DE3523342A1 - Vorrichtung zur laserchirurgie und insbesondere zur keratomie der cornea (i) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Laser­ chirurgie und insbesondere zur Keratomie der Cornea mit einem UV-Laser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise aus dem Artikel "Excimer-Laser surgery of the Cornea" von Stephen L. Trokel (American Journal of Ophthal­ mology, 1983, Band 96, Seite 710-715) ist es bekannt, daß sich insbesondere Argon-Fluorid-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm dazu eignen, Operationen an der Cornea auszuführen. Ziel derartiger Operationen ist es beispielsweise, durch Aufbringen eines bestimmten "Schnitt­ mustes" anomale Krümmungen der Cornea zu beheben.

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Keratomie der Cornea wie sie beispielsweise in dem vorstehend genannten Artikel beschrieben und bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 vorausgesetzt sind, wird eine Maske ver­ wendet, deren UV-Licht-durchlässige Bereiche die Form des gewünschten "Schnittmusters" hat. Diese Maske wird dicht vor dem zu operierenden Auge angeordnet und mit UV-Laserlicht bestrahlt.

Bedingt durch diesen Aufbau haben die bekannten Vorrichtun­ gen gemäß Oberbegriff des Patentanspruch 1 eine Reihe von Nachteilen:

Für jedes gewünschte Schnittmuster ist eine speziell ange­ fertigte Maske erforderlich. Da sich die einzelnen zu ope­ rierenden Augen hinsichtlich ihrer Form, ihrer Krümmung etc. unterscheiden, ist auch bei "topologisch" gleichem Schnitt­ muster praktisch für jede Operation die Anfertigung einer eigenen Maske erforderlich.

Darüberhinaus behindert die Anordnung der Maske unmittelbar vor dem zu operierden Auge die Kontrolle des Behandlungser­ folgs während der Operation.

Durch die Verwendung der dicht vor dem zu operierenden Auge angeordneten Maske ist auch die Integration der bekannten Vorrichtung zur Keratomie in normalerweise verwendete Augen­ untersuchungsgeräte, wie Spaltlampengeräte etc. nicht mög­ lich.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine Vorrich­ tung zur Laserchirurgie und insbesondere zur Keratomie der Cornea in ein Spaltlampengerät derart zu integrieren, daß der normale in der Spaltleuchte vorgesehene Spalt als Blende für den UV-Laserstrahl verwendbar ist.

Es sind zwar bereits Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen ein Chirurgielaser mit einem Spaltlampengerät kombi­ niert ist.

Bei diesen Vorschlägen wird der Laserstrahl entweder durch das Spaltlampengehäuse - allerdings ohne den Spalt der Spaltleuchte zur Strahlbegrenzung zu verwenden - oder durch den Arm geführt, der das Spaltlampenmikroskop trägt. Bei diesen bekannten Vorschlägen wird das Laserlicht zunächst koaxial zu der durch das zu operierende Auge gehenden Dreh­ achse der Spaltleuchte bzw. des Spaltlampenmikroskops umge­ lenkt, anschließend aus der Drehachse in den Trägerarm der Spaltleuchte bzw. des Spaltlampenmikroskops ausgespiegelt und dann parallel zur Drehachse umgelenkt, so daß es durch die Spaltleuchte bzw. den senkrechten Teil des Trägerarms des Spaltlampenmikroskops geht. Erst nach einer erneuten Reflexion wird dann das Licht in einer Horizontalebene in das zu operierende Auge geführt.

Damit ist es bei den bekannten Vorschlägen erforderlich, das Licht des Operationslasers mindestens viermal mittels Spie­ geln, Prismen etc., umzulenken. Für die beim Stand der Technik ausschließlich verwendeten Argonlaser, deren Licht im sichtbaren Bereich liegt, bzw. Neodym-YAG-Laser, die Licht im nahen Infrarot abgeben, spielen diese mehrfachen Reflexionen keine Rolle, da für Licht in diesem Wellenlän­ genbereich Spiegel mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung stehen.

