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von Rebecca Charboneau
Laseroptik – ein wichtiger Baustein in der Zukunft der Augenheilkunde
Ein Brechungsfehler (Refraktionsfehler) ist ein sehr häufiges Augenleiden, bei der das Auge ein Bild nicht richtig auf die Netzhaut oder den Brennpunkt im hinteren Teil des Auges fokussieren kann (Abbildung 1). Häufige Arten von Brechungsfehlern sind Myopie (Kurzsichtigkeit), Hyperopie (Weitsichtigkeit) und Astigmatismus (Stabsichtigkeit). Mehr als 88,4 Millionen Menschen haben einen Brechungsfehler, der zu unscharfem Sehen führt.1 Glücklicherweise hat die moderne Technik die Erfindung der Augenlaserchirurgie zur Korrektur von Brechungsfehlern möglich gemacht. Dank der optisch transparenten Strukturen des Auges kann ein Laserstrahl von ultravioletten (UV) bis zu nahen infraroten (NIR) Wellenlängen zur nichtinvasiven Veränderung von Augengewebe eingebracht werden.2
Die häufigste Form der Augenlaserbehandlung zur Korrektur der Sehkraft ist die lasergestützte In-situ-Keratomileusis, allgemein als LASIK bezeichnet. Bei der LASIK wird die Hornhaut des Auges mit einem Excimerlaser neu geformt, um die gängigsten Brechungsfehler zu korrigieren. Excimerlaser sind gepulste Gaslaser, die UV-Licht durch die stimulierte Emission von Gasmolekülen, wie F2 oder ArF, im Laserresonator emittieren. Der Excimerlaser ist in der Lage, mikrometerdicke Schichten der Hornhaut abzutragen, um die Hornhaut neu zu formen und Brechungsfehler zu korrigieren.
Abbildung 2 zeigt den optischen Pfad eines LASIK-Chirurgiegeräts, das einen Excimerlaser und einen Femtosekundenlaser zur Korrektur von Brechungsfehlern verwendet. Für den Ultrakurzpulslaser ist eine fasergekoppelte Quelle mit Pulsdauern zwischen 100-800 fs und einer Wellenlänge von 1064 nm typisch für LASIK-Geräte. Der Ultrakurzpulsstrahl durchläuft zunächst ein Transmissionsgitter, um den gestreckten Puls zu komprimieren, damit die Spitzenleistung erhalten bleibt. Dann wird der Strahl in einen Strahlaufweiter reflektiert, bevor er durch ein F-Theta-Objektiv zur Fokussierung auf das Auge des Patienten geleitet wird, um die Hornhautlamelle (Flap) zu präparieren. Sobald der Flap erstellt ist, wird der Excimerlaser auf das Auge des Patienten gerichtet, indem er zunächst von einem Spiegel durch einen Homogenisator reflektiert wird, bei dem es sich um einen Flat-Top-Laserstrahlformer handeln kann. Der Homogenisator modifiziert den Strahl, um eine gleichbleibende optische Intensität zu erhalten, bevor er eine Strahlformungseinheit durchläuft. Mit einem dichroitischen Filter wird der UV-Excimer-Strahl durch eine Fokussierlinse reflektiert, um die Hornhaut abzutragen.
Die häufigste Augenerkrankung und Hauptursache für Erblindung in der Welt ist der graue Star (Katarakt).3 Die Beeinträchtigung des Sehvermögens durch den grauen Star wird durch Proteinablagerungen oder verfärbte Pigmente in der Augenlinse verursacht, die die Lichtdurchlässigkeit zur Netzhaut verringern (Abbildung 3). Der graue Star wird effektiv durch chirurgische Laserverfahren behandelt, bei denen die getrübten Linsen durch eine künstliche Intraokularlinse (IOL) ersetzt werden. Um die Linse zu ersetzen, muss die vorhandene Linse zertrümmert und entfernt werden, um Platz für das IOL-Implantat zu schaffen. Die Linsenfragmentierung kann mit einem Ultrakurzpulslaser durchgeführt werden, der die Ausgangsleistung und den Strahlengang präzise steuert, um die getrübte Linse sicher zu brechen.
