1 7 87 607 A1
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EP 1 787 607 A1
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EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
(43) Veröffentlichungstag:
23.05.2007 Patentblatt 2007/21 (21) Anmeldenummer: 05025133.9 (22) Anmeldetag: 17.11.2005
(51) Int Cl.:
A61F 9/01(2006.01)
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
AL BA HR MK YU
(71) Anmelder: WaveLight Laser Technologie AG 91058 Erlangen (DE)
(72) Erfinder:
• König, Karsten, Prof. Dr.
66119 Saarbrücken (DE)
• Le Harzic, Ronan, Dr.
57200 Sarreguemines (FR)
• Wüllner, Christian 91096 Möhrendorf (DE)
• Donitzky, Christof 90542 Eckental (DE) (74) Vertreter: von Hellfeld, Axel
Wuesthoff & Wuesthoff Patent- und Rechtsanwälte Schweigerstrasse 2 81541 München (DE) Bemerkungen:
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86 (2) EPÜ.
(54) Anordnung und Verfahren zur Durchführung chirurgischer Laserbehandlungen des Auges (57) Eine Anordnung zur Durchführung chirurgischer
Laserbehandlungen des Auges ist dazu eingerichtet, ge- pulste Behandlungsstrahlung mit einer Wellenlänge zwi- schen etwa 190 nm und etwa 380 nm und einer Puls-
dauer im Femtosekundenbereich zu emittieren. Derarti- ge Behandlungsstrahlung erlaubt eine schonende kor- neale oder intraokulare Laserbehandlung des Auges, beispielsweise zur Anbringung von Hornhautschnitten oder zur gezielten Ablation von Hornhautgewebe.
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Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Durchführung chirurgischer Laserbehand- lungen des Auges.
[0002] Es ist im Stand der Technik bekannt, sogenann- te Femtosekundenlaser, also gepulste Laser mit Puls- dauern im Femtosekundenbereich, für die ophthalmolo- gische Chirurgie einzusetzen, insbesondere zur Tren- nung von Gewebestrukturen am oder im Auge. Zum Bei- spiel werden mit Femtosekundenlasern sogenannte Flap-Schnitte ausgeführt, also Einschnitte in das Auge von der Seite, um einen kleinen Deckel ("Flap") zu er- zeugen, der für z.B. einen LASIK-Eingriff zur Seite ge- klappt wird. Auch in der sogenannten Keratoplastik fin- den Femtosekundenlaser Verwendung.
[0003] Bisher in der ophthalmologischen Chirurgie verwendete Femtosekundenlaser emittieren in der Regel Strahlung mit Wellenlängen im IR-Bereich oder im sicht- baren Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
[0004] US 5,984,916 befasst sich mit der kornealen und intraokularen Laserchirurgie, wobei gepulste Laser- strahlung zum Einsatz kommt, deren Pulsdauer zwi- schen 10 fs und 2 ps bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm aufwärts liegt.
[0005] US 5,656,186 beschreibt eine Methode zur Be- stimmung einer geeigneten Pulsdauer für die Bearbei- tung von Materialien unterschiedlichster Art mit gepulster Laserstrahlung. Gemäß dieser Methode wird zunächst experimentell bei einer gegebenen Wellenlänge die Ab- hängigkeit der Schwelle für den optischen Durchbruch des Materials von der Pulsdauer ermittelt. Sodann wird in einer die gefundene Abhängigkeit beschreibenden Kurve ein Punkt ermittelt, ab dem zu kürzeren Pulsdau- ern hin eine quadratische Abhängigkeit der Durchbruch- schwelle von der Pulsdauer nicht mehr gilt. Die eigentli- che Laserbearbeitung wird dann mit einer Pulsdauer jen- seits dieses Übergangspunkts durchgeführt. Hierfür wer- den Pulsdauern im Femto- und Pikosekundenbereich angegeben.