Im UV-Wellenlängenbereich, beispielsweise also für Wellen­ längen von 193 nm, stehen jedoch keine Spiegelelemente mit hohem Reflexionsgrad zur Verfügung.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Laserchirurgie und insbesondere der Kerato­ mie der Cornea mit einem UV-Laser anzugeben, bei der der Spalt einer Spaltleuchte als Blende verwendbar ist - was bislang noch nicht in Betracht gezogen worden ist - und bei der die Zahl der Reflexionen des UV-Laserstrahls möglichst gering ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, die Bewegung der Spaltleuchte von der Bewegung des Spaltlampenmikroskops zu trennen, das in bekannter Weise um eine senkrechte Achse schwenkbar ist, die in Grundstellung der Vorrichtung bei­ spielsweise durch das zu operierende Auge gehen kann. Die Spaltleuchte selbst ist - anders als bei den bekannten Spaltlampengeräten nicht um diese senkrechte Achse schwenk­ bar, sondern lediglich in horizontaler Richtung senkrecht zur Achse des zu operierenden Auges verschiebbar. Damit ist es möglich, den Laserstrahl direkt mittels einer Umlenkein­ richtung, beispielsweise eines Prismas, die fest mit der Basis der Spaltleuchte verbunden ist, in den Strahlengang derselben einzuführen, ohne daß der Laserstrahl zunächst über die Schwenkachse geführt werden müßte. Hierdurch können von den vier bei den bekannten Vorrichtungen benötigten Prismen bzw. Spiegeln zwei eingespart werden, da lediglich noch die Umlenkeinrichtung, die den zunächst in Richtung der Verschiebung der Spaltleuchte geführten Laserstrahl in den Strahlengang der Spaltleuchte einspiegelt und die Umlenkein­ richtung erforderlich ist, die den aus der Spaltleuchte austretenden Laserstrahl auf das zu operierende Auge lenkt. Um dennoch sämtliche Freiheitsgrade bezüglich der Bewegung der Operationsvorrichtung und der Beobachtungseinheit zu erhalten, ist die Kinnstütze für den Kopf des Patienten in Richtung der Achse des zu operierenden Auges verschiebbar, so daß der Abstand zwischen der in seitlicher Richtung verschiebbaren Spaltleuchte und dem zu operierenden Auge konstant gehalten werden kann.

Hierbei wird unter Kinnstütze jede Einrichtung verstanden, die geeignet ist, den Kopf des Patienten zu fixieren. Die Kinnstütze kann also jederzeit zusätzlich beispielsweise eine zusätzliche Stirnstütze aufweisen. Ebenso bezieht sich der Begriff horizontal auf eine Vorrichtung, die zur Opera­ tion eines sitzenden Patienten ausgebildet ist. Bei Vorrich­ tungen, die für die Operation eines liegenden Patienten gedacht sind, ist der Begriff horizontal entsprechend zu definieren. Unter horizontaler Ebene wird deshalb jede Ebene verstanden, die die Verbindungsgerade der beiden Augen des Patienten sowie die Augenachsen in Normalstellung enthält.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung der Bewegung der Spaltleuchte und des Spaltlampenmikroskops und die Verschiebung der Spaltleuchte in nur einer Richtung senk­ recht zur Achse des untersuchten Auges bei gleichzeitiger Bewegung der Kinnstütze als dritter Achse ist es möglich die Zahl der Umlenkelemente auf zwei zu reduzieren und damit ihre Zahl gegenüber der Strahlführung, wie sie für Vorrich­ tungen anderer Gattung bekannt ist, zu halbieren.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 2 ist die Spaltleuchte an einem Teleskoparm befestigt. Dies erlaubt nicht nur eine vergleichsweise einfache Befestigung und Verschiebung der Spaltleuchte, sondern auch eine vollständige Kapselung des Laserstrahls vor Eintritt in die Spaltleuchte.

Die Bewegung der Kinnstütze kann im Prinzip in beliebiger Weise mit der Bewegung der Spaltleuchte und gegebenfalls der Drehung des Spiegelelements gekoppelt werden, das den Be­ leuchtungs- und den Operationslichtstrahl auf das zu operie­ rende Auge lenkt. Beispielsweise kann hierzu eine mechani­ sche Koppelung verwendet werden.

Eine besonders einfache Ausbildung erhält man jedoch gemäß Anspruch 3, wenn die Spaltleuchte in an sich bekannter Weise durch den Operateur von Hand oder motorisch verfahrbar ist, während die Kinnstütze, d.h. das Fixierelement für den Kopf des Patienten motorisch verfahren wird. Die Koordination zwischen den einzelnen Verschiebungen sowie gegebenenfalls der Drehung des Umlenkelements für den Beleuchtungs- und Operationslichtstrahl übernimmt eine elektronische Regelung, die dafür sorgt das die Länge des Lichtwegs zwischen dem zu operierenden Auge und der Spaltleuchte unabhängig von der seitlichen Auslenkung der Spaltleuchte konstant bleibt.

