DE102014004026A1

DE102014004026A1 - Ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges

Info

Publication number: DE102014004026A1
Application number: DE102014004026.7A
Authority: DE
Inventors: Artur Högele; Christian Beder; Christoph Hauger; Joachim Steffen; Michael Stefan Rill
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-09-24
Also published as: US20150265463A1

Abstract

Ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges, umfassend einen Laser (11) zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels (16), eine optische Vorrichtung (13) zum Umformen des Lichtstrahlbündels (16) in einen Linienfokus, wobei ein Verhältnis von Länge zu Breite des Linienfokus mindestens 10, bevorzugt 100, besonders bevorzugt 1000 beträgt, und ein optisches System (14, 15) zur Führung des Lichtstrahlenbündels zu einer Objektebene (23), in der das zu bearbeitende Gewebe anordenbar ist, wobei der Laser (11) gelbes Licht in einem ersten Wellenlängenbereich zwischen 525 nm und 675 nm, bevorzugt zwischen 550 nm und 610 nm, besonders bevorzugt zwischen 580 nm und 610 nm abstrahlt.

Description

Die Erfindung betrifft eine ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges und umfasst einen Laser zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels und eine optische Vorrichtung zum Umformen des Lichtstrahlbündels in einen Linienfokus. Dabei beträgt ein Verhältnis von Länge zu Breite des Linienfokus mindestens 10, bevorzugt 100, besonders bevorzugt 1000. Die ophthalmologische Vorrichtung umfasst ein optisches System zur Führung des Lichtstrahlenbündels zu einer Objektebene, in der das zu bearbeitende Gewebe anordenbar ist, Ein Beispiel für eine Augenoperation im Vordergrund eines Auges ist die Kapsulorhexis. Dabei wird ein Stück der vorderen Kapselsacks eines Auges in einem kreisförmigen Bereich eingeritzt und geöffnet und die Augenlinse durch diese Lücke entfernt. Die entfernte Augenlinse wird durch eine Kunstlinse oder Intraokularlinse in gleicher Position ersetzt.
Aus der EP 0467775 B1 ist eine Lasereinrichtung zum Schneiden einer Linsenkapsel bekannt, die eine Vorrichtung zur Erzeugung eines infraroten gepulsten Laserstrahls und eine Vorrichtung zur Projektion des Laserstrahls auf eine Linsenkapsel aufweist, um diese zu schneiden. Die Projektionsvorrichtung enthält eine optische Bündelungsvorrichtung zur Bündelung des Laserstrahls und eine Axicon-Linsenvorrichtung zur Projektion des gebündelten Strahls in einer ringförmigen Gestalt auf die Linsenkapsel und zur Veränderung des Strahldurchmessers. Der gebündelte Laserstrahl auf der genannten Linsenkapsel besitzt eine Energiedichte, die nicht geringer ist als 10⁸ W/cm².
Nachteilig an der oben genannten Lasereinrichtung ist, dass der gebündelte Laserstrahl des Infrarotlaser auf der Linsenkapsel eine sehr hohe Energiedichte aufweist und auf oder zumindest nahe an der Makula auf den Augenhintergrund trifft. Damit ist der Bereich der Netzhaut mit der größten Dichte von Sehzellen einer besonderen Gefährdung ausgesetzt. Auch ein kurzzeitiger Kontakt mit dem Laserstrahl dieser hohen Energiedichte kann zu einer Gewebezerstörung, auch des umliegenden Gewebebereiches führen. Auch für den Operateur kann diese hohe Energiedicht eine kritischen Situation bewirken. Besondere Sicherheitsmaßnahmen sind unerlässlich.
In der US 8 562 596 B2 ist ein lasergestütztes Verfahren für ein vollständiges oder teilweises Durchtrennen von Kollagen enthaltendem Gewebe beschrieben. In einer Ausführungsform betrifft das Verfahren eine Kapsulorhexis, wobei das lasergestützte Verfahren auf die Linsenkapsel angewendet wird. Dem Gewebe wird ein Lichtabsorptionsmittel hinzugefügt. Ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge, der geeignet ist, durch das Lichtabsorptionsmittel absorbiert zu werden, wird auf das Gewebe gerichtet, um eine thermische Wirkung zu bewirken.
Nachteilig an dem oben genannten lasergestützten Verfahren ist, das ein scannendes System zur Laser-Projektion auf den Ort der Kapsulorhexis notwendig ist. Solche scannenden Systeme sind komplex, voluminös und oftmals wenig wirtschaftlich. Durch die verhältnismäßig lange Schneiddauer sind scannende Systeme kritisch bei einem Verwackeln oder Verrollen des Auges während des Schneidvorganges. Durch die verhältnismäßig lange Einwirkdauer des Lasers während dem scannenden Schneidvorgang wird das Gewebe um den zu schneidenden Bereich durch Wärmeabfluss zusätzlich erwärmt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, um eine Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges sehr schnell, mit einer sehr hohen Sicherheit und einer schonenden Behandlung für das zu behandelnde Auge auszuführen.
