WO2010060443A1 - System for ophthalmology or dermatology - Google Patents

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WO2010060443A1 PCT/EP2008/010032 EP2008010032W WO2010060443A1 WO 2010060443 A1 WO2010060443 A1 WO 2010060443A1 EP 2008010032 W EP2008010032 W EP 2008010032W WO 2010060443 A1 WO2010060443 A1 WO 2010060443A1
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unit
laser radiation
fiber
hand unit
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PCT/EP2008/010032
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Klaus Vogler
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Wavelight Ag
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Definitions

  • the invention relates to a system for ophthalmology or dermatology and a hand unit for emitting pulsed laser radiation.
  • the refractive properties of the eye are altered by surgery on the eye of a patient to correct vision defects.
  • LASIK method LASER in situ keratomileusis
  • a flat corneal incision is made in a first microsurgical operation with a mechanical instrument, usually a microkeratome.
  • a mechanical instrument usually a microkeratome.
  • the result is a disc called a "flap" that can be unfolded to expose underneath corneal tissue (stroma).
  • stroma corneal tissue
  • a laser ablates a specific ablation pattern from the stroma.
  • the flap is folded back and heals relatively quickly with the remaining stroma.
  • the conventional mechanical microkeratome uses a sharp, fast oscillating blade.
  • the microkeratome has been replaced by a laser, in particular a femtosecond laser, which places the above-described flat incision in the cornea.
  • the laser is focused at a level below the surface of the cornea and guided on a path that, like the microkeratome, produces the flap.
  • the extremely short laser pulses used in the femtosecond range have such high powers that, with suitable focusing, it is possible to cut by utilizing the so-called photodisruptive effect, without there being any internal heat effects or the like.
  • the result is usually a higher accuracy, a better reproducibility of the LASIK sections.
  • the patient is first positioned under the femtosecond laser. It is, as in the conventional production of a Flaps by microkeratome, a fixation ring placed on the eye, which is usually fixed by suction. Thereafter, a contact glass is introduced into the suction ring, which touches the surface of the cornea and flattening this for the most accurate generation of the corneal cut by exerting a certain pressure. Thereafter, a conventionally cone-shaped contact device is connected to the actual femtosecond laser device. This is usually done so that the part of the laser device which outputs the laser radiation, motor-assisted, enters the cone-shaped contact ⁇ device.
  • the invention provides a system with a laser unit for generating pulsed laser radiation, wherein the pulse length of the laser pulses in the femtosecond range, a hand unit for emitting laser radiation generated by the laser unit, and - a flexible optical waveguide for forwarding the laser radiation generated by the laser unit the hand unit.
  • the laser radiation generated by the laser unit is not guided to the site to be treated by means of a rigid free-beam optical connection, but guided to a hand unit by means of a flexible optical waveguide and emitted there.
  • the hand unit can only be connected to the laser unit via the flexible optical waveguide, for example with the suction ring or with its coupling device.
  • the hand unit can be made in a small size and with a low weight, which on the one hand the psychological burden of a much smaller unit on the
  • the term "hand unit” should be understood to mean a unit which, in terms of its dimensions and weight, is designed such that it can be guided by hand by an operator, for example, and placed on an eye.
  • the laser unit comprises a fiber laser.
  • a fiber laser provides a high beam quality (typically a beam parameter product ⁇ 1.3) in a very compact design.
  • the laser unit and the hand unit are interconnected solely by one or more flexible cables, at least one of which comprises the flexible optical waveguide.
  • one or more flexible cables in addition to the flexible waveguide, for example, a power supply, a vacuum supply and one or more data lines may be included.
  • a further embodiment of the system according to the invention provides that the hand unit can be positioned independently of the laser unit within the scope of the mobility of the cable. If the size of the hand-held unit is comparable to that of a conventional microkeratome or only slightly larger, the production of the flap can be achieved with a comparable load for the patient while at the same time increasing the precision of the cut. The above-described burdens associated with a conventional femtosecond flattening laser are thus reduced.
  • a further embodiment according to the invention provides that the hand unit has a coupling device which enables a mechanical connection to a human eye.