Da die Augenoberfläche als Bildebene keine ebene Fläche, sondern eine extrem gekrümmte Fläche ist, die typischerweise eine 45-Neigung zum Operationslichtstrahl hat, können sich Probleme hinsichtlich der Schärfentiefe des mit UV-Lichts abgebildeten Spaltbildes ergeben. Derartige Probleme führen zu einer "an den Rändern ausgefranzten" Schnittfigur. Dies läßt sich vermeiden, wenn gemäß Anspruch 4 der Spalt der Spaltleuchte zwischen zwei sammelnden optischen Elementen angeordnet ist, die eine telezentrische Anordnung bilden. Überraschenderweise ergibt sich nämlich aufgrund der Kohä­ renz des UV-Laserlichts in Verbindung mit der telezentri­ schen Anordnung eine große Schärfentiefe im Bereich mehrerer Millimeter, so daß der mit UV-Licht abgebildete Spalt über mehrere Millimeter eine gleichbleibende Konturschärfe zeigt. Das mit sichtbarem und kohärentem Licht beleuchtete Spalt­ lampenbild zeigt allerdings weiterhin die bekannte geringe Schärfentiefe einer inkohärenten Abbildung.

Deshalb kann unter Umständen ein weiterer Laser, beispiels­ weise ein Helium-Neonlaser vorgesehen werden, der im sicht­ baren Bereich arbeitet und ausschließlich als Zielstrahl dient.

Der mechanische Spalt der Spaltleuchte kann natürlich in an sich bekannter Weise mechanisch rotiert werden, um bei­ spielsweise radiale Keratomie-Schnitte auszuführen. Da dann aber der Spalt mit UV-Laserlicht flächig ausgeleuchtet werden muß, schneidet der Spalt nur einen geringen Teil des zur Verfügung stehenden Laserlichts heraus.

Die erfindugnsgemäße Ausbildung, bei der die Zahl der Prismen bzw. Spiegelelemente halbiert wird, erlaubt jedoch eine weitere vorteilhafte Variante, bei der das Spaltbild auf der Hornhaut optisch beispielsweise mittels eines Dove- Prismas, eines Oxley-Prismas oder beispielsweise eines weitergebildeten Oxley-Prismas, wie es in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung "Vorrichtung zur Laserchirurgie und insbesondere zur Keratomie der Cornea (III)" beschrieben ist, gedreht werden.

Diese im Anspruch 5 beanspruchte optische Drehung des Spalt­ bildes hat den Vorteil, daß der von vornherein längliche Strahlquerschnitt von Excimer-Lasern nicht quadratisch aufgeweitet werden muß, sondern länglich belassen werden kann und lediglich voll auf dem Spalt konzentriert werden muß. Dies kann durch eine einfache telezentrische Strahlauf­ weitung sowie gegebenenfalls auch durch eine Strahlaufwei­ tung mit Zylinderlinsen erfolgen.

Mit einer die Merkmale des Anspruchs 1, 4 und 5 aufweisenden Vorrichtung erhält man eine optimale Ausnutzung der im Strahlquerschnitt eines Excimer-Lasers vorhandenen Leistung, so daß die Operationszeiten deutlich verkürzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend exemplarisch unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben in der zeigen:

Fig. 1a einen schematischen Querschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung

Fig. 1b einen schematischen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Erfindung.

Die Fig. 1a und 1b zeigen einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Die nur schematisch dargestellte Vorrichtung weist einen Exci­ merlaser 1, eine Spaltleuchte 2, ein Spaltlampenmikroskop 3 und eine Kinnstütze 4 für den Kopf des Patienten auf. Die Spaltleuchte 2 ist an einem Teleskoparm 5 in Richtung eines mit x bezeichneten Pfeiles verschiebbar gehalten. Die Kinn­ stütze 4 ist motorisch in Richtung eines mit y bezeichneten Pfeils verschiebbar. Das Spaltlampenmikroskop 3 ist in an sich bekannter Weise um eine senkrechte Achse 6 schwenk­ bar, die in Grundstellung der Kinnstütze 4 durch das zu operierende Auge geht.

Der Strahl 7 des Excimerlasers 1 wird von einer nur schema­ tisch dargestellten Aufweitoptik 8 aufgeweitet und durch den Teleskoparm 5 geführt, an dem die Spaltleuchte 2 geführt und befestigt ist.