Die Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Laser gelbes Licht in einem ersten Wellenlängenbereich zwischen 525 nm und 675 nm, bevorzugt zwischen 550 nm und 610 nm, besonders bevorzugt zwischen 580 nm und 610 nm abstrahlt.
Durch die Umformung eines Laser-Lichtstrahlbündels in einen Lichtstrahl mit linienförmigen Querschnitt und die Fokussierung in einen Linienfokus ist es möglich, Augengewebe in einem Arbeitsschritt (das heißt ohne Durchführung eines Scans) entlang der durch den Linienfokus bestimmten Linie zu bearbeiten. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Anriss oder ein Schnitt im Gewebe erzeugt werden. Unter dem Begriff „linienförmiger Querschnitt” sind dabei im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung allgemein beliebige linienförmige gerade oder gekrümmte, geschlossene oder offene, durchgehende oder unterbrochene Strukturen zu verstehen, deren Abmessungen in Linienrichtung um ein Vielfaches (beispielsweise um ein Zehnfaches, ein Hundertfaches oder ein Tausendfaches) größer sind als quer zur Linienrichtung.
Die Fokussierung des Lichtstrahls in der Fokusebene, in der auch das zu bearbeitende Gewebe angeordnet ist, bewirkt eine hohe Leistungsdichte am Ort des Linienfokus. Bei der Verwendung eines Laser mit gelben Licht kann eine thermische Bearbeitung des Gewebebereiches erreicht werden.
Durch die Bereitstellung des Linienfokus und die Bearbeitung des Augengewebe in einem Arbeitsschritt erfolgt eine Ausführung des Schnittes in sehr kurzer Zeit, beispielsweise in weniger als einer Sekunde, weniger als 500 ms oder weniger als 250 ms. Durch die sehr kurze Einwirkzeit des Lasers auf das Auge wir das das Risiko des Verwackelns minimiert. Dies resultiert in einer scharfen Schnittkontur. Die sehr kurze Einwirkdauer des Lasers hat den Vorteil, dass der Wärmeabfluss auf umliegendes Gewebe sehr gering ist. Dies reduziert den Energieeintrag durch den Laser in das Gewebe des Auges. Dadurch kann der Schneidvorgang mit der minimal notwendigen Laser-Leistung ausgeführt werden. Dies erhöht die Sicherheit und bewirkt eine schonende Behandlung des Auges.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Numerische Apertur und eine Abbildung des Linienfokus in der Objektebene derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Energiedichte in der Objektebene einen Betrag aufweist, der kleiner ist als 10⁶ W/cm², bevorzugt kleiner als 10⁵ W/cm², besonders bevorzugt kleiner als 10⁴ W/cm².
Ein relativ geringer Energieeintrag bezogen auf die zu bearbeitenden Fläche ist mit einer höheren Sicherheit für das Auge und bewirkt eine schonende Behandlung des zu behandelnde Auges.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die optische Vorrichtung zum Umformen des Lichtstrahlbündels in einen Linienfokus ein konkaves oder konvexes Axicon oder ein diffraktives optisches Element oder ein Reflexionsstufengitter oder ein Mikrospiegel-Array.
Konkave oder konvexe Axicons, diffraktive optische Elemente und Reflexionsstufengitter sind Vertreter einer Gruppe optischer Elemente, mit denen Lichtstrahlbündel von Laser auf einfache Weise in Lichtstrahlen mit runden, ovale oder elliptischen Querschnitten umgeformt werden können. Mikrospiegel-Arrays, auch bekannt als „Digital Micro-Mirror Devices” (DMD), sind aus vielen kleinen schaltbaren Spiegeln aufgebaut. Mit ihrer Hilfe lassen sich Lichtstrahlbündel von Laser in Lichtstrahlen mit nahezu beliebigen Querschnitten umformen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Laser einen Leistungsmaximum bei einer Wellenlänge von 599 nm auf.
Das Leistungsmaximum des gelben Lasers wird vorteilhaft auf das Absorptionsspektrum des zu bearbeitenden Gewebes abgestimmt. Weist das zu bearbeitende Gewebe eine maximales Absorptionsverhalten bei 599 nm auf, kann eine besonders effiziente Bearbeitung des Gewebes erreicht werden, wenn das Leistungsmaximum des Lasers für diese Wellenlänge eingerichtet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die ophthalmologische Vorrichtung eine Beobachtungseinrichtung und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges nach einem der vorherigen Aspekte auf.