  • the hand unit is placed either in combination with the suction ring directly on the eye or coupled with a previously attached to the eye suction ring.
  • the laser unit comprises a pulse stretching device for the temporal extension of the laser pulses to pulse lengths greater than 1 picosecond.
  • the pulse stretching allows a reduction of the intensity of the laser pulses.
  • a lower load for the flexible waveguide is associated with the reduction of the pulse power.
  • the flexible optical fiber is a photonic transmission fiber with a large mode field.
  • These optical waveguides which are also called large-mode-area fibers (LMA fibers)
  • LMA fibers have core diameters of 20 ⁇ m to more than 40 ⁇ m. Due to the distribution of the light output over a larger area and the simultaneous forwarding in a low mode order or in the fundamental mode, LMA fibers allow a transmission of Laser radiation emitted by the laser unit without degrading the beam parameters of the laser unit or destroying the LMA fiber due to excessive intensities.
  • the flexible optical waveguide effects a pulse compression of the pulsed laser radiation generated by the laser unit.
  • This allows the hand unit to be made significantly more compact.
  • the compression of the laser pulses otherwise to be performed in the hand unit can thus be transmitted to the flexible waveguide and corresponding components in the hand unit omitted.
  • the flexible optical waveguide is a photonic hollow-core fiber.
  • These microstructured optical fibers also referred to as photonic crystal fibers (“PCF fibers"), typically contain fine, air or gas filled capillary structures in the core or cladding region. These structures are so small that the guided light "sees" different effective material properties of the glass.
  • PCF fibers photonic crystal fibers
  • the optical parameters of the fibers and the properties of the light guide can be controlled Pulskompression the pulsed laser radiation generated by the laser unit can be achieved.
  • the hand unit comprises compression means for temporally compressing the pulses of the laser radiation.
  • compression means may for example comprise an optical grating, preferably a transmission grating.
  • the hand unit may comprise an electro-optical scanner for beam deflection.
  • electro-optical crystals for the spatial control of a light beam are usually based on the Pockels or Kerr effect, in which the optical properties, such as the refractive index, are changed by applying an electric field to the medium.
  • acousto-optic modulators can cause fast and controllable beam deflections by an induced Bragg grating.
  • it may, for example, be an electro-optic hologram formed by recording a volume phase hologram in a liquid crystal monomer medium. produced by external electrical voltages efficient and controllable beam deflections.
  • a hand unit is also provided for the delivery of pulsed laser radiation generated by a laser unit, with
  • a compression device for temporal pulse compression of the laser radiation entering via the fiber input, as well as alternatively or additionally to the compression device
  • the idea according to the invention - to create a unit for ophthalmology or dermatology which is independently movable from the laser radiation source and which, when used, less stress for the patient - precipitates in one hand unit.
  • One of the principles of the present invention is to provide a compact, substantially fiber-based femtosecond laser source as an easy-to-use laser device for ophthalmic applications.
  • a femtosecond fiber laser is used as the laser source. It has already been shown that pulse energies of approximately 400 nanojoules at 200 kHz are sufficient for a very smooth, easy-to-open flap cut in less than 15 seconds.
  • the omission of large-volume power supplies and complex active cooling units by using a fiber laser allows the creation of a femtosecond LASIK microkeratome of comparable dimensions to a conventional mechanical, blade-based microkeratome.
  • the low pulse energies of less than 1 microjoule are readily propagated to pulse lengths of> 1 picosecond transmitted through long mode fiber transmission fibers without degrading the good beam parameters of the femto second fiber source or through the large mode diameter fiber to destroy high intensities.
  • the subsequent pulse compression to ⁇ 500 femtoseconds can then with miniaturized optical elements in one Handpiece to be made.
  • Possible miniature components are a transmission grating for femtosecond pulse compression and an electro-optical scanner which requires no moving parts. This beam deflection principle, which is based on the use of an electro-optical crystal, allows completely sufficient deflection angles of up to 5 ° in extremely short times of about 1 microsecond.
  • a so-called hollow core photonic fiber can be used which, with suitable dimensioning, can effect not only the transmission but also the compression of the picosecond or femtosecond laser pulse.
