den Floatersignaturen (Floatertyp)
- Verschieben des Laserfokus auf den Floater
- Optional prüfen ob sich der Floater noch an dieser Stelle befindet
- Auslösen des auf den Floater gerichteten Laserpulses
Dieses Verfahren ist besonders bevorzugt, wenn sich die Verstellung des Laserfo kus im Millisekunden...Sub-Sekunden-Bereich realisieren lässt, bspw. mit einer elektrisch verstellbaren Linse mit entsprechenden Eigenschaften, funktioniert aber prinzipiell auch bei einem langsamen, ggf. sogar manuellen Fokussieren, obwohl in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit eines Weglaufens des Floaters während der Fokussierung steigt, d.h. die Behandlungseffizienz sinkt, obwohl der Vorteil durch Sperr- und Behandlungszonen beibehalten wird.
Es ist weiterhin auch eine seitliche Verschiebung des Laserfokus mittels einer Ab lenkeinheit (beispielsweise Galvoscanners) möglich, d.h. scannende Floaterbear- beitung bei konstanter Tiefe im Auge.
In einem alternativen Verfahren wird der Laserfokus entlang des A-Scans bewegt und bei Detektion eines Floaters im Bereich des Laserfokus (mittels Auswertung des A-Scans) innerhalb von Millisekunden der Laserpuls ausgelöst. Hierfür wären auch langsamere Fokussiereinheiten geeignet (beispielsweise wenige Hz bis ei nige 10 Hz).
Die Verschiebung des A-Scans relativ zur Augenachse zur Behandlung weiterer Floater kann dabei sowohl manuell (mittels des Joysticks 8) oder motorisch erfol gen. In der manuellen Variante kann der Arzt den / die Floater anvisieren und die Behandlung starten. Nur wenn das OCDR-System einen Floater im A-Scan detek- tiert und der Laserfokus auf den Floater gerichtet ist, wird (ohne weitere Interaktion) ein Laserpuls ausgelöst. Damit ist der Behandlungserfolg nicht mehr vom Geschick und der Reaktionsschnelligkeit des Arztes abhängig.
In der motorisch gesteuerten Variante bietet es sich an, in an sich bekannter Art und Weise zunächst mittels eines OCT-Systems ein Übersichtsbild des Glaskör pers zu erstellen und die Lage von Floatern grob zu detektieren. Diese Lagekoor dinaten werden dann nacheinander angesteuert, wobei die tatsächliche Lage der Floater dann mit dem OCDR-System überprüft wird und nur auf tatsächlich detek- tierte Floater ein (oder mehrere) Laserpuls(e) abgegeben wird.
Die Überprüfung der Zulässigkeit der Laserbehandlung kann auf verschiedene Ar ten erfolgen. Zunächst ist auszuschließen, dass die Laserbehandlung zu nahe an sensitiven Strukturen des Auges wie Linsen-/Kapselsackhinterseite oder Re tina/Macula erfolgt. Durch entsprechende Auswertung des A-Scan können hier zulässige Bereiche definiert werden (>1.5 mm von der Kapselsackhinterseite, < 2...3 mm von der Retina). Figur 3 zeigt ein entsprechendes Beispiel eine A-Scans mit den Grenzen zwischen Sperrzonen und Bearbeitungszonen. Anterior zur ante rioren Grenze 22 des Bearbeitungsbereiches befindet sich die anteriore Sperr zone, und posterior zur posterioren Grenze 23 des Bearbeitungsbereiches befin det sich die posteriore Sperrzone. Insbesondere befindet sich die Linsenrückseite 18 ausreichend tief in der anterioren Sperrzone und die Retina 19 ausreichend tief in der posterioren Sperrzone, so dass gewünschte Mindestabstände dieser Struk turen von der Laserbearbeitung realisiert werden.
Nur im von den Grenzen 22, 23 eingeschlossenen Bearbeitungsbereich ist eine Laserbehandlung zugelassen.
Weiterhin können während der Behandlung weitere Parameter überprüft werden, wobei vorliegend ein Monitoring des Augeninnendrucks bevorzugt wird.
Dieses kann auf verschiedene Arten erfolgen: 1. Durch Überprüfung einer Veränderung der Augenlänge entlang des A- Scans. Hierfür liegen die entsprechenden Daten durch die Auswertung des A-Scan vor, wenn sich hier eine Verlängerung ergibt kann diese als Ab bruchkriterium benutzt werden (bspw. eine Augenlängenvergrößerung von 4,5 pm um einen Druckanstieg auf 2mmHg zu begrenzen, vgl. Leydolt et al, „Effects of change inintraocular pressure on axial eye length and lens Position”, Eye (2008) 22, 657-661).