[0006] Die in US 5,656,186 beschriebene Methode soll anwendbar sein in einem äußerst breiten Wellenlängen- bereich, der nahezu das gesamte praktisch genutzte La- serspektrum abdeckt. Jedenfalls ist in dieser Schrift ein Wellenlängenbereich von 200 nm bis hin zu 2 Pm er- wähnt. Als Beispiele für die Materialvielfalt, bei der die Methode anwendbar sein soll, werden Metalle wie Gold oder Aluminium, Glaswerkstoffe, aber auch lebendes Gewebe genannt, insbesondere die Kornea. Für die La- serbehandlung der Kornea ist konkret eine Wellenlänge von 770 nm angegeben.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Durchführung chirur- gischer Laserbehandlungen des Auges bereitzustellen, mit der bzw. mit dem verbesserte Operationsergebnisse erreichbar sind. Insbesondere sollen es die Anordnung und das Verfahren ermöglichen, unerwünschte Änderun- gen in den Gewebestrukturen des Auges besser vermei-
den zu können, wie zum Beispiel Schädigungen der Lin- se oder der Retina bei Eingriffen in die Kornea.
[0008] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Einwirkung gepulster Behandlungsstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 190 nm und etwa 380 nm und einer Pulsdauer im Femtosekundenbereich un- erwünschte Beeinträchtigungen von Augenbereichen, die nicht durch die elektromagnetische Strahlung bei der Operation beeinflusst werden sollen, besser vermieden werden können.
[0009] Hingegen können bei Verwendung von Strah- lung im Infrarot-Bereich oder auch im sichtbaren Bereich derartige Schädigungen nicht (immer) ausgeschlossen werden.
[0010] Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Anord- nung Mittel zur Fokussierung der Behandlungsstrahlung auf oder in einer Kornea auf. Damit ist es möglich, nur die Kornea chirurgisch zu beeinflussen, insbesondere durch Photoablation oder/und - disruption, etwa um ober- flächlich oder intrageweblich Hornhautmaterial abzutra- gen und/oder um Schnitte in der Hornhaut anzubringen, beispielsweise zur Erzeugung eines Hornhautscheib- chens (Flap) im Rahmen einer LASIK-Behandlung. Da- bei kann vermieden werden, dass andere Strukturen des Auges, wie zum Beispiel die Linse und/oder die Retina, in erheblicher Weise getroffen werden.
[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Wellenlänge der emittierten Behand- lungsstrahlung zwischen etwa 190 nm und etwa 200 nm oder zwischen etwa 260 nm und etwa 280 nm oder zwi- schen etwa 340 nm und etwa 360 nm. Insbesondere kann die Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrahlung bei etwa 193 nm oder etwa 267 nm oder etwa 347 nm liegen. Letztere Wellenlänge ist beispielsweise durch Frequenzverdreifachung aus einer Grundwellenlänge von 1040 nm erzeugbar. Die Wellenlänge 193 nm kann beispielsweise aus einer Grundwellenlänge von 1064 nm erzeugt werden. Der Fachmann ist mit Konzepten zur Frequenzkonversion vertraut, weswegen auf Einzelhei- ten der Frequenzwandlung hier nicht näher eingegangen werden muss. Geeignete Wandler können beispielswei- se mit Komponenten wie optisch parametrischen Gene- ratoren/Oszillatoren, Summenfrequenzgeneratoren und Generatoren für die zweite, dritte, vierte oder fünfte Har- monische aufgebaut werden. Femtosekundenlaser, wel- che die vorstehenden beiden Grundwellenlängen und auch andere Wellenlängen im kurzwelligen Infrarotbe- reich emittieren, sind handelsüblich erhältlich. Die Wel- lenlänge 267 nm kann beispielsweise als dritte Harmo- nische der Emissionswellenlänge eines Ti:Sa-Lasers er- zeugt werden.
[0012] Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von Laserpulsen der genannten Wellenlängen und Pulsdau- ern im Femtosekundenbereich zur Korneabehandlung, etwa zur Erzeugung eines Flaps, nahezu die gesamte eingestrahlte Energie in der Kornea umgesetzt wird und etwaige als Resttransmission durch die Kornea tretende Strahlung von der humanen Linse und nicht der Retina
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absorbiert wird.