Die Kombination einer Beobachtungseinrichtung mit der ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges ermöglicht die unmittelbare Beobachtung des Auges und der Vorgänge in der Fokusebene durch die Beobachtungseinrichtung. Die Beobachtungseinrichtung kann ein Operationsmikroskop sein. Dem Anwender stehen zusätzlich vorteilhaft alle Funktionen des Operationsmikroskops zur Verfügung, beispielsweise Zoom-Funktion, Einblendung eine Zielkontur, Umfeld- oder Koaxialbeleuchtung. Ein Operationsmikroskop kann eine Beobachtungseinrichtung für mehrerer Beobachter oder Operateure bereitstellen. Ein Operationsmikroskop kann ein Kamerasystem mit einer Bildverarbeitung aufweisen. Diese kann vorteilhaft zur Kontrolle des Auges als Sicherheitseinrichtung des Lasers bei der Bearbeitung des Gewebes des Auges verwendet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Beobachtungseiririchtung ein Hauptobjektiv und ein Einkoppelelement auf, um das Lichtstrahlenbündel in den Beobachtungsstrahlengang einzukoppeln.
Bei einer Einkopplung des Lichtstrahlenbündels des Lasers oder Lichtstrahlenbündel des Linienfokus in den Beobachtungsstrahlengang stimmen die optischen Achsen des abbildenden optischen Systems für das Lichtstrahlenbündel des Lasers mit der optischen Achse des Beobachtungsstrahlenganges übereinstimmt. Dies hat den Vorteil das die Beobachtungseinrichtung leicht auf die Fokusebene der Lasereinrichtung fokussierbar ist, so dass Vorgänge in der Fokusebene unmittelbar durch das Operationsmikroskop beobachtet werden können.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Einkoppelelement als Reflexions-Bandpass-Filter ausgeführt, dessen Bandpass-Übertragungswert T > 95% für eine Wellenlänge zwischen 599 nm +/– 10 nm ist.
Ist das Einkoppelelement als Reflexions-Bandpass-Filter ausgeführt, erfolgt eine hohe Reflexion des Laserlichtes in dem definierten Wellenlängenbereich während das Licht der anderen Wellenlängenbereiche den Reflexions-Bandpass-Filter fast ungehindert passieren können. Ein Vorteil ist, dass Laserlicht, dass vom Auge zurückreflektiert wird, ebenfalls mit einem Bandpaß-Übertragungswert von T > 95% seitlich abgelenkt wird. Damit ist der Beobachter vor rückreflektiertem Laserlicht zuverlässig geschützt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Einkoppelelement oberhalb des Hauptobjektives angeordnet.
Bei einer Anordnung des Einkoppelelementes oberhalb des Hauptobjektivs kann die ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes in die Beobachtungseinrichtung, bzw. das Operationsmikroskop integriert werden. Komponenten der Beobachtungseinrichtung, beispielsweise eine Steuerungseinheit, können vorteilhaft auch für ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes verwendet werden. Der Vorteil ist ein kompakterer Aufbau des Gesamtsystems. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Arbeitsabstand zwischen Hauptobjektiv und Auge erhalten bleibt und somit der gesamte Arbeitsraum unterhalb des Hauptobjektives dem Operateur zur Verfügung steht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Beobachtungseinrichtung eine Umfeldbeleuchtung oder eine Koaxial-Beleuchtung auf, aus der ein Fixierlicht ausgekoppelt ist.
Ein Fixierlicht ist ein Lichtpunkt, den der Patient während einer Operation mit seinem Auge fixiert. Damit befindet sich Lage des Patientenauges in einer definierten und stabilen Position. Die zu projizierende Laser-Kontur kann leicht auf das Auge positioniert werden. Bei einer Auskopplung des Fixierlichtes aus der Umfeldbeleuchtung oder der Koaxial-Beleuchtung der Beobachtungseinrichtung ist eine sehr kompakte Bauform möglich, da keine separate Lichtquelle einschließlich der dafür notwendigen Ansteuerelektronik vorgesehen werden muss. Ein Fixierlicht kann auf diese Weise sehr kostengünstig und platzsparend in die ophthalmologische Vorrichtung integriert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist aus dem Lichtstrahlenbündel des Lasers ein Fixierlicht ausgekoppelt.
Eine weitere Möglichkeit, ein Fixierlicht platzsparend in die ophthalmologische Vorrichtung zu integrieren, besteht darin, einen geringen Anteil des Laserlichtes auszukoppeln und als Fixierlicht zu verwenden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Verfahren zur thermischen Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges mit einer ophthalmologischen Vorrichtung nach einem der vorher genannten Aspekte in die Objektebene des Gewebebereiches ein Farbstoff eingebracht, der eine lichtabsorbierende Wirkung für den Wellenlängenbereich des Lasers aufweist.