2. Durch Messung der Veränderung des Augeninnendrucks mittels eines ent sprechend ausgestatteten Kontaktglases (wird weiter unten in Bezug auf Figur 4 näher erläutert).
3. Auf Basis von Ultraschall wie es in der EP 3 173013 A2, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird, näher ausgeführt ist.
Bei Überschreiten einer Differenz des Augeninnendrucks von bspw. 2 oder 5 oder 10 mmHg wird die weitere Behandlung abgebrochen um eine Schädigung des Auges zu vermeiden. Die Wahl des Abbruchskriteriums bezüglich des Drucks kann von möglichen Erkrankungen des Patienten abhängig gemacht werden, z.B. muss größere Vorsicht bezüglich Druckerhöhungen bei Glaukompatienten ange wendet werden.
Die vorgeschlagene Anordnung sieht die Verwendung eines OCDR-Systems vor, welches auf einem Spektral-Domain- oder bevorzugt einem Swept-Source-Ver- fahren basiert. Auch möglich wäre die Verwendung eines Time-Domain-Systems mit mehreren hundert Hz Repetitionsrate über einen begrenzten Scantiefenbe reich von 2-3 Millimetern.
Dabei sind erfindungsgemäß für ein Spectral-Domain System eine axiale Scan tiefe >1mm, bevorzugt 4mm in Gewebe, bei einer axialen Auflösung <100pm, be vorzugt 5pm FWHM in Gewebe, und einer Schwerpunktwellenlänge von 840nm vorgesehen, sowie einer A-Scanrate von 10 bis 100kHz. Bevorzugt verfügt das System über z-Tracking von Retina oder Kapselsack in Abhängigkeit davon, wel che Struktur des Auges näher am lokalisierten Floater liegt. Wegen der geringen Scantiefe ist die Verwendung mehrerer paralleler Referenzarme möglich, so dass relevante Augenstrukturen und ein posteriorer Glaskörperbereich außerhalb der einfachen Scantiefe zusammen detektiert werden können. Dieser Ansatz ist auch für ein Time-Domain-System denkbar. Allerdings hat letzteres Defizite bei der Sensitivität (typ. 85dB). Spectral-Domain-Systeme können dagegen bei Repetiti onsraten von einigen 10kHz immer noch 90dB Sensitivität haben, womit auch nor male, nicht störende Glaskörperstrukturen detektierbar sind. Demgegenüber ha ben Swept-source Systeme im kHz Bereich mit über 100 oder sogar 110dB Sen sitivität noch Empfindlichkeitsreserven, die sogar Messungen durch Katarakte hin durch möglich machen.
Für ein Swept-Source System wird eine Schwerpunktwellenlänge im Bereich von 1000-1070 nm, insbesondere 1050nm oder 1060nm, einer und Scanraten von 1kHz bis 100MHz (z.B. mittels Fourier-Domain-Mode-Locked-Laser (FDML) oder VCSEL-Laser) und mindestens 90dB Sensitivität in der Bearbeitungszone bevor zugt. Das System wird erfindungsgemäß mit einem Nd:YAG-Laser oder fs-Laser, Notch-Schichtsystemfilter kombiniert und deckt dabei mit seiner OCDR-Scantiefe das gesamte Auge ab. Die axiale Auflösung des SS-OCDRs wird bevorzugt so gewählt, dass die sie der Rayleigh-Länge des Bearbeitungslasers entspricht oder aber größer als das Doppelte bis Dreifache der Rayleigh-Länge ist. Eine höhere axiale Auflösung ist zwar möglich, erlaubt aber kaum eine bessere Floaterbehand lung. Sollen Achslängenänderungen detektiert werden, um Druckveränderungen festzustellen, sind axiale Auflösungen unter 30pm, bevorzugt unter 10pm oder so gar um 5pm, günstig.
Erfindungsgemäß ist auch ein Time-Domain System mit scannendem Referenz arm anwendbar. Die bevorzugten Parameter entsprechen, bis auf die A-Scanrate, denen beim SD-OCT. Die A-Scanraten liegen in diesem Fall im Bereich einiger kHz, insbesondere 2 bis 4kHz. Für alle OCDR-Varianten sind die jeweiligen Wegeanteile in Luft und Auge zu be rücksichtigen und eine entsprechende Positionsbestimmungskorrektur und ggf. eine Gruppengeschwindigkeitsdispersionskorrektur kann erforderlich sein.