[0013] Infolge relativ hoher Pulsrepetitionsraten kann auch die sogenannte Ablationsschwelle gesenkt werden, ab der - statistisch betrachtet - Photoablation in signifi- kantem Maß auftritt. Zumindest bei einer Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrahlung zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm wird bei der Erfindung deshalb vorzugsweise eine Pulsrepetitionsrate der Behandlungs- strahlung von wenigstens etwa 10 kHz gewählt, vorzugs- weise zwischen etwa 100 kHz und etwa 500 kHz. Selbst- verständlich kann auch eine Pulsrepetitionsrate bis hin in den MHz-Bereich gewählt werden, sogar beispielswei- se im zweistelligen MHz-Bereich.
[0014] Zumindest bei einer Wellenlänge der emittier- ten Behandlungsstrahlung zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm beträgt bei der Erfindung die Pulsenergie der Behandlungsstrahlung vorzugsweise zwischen etwa 0,1 nJ und etwa 5 PJ, vorzugsweise höchstens etwa 10 nJ. Beispielsweise können Pulsenergien von nicht mehr als 0,8 nJ pro Puls, insbesondere nicht mehr als 0,7 nJ pro Puls und weiter insbesondere von nicht mehr als 0,5 nJ pro Puls eingesetzt werden. Die minimalen Ener- giegrenzwerte hängen dabei von der Repetitionsrate und der numerischen Apertur ab und sind jeweils so einzu- stellen, dass der gewünschte Effekt eintritt, also zum Bei- spiel die Ablationsschwelle erreicht wird.
[0015] Als Beispiel ermöglicht die Erfindung die Erzeu- gung eines Hornhautflaps höchster Qualität für die LA- SIK-Operation mit gepulster UV-Strahlung mit nur 0,5 nJ/
Puls. Eine Zeitspanne von 30 Sekunden bis 1 Minute für die Erzeugung des Flaps ist dabei erreichbar.
[0016] Der Begriff Femtosekundenbereich soll im Rah- men der Erfindung auch Pulslängen von mehreren hun- dert fs erfassen, also zum Beispiel Pulslängen mit 230 fs Halbwertslänge. Insbesondere soll dieser Begriff auch Pulslängen im einstelligen Pikosekundenbereich bis hin zu etwa 10 ps erfassen. Zum Beispiel können die Puls- längen bei FS-Lasern auf 1 ps durch Verwendung ge- eigneter optischer Mittel gestreckt werden.
[0017] Nachfolgend wird mit Blick auf die beigefügte einzige Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung be- schrieben. Die Figur zeigt schematisch ein Laserbehand- lungssystem mit einem gepulsten Femtosekundenlaser 10.
[0018] Der Laser 10 stellt durch Erzeugung der dritten Harmonischen aus einer Grundwellenlänge von 1040 nm eine Wellenlänge von 347 nm bereit. Die emittierten Strahlungspulse 12 haben Pulslängen von 250 fs (FW- HM) bei einer Repetitionsrate von 20 MHz. Die Leistung liegt bei 27 mW. Mittel zur Strahlformung und -führung sind mit dem Block 14 pauschal angedeutet und als sol- ches dem Fachmann bekannt. Diese Mittel sind insbe- sondere dazu eingerichtet, die Strahlungspulse so zu lenken, dass der gesamte Zielbereich überstrichen wird.
Auch sind die Mittel 14 mit einer Fokussierfunktion aus- gestattet, die es gestattet, die Strahlungspulse auf einen gewünschten Punkt zu fokussieren, der beispielsweise an der Oberfläche des Zielgewebes oder in dessen Tiefe
liegen kann. Die so durch die Mittel 14 in Zeit und Raum gesteuerten Strahlungspulse, nunmehr mit 16 bezeich- net, werden im dargestellten Beispielfall auf eine Kornea 18 gerichtet, etwa um ein Flap zu erzeugen.
[0019] Die Mittel 14 zur Strahlungsformung und -füh- rung können gewünschtenfalls eine Objektivanordnung enthalten. Eine solche ist jedoch im Rahmen der Erfin- dung nicht notwendig.