  • the grid compression can be omitted in the handpiece, and this can be realized even more compact.
  • a femtosecond microkeratome is provided which, in a similar space-saving manner, is suitable as a refractive surgery device, such as the common blade-based mechanical microkeratome.
  • FIG. 2 shows an alternative laser system according to the invention with a simple focusing hand unit for medical application
  • FIG 3 shows a further embodiment of a laser system according to the invention with a simple, exchangeable glass tip for the contact treatment of ophthalmic or other tissues.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an ophthalmic laser system 10 according to the invention.
  • the system has a laser unit 12 and a hand unit 16, which are connected to one another by a cable 14 having an optical waveguide. Furthermore, an eye 100 to be treated is shown schematically in FIG.
  • the laser unit 12 is a femtosecond laser unit designed as a tabletop device and comprising a femtosecond fiber laser oscillator 18, an amplifier 20 and a pulse expander 22.
  • the mentioned components of the laser unit can be built borrowed, as summarized in Figure 1, in a single housing or realized by two or more separate, connected via suitable optical waveguide units.
  • the fiber laser oscillator 18 operates in a wavelength range of 1020 nm to 1070 nm. Alternatively, a fiber laser oscillator 5 for the wavelength range of 1500 nm to 1600 nm could be used.
  • pulse energies between 10 nanjojoules and> 100 nanjojoules are available, typically 300 nanjojoules.
  • the pulse length is 100 femtoseconds to 800 femtoseconds, typically 300 femtoseconds.
  • the repetition frequency for the pulses is 0.5 MHz to 100 MHz, typically 5 MHz.
  • the pulse expander 22 increases the pulse length to values between 1 picosecond and over 10 picoseconds.
  • LMA Large Mode Area
  • the core diameter of such fibers is typically between 10 and 50 microns, the length of the transmission fiber may be between 0.5 m and 2 m. But there are also shorter or significantly longer versions conceivable.
  • the transmission fiber could also be embodied as active fiber, that is to say that the fiber o itself acts as a gain medium for the laser radiation emitted by the laser unit 12.
  • the transmission fiber is embedded in a cable for ease of handling which may include power, vacuum and / or data lines in addition to the optical waveguide.
  • the cable 14 establishes a connection between the femtosecond laser unit 12 and the handpiece 16 designed as a treatment handpiece.
  • the housing of the hand unit 16 has a handle 38 and a fiber input 24, via which the pulsed laser radiation generated by the femtosecond laser unit 12 enters the handpiece 16.
  • the divergent light beam leaving the transmission fiber is collimated by means of a collimator lens 26 along a first optical axis A and directed onto a transmission grating 28.
  • the transmission grating 28 compresses the laser pulses stretched in the femtosecond laser unit 12 by the pulse stretcher 22 to the pulse duration, which is suitable for the ophthalmological procedure, of typically 500 femtoseconds or shorter.
  • the light beam leaving the transmission grating 28 is deflected by a dichroic reflection mirror 30.
  • This serves as a beam splitter: He points to the wavelength of femtosecond pulses at a high reflectivity, while it is rich ⁇ highly transmissive for the visible areas of the spectrum.
  • the light beam is aligned by the reflection mirror 30 on an electro-optical deflector 32.
  • Electro-optic deflector 32 also referred to as a scanner, deflects the incoming beam of light as a function of the voltage applied to the deflector by up to ⁇ 5 ° with a response time of approximately 1 microsecond.
  • the electro-optical deflector 32 may comprise either an electro-optical crystal, which operates on the Kerr principle.
  • an electro-optic holographic grating can also be used which can be produced by recording a volume phase hologram in a liquid crystal monomer mixture.
  • switching times of 50-5000 microseconds can be achieved with an angular accuracy of ⁇ 3 °.
  • the electro-optical deflector 32 is transmissive in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • the deflected by the electro-optical deflector 32 pulsed light beam is focused via an F-theta lens 34 on the working plane 36, which is symbolized by a double arrow.
  • the F-theta objective 34 By means of the F-theta objective 34, the laser beam focus is kept in the working plane 36 independently of the angle of incidence in the entire scanning field.
  • the handpiece 16 has two main optical axes A and B.