Um Floater gut detektieren zu können, weisen die erfindungsgemäßen Systeme mindestens in einem Teil des A-Scan eine Sensitivität von 85dB auf, bevorzugt mindestens 90dB. In einerweiter bevorzugten Variante weisen die A-Scans über die gesamte Scantiefe mindestens eine Sensitivität von 90dB und weiter bevor zugt Sensitiväten von mehr als 100dB. Ab ca. 90dB wird die normale Streuung am Glaskörper und auch an der Kristalllinse auch in Bereichen ohne Floater de- tektierbar, erlaubt also die Unterscheidung von Linsen- und Glaskörperstrukturen von flüssigkeitsgefüllten Taschen oder Augenbereichen.
Unabhängig von den eben genannten Varianten kann das OCDR-System Teil ei nes OCT-Systems sein, welches als zwei- oder auch dreidimensional scannendes System ausgeführt ist; wichtig ist, dass die Lokalisierung des Floaters in Bezug auf eine veränderliche Fokussierung und die Auslösung des Laserpulses auf Ba sis der Auswertung eines A-Scans (und damit nicht auf Basis einer Bildinforma tion) erfolgt.
Mittels eindimensionaler OCDR-Scans (A-Scans) lässt sich Position der Floater im Auge (Koordinatensystem des Patientenauges) bestimmen und dessen Ab stand zur Netzhaut oder anderen Grenzflächen berechnen, und das sehr zeitnah und aufwandsgering. Sie dienen somit der Navigationsunterstützung und Sicher heitserhöhung bei manueller Behandlung der Floater. Durch die mögliche sehr hohe Empfindlichkeit des OCDRs gegenüber allen nichtinterferometrischen Bild- gebungsverfahren ist eine Floaterdetektion und -Visualisierung wesentlich verläss licher realisierbar. Auch die Lichtbelastung kann durch die Anwendung interfero- metrischer Verfahren, insbesondere im NIR Spektralbereich, gegenüber auf VIS- Licht basierenden Verfahren deutlich reduziert werden, einschließlich damit ein hergehender Blendung oder Pupillenkontraktion, falls nicht ausreichend stark me dikamentös dilatiert wurde. Zusätzlich ist eine Abstandsanzeige für den Anwender, durch Realisierung einer Bearbeitungszone, nur in der Bearbeitung erlaubt ist, möglich. Bei Aktivierung des Behandlungslasers innerhalb der Sperrzone wird der Anwender gewarnt und/oder die Abgabe von Therapiestrahlung gesperrt
Erfindungsgemäß weist das OCDR-System eine Sensitivität von 90dB, zumindest in einem Teil des A-Scan, auf.
Die vorgeschlagene Anordnung sieht die Verwendung eines Lasersystems vor, welches auf einem ps bis ns YAG-Laser, einem ps- oder einem fs-Laser basiert.
Während erfindungsgemäß für einen YAG-Laser eine Pulsdauer von 1 - 5ns be vorzugt ist, liegen diese bei einem ps-Laser zwischen 1 und 1000ps und bei ei nem fs-Laser zwischen 50 und 10OOfs.
Statt YAG-Lasern, wie dem Nd:YAG Laser bei 1064nm, 946nm, 1320nm Wellen länge kommen auch ähnliche Laser wie beispielsweise der Nd:YLF 1047 bis 1053nm und sonst ähnlichen Parametern wie beim YAG-Laser in Frage. Der Ein satz frequenzverdoppelter Laser sind prinzipiell möglich, wobei allerdings die un günstige verstärkte Absorption durch Blut, insbesondere in Gefäßen, zu beachten ist.
Einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend verfügt das Lasersystem neben einem Behandlungsstrahl über mindestens einen Pilotstrahl zur Kontrolle der Übereinstimmung von Behandlungsstrahlfokus und Zielgebiet. Dafür sind La serdioden im VIS geeignet, beispielsweise im roten Spektralbereich bei 635nm.
Insbesondere kann der Pilotstrahl kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich sein.