[0020] Gute Ablationsergebnisse können beispiels- weise bei einer Wellenlänge von 347 nm mit Repetitions- raten im Bereich von 20 MHz, einer maximalen Energie von 1 nJ pro Puls und unter Verwendung eines UV-Fo- kussierungsobjektivs (100X) erreicht werden. Dies ent- spricht etwa einer Fluence von 2 J/cm2.
[0021] Mit den vorstehend genannten Parametern ist eine im wesentlichen vollständige Strahlungsabsorption in der Kornea möglich bei gleichzeitig äußerst geringer Strahlungspenetration in andere Augenbereiche. Mit sehr geringer Pulsenergie können qualitativ hochwertige Flaps in einer akzeptablen Zeit von weniger als 1 Minute erzeugt werden.
Patentansprüche
1. Anordnung zur Durchführung chirurgischer Laser- behandlungen des Auges,
wobei die Anordnung dazu eingerichtet ist, gepulste Behandlungsstrahlung mit einer Wellenlänge zwi- schen etwa 190 nm und etwa 380 nm und einer Puls- dauer im Femtosekundenbereich zu emittieren.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Mittel zur Fokussierung der Behandlungsstrahlung auf oder in einer Kornea.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrahlung zwischen et- wa 190 nm und etwa 200 nm oder zwischen etwa 260 nm und etwa 280 nm oder zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm liegt.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrahlung bei etwa 193 nm oder etwa 267 nm oder etwa 347 nm liegt.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden An- sprüche;
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei ei- ner Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrah- lung zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm die Pulsenergie der Behandlungsstrahlung zwischen et- wa 0,1 nJ und etwa 5 PJ liegt, vorzugsweise höch- stens etwa 10 nJ beträgt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden An-
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dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei ei- ner Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrah- lung zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm die Pulsrepetitionsrate der Behandlungsstrahlung we- nigstens etwa 10 kHz beträgt, vorzugsweise zwi- schen etwa 100 kHz und etwa 500 kHz liegt.
7. Verfahren zur Durchführung einer chirurgischen La- serbehandlung eines Auges, umfassend den Schritt der Emission einer gepulsten Behandlungsstrah- lung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 190 nm und etwa 380 nm und einer Pulsdauer im Femtose- kundenbereich in Richtung auf das zu behandelnde Auge.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
ferner umfassend den Schritt der Fokussierung der Behandlungsstrahlung auf oder in einer Kornea.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
wobei die Wellenlänge der emittierten Behandlungs- strahlung zwischen etwa 190 nm und etwa 200 nm oder zwischen etwa 260 nm und etwa 280 nm oder zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrahlung bei etwa 193 nm oder etwa 267 nm oder etwa 347 nm liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei zumindest bei einer Wellenlänge der emittier- ten Behandlungsstrahlung zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm die Pulsenergie der Behandlungs- strahlung zwischen etwa 0,1 nJ und etwa 5 PJ liegt, vorzugsweise höchstens etwa 10 nJ beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei zumindest bei einer Wellenlänge der emittier- ten Behandlungsstrahlung zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm die Pulsrepetitionsrate der Be- handlungsstrahlung wenigstens etwa 10 kHz be- trägt, vorzugsweise zwischen etwa 100 kHz und et- wa 500 kHz liegt.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.
1. Anordnung zur Durchführung chirurgischer Laser- behandlungen der Augenhornhaut, wobei die Anord- nung dazu eingerichtet ist, gepulste Behandlungs- strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 340 nm und etwa 360 nm und einer Pulsdauer im Femto- sekundenbereich zu emittieren.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Mittel zur Fokussierung der Behandlungsstrahlung auf oder in einer Kornea.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der emittierten Behandlungsstrahlung bei etwa 347 nm liegt.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden An- sprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsenergie der Behandlungsstrahlung zwischen etwa 0,1 nJ und etwa 5 PJ liegt, vorzugsweise höchstens etwa 10 nJ beträgt.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden An- sprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsrepetiti- onsrate der Behandlungsstrahlung wenigstens etwa 10 kHz beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 100 kHz und etwa 500 kHz liegt.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente
• US 5984916 A [0004] • US 5656186 A [0005] [0006]