  • the aforementioned first optical axis A is defined by the collimating lens 26 in interaction with the fiber input 24, the second is defined by the reflection mirror 30 together with the following components deflector 32 and F-theta. Lens 34 fixed.
  • the F-theta objective 34 is in a preferred embodiment in FIG.
  • a CCD camera 40 is housed. This is arranged along the optical axis B on the side of the reflection mirror 30, which faces away from the eye 100 to be treated. Due to the transmissivity of all optical elements along the optical axis B in the visible range, the CCD camera can be used to track the plane production by means of femtosecond laser pulses in real time and if necessary to control it.
  • the housing of the handpiece 16 is provided with a spacer cone 44 which can be coupled with a suction ring 42 attached to the eye 100.
  • the spacer cone 44 further comprises an applanation window 46, the function of which will be explained below.
  • the human eye 100 to be treated is shown schematically in FIG.
  • the vitreous body 110 and the dermis 120, which adjoins the cornea (cornea) 130 to be treated in the anterior eye region, are sketched.
  • the lens 140 and opposite the lens are schematically indicated the exit of the optic nerve.
  • the suction ring 42 is first placed on the cornea 130 of the eye 100, aligned and sucked. Subsequently, the handpiece 16 is connected via the spacer cone 44 with the suction ring 42, for example via a vacuum suction (not shown). In this case, the cornea 130 is pressed against the applanation window 46, as a result of which the cornea 130 receives a planar surface approximating the applanation window 46 in the contact region.
  • the adjustment of the depth of the cutting plane via an adjustment of the F-theta lens 34 along the optical axis B done.
  • the flap is cut by means of the pulsed laser radiation generated by the femtosecond laser device 12 and conducted via the transmission fiber 14 to the handpiece 16.
  • the laser beam is deflected by the electro-optical deflector 32 in the working plane 36 in a suitable manner to produce the desired cutting geometry.
  • a three-dimensional cutting guide can also be realized by an interaction of the deflector 32 and the F-theta objective 34.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the present invention in the form of a compact femtosecond laser system 200 with a simple focusing handpiece 216 for medical use in ophthalmology or dermatology.
  • the laser source in the form of a femtosecond laser unit 212 is constructed analogously to the embodiment shown in FIG. 1, ie it also comprises a laser oscillator 218 for generating femtosecond laser pulses, an amplifier 220 and a pulse stretcher 222.
  • a so-called photonic crystal fiber 214 with a hollow core. This causes inter alia a temporal pulse compression of the pulses generated and stretched by the laser unit 212.
  • the handpiece 216 becomes even more compact since pulse compression already occurs in the hollow core fiber 214, which also acts as a transmission fiber. Since the hollow core fiber leads the femtosecond pulse into a glass-free, empty space, the fiber is also compressed by pulses in the Femtosecond area not destroyed with high intensity. Accordingly, the handpiece 216 has in its housing only next to a collimator lens 226 a focusing lens 234, which is shown schematically in FIG. 2 by two lenses. The light beam emerging from the focusing lens is directed onto a tissue 202 to be treated. This may be, for example, a skin area or a tissue in the eye.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention in the form of a femtosecond laser system 300 with a simple, exchangeable glass tip for the contact treatment of ophthalmological and other tissue.
  • the embodiment shown in FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 in terms of laser source (laser unit 312 with laser oscillator 318, amplifier 320 and pulse stretcher 322) and transmission fiber 314 (photonic crystal fiber).
  • laser source laser unit 312 with laser oscillator 318, amplifier 320 and pulse stretcher 322
  • transmission fiber 314 photonic crystal fiber
  • this fiber tip 304 consists of quartz glass - other similar materials such as sapphire are also conceivable Its length is for example between 5 and 10 mm, the tip having a diameter of approximately 100 ⁇ m, and this fiber tip 304 acts as a light guiding element for the laser radiation of the laser unit 312 exiting the transmission fiber 314 and to the front end of the fiber tip 30 4 is to be performed.
  • the shape of the tip end of the fiber tip 304 determines the focus diameter of the laser light on the tissue 302q to be treated. For reasons of sterilization, the fiber tip 304 is replaceable.