Für den Fall, dass eine visuelle Kontrolle durch den Anwender erfolgen soll, ist es zweckmäßig einen Pilotstrahl im sichtbaren Spektralbereich zu verwenden. Außerdem kann ein Pilotstrahl im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich ver wendet werden, um dessen am Floater entstehende Streustrahlung vom Detekti onssystem erfassen zu lassen und zur Anzeige zu bringen.
Einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend beträgt der Unterschied der Wellenlängen von OCDR- und Laser-System weniger als 50nm, bevorzugt weniger als 5nm, so dass gemeinsame Strahlführungs- und Fokussierungsele mente im Therapiegerät verwendet werden können, aber auch die Brechung des Lichts beider Systeme in das Auge hinein durch Hornhaut- und Linsenbrechung sich untereinander nicht wesentlich unterscheidet.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn die Anordnung über eine zusätzliche Fixiermarke für den Patienten verfügt, um eine günstige oder be wusste Positionierung des Patientenauges zu erreichen.
Des Weiteren bietet eine veränderbare Fixiermarke für den Patienten die Möglich keit der Bearbeitung während damit stimulierter Augenbewegungen. Diese kann beispielsweise auch nötig sein, um Floater überhaupt erst in den für die Bearbei tung zugänglichen Bereich zu bringen. Auch kann eine sich bewegende Ziel marke, den Patienten veranlassen, das Auge zu bewegen, um Floater in einen Bereich hinein- oder hinauszubewegen. Beispielsweise kann der Grad der subjek tiven Störung durch einen Floater geprüft werden, indem der Floater in den zent ralen Sehbereich (z.B. vor der Macula) bewegt wird, aber dann per Bewegung in einen für eine Laserbehandlung weniger kritischen Bereich, beispielsweise vor der Netzhautperipherie bewegt und dort lasertherapiert wird.
Einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend ist die Verwendung ei nes zusätzlichen Vakuumkontaktglases zur zusätzlichen Fixierung des Auges vor gesehen. Hierbei ist eine optionale Vakuumversorgung und eine Kopplung an den Therapielaser währen der Behandlung vorgesehen. Dies ist insbesondere für eine hochpräzise Laserbehandlung von Floatern mittels fs-Lasern mit Fokusdurchmes sern unterhalb von 20pm, 10pm oder sogar 5pm vorteilhaft. Für die höheren seitlichen Auflösungen ist eine Pupillenweitung und ggf. auch eine Strahlformung mittels adaptiver Optiken, wie beispielsweise deformierbarer Spiegel oder auch Flüssigkeitskristall-SLMs von Vorteil.
Dabei kann das Kontaktglas mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Augenin- nendrucks bzw. dessen Veränderung während der Laser-Behandlung ausgerüstet sein. Ein solches Kontaktglas 24 ist in Figur 4 dargestellt. Ursache für die Verän derung des Augeninnendruck kann dabei die Erzeugung von Gasblasen durch die Wirkung der Laserpulse sein. Wenn dieser über ein bestimmtes Maß ansteigt könnte das Auge geschädigt werden. Über eine Steuerleitung 25 wird der gemes sene Augeninnendruck an die (hier nicht dargestellte) Steuereinheit 6 übermittelt, welche bspw. bei Überschreiten einer Differenz des Augeninnendrucks von bspw. 2, 5 oder 10 mm Hg die weitere Laser-Behandlung unterbricht. Grundlagen für die Bestimmung des Augeninnendrucks mit einem Kontaktglas sind beispielsweise in Leonardi et al; First Steps toward Noninvasive Intraocular Pressure Monitoring with a Sensing Contact Lens. Invest. Ophthalmol. Vis. Sei. 2004;45(9):3113-3117. doi: 10.1167/iovs.04-0015 dargestellt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Anordnung zur OCDR-gestützten Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen zur Verfügung gestellt, die die Nachteile der bekannten technischen Lösungen behebt.
Mit der Anordnung ist eine einfachere, schnellere und vor allem sicherere Be handlung störender Glaskörpertrübungen durch Laser-Vitreolyse möglich. Au ßerdem lässt sich die Lösung leicht implementieren und ist wirtschaftlich kos tengünstig.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die zur schonenden, risikoar men und schmerzarmen Laserbehandlung von Glaskörpertrübungen vorgesehen ist. Es wird ein teilweise oder vollständig automatisiertes Therapiegerät (System) vorgeschlagen, bei dem ein OCDR-System zur Navigation genutzt wird, um die Floater im Zuge der Behandlung zu lokalisieren und die Behandlung dadurch zu unterstützen.