Diese Ausgestaltungsform ermöglicht eine besonders schonende Durchführung der Gewebebehandlung. Hierfür wird das zu behandelnde Gewebe mit einem an eine extrazelluläre Matrix des Gewebes gebundenen oder freien Farbstoff angereichert, dessen Absorptionsmaximum im Emissionsspektrum des Lasers liegt. Bei Bestrahlung des angereicherten Gewebes mit dem Laserstrahl findet eine Absorptionsüberhöhung im Gewebe statt, durch die die das angereichte, bestrahlte Gewebe lokal stark erhitzt wird ohne die angrenzenden Gewebeteile über Gebühr zu beschädigen. Durch das hohe Absorptionsvermögen kann so bereits mit einer geringen Laserleistung eine thermische Bearbeitung des Gewebes erreicht werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Farbstoff Trypanblau verwendet, der ein Maximum der lichtabsorbierende Wirkung in dem Gewebebereich bei einer Wellenlänge von 599 nm aufweist.
Bei einer Verwendung von Trypanblau als Farbstoff wird der Laser typischerweise mit einer Emissionswellenlänge von 590 nm bis 610 nm betrieben. Ist das Leistungsmaximum des Lasers auf eine Wellenlänge von 599 nm abgestimmt, kann das eingefärbte Gewebe mit einer minimal notwendigen Laser-Leistung bei sehr hohem Wirkungsgrad thermisch bearbeitet werden. Durch lässt sich eine sehr kurze Bearbeitungszeit erreichen was mit einer Verringerung des Risikos der Verwackelns bei einem Verrollens des Auges während der Operation verbunden ist. Dies resultiert in einem sehr guten Schnittergebnis bei geringer Erwärmung des umliegenden Gewebes. Durch den minimalen Energieeintrag in das Auge lässt sich die Operation besonders schonend für das Auge durchführen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen erklärt, in welchen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung in einer Anordnung in einem Operationsmikroskop;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops mit einem Mikrospiegel-Array;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops mit einem Fixierlicht;
5a Lasereinrichtung in einer ersten Variante mit einem Ringprojektionssystem in einer ersten Konfiguration;
5b Lasereinrichtung aus 5a in einer zweiten Konfiguration;
6a Lasereinrichtung in einer zweiten Variante mit einem Ringprojektionssystem in einer ersten Konfiguration;
6b Lasereinrichtung aus 6a in einer zweiten Konfiguration;
7 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung mit einer Lasereinrichtung gemäß 6a, 6b in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops;
8 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung mit einer Lasereinrichtung gemäß 6a, 6b in einer Anordnung in einem Operationsmikroskop.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung 100 mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 10 in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops 1.
Das Operationsmikroskop 1 weist einen Beobachtungsstrahlengang 2 auf, der durch ein Hauptobjektiv 3 geführt ist.
Unterhalb des Operationsmikroskops 1 ist die Lasereinrichtung 10 angeordnet. Die Lasereinrichtung 10 umfasst einen Laser 11, einen Lichtleiter 12, eine optische Strahlablenkungsvorrichtung 13, eine abbildende Optik 14 und ein Einkoppelelement 15.
Das von dem Laser 11 austretende Licht wird in den Lichtleiter 12 eingekoppelt. Das aus dem Lichtleiter 12 austretende Licht 16 trifft auf die optische Strahlablenkungsvorrichtung 13, welche aus dem aus punktförmigen Laserlicht eine variierbare Linienkontur, beispielsweise eine ringförmige oder ovale Linienkontur, erzeugt.
Das Laserlicht in Form einer Linienkontur wird durch eine abbildende Optik 14 geführt und über das Einkoppelelement 15 in den Beobachtungsstrahlengang 2 eingekoppelt. Die beiden Strahlengänge der an dem Einkoppelelement 15 reflektierten Linienkontur werden schematisch durch die Strahlengänge 17, 18 dargestellt. Das Laserlicht in Form einer Linienkontur wird durch die abbildende Optik in einer Fokusebene 23 fokussiert. Die Fokusebene 23 liegt in dem Bereich der vorderen Kapselsack-Membran eines Auges 20.
Die optische Strahlablenkungsvorrichtung 13 und die abbildende Optik 14 formen das Licht des Laser-Lichtstrahlbündels derart, dass das der Linienfokus in einer Fokusebene 23 gebildet. Der Schneidevorgang in dem Gewebebereich des Auges 20 wird in dem Bereich der Fokusebene 23 ausgeführt.
Die Strahlengänge 17, 18 schneiden sich in einer Pupillenebene 22 innerhalb des Glaskörpers des Auges 20. Dadurch trifft kein Laserlicht auf eine Makula 21.