  • This embodiment of the invention can be used for example for a glaucoma laser treatment, a resection of the trabecular tissue in the eye or a Korneakeratoplastik.
  • the fiber tip 304 may be equipped with a temperature sensor, which reports any possible inadmissible heating of the treated tissue.

Abstract

The invention relates to a system for ophthalmology or dermatology, with a laser unit for generating pulsed laser radiation, wherein the pulse length of the laser pulses lies in the femto range, with a hand-held unit for discharging laser radiation generated by the laser unit, and with a flexible optical wave guide by which the laser radiation generated by the laser unit is conveyed to the hand-held unit. The invention further relates to a corresponding hand-held unit for discharging pulsed laser radiation generated by a laser unit, wherein the laser radiation has pulse lengths in the femtosecond range.

Description

System für die Ophthalmologie oder Dermatologie System for ophthalmology or dermatology
Die Erfindung betrifft ein System für die Ophthalmologie oder Dermatologie sowie eine Handeinheit zur Abgabe gepulster Laserstrahlung.The invention relates to a system for ophthalmology or dermatology and a hand unit for emitting pulsed laser radiation.
In der refraktiven ophthalmologischen Chirurgie werden durch Eingriffe am Auge eines Patienten die Brechungseigenschaften des Auges zur Korrektur von Sehfehlern verändert. Bekannt ist insbesondere das sogenannte LASIK-Verfahren (LASer-In-situ- Keratomileusis), bei dem die Hornhaut des Patienten neu geformt wird. Gemäß dem herkömmlichen LASIK-Verfahren wird in einem ersten mikrochirurgischen Operationsschritt mit einem mechanischen Instrument, üblicherweise einem Mikrokeratom, ein flacher Hornhautschnitt gesetzt. Dabei entsteht ein als "Flap" bezeichnetes De- ckelscheibchen, das aufgeklappt werden kann, sodass darunter liegendes Hornhautgewebe (Stroma) frei liegt. In dem sich daran anschließenden Teil der LASIK- Operation wird mit einem Laser ein bestimmtes Ablationsmuster aus dem Stroma abgetragen. Danach wird der Flap zurückgeklappt und verheilt relativ schnell wieder mit dem verbliebenen Stroma. Das herkömmliche mechanische Mikrokeratom ver- wendet eine scharfe, schnell oszillierende Klinge.In refractive ophthalmic surgery, the refractive properties of the eye are altered by surgery on the eye of a patient to correct vision defects. In particular, the so-called LASIK method (LASER in situ keratomileusis), in which the patient's cornea is reshaped, is known. According to the conventional LASIK method, a flat corneal incision is made in a first microsurgical operation with a mechanical instrument, usually a microkeratome. The result is a disc called a "flap" that can be unfolded to expose underneath corneal tissue (stroma). In the subsequent part of the LASIK operation, a laser ablates a specific ablation pattern from the stroma. Then the flap is folded back and heals relatively quickly with the remaining stroma. The conventional mechanical microkeratome uses a sharp, fast oscillating blade.
In jüngerer Zeit wurde das Mikrokeratom durch einen Laser, insbesondere einen Femtosekundenlaser ersetzt, der den oben beschriebenen flachen Schnitt in die Hornhaut setzt. Der Laser wird auf eine Ebene unterhalb der Oberfläche der Horn- haut fokussiert und auf einer Bahn geführt, die wie das Mikrokeratom den Flap erzeugt. Die dabei verwendeten extrem kurzen Laserpulse im Femtosekundenbereich haben so hohe Leistungen, dass bei einer geeigneten Fokussierung unter Ausnutzung des sogenannten photodisruptiven Effekts geschnitten werden kann, ohne dass es zu inneren Wärmeeffekten oder dergleichen kommt. Im Vergleich zum herkömmli- chen mechanischen Mikrokeratom ergibt sich in der Regel eine höhere Genauigkeit, eine bessere Reproduzierbarkeit der LASIK-Schnitte.More recently, the microkeratome has been replaced by a laser, in particular a femtosecond laser, which places the above-described flat incision in the cornea. The laser is focused at a level below the surface of the cornea and guided on a path that, like the microkeratome, produces the flap. The extremely short laser pulses used in the femtosecond range have such high powers that, with suitable focusing, it is possible to cut by utilizing the so-called photodisruptive effect, without there being any internal heat effects or the like. In comparison to the conventional mechanical microkeratome, the result is usually a higher accuracy, a better reproducibility of the LASIK sections.
