DD263447A1 - ARRANGEMENT FOR THE OPERATIONAL TREATMENT OF THE EYEBERRY SKIN - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut unter Verwendung einer Laserlichtquelle sowie den Lichtstrahl leitende optische Bauelemente, bei der erfindungsgemaess mindestens ein den Querschnitt des Lichtbuendels formendes und die, der Corneawoelbung annaehernd entsprechende Bildflaeche des ableitenden Systems erzeugendes optisches Bauelement vorgesehen ist. Vorteilhafterweise werden entweder ein Zylinderlinsenarray, speziell gestaltete Lichtleitfaserbuendel oder Schichtwellenleiter in Verbindung mit mindestens einer sphaerischen Linse definiert angeordnet. Fig. 1Arrangement for the operative treatment of the cornea of the eye using a laser light source and the light beam conducting optical components, wherein at least one of the cross section of the Lichtbuendels forming and the, the Corneawoelbung annaehernd corresponding image surface of the dissipative system generating optical component is provided. Advantageously, either a cylindrical lens array, specially designed Lichtleitfaserbuendel or layer waveguide defined in conjunction with at least one spherical lens. Fig. 1
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung findet Anwendung bei der Erzeugung von linienförmigen Strukturen mit Hilfe von leistungsfähigen Laserlichtquellen, ζ. B. Excimerlaser, für die Verwendung in der Mikrochirurgie speziell in der Ophtalmologie zur rofraktiven Keratotomie (Korrektur von Fehlsichtigkeit des Auges mit Hilfe von Schnitten in die Cornea). Eine Verwendung in der Photolithographie ist ebenfalls möglich.The invention finds application in the generation of linear structures by means of powerful laser light sources, ζ. As excimer laser, for use in microsurgery especially in ophthalmology for rofraktiv Keratotomie (correction of refractive error of the eye by means of cuts in the cornea). Use in photolithography is also possible.
Seit Beginn dsr 80er Jahre stehen mit den Excimerlasern leistungsstarke Impulslichtquellen im UV zur Verfügung. Inzwischen gibt es berets kommerzielle Geräte xur Behebung von Sehfehlern mit Hilfe der radialen Keratotomie, in denen Eximerlaser eingesetzt werden.Since the beginning of the 1980s, powerful pulsed light sources have been available in the UV with the excimer lasers. Meanwhile, there are commercial devices for correcting vision defects using radial keratotomy in which excimer lasers are used.
Bei dieser Methode wird die Hornhaut durch das Laserlicht an bestimmten Stellen bis zu 80% ihrer Dicke aufgeritzt, (Trokol MD, Amer. Joum. of ophthalm., 96 [1983] 710-715). Die Lage dieser Schnitte ist von der Art des Sehfehlers abhängig. Man wendet etwa 10 bis 20 unterschiedliche Schnittmuster an, die außerdem in ihrer Schnittiefe- und Anzahl variiert werden. Die Schnitte liegen prinzipiell außerhalb des Sichtbereiihes (Iris). Die Schnittlänge beträgt einige Millimeter, ihre Breite einige Zehntel Millimeter.In this method, the cornea is scratched by the laser light in certain places up to 80% of its thickness, (Trokol MD, Amer Joum of ophthalm., 96 [1983] 710-715). The location of these cuts depends on the type of visual defect. One uses about 10 to 20 different patterns, which are also varied in their depth of cut and number. The cuts are principally outside the range of vision (iris). The cutting length is a few millimeters, their width a few tenths of a millimeter.