Das Operationsmikroskop 1 kann monoskopisch oder stereoskopisch ausgeführt sein und weist weitere, nicht dargestellte optische Elemente auf. Das Operationsmikroskop kann ein nicht dargestelltes Zoom-System, Okulare, eine Dateneinspiegelung und/oder ein Kamerasystem aufweisen. Das Operationsmikroskop kann für einen einzelnen Beobachter oder für zwei oder mehrere Beobachter ausgelegt sein.
Die Lichtquelle 11 ist eine Laser-Lichtquelle, die gelbes Licht im Wellenlängenbereich zwischen 525 nm und 675 nm abstrahlt, beispielweise im Wellenlängenbereich zwischen 590 und 610 nm.
Der Lichtleiter 12 kann ein Glasfaser oder einen Kunststoff-Lichtleiter umfassen. Es ist vorstellbar, den Lichtleiter 12 als Monomode-Faser oder Multimode-Faser auszuführen, wobei der Lichtleiter 12 geeignet ist, die Laserlicht-Leistung für die Bearbeitung des Augengewebes zu übertragen.
Die Strahlablenkungsvorrichtung 13 kann ein beliebiges optisches Element sein, dass eine konturformende optische Eigenschaft aufweist. Es kann beispielsweise als konvexe oder konkave Axikon-Linse, als Linsensystem oder als Mikrospiegel-Array ausgeführt sein. Durch die Strahlablenkungsvorrichtung 13 kann eine beliebige Linienkontur erzeugt werden. Die Kontur kann linienförmig, gerade, gekrümmte, geschlossene oder offene ausgeführt sein. Die Linienkontur kann durchgehende oder unterbrochene Strukturen aufweisen. Vorstellbar ist eine Ring-Kontur, eine ovale Kontur, eine Freiform-Kontur oder eine kreuzförmige Kontur. Das Konturformungselement kann auch mehrere optische Elemente umfassen.
Ist das konturformende Element der Strahlablenkungsvorrichtung 13 eine Axikon-Linse, kann die Größe der Linienkontur dadurch variiert werden, dass die Axikon-Linse entlang seiner optischen Achse verfahren wird. Ist die Strahlablenkungsvorrichtung 13 als Mikrospiegel-Array ausgeführt, kann durch selektives Schalten einzelner Mikrospiegel die Form und Größe der Linienkontur variiert werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung 200 mit der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 10 in einer Anordnung in einem Operationsmikroskop 30;
Die Lasereinrichtung 10 weist die gleichen Komponenten auf, die bereits in 1 beschrieben sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dadurch, dass die Lasereinrichtung 10 mit dem Einkoppelelement 15 oberhalb eines Hauptobjektives 32 angeordnet ist. Die in einen Beobachtungsstrahlengang 31 eingekoppelte Laserlinienkontur, schematisch dargestellt durch die beiden Strahlengänge 17, 18, wird somit durch das Hauptobjektiv 32 hindurch zu dem Auge 20 geführt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung 300 mit einem erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 40 in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops 1 mit einem Mikrospiegel-Array 43.
Das von einem Laser 41 austretende Licht 42 trifft auf das Mikrospiegel-Array 43 als konturformende Strahlablenkungsvorrichtung. Das Mikrospiegel-Array ist über eine Leitung 51 mit einer Steuerung 50 verbunden. Die Steuerung 50 ist dazu eingerichtet, die Reflexionsrichtung der einzelnen Mikrospiegel einzustellen. Ein Teil der Mikrospiegel ist derart eingestellt, dass das Laserlicht beispielsweise in Form einer ringförmigen oder ovale Linienkontur über eine abbildende Optik 44 und einem Einkoppelelement 45 zu dem Auge 20 geführt wird. Laserlicht 47, das nicht zu dem Auge 20 geführt ist, ist durch das Mikrospiegel-Array zu einer Lichtfalle 46 umgelenkt.
Das Mikrospiegel-Array 43 kann eine Matrix von 1000×1000 Mikrospiegel aufweisen. Vorteilhaft kann mit einem Mikrospiegel-Array jede beliebige Freiformkontur in hoher Auflösung als Linienfokus auf das Auge 20 projiziert werden. Es sind geschlossene und unterbrochene Konturen möglich. Es ist auch möglich, mehrere Konturen gleichzeitig auf das Auge 20 zu projizieren, beispielsweise Kreise und Linien gemeinsam.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung 400 mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 10 in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops 1 mit einem Fixierlicht.