Zur Erzeugung des Flaps mittels Laser wird der Patient zunächst unter dem Femtosekundenlaser positioniert. Es wird, wie bei der herkömmlichen Herstellung eines Flaps mittels Mikrokeratom, ein Fixationsring auf das Auge aufgesetzt, der üblicherweise mittels Ansaugen fixiert wird. Danach wird ein Kontaktglas in den Saugring eingebracht, das die Oberfläche der Hornhaut berührt und diese für eine möglichst genaue Erzeugung des Hornhautschnitts durch Ausübung eines gewissen Drucks abflacht. Danach wird eine üblicherweise konusförmige Kontaktvorrichtung mit dem eigentlichen Femtosekundenlasergerät verbunden. Dies geschieht üblicherweise so, dass der Teil des Lasergeräts, der die Laserstrahlung abgibt, motorunterstützt in die konus¬ förmige Kontaktvorrichtung einfährt. Das Auge des Patienten ist zu diesem Zeitpunkt bereits durch den Saugring und das Kontaktglas in für den Patienten unangenehmer Weise fixiert und belastet. Durch den Kontaktierungsvorgang zwischen Saugring und Lasergerät wird die Belastung für den Patienten weiter erhöht, da der Vorgang meist nicht vollständig ruckfrei vonstatten geht. Dadurch wird ein zumindest kurzzeitig ein zusätzlicher Druck auf das Auge des Patienten ausgeübt, was physiologisch und psychologisch nachteilig für den Patienten sein kann.To generate the flap by means of laser, the patient is first positioned under the femtosecond laser. It is, as in the conventional production of a Flaps by microkeratome, a fixation ring placed on the eye, which is usually fixed by suction. Thereafter, a contact glass is introduced into the suction ring, which touches the surface of the cornea and flattening this for the most accurate generation of the corneal cut by exerting a certain pressure. Thereafter, a conventionally cone-shaped contact device is connected to the actual femtosecond laser device. This is usually done so that the part of the laser device which outputs the laser radiation, motor-assisted, enters the cone-shaped contact ¬ device. The eye of the patient is already fixed and loaded by the suction ring and the contact lens in an unpleasant manner for the patient at this time. Through the contacting process between suction ring and laser device, the burden on the patient is further increased, since the process is usually not completely jerk-free. As a result, at least for a short time, additional pressure is exerted on the patient's eye, which may be physiologically and psychologically disadvantageous for the patient.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hinsichtlich dieser Belastung Abhilfe zu schaffen.It is therefore an object of the present invention to remedy this burden.
Hierzu stellt die Erfindung ein System vor, mit einer Lasereinheit zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung, wobei die Pulslänge der Laserpulse im Femtosekundenbereich liegt, einer Handeinheit zur Abgabe von durch die Lasereinheit erzeugter Laserstrahlung, und - einem flexiblen Lichtwellenleiter zur Weiterleitung der durch die Lasereinheit erzeugten Laserstrahlung zu der Handeinheit.For this purpose, the invention provides a system with a laser unit for generating pulsed laser radiation, wherein the pulse length of the laser pulses in the femtosecond range, a hand unit for emitting laser radiation generated by the laser unit, and - a flexible optical waveguide for forwarding the laser radiation generated by the laser unit the hand unit.