In einer bekannten Lösung (EP 0151869) wird der Einsatz eines frei ansteuei baren Laserscanners vorgeschlagen. Dabei wird der Laserstrahl auf die Hornhaut fokussiert und dieser Fokus wird mit Hilfe des Laserscanners in einem vorbestimmten Muster über die Hornhaut geführt. Der Laserfokus wird der Hornhautwölbung entsprechend verschoben. Nachteil dieser Lösung ist, daß die Strahlnachführung sehr aufwendig ist. Die dabei nutzbare Fleckgröße des Laserstrahles auf der Hornhaut kann dabei die gewünschte Schnittbreite nicht übersteigen. Um dabei eine Zerstörung der Hornhaut zu vermeiden, darf die Energiedichte auf der Hornhaut etwa 5 J/cm2 nicht übersteigen, d. h., die je Impuls maximal nutzbare Energie boträgt etwa 1OmJ. Kommerzielle Excimerlaser haben aber Impulsen3rgien von wenigstens 10OmJ. Damit bleiben 90% der Energie des Lasers ungenutzt. Aufgrund dieser Begrenzung ist das Anbringen der Schnitte sehr zeitaufwendig und das Auge des Patienten muß über lange Zeit sehr genau fixiert werden.In a known solution (EP 0151869), the use of a free ansteuei Baren laser scanner is proposed. The laser beam is focused on the cornea and this focus is guided over the cornea with the aid of the laser scanner in a predetermined pattern. The laser focus is moved accordingly to the corneal curvature. Disadvantage of this solution is that the beam tracking is very expensive. The usable spot size of the laser beam on the cornea can not exceed the desired cutting width. In order to avoid destruction of the cornea, the energy density on the cornea must not exceed about 5 J / cm 2 , ie, the maximum usable energy per impulse provides about 10mJ. However, commercial excimer lasers have pulse energies of at least 10 ohms. This leaves 90% of the energy of the laser unused. Due to this limitation, the provision of the cuts is very time consuming and the patient's eye must be very precisely fixed practice r long time.
Bei einer weiteren bekannten Lösung (EP 0111060) wird eine Maske mit der entsprechenden Schnittform auf die Hornhaut aufgelegt und dann mit dem nur schwach fokussieren Laserstrahl beleuchtet. Die Fixierung des Auges erfolgt durch die Maske. Die Schnittfläche nimmt nur etwa 20% der Gesamtfläche der Hornhaut ein, so daß etwa 80% der Laserenergie von der Maske reflektiert werden und verloren gehen. Ein Abrastern der Schnitte mit einem Laserscanner bei gleichzeitiger Verwendung einer Maske vergrößert den Aufwand erheblich und besitzt ähnliche Nachteile wie die erstgenannte Lösung. Vor allum besteht der Nachteil darin, daß wegen der Vermeidung einer Schädigung des Auges die punktweise vorhandene hohe Energie nicht vollständig genutzt werden kann (Energieverluste).In another known solution (EP 0111060), a mask with the appropriate sectional shape is placed on the cornea and then illuminated with the laser beam focusing only weakly. The fixation of the eye takes place through the mask. The interface occupies only about 20% of the total corneal surface, so that about 80% of the laser energy is reflected off the mask and lost. Scanning the sections with a laser scanner while using a mask increases the effort considerably and has similar disadvantages as the former solution. Above all, there is the disadvantage that due to the avoidance of damage to the eye, the pointwise present high energy can not be fully utilized (energy losses).
Ziel der Erfindung ist die Reduzierung des Energieaufwandes und des gerätetechnischen Aufwandes sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen von Arzt und Patient während der Operation.The aim of the invention is the reduction of energy consumption and the technical equipment effort and an improvement of the working conditions of doctor and patient during the operation.
Darlegung des Wesens der Erfindung ;Explanation of the essence of the invention;
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut, unter Verwendung einer Laserlichquelle zu schaffen, bei der nahezu die gesamte durch den Laser erzeugte Energie zur Schnittführung genutzt wird und die Behandlungszeit, die Dauer des operativen Eingriffes an dem Auge und damit die Augenbelastung gesenkt wird.The invention has for its object to provide an arrangement for the surgical treatment of the cornea, using a Laserlichquelle, in which almost all the energy generated by the laser is used for cutting and the treatment time, the duration of surgery on the eye and thus the eye strain is lowered.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur operativen Behandlung der Augenhornhaut, umfassend einen Laser, das Laserlicht leitende optische Bauelemente wie Linsen oder Prismen, eine Lichtleitfaser und/oder ein Lichtleitfaserbündel, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein den Querschnitt des Lichtbündels formendes und die, der Corneawölbung annähernd genau entsprechende Bildfläche des abbildenden Systems erzeugendes optisches Bauelement vorgesehen ist.The object is achieved by an arrangement for the operative treatment of the cornea, comprising a laser, the laser light-conducting optical components such as lenses or prisms, an optical fiber and / or a Lichtleitfaserbündel, according to the invention solved in that at least one of the cross section of the light beam forming and the Cornea curvature is provided approximately exactly corresponding image surface of the imaging system generating optical component.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft ein Zylinderlinsenarray einem Axikon-Paar folgend als optisches Bcuelement vorzusehen oder ein mit einem bestimmten Ausgangsquerschnitt und einer konkav gewölbten Austrittsfläche versehenes Lichtleitfaserbündel und eine sphärische. Astigmatismus aufweisende Linse einzusetzen.According to the invention, it is advantageous to provide a cylindrical lens array following an axicon pair as an optical element or a light guide fiber bundle provided with a specific output cross section and a concavely curved exit surface and a spherical one. Use astigmatism-containing lens.