Ein Prisma 9 lenkt den Strahl 7 um 90 um, so daß der Laser­ strahl 7 im Strahlengang der Spaltleuchte 2 verläuft. Die Optik und der Spalt der Spaltleuchte 2 ist nur schematisch dargestellt und pauschal mit dem Bezugszeichen 10 bezeich­ net. Der Laserstrahl 7, der durch den Spalt der Spaltleuchte 2 begrenzt wird, wird anschließend von dem Prisma 11 auf das zu operierende Auge gelenkt.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Spaltleuchte 2, die an dem Teleskoparm 5 in Richtung des Pfeils x verschiebbar gehalten ist. Der Laser­ strahl 7 des in Fig. 2 nicht dargestellten Lasers 1 trifft auf einen Spiegel 9 und wird von diesem um 90, d.h. in Richtung des Pfeils z umgelenkt. Anschließend passiert der Laserstrahl 7 eine Linse 13 mit positiver Wirkung, den Spalt 14 der Spaltleuchte 2 und eine weitere Linse 15 mit positi­ ver Wirkung. Im Anschluß an die Linse 15 ist ein Drehprisma 12, beispielsweise ein Dove-Prisma oder ein Oxley-Prisma angeordnet. Das Prisma 12 ist in der Lage das Bild des Spaltes 14 auf der zu operierenden Cornea zu drehen, so daß radiale und "tangentiale" Schnitte sowie sämtliche zwischen diesen beiden Lagen liegende Schnitte ausgeführt werden können.

Das Prisma 11 hat - wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben - die Aufgabe, den Strahl der Spaltleuchte 2 auf das zu operierende Auge zu lenken. Zusätzlich ist in der Spaltleuchte 2 eine an sich bekannte Beleuchtungseinrichtung 16 vorgesehen, die den Spalt 14 mit sichtbarem Licht be­ leuchtet. Mit dem Bezugszeichen 16 ist die in bekannter Weise aufgebaute Beleuchtungseinrichtung, die eine Lampe, einen Kondensor usw. aufweist, pauschal bezeichnet. Der Spiegel 9 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine mit einer Beschichtung versehene Quarzglasplatte, die teildurch­ lässig ist, so daß in den Strahlengang der Spaltleuchte sowohl der Laserstrahl 7 als auch das Licht der Beleuch­ tungseinrichtung 16 eingeführt werden. Die Linsen 13, 15 sind UV-Achromate, die beispielsweise aus CaO 2 und SiO 2 bestehen können und die eine telezentrische Anordnung bil­ den, d.h. der "Abstand" der beiden Linsen 13 und 15 ist gleich der Summe ihrer Brennweiten. Bei dem in Fig. 2 ge­ zeigten Ausführungsbeispiel ist die Brennweite der Linse 13 etwa 200 mm, während die Brennweite der Linse 14 zwischen 50 und 100 mm, bevorzugt bei etwa 60 mm liegt. Ausdrücklich wird jedoch darauf hingewiesen, daß sich die Brennweitenwer­ te der eine telezentrische Anordnung bildenden Linsen 13 und 14 nach den jeweiligen Verhältnissen richtet; entscheidend ist lediglich, daß die beiden Linsen bzw. Linsengruppen eine telezentrische Anordnung bilden.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine Reihe von Vorteilen auf:

Durch die Verschiebung der Spaltleuchte 2 in Richtung des Pfeils x, die Verschiebung der Kinnstütze 4 in Richtung des Pfeils y, sowie den Höhentrieb des Spaltes, der eine Ver­ schiebung in Richtung des Pfeils z ermöglicht, hat man sämtliche Freiheitsgrade bei der Verstellung der einzelnen Elemente. Dennoch sind lediglich zwei Spiegel, nämlich die Spiegel 9 und 11 erforderlich, die den UV-Laserstrahl 7 auf das zu operierende Auge lenken.

Durch die Verwendung des in einer Spaltlampe vorhandenen Spaltes 14 als Maske für das UV-Laserlicht wird der bauliche Aufwand wesentlich reduziert, da der in jeder Spaltleuchte vorhandene Spalt sämtliche Verstellmöglichkeiten aufweist, die für Operationen an der Kornea benötigt werden.

Durch die Verwendung einer optischen Dreheinrichtung 12 ist es möglich, den Spalt nur in seiner Länge und seiner Breite zu verändern, ohne ihn in der Spaltebene zu drehen. Eine Drehung des Spaltbildes auf der Cornea erfolgt ausschließ­ lich mittels der optischen Dreheinrichtung (12). Damit kann die Ausleuchtung des Spaltes derart erfolgen, daß praktisch das gesamte UV-Laserlicht zu Operationszwecken verwendet werden kann.