Die Lasereinrichtung 10 weist die gleichen Komponenten auf, die in der 1 beschrieben sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dadurch, dass ein geringer Anteil des aus dem Lichtleiter 12 austretenden Laserlichtes über einen Lichtleiter 61 zu einer Linse 60 geführt ist. Die Linse 60 ist als Sammellinse ausgeführt und bildet den aus dem Lichtleiter 61 austretenden Lichtstrahl nach unendlich ab, dargestellt durch den Strahlengang 62. Dieses Licht bildet ein Fixierlicht für das Auge 20. Durch nicht dargestellte Shutterelemente oder ein entsprechend angesteuertes Mikrospiegel-Array kann das Fixierlicht und der Linienfokus unabhängig voneinander ein- bzw. ausgeschaltet werden. Das Auge 20 ist auf das Fixierlicht gerichtet und befindet sich daher in einer gegenüber der optischen Achse des Beobachtungsstrahlengangs 2 geneigten Position. Das Fixierlicht, das eine für das Auge ungefährliche Lichtleistung aufweist, wird auf der Makula 63 abgebildet.
Damit befindet sich Lage des Patientenauges während der Gewebebearbeitung in einer definierten und stabilen Position. Die zu projizierende Laser-Kontur kann leicht auf das Auge positioniert werden. Es kann kein Laserlicht des Linienfokus auf die Makula 63 auftreffen.
5a zeigt eine Lasereinrichtung 500 in einer ersten Variante mit einem Ringprojektionssystem in einer ersten Konfiguration.
Die Lasereinrichtung 500 ist ohne Umlenkung durch ein Einkoppelelement dargestellt. Die Lasereinrichtung 500 umfasst einen nicht dargestellten Laser mit einer Austrittsfläche 103, an der ein schmalbandiger Laserstrahl 102 mit kompakten Querschnitt emittiert wird. Der Querschnitt des Laserstrahls 102 nach Austritt aus dem Laser kann beispielsweise annähernd rund, rechteckig oder oval ausgebildet sein.
Die Lasereinrichtung 500 umfasst ferner eine Strahlablenkungsvorrichtung in Form eines konkav oder plan-konkav ausgestalteten Axicons 105, dessen optische Achse 104 im Laserstrahl 102 angeordnet ist. Das konkave Axicon 105 bewirkt eine Ablenkung des Laserstrahls von der optischen Achse 104 weg und eine Umformung des Querschnitts des Laserstrahls 102. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im Folgenden ein runder Querschnitt des Laserstrahls 102 bei Eintritt in das Axicon 105 angenommen, der durch das Axicon in einen ringförmiger Querschnitt umgeformt wird.
Der Laserstrahl mit ringförmige Querschnitt durchtritt im weiteren Verlauf eine Abbildungsoptik 106, die in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Kittgliedern 107, 108 mit positiver Brechkraft gebildet ist. Die Abbildungsoptik 106 kann auch ein in anderer Weise ausgestaltetes Linsensystem mit positiver Brechkraft umfassen. Die Abbildungsoptik 106 kann auch eine einzelne Sammellinse aufweisen.
Bei einer Ausführungsform, in der die Lasereinrichtung in einem Operationsmikroskop angeordnet ist und der Laserstrahl mit einem ringförmigen Querschnitt durch das Hauptobjektiv des Operationsmikroskops geführt ist, kann das das Hauptobjektiv einen Teil der Abbildungsoptik 106 bilden.
Der Laserstrahl mit ringförmige Querschnitt wird in einer Fokusebene 110 abgebildet, so dass in der Fokusebene 110 ein ringförmiger Linienfokus gebildet ist. Der Ringdurchmesser des Linienfokus ist beispielsweise zwischen 3 mm und 5 mm ausgebildet.
In den Gewebereich eines Auges 109, der im Bereich der Fokusebene 110 liegt, ist ein Farbstoff in das Gewebe eingebracht, der eine lichtabsorbierende Wirkung für den Wellenlängenbereich der Lasers aufweist. Der Farbstoff kann Trypanblau sein, der ein Maximum der lichtabsorbierende Wirkung in dem Gewebebereich bei einer Wellenlänge von 599 nm aufweist.
Der Farbstoff Trypanblau als Grundstoff weist ein Maximum der lichtabsorbierende Wirkung bei 591 nm auf. Wenn der Farbstoff jedoch in den Gewebebereich des Auges eingebracht ist, verschiebt sich das Maximum der lichtabsorbierenden Wirkung in dem Gewebebereich zu einer Wellenlänge von 599 nm.
In dem Beispiel ist der Laser ist zur Emission eines schmalbandigen Lichtstrahlbündels innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 590 nm bis 610 nm ausgebildet und weist ein Maximum der Emissionsleistung bei 599 nm auf.
Innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer, beispielsweise 200 ms oder 500 ms, wird das Laserlicht als ringförmiger Linienfokus auf die Fokusebene 110 gerichtet und bewirkt so einen kreisförmigen Schnitt im Gewebe, beispielsweise im Kapselsack. Die Lasereinrichtung ermöglicht so die Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges im Bereich der Fokusebene 110.