Ferner ist. es vorteilhaft, daß als erfindungsgemäßes optisches Bauelement ein mit einem bestimmten Ausgangsquerschnitt und einer konkav gewölbten Austrittsfläche versehener Schichtwellenleiter und eine sphärische, Astigmatismus aufweisende Linse vorgesehen oder ein Lichtleitfasarbündel, bei dem das Endstück jeder einzelnen Lichtleitfaser definiert geformt und getapert ist und eine Linse angeordnet sind.Further is. It is advantageous that a layer waveguide provided with a specific output cross-section and a concavely curved exit surface and a spherical astigmatism-containing lens provided as the optical component according to the invention or a Lichtleitfasarbündel in which the end piece of each optical fiber is defined shaped and taped and a lens are arranged.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, alle in die Cornead eines Auges einzubringenden Schnitte gleichzeitig durchzuführen, do: annähernd vollständiger Nutzung der Strahlungsenergie des Lasers. Dadurch reduziert sich der notwendige Energieaufwand urd es tritt eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen des Arztes und eine Minimierung der Belastung des Patienten während der Operation ein.By means of the arrangement according to the invention, it is possible to carry out all cuts to be made in the cornead of an eye at the same time, ie : almost complete utilization of the radiation energy of the laser. This reduces the necessary energy expenditure and improves the working conditions of the physician and minimizes the burden on the patient during the operation.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer DarstellungThe invention will be explained in more detail below with reference to embodiments. In the drawing show in a schematic representation
Fig. 1 und 1a eine Anordnung unter Verwendung eines Zylinderlinsenarrays, Fig. 2 bis 2 b eine Anordnung unter Verwendung eines definiert geformten Lichtleitfaserbündels und Fig. 3 bis 3d eine Anordnung unter Verwendung eines definiert geformten Schichtwellenleiters.1 and 1a show an arrangement using a cylindrical lens array, Figs. 2 to 2 b show an arrangement using a defined shaped optical fiber bundle, and Figs. 3 to 3d show an arrangement using a defined shaped film waveguide.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur operativen Behandlung des Auges gezeigt. Nacheinanderfolgend sind entlang einer optischen Achse ein Laser 1, eine Linse 2, ein Eingangstaper 3, eine Lichtleitfaser 4, ein Axikon-Paar 5, ein Zylinderlinsenarray 6 und eine Maske 16 angeordnet.In Fig. 1, an inventive arrangement for the surgical treatment of the eye is shown. Successively, a laser 1, a lens 2, an input taper 3, an optical fiber 4, an axicon pair 5, a cylindrical lens array 6 and a mask 16 are arranged along an optical axis.
Das vom Laser 1 ausgestrahlte Licht wird mit einer Linse 2 fokussiert und mit Hilfe eines Eingangstaper 3 in die Lichtleitfaser 4 eingekoppelt. Der Faserkegel wird benötigt, um die Energiebelastung auf der Einkoppelfläche zu verringern, da bei den üblichon Faserkerndurchmessern (200pm... 600pm) die Impulsenergie des Excimerlasers bereits zur Zerstörung der Faserstirnfläche führen kann. Die Übertragung des Lichtes über eine einzelne Lichtleitfaser erlaubt eine maximale Flexibilität und eine vollständige Durchmischung und Honogenisierung des Laserlichtes. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber Anordnungen mit mehreren Übertragungsfasern.The emitted light from the laser 1 is focused with a lens 2 and coupled by means of an input taper 3 in the optical fiber 4. The fiber cone is needed to reduce the energy load on the coupling surface, since with the usual fiber core diameters (200pm ... 600pm) the pulse energy of the excimer laser can already lead to the destruction of the fiber end face. The transmission of the light over a single optical fiber allows maximum flexibility and complete mixing and honing of the laser light. This is a significant advantage over arrangements with multiple transmission fibers.