Bei den in der Kataraktchirurgie häufig verwendeten Femtosekundenlasern handelt es sich um Festkörperlaser wie Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd:YAG), Erbium-dotierte YAG-Laser (Er:YAG) oder Titan-Saphir-Laser (Ti:Saphir). Um die Leistung von Ultrakurzpulsen genau steuern zu können, muss der Laser mit einer präzisen, schnell ablenkenden, fokussierenden Optik gekoppelt werden, die von auf optischer Kohärenztomographie (OCT) basierenden bildgebenden Systemen gesteuert wird. Abbildung 4 zeigt den optischen Pfad eines Geräts für die Kataraktchirurgie, bei dem ein Ti:Saphir-Femtosekundenlaser zum Einsatz kommt. Der Ultrakurzpulslaser hat eine typische Pulslänge von 100 fs bis 1000 fs und mögliche Wellenlängen von ~800 nm, 1030 nm oder 1064 nm, je nach Quelle. Der Strahl durchläuft ein Abtastobjektivsystem, das mittels asphärischer Elemente die sphärische Aberration reduziert und die Strahlqualität erhält. Nach dem Passieren galvanometrischer Spiegel zur Ablenkung durchläuft der Laser einen Strahlteiler, wo ein Teil des Lichts zur Strahlpositionierung auf das OCT-System geleitet wird. Der Strahl wird mit Hilfe von Asphären für die Linsenfragmentierung konzentriert. Im Vergleich zu einem LASIK-Gerät ist der Durchmesser des Laserfokuspunkts bei der Kataraktchirurgie größer, um eine angemessene Photodisruption (Gewebszerreißung mittels Licht) zu gewährleisten.4
Eine weitere Augenerkrankung, die mit einem ähnlichen System behandelt werden kann, ist das Glaukom (grüner Star). Das Glaukom ist eine degenerative Erkrankung, die den Sehnerv durch den Verlust von Ganglienzellen der Netzhaut schädigt.5 Wenn die Ganglienzellen geschädigt werden, kommt es zu einem allmählichen Sehverlust, da die Verbindung zum Sehnerv unterbrochen wird.5 Die bevorzugte Behandlung des Glaukoms ist die selektive Lasertrabekuloplastik (SLT). Bei der SLT wird ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm verwendet, der mit Nanosekunden-Impulsen die Abflusskanäle im Trabekelwerk erweitert, um so den Augendruck zu senken. Eine erwähnenswerte Abwandlung des optischen Pfades eines SLT-Systems ist die Verwendung nichtlinearer Kristalle zur Erzeugung von 532 nm aus einer 1064-nm-Laserquelle. Diese Methode ist gegenüber der Verwendung einer 532-nm-Quelle vorzuziehen, da sie die Energie jedes Laserpulses stabilisiert und so eine nur minimale Schädigung des angrenzenden Netzhautgewebes gewährleistet.6
Die Augenlaserchirurgie wird auch zur Behandlung der diabetischen Retinopathie eingesetzt. Diese Erkrankung wird durch hohe Blutzuckerwerte ausgelöst, die die Blutgefäße in der Netzhaut schädigen.7 Die Netzhautschäden werden durch geschwollene oder undichte Blutgefäße verursacht und können zum Verlust des Sehvermögens führen (Abbildung 5). Die Therapie der ersten Wahl zur Behandlung der diabetischen Retinopathie ist die Laserphotokoagulation, um die Bildung unerwünschter Blutgefäße zu verhindern und undichte Gefäße zu verkleinern. Bei der Laserphotokoagulation werden Gas-, Dioden-, Farbstoff- und YAG-Laser mit sichtbarer (VIS) oder NIR-Wellenlänge eingesetzt. Im Gegensatz zu LASIK- und Kataraktchirurgie-Lasern werden Ultrakurzpulslaser in der Regel nicht zur Photokoagulation eingesetzt. Gepulste oder modulierte CW-Laser im Nanosekundenbereich mit einem Tastverhältnis von 10-100 ms sind oft die beste Wahl, da sie die Blutgefäße zum Gerinnen bringen, ohne das umliegende Gewebe dauerhaft zu schädigen.8 In einem Laser-Photokoagulationssystem werden üblicherweise Kollimations- und Zylinderlinsen verwendet, um den Strahl auf die Netzhaut zu fokussieren und zu formen. Die Laserphotokoagulation kann auch mit einer Vitrektomie kombiniert werden, einer Behandlung, bei der die durch undichte Blutgefäße getrübte Glaskörperflüssigkeit entfernt wird.7
Aufgrund des sich ändernden Lebensstils, der Alterung und des Bevölkerungswachstums steigt die Nachfrage nach fortschrittlichen Technologien im Bereich der Augenheilkunde. Es besteht ein Bedarf an schnelleren und wirksameren Laserbehandlungen, die Augenärzte in die Lage versetzen, mehr Patienten zu behandeln. Die direkte selektive Lasertrabekuloplastik (DSLT) ist eine neue Laserbehandlung des Glaukoms, bei der der Laserstrahl ohne Gonioskopie (Untersuchung des Kammerwinkels des Auges) direkt eingesetzt wird.9 Die DSLT hat sich als effizientere Behandlung erwiesen, da sie eine automatische Bilderfassung und Eye-Tracking-Algorithmen verwendet, um den Strahl auf das Trabekelwerk (bälkchenartige Gewebestrukturen) zu richten.9 Ein weiterer neuerer Fortschritt ist die Linsenextraktion mit kleinem Einschnitt (SMILE), die eine Alternative zur LASIK darstellt. SMILE erfordert nur einen kleinen Einschnitt in die Hornhaut, im Gegensatz zum Flap, der bei der LASIK erforderlich ist. Dadurch werden die Erholungszeit des Patienten und der Komfort während des Eingriffs erheblich verbessert, was die Methode zu einer attraktiven Option für die Korrektur von Brechungsfehlern macht.10
Edmund Optics® ist bestrebt, seine Produktpalette zu erweitern, um Fortschritte in der Methodik der Augenchirurgie zu unterstützen. Edmund Optics® verfügt über eine hauseigene Fertigung von Laseroptik-Komponenten, über vollständig kundenspezifische Konstruktionsmöglichkeiten und über modernste Messtechnik zur Einhaltung von Kundenspezifikationen. Unser umfassendes Wissen im Bereich der Laseroptik macht Edmund Optics® zu einem zuverlässigen Partner bei der Entwicklung von Methoden für die Augenheilkunde, die Behandlungen effektiver und für eine größere Zielgruppe verfügbar machen.
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