Die vorgeschlagenen Anordnungen ermöglichen auch die sichere Behandlung positionsveränderlicher und schwer erkennbarer, weitgehend transparenter Floater, wobei der Aufwand für eine Positionierung des Bearbeitungslaserstrah les verringert werden kann und ein sichtbarer Ziellaserstrahl nicht mehr zwin gend erforderlich ist.
Das Risiko von Netzhautschädigung durch fehlerhafte Fokuslagen oder einem zu geringen Abstandes des Laserfokus zu empfindlichen Strukturen des Auges konnte durch die Bestimmung von Ausschlusskriterien für die Behandlung be seitigt werden.
Außerdem konnte das Risiko von Netzhautschädigung bei unvollständiger Glas körperablösung durch lokale Erhöhung der Spannung auf die Netzhaut dadurch reduziert werden, dass die Behandlung angepasst oder Aufgrund abgeleiteter Abbruchkriterien beendet wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zur Laser-Vitreolyse eines Auges, bestehend aus einem OCDR-System, einem Lasersystem mit Ablenkeinheit, optischen Elemen ten zur Kopplung von OCDR- und Lasersystem, einer Anzeigeeinheit und einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit, wobei das OCDR-System aus gebildet ist Floater zu lokalisieren, das Lasersystem ausgebildet ist die Floater mittels Laserpulsen zu zerstören, die zentrale Steuer- und Bedien einheit ausgebildet ist, das Lasersystem auf Basis der Lokalisation des/der Floater in Bezug auf die Fokuslage des Lasersystems und in Bezug auf Augenstrukturen zu aktivieren.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, Veränderungen der dem lokali sierten Floater vorzugsweise nächstliegenden Struktur des Auges wäh rend der Behandlung festzustellen und Abbruchkriterien für die Behand lung abzuleiten.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuer- und Bedieneinheit ausgebildet ist, das Lasersystem un ter Berücksichtigung der abgeleiteten Ausschlusskriterien für die Behand lung sowie der generierten bzw. auszusuchenden anwendungsspezifischen Bestrahlungsmuster automatisch innerhalb einer Zeit von < 10ms nach De tektion eines Floaters auszulösen.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 , 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das OCDR-System, das Lasersystem mit Ablenkeinheit, die optischen Elementen zur Kopplung von OCT- und Lasersystem, die Anzeigeeinheit und die zentrale Steuer- und Bedieneinheit in eine Spaltlampe oder ein Ope rationsmikroskop integriert sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das OCDR- System auf einem Spektral-Domain- oder einem Swept-Source-Verfahren basiert.
6. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersys tem einen auf einem ps, einem ns, einem ps- oder einem fs-Laser oder de ren Kombinationen basiert.
7. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Unter schied der Wellenlängen von OCDR- und Laser-System < 50nm beträgt.
8. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das OCDR- System eine axiale Auflösung aufweist, die besser ist als die kleinste im Auge einstellbare Rayleigh-Länge des verwendeten Lasersystems.
9. Verfahren zur Ansteuerung eines Lasers zur Vitreolyse, vorzugsweise mit einer Anordnung nach Anspruch 1 , bei dem Floater im Glaskörper des Au ges mittels OCDR detektiert werden und bei Detektion eines Floaters der Laser auf den Floater fokussiert wird und mindestens ein Laserpuls auf den Floater abgegeben wird.
10. Verfahren zur Ansteuerung eines Lasers zur Vitreolyse, vorzugsweise nach Anspruch 1 , bei dem der Laserfokus durch den Glaskörper des Au ges geführt und zeitnah mittels OCDR detektiert wird, ob sich im Laserfo kus Floater befinden, und bei Detektion eines Floaters mindestens ein La serpuls ausgelöst wird.
11 . Anordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass ein Bediener einen Bearbeitungsbereich bezogen auf Abstände zu Augenstrukturen fest legen oder verändern kann, in dem eine Laserbearbeitung aktivierbar ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass Laserparame ter, wie Laserenergie, Laserfokusshift gegenüber OCDR, Laserwellenlänge oder Laserimpulszahl in Abhängigkeit von der über die gemeinsame Fokus sierungseinheit veränderte Fokuslage und/oder den Abstand von Augen strukturen variiert wird.
13. Anordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass das OCDR eine gegenüber dem Laser kleinere numerische Apertur aufweist.
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