Mit Hilfe des Axikon-Paares wird aus dem kreisrunden divergenten Lichtbündel ein paralleles Lichtbündel mit kreisringförmigem Querschnitt erzeugt. Damit wird die gesamte Lichtenergie in dem Bereich zwischen den Radien r, und r2 konzentriert, in dem die Schnitte in die Hornhaut eingebracht werden. Die innere Begrenzung wird durch den Radius der Augenpupille bestimmt, die äußere Begrenzung durch den Augendurchmesser (r2 5...6mm). Jede einzelne Zylinderlinse des Zylinderlinsenan ays 6 erzeugt aus einem bestimmten Sektor des Lichtbünde's eine radial verlaufenden Linie in der Bildfläche. Die einzelnen Zylinderlinsen sind erfindungsgemäß so geneigt, daß die Bildebene im Bereich der jeweiligen Schnittlinie annähernd mit der Obb. fläche der Cornea zusammenfällt, um eine möglichst gleichmäßige Breite der Schnitte über die gesamte Schnittlänge zu erreichen. Zum Schutz aller Bereiche der Cornea, die nicht bestrahlt werden sollen, kann darüber hinaus eine Maske 16 vor dem Auge fixiert werden.With the help of the axicon pair, a parallel light bundle with an annular cross-section is generated from the circular divergent light bundle. Thus, the total light energy is concentrated in the area between the radii r, and r 2 , in which the cuts are introduced into the cornea. The inner limit is determined by the radius of the eye pupil, the outer limit by the eye diameter (r 2 5 ... 6mm). Each individual cylindrical lens of the Zylinderlinsenan ays 6 generated from a certain sector of the Lichtbünde's a radial line in the image area. The individual cylindrical lenses are according to the invention inclined so that the image plane in the region of the respective section line approximately coincides with the Obb. Area of the cornea to achieve the most uniform width of the cuts over the entire length of cut. In addition, to protect all areas of the cornea that are not to be irradiated, a mask 16 can be fixed in front of the eye.
Fig. 1 a zeigt die Ausbildung des Zylinderlinsenarrays 6.1 a shows the construction of the cylindrical lens array 6.
In Fig. 2 bis 2 b ist eine weitere mögliche Ausführungsform aufgezeigt, bei der die Querschnittsformung mit Hilfe eines Lichtleitfaserbündels 8 bestehend aus einigen Hundert Lichtleitfasern, durchgeführt wird. Dabei wird aus dem rechteckigen Eingangssquerschnitt, Fig. 2 ö, der der Form des Laserbündels entspricht, ein Querschnitt erzeugt, der dem gewünschten Schnittmuster der Hornhautschnitte entspricht, Fig. 2 b. Zur Einkopplung wird das Laserlicht mit einer Linse 2 auf die Stirnfläche des Lichtleitfaserbündels 8 fokussiert, wobei der Fleckdurchmesser und die numerische Apertur an die Fasern angepaßt werden.In Fig. 2 to 2 b, another possible embodiment is shown, in which the cross-sectional shaping by means of an optical fiber bundle 8 consisting of several hundred optical fibers, is performed. In this case, from the rectangular input cross section, Fig. 2 ö, which corresponds to the shape of the laser beam, a cross section is generated which corresponds to the desired cutting pattern of the corneal sections, Fig. 2 b. For coupling the laser light is focused with a lens 2 on the end face of the optical fiber bundle 8, wherein the spot diameter and the numerical aperture are adapted to the fibers.
Das Muster des Ausgangsquerschnitts, Fig. 2 b, besteht aus linienförmigen Aufreihungen von Kreisscheibchen entsprechend dem Faserkerndurchmesser. Diese Muster werden mit der Linse 12 so abgebildet, daß die gewünschten Schnittlinien auf der Cornea T des Auges 7 entstehen. Dabei wird der Astigmatismus der Linse ausgenutzt und die Tatsache, Jaß bei der Abbildung nur außeraxiale Bildpunkte auftreten. So wird in der sagittalen Bildschale aus jedem Kreisscheibchen djr Faserbündelaustrittsfläche ein in radialer Richtung langgestreckter Fleck erzeugt, so daß sich in der Bildfläche (Oberfläche der Cornea) die einzelnen langgestreckten Flecken zu Linien mit einer bestimmten Breite überlagern.The pattern of the starting cross-section, Fig. 2 b, consists of linear arrays of circular discs corresponding to the fiber core diameter. These patterns are imaged with the lens 12 so that the desired cutting lines on the cornea T of the eye 7 arise. In this case, the astigmatism of the lens is exploited and the fact that jass in imaging only offaxial pixels occur. Thus, in the sagittal image shell, a radially elongated spot is produced from each circular disk of the fiber bundle exit surface, so that in the image surface (surface of the cornea) the individual elongated spots overlap to lines with a certain width.