Erfindungsgemäß wird somit die von der Lasereinheit erzeugte Laserstrahlung nicht mittels einer starren freistrahloptischen Verbindung zu der zu behandelnden Stelle geführt, sondern mittels eines flexiblen Lichtwellenleiters zu einer Handeinheit geführt und dort abgegeben. Die Handeinheit kann, nur über den flexiblen Lichtwellenleiter mit der Lasereinheit verbunden, beispielsweise mit dem Saugring bzw. mit dessen Koppelvorrichtung kontaktiert werden. Die Handeinheit kann in einer geringen Baugröße und mit einem geringen Gewicht ausgeführt werden, was einerseits die psychologische Belastung durch eine wesentlich kleinere Einheit, die auf demThus, according to the invention, the laser radiation generated by the laser unit is not guided to the site to be treated by means of a rigid free-beam optical connection, but guided to a hand unit by means of a flexible optical waveguide and emitted there. The hand unit can only be connected to the laser unit via the flexible optical waveguide, for example with the suction ring or with its coupling device. The hand unit can be made in a small size and with a low weight, which on the one hand the psychological burden of a much smaller unit on the
Auge platziert wird, verringert. Gleichzeitig wird die tatsächliche Belastung durch eine erleichterte Handhabung und einem damit verbundenen geringeren Druck, der auf das Auge ausgeübt wird, reduziert. Unter dem Begriff „Handeinheit" soll vorliegend eine Einheit verstanden werden, die hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihres Ge- wichts so ausgelegt ist, dass sie beispielsweise von einem Operateur mit der Hand geführt und beispielsweise auf einem Auge aufgesetzt werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lasereinheit einen Faserlaser umfasst. Ein Faserlaser stellt eine hohe Strahlqualität (typischerweise ein Strahlparameterprodukt < 1,3) bei einer sehr kompakten Bauweise zur Verfügung.Eye is placed, reduced. At the same time, the actual burden is reduced by facilitated handling and associated lower pressure exerted on the eye. In the present case, the term "hand unit" should be understood to mean a unit which, in terms of its dimensions and weight, is designed such that it can be guided by hand by an operator, for example, and placed on an eye. In a preferred embodiment it is provided that the laser unit comprises a fiber laser. A fiber laser provides a high beam quality (typically a beam parameter product <1.3) in a very compact design.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist für das System vorgesehen, dass Lasereinheit und Handeinheit allein durch ein oder mehrere flexible Kabel miteinander verbunden sind, von denen zumindest eines den flexiblen Lichtwellenleiter umfasst. In dem einen oder den mehreren flexiblen Kabeln können neben dem flexiblen Wellenleiter beispielsweise eine Stromzufuhr, eine Vakuumversorgung sowie eine oder mehrere Datenleitungen umfasst sein.According to a further embodiment, it is provided for the system that the laser unit and the hand unit are interconnected solely by one or more flexible cables, at least one of which comprises the flexible optical waveguide. In the one or more flexible cables, in addition to the flexible waveguide, for example, a power supply, a vacuum supply and one or more data lines may be included.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass die Handeinheit im Rahmen der Beweglichkeit des Kabels unabhängig von der Lasereinheit positionierbar ist. Ist die Handeinheit in ihrer Baugröße einem herkömmlichen Mikrokeratom vergleichbar bzw. nur geringfügig größer dimensioniert, kann das Erzeugen des Flaps mit einer vergleichbaren Belastung für den Patienten bei gleichzeitig erhöhter Präzision des Schnitts erzielt werden. Die oben beschriebenen Belastungen, die mit einem herkömmlichen Femtosekundenlaser zur Flaperzeugung verbunden sind, sind damit verringert.A further embodiment of the system according to the invention provides that the hand unit can be positioned independently of the laser unit within the scope of the mobility of the cable. If the size of the hand-held unit is comparable to that of a conventional microkeratome or only slightly larger, the production of the flap can be achieved with a comparable load for the patient while at the same time increasing the precision of the cut. The above-described burdens associated with a conventional femtosecond flattening laser are thus reduced.