Vor allem aber weist die Anordnung des Spaltes zwischen zwei Linsen, die eine telezentrische Anordnung bilden folgenden überraschenden Vorteil auf:

Das UV-Spaltbild, d.h. die mit UV-Laserlicht bewirkte Abbil­ dung des Spaltes auf der Hornhaut hat eine wesentlich größe­ re Schärfentiefe als das sichtbare Spaltbild. Die Schärfen­ tiefe des UV-Spaltbildes beträgt mehrere Millimeter, so daß trotz der Neigung der Cornea eine hohe Konturschärfe des Spaltbildes erhalten bleibt. Die hohe Schärfentiefe ist eine Folge der Beleuchtung des Spaltes mit kohärentem Laserlicht. Die Beleuchtung mit inkohärentem sichtbaren Licht mittels der Beleuchtungseinrichtung 16 ergibt demgegenüber das normale Spaltbild mit geringer Tiefenschärfe und demgemäß geringerer Konturschärfe auf der Cornea.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels exemplarisch beschrieben worden. Innerhalb des allge­ meinen Erfindungsgedankens, die Zahl der Spiegelelemente, die zum Führen des Laserstrahls auf das zu operierende Auge erforderlich sind, herabzusetzen und den Spalt einer Spalt­ leuchte als Maske für die Operation zu verwenden, ist eine Vielzahl von Modifikationen möglich.

Beispielsweise können sämtliche verwendete Spiegelelemente Quarzglas-Prismen sein, die gegenüber Spiegelschichten den Vorteil eines höheren Reflexionsgrades haben. Auch ist es möglich, um auch im sichtbaren Bereich eine hohe Kontur­ schärfe des Spaltbildes zu erzielen, zusätzlich einen Ziel­ strahl-Laser, beispielsweise einen Helium-Neon-Laser zu verwenden. Die Einrichtung, die eine motorische Verstellung der Kinnstütze sowie gegebenenfalls eine Drehung des Prismas 11 entsprechend der seitlichen Auslenkung der Spaltleuchte 2, d.h. der Verschiebung der Spaltleuchte 2 in Richtung des Pfeils x bewirkt, kann eine elektronische Steuerung oder eine mechanische Koppelung sein. Vorzuziehen jedoch ist eine elektronische Steuerung, da bei einer elektronischen Steue­ rung eine motorische Verstellung der Kinnstütze leicht zu realisieren ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Laserchirurgie und insbesondere zur Keratomie der Cornea, mit einem UV-Laser (1) dessen Strahl (7) auf das zu operierende Gewebe abbildbar ist, und in dessen Strahlengang eine Blende (14) angeordnet ist, die den beleuchteten Bereich des Gewebes begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine in Horizon­ talrichtung senkrecht (x) zur Augenachse verschiebbare Spaltleuchte (2) und eine in Richtung der Augenachse (y) verschiebbare Kinnstütze (4) aufweist, und daß der Strahl (7) des UV-Lasers (1) zunächst in Richtung (x) der Linearverschiebung der Spaltleuchte (2) geführt ist, und mittels einer fest mit der Basis der Spaltleuchte ver­ bundenen Spiegeleinrichtung (9) in den Strahlengang der Spaltleuchte (2) eingespiegelt ist, deren Spalt (14) auch als Blende für den Operationslichtstrahl dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltleuchte an einem Teles­ koparm (5) linear verschiebbar gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung bei Linearverschiebung der Spaltleuchte (1) die Kinnstütze (4) motorisch derart verfährt, daß der Abstand zwischen Spalt­ leuchte und dem zu operierenden Auge konstant bleibt, und die Spiegeleinrichtung (9) auf das zu operierende Auge nachdreht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (14) der Spaltleuchte (1) zwischen zwei sammelnden optischen Elementen (13, 15) angeordnet ist, die eine telezentrische Anordnung bilden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehung des Spaltbildes zwischen Spalt (14) und dem zu operierenden Gewebe ein optisches Drehelement (12) angeordnet ist, das den Strahl um die optische Achse rotiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement (12) zwischen Spalt (14) und dem zweiten sammelnden optischen Element (15) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Spiegelelemente zur Strahl­ umlenkung vergütete Prismen aus Quarzglas verwendet werden.