Durch die Einfärbung des Gewebebereichs mit dem Farbstoff Trypanblau und eine Abstimmung des Laserlichtes auf den Wellenlängenbereich des Farbstoffes in dem Gewebe kann der Schnitt mit einer relativ geringen Laserleistung pro Flächeneinheit ausgeführt werden, beispielsweise bei einer Laserleistung pro Flächeneinheit von 2 × 10⁴ W/cm².
Durch die spezielle Formgebung des Laserstrahls ist es möglich, die Gewebebearbeitung in einem einzigen Arbeitsschritt, und nicht sequentiell wie in einem scannenden Verfahren, durchzuführen.
Das Lichtstrahlen des Lasers kreuzen sich im Glaskörper des Auges 109 in einer Pupillenebene 111. Die Pupillenebene 111 liegt vor dem Bereich der Makula 112, so dass die Makula 112 nicht mit Laserlicht beleuchtet wird.
5b zeigt die Lasereinrichtung aus 5a in einer zweiten Konfiguration.
In der zweiten Konfiguration ist das konkave Axicon 105 entlang der optischen Achse 104 in Richtung zu der Abbildungsoptik 106 verschoben. Dies bewirkt eine Aufweitung des Ringdurchmessers in der Fokusebene 110. Der Ringdurchmesser des Linienfokus in der Fokusebene 110 ist beispielsweise zwischen 5 mm und 8 mm ausgebildet.
Das Lichtstrahlen des Lasers kreuzen sich im Glaskörper des Auges 109 in einer Pupillenebene 113. Die Pupillenebene 113 liegt vor dem Bereich der Makula 112, so dass die Makula 112 nicht mit Laserlicht beleuchtet wird.
6a zeigt eine Lasereinrichtung 600 in einer zweiten Variante mit einem Ringprojektionssystem in einer ersten Konfiguration.
Die Lasereinrichtung 600 ist ohne Umlenkung durch ein Einkoppelelement dargestellt. Die Lasereinrichtung 600 umfasst einen nicht dargestellten Laser mit einer Austrittsfläche 123. Die Lasereinrichtung 500 umfasst ferner eine Strahlablenkungsvorrichtung in Form eines konvex oder plan-konvex ausgestalteten Axicons 125, dessen optische Achse 124 im Laserstrahl 122 angeordnet ist. Das Axicon 125 bewirkt eine Umformung des Laserstrahls 122 in einen ringförmigen Querschnitt. Der Laserstrahl mit ringförmige Querschnitt durchtritt im weiteren Verlauf eine Abbildungsoptik 126, die in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Kittgliedern 127, 128 mit positiver Brechkraft gebildet ist.
Der Laserstrahl mit ringförmige Querschnitt wird in einer Fokusebene 130 abgebildet, so dass in einer Fokusebene 130 ein ringförmiger Linienfokus gebildet ist. Der Ringdurchmesser des Linienfokus beträgt in diesem Beispiel 4,6 mm. In den Gewebereich eines Auges 129, der im Bereich der Fokusebene 130 liegt, ist ein Farbstoff in das Gewebe eingebracht, der eine lichtabsorbierende Wirkung für den Wellenlängenbereich der Lasers aufweist. Das Laserlicht bewirkt so einen kreisförmigen Schnitt im Gewebe des Auges 129 im Bereich der Fokusebene 130.
In dieser zweiten Variante sind die Lichtstrahlen des Lasers beim Durchtritt durch die Abbildungsoptik 126 näher an der optischen Achse 124 geführt als bei der ersten Variante gemäß der 5a, 5b. Dies hat den Vorteil, dass kleiner Optikelemente für die Abbildungsoptik 126 eingesetzt werden können. Um dennoch einen geeigneten Einfallswinkel der Lichtstrahlen in der Fokusebene 130 des Auges zu erreichen, sind die Lichtstrahlen des Lasers derart geführt, dass sie sich in einer Pupillenebene 131 vor dem Auge 129 kreuzen. Ein Abstand 133 zwischen der Pupillenebene 131 und der Fokusebene 130 liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 10 mm und 50 mm.
In dieser Variante ist das Auge 129 in Bezug auf die optische Achse 124 gedreht angeordnet, so dass die Makula 132 nicht mit Laserlicht beleuchtet wird.
6b zeigt die Lasereinrichtung aus 6a in einer zweiten Konfiguration.
In der zweiten Konfiguration ist das konvexe Axicon 125 entlang der optischen Achse 124 in Richtung zu der Abbildungsoptik 126 verschoben. Dies bewirkt eine Aufweitung des Ringdurchmessers in der Fokusebene 130. Der Ringdurchmesser des Linienfokus ist beispielsweise zwischen 5 mm und 8 mm ausgebildet. Die Position der Pupillenebene 134 ist in Richtung zu der Abbildungsoptik 126 verschoben. Dadurch ergibt sich ein größerer Abstand 135 zwischen der Fokusebene 130 und der Pupillenebene 134.