Die Austrittsfläche 11 des Lichtleitfaserbündels 8 weist eine konkave Wölbung auf, so daß die Bildfläche nach der Abbildung mit der Linse 12 mit der gewölbten Oberfläche der Cornea zusammenfällt. Diese konkave Wölbung kann durch entsprechende Anordnung der Einzelfasern oder ggf. durch schleifen und polieren erzeugt werden.The exit surface 11 of the optical fiber bundle 8 has a concave curvature, so that the image surface coincides with the imaging of the lens 12 with the curved surface of the cornea. This concave curvature can be generated by appropriate arrangement of the individual fibers or possibly by grinding and polishing.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig.3 bis 3d dargestellt. Es ist eine Anordnung dargestellt, in dor mit einem Lichtleitfaserbündel 13, bestehend aus einer geringen Zahl von Lichtleitfasern, eine Querschnittsformung vorgenommen wira.A further advantageous embodiment is shown in Figure 3 to 3d. It is shown an arrangement in which an optical fiber bundle 13 made of a small number of optical fibers is cross-sectioned.
Als astigmatische Elemente wirken die Schichtwellenleiter 14, die der Anzahl der erforderlichen Hornhautschnitte entsprechen. mThe layer waveguides 14, which correspond to the number of required corneal sections, act as astigmatic elements. m
Der Schichtwellenleiter 14 wirkt gleichzeitig als Lichtmischor, wenn an seiner eingangsseitigen S irnfläche mit mehrerenThe layer waveguide 14 acts as a light mixer at the same time, if at its input side S irnfläche with several
unterschiedliche Intensität übertragenden Lichtleitfasern eingestrahlt wird. Dadurch kann eine gleiche Intensität für alle Schnitte : is irradiated with different intensity transmitting optical fibers. This allows an equal intensity for all cuts :
pewährleistet werden.be ensured.
Das vom Laser 1 ausgestrahlte Lichtbündel wird mit der Linse 2 auf die vordere Stirnfläche des Lichtleitfaserbündels 13 mit dem The emitted light beam from the laser 1 is with the lens 2 on the front end face of the optical fiber bundle 13 with the
Querschnitt C-C, Fig.3a, abgebildet. Ausgangsseitig besitzt das Lichtleitfaserbündel 13 den Querschnitt D-D, Fig.3b. Jede Gruppe von Lichtleitfasern des Ausgangsquerschnitts des Lichtleitfaserbündels 13 ist an die eingangsseitige Stirnfläche des entsprechenden Schichtwellenleiters 14 stumpf angesetzt. Die ausgangsseitige Stirnfläche 17 des Schichtwellenleiters 14 ist konkav gewölbt, so daß sie mit der Linse, 12 auf die Cornea T abgebildet wird. Bei der Abbildung kann zusätzlich noch der Astigmatismus der Linse 12 ausgenutzt werden, wenn die Cornea T in die sagittate Bildschale gebracht wird, analog zur Ausführungsform nach Fig.2. Der Schichtwellenleiter 14 könnte ggf. auch durch ein Lichtleitfaserbündel, bei dam das Endstück jeder einzelnen Lichtleitfaser definiert geformt und getopert ist, ersetzt werden. Der Vorteil gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besteht in der geringen Zahl von Lichtleitfasern im Lichtleitfaserbündel. Das ist aus zwei Gründen von Bedeutung. Einerseits müssen die Fasern im Bündel geordnet werden, um gleiche Intensitäten in jedem Bereich von jedem Hornhautschnitt zu gewährleisten, andererseits werden relativ teuere Fasern mit hoher Transmission im UV-Bereich eingespart.Cross section CC, Fig.3a, shown. On the output side, the optical fiber bundle 13 has the cross section DD, Fig.3b. Each group of optical fibers of the output cross-section of the optical fiber bundle 13 is attached to the input-side end face of the corresponding layer waveguide 14 blunt. The output-side end face 17 of the layer waveguide 14 is concavely curved, so that it is imaged with the lens 12 on the cornea T. In the image, the astigmatism of the lens 12 can additionally be utilized if the cornea T is brought into the sagittate image shell, analogously to the embodiment according to FIG. If necessary, the layered waveguide 14 could also be replaced by an optical fiber bundle, in which the tail of each individual optical fiber is shaped and tinted in a defined manner. The advantage over the embodiment according to FIG. 2 is the small number of optical fibers in the optical fiber bundle. This is important for two reasons. On the one hand, the fibers must be arranged in the bundle to ensure equal intensities in each area of each corneal section, on the other hand relatively expensive fibers with high transmission in the UV range are saved.
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