Das Auge 129 ist in Bezug auf die optische Achse 124 gedreht angeordnet, so dass die Makula 132 nicht mit Laserlicht beleuchtet wird.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung 700 mit einer Lasereinrichtung 70 gemäß 6a, 6b in einer Anordnung unterhalb eines Operationsmikroskops 1.
Die ophthalmologische Vorrichtung 700 ist ausgebildet wie die ophthalmologische Vorrichtung 100 gemäß 1, jedoch mit dem Unterschied, dass eine Strahlablenkungsvorrichtung 73 derart ausgebildet ist, dass sich die Lichtstrahlen des Lasers in einer Pupillenebene 74 vor dem Auge 20 kreuzen
8 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer ophthalmologischen Vorrichtung 800 mit einer Lasereinrichtung 80 gemäß 6a, 6b in einer Anordnung in einem Operationsmikroskop 1.
Die ophthalmologische Vorrichtung 800 ist ausgebildet wie die ophthalmologische Vorrichtung 200 gemäß 2, jedoch mit dem Unterschied, dass eine Strahlablenkungsvorrichtung 83 derart ausgebildet ist, dass sich die Lichtstrahlen des Lasers in einer Pupillenebene 84 vor dem Auge 20 kreuzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0467775 B1 [0002]
US 8562596 B2 [0004]

Claims

Ophthalmologische Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges, umfassend – einen Laser (11, 41) zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels (16, 42, 102, 122); – eine optische Vorrichtung (13, 43, 105, 125) zum Umformen des Lichtstrahlbündels in einen Linienfokus, wobei ein Verhältnis von Länge zu Breite des Linienfokus mindestens 10, bevorzugt 100, besonders bevorzugt 1000 beträgt; und – ein optisches System (14, 15, 44, 106, 126) zur Führung des Lichtstrahlenbündels zu einer Objektebene (23, 110, 130), in der das zu bearbeitende Gewebe anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (11, 41) gelbes Licht in einem ersten Wellenlängenbereich zwischen 525 nm und 675 nm, bevorzugt zwischen 550 nm und 610 nm, besonders bevorzugt zwischen 580 nm und 610 nm abstrahlt.
Ophthalmologische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Numerische Apertur und eine Abbildung des Linienfokus in der Objektebene (23, 110, 130) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Energiedichte in der Objektebene (23, 110, 130) einen Betrag aufweist, der kleiner ist als 10⁶ W/cm², bevorzugt kleiner als 10⁵ W/cm², besonders bevorzugt kleiner als 10⁴ W/cm².
Ophthalmologische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die optische Vorrichtung (13, 43, 105, 125) zum Umformen des Lichtstrahlbündels in einen Linienfokus ein konkaves oder konvexes Axicon oder ein diffraktives optisches Element oder ein Reflexionsstufengitter oder ein Mikrospiegel-Array (43) umfasst.
Ophthalmologische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Laser (11, 41) einen Leistungsmaximum bei einer Wellenlänge von 599 nm aufweist.
Ophthalmologische Vorrichtung mit einer Beobachtungseinrichtung (1) und einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges nach einem der vorherigen Ansprüche.
Ophthalmologische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Beobachtungseinrichtung (1, 30) ein Hauptobjektiv (3, 32) und ein Einkoppelelement (15) aufweist, um das Lichtstrahlenbündel in den Beobachtungsstrahlengang (2, 31) einzukoppeln.
Ophthalmologische Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Einkoppelelement (15) als Reflexions-Bandpass-Filter ausgeführt ist und dessen Bandpass-Übertragungswert T > 95% ist, für eine Wellenlänge zwischen 599 nm +/– 10 nm.
Ophthalmologische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, rückbezogen auf Anspruch 5, wobei das Einkoppelelement (15) oberhalb des Hauptobjektives (32) angeordnet ist.
Ophthalmologische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, rückbezogen auf Anspruch 5, wobei die Beobachtungseinrichtung (1, 30) eine Umfeldbeleuchtung oder eine Koaxial-Beleuchtung aufweist, aus der ein Fixierlicht ausgekoppelt ist.
Ophthalmologische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei aus dem Lichtstrahlenbündel des Lasers (11, 43) ein Fixierlicht (62) ausgekoppelt ist.
Verfahren zur thermischen Bearbeitung eines Gewebes im Vordergrund eines Auges mit einer ophthalmologischen Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in die Objektebene (23, 110, 130) des Gewebebereiches ein Farbstoff eingebracht wird, der eine lichtabsorbierende Wirkung für den Wellenlängenbereich des Lasers (11, 41) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Farbstoff Trypanblau verwendet wird, der ein Maximum der lichtabsorbierende Wirkung in dem Gewebebereich bei einer Wellenlänge von 599 nm aufweist.