In diesem Zusammenhang sieht eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform vor, dass die Handeinheit eine Koppeleinrichtung aufweist, die eine mechanische Verbindung mit einem menschlichen Auge ermöglicht. Die Handeinheit wird entweder in Kombination mit dem Saugring direkt auf das Auge aufgesetzt oder mit einem vorher auf dem Auge befestigten Saugring gekoppelt.In this connection, a further embodiment according to the invention provides that the hand unit has a coupling device which enables a mechanical connection to a human eye. The hand unit is placed either in combination with the suction ring directly on the eye or coupled with a previously attached to the eye suction ring.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit einen Pulstrecker zur zeitlichen Streckung der Laserpulse auf Pulslängen größer als 1 Pikosekunde umfasst. Die Pulsstreckung erlaubt eine Herabset- zung der Intensität der Laserpulse. Verbunden mit der Reduzierung der Pulsleistung ist unter anderem eine geringere Belastung für den flexiblen Wellenleiter.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the laser unit comprises a pulse stretching device for the temporal extension of the laser pulses to pulse lengths greater than 1 picosecond. The pulse stretching allows a reduction of the intensity of the laser pulses. Among other things, a lower load for the flexible waveguide is associated with the reduction of the pulse power.
In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn der flexible Lichtwellenleiter eine photonische Transmissionsfaser mit einem großen Modenfeld ist. Diese auch Large-Mode-Area-Fasern (LMA-Fasern) genannten Lichtwellenleiter weisen Kerndurchmesser von 20 μm bis über 40 μm auf. Aufgrund der Verteilung der Lichtleistung auf eine größere Fläche und der gleichzeitigen Weiterleitung in niedriger Modenordnung bzw. in der Grundmode erlauben LMA-Fasern eine Transmission der von der Lasereinheit abgegebenen Laserstrahlung, ohne die Strahlparameter der Lasereinheit zu verschlechtern oder die LMA-Faser durch zu hohe Intensitäten zu zerstören.In this context, it is also advantageous if the flexible optical fiber is a photonic transmission fiber with a large mode field. These optical waveguides, which are also called large-mode-area fibers (LMA fibers), have core diameters of 20 μm to more than 40 μm. Due to the distribution of the light output over a larger area and the simultaneous forwarding in a low mode order or in the fundamental mode, LMA fibers allow a transmission of Laser radiation emitted by the laser unit without degrading the beam parameters of the laser unit or destroying the LMA fiber due to excessive intensities.
Ferner kann es diesbezüglich von Vorteil sein, wenn zumindest ein Teil des flexiblen Lichtwellenleiters eine Pulskompression der von der Lasereinheit erzeugten gepulsten Laserstrahlung bewirkt. Dies ermöglicht es, dass die Handeinheit deutlich kompakter gestaltet werden kann. Die ansonsten in der Handeinheit durchzuführende Kompression der Laserpulse kann somit auf den flexiblen Wellenleiter übertragen werden und entsprechende Komponenten in der Handeinheit entfallen.Furthermore, it may be advantageous in this regard if at least a part of the flexible optical waveguide effects a pulse compression of the pulsed laser radiation generated by the laser unit. This allows the hand unit to be made significantly more compact. The compression of the laser pulses otherwise to be performed in the hand unit can thus be transmitted to the flexible waveguide and corresponding components in the hand unit omitted.
Eine diesbezüglich besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der flexible Lichtwellenleiter eine photonische Hohlkernfaser ist. Diese auch als photonische Kristallfasern ("Photonic Crystal Fibres", PCF-Fasern) bezeichneten mikrostrukturier- ten optischen Fasern enthalten im Kern oder im Mantelbereich typischerweise feine, mit Luft oder einem Gas gefüllte Kapillarstrukturen. Diese Strukturen sind so klein, dass das geführte Licht veränderte effektive Materialeigenschaften des Glases „sieht". Durch Variation der Lochmittenabstände und der Durchmesser der Kapillarstrukturen können die optischen Parameter der Fasern und die Eigenschaften der Lichtführung gesteuert werden. Insbesondere kann auf diese Weise die bereits erwähnte Pulskompression der von der Lasereinheit erzeugten gepulsten Laserstrahlung erreicht werden.A particularly preferred embodiment in this regard provides that the flexible optical waveguide is a photonic hollow-core fiber. These microstructured optical fibers, also referred to as photonic crystal fibers ("PCF fibers"), typically contain fine, air or gas filled capillary structures in the core or cladding region. These structures are so small that the guided light "sees" different effective material properties of the glass By varying the hole center distances and the diameter of the capillary structures, the optical parameters of the fibers and the properties of the light guide can be controlled Pulskompression the pulsed laser radiation generated by the laser unit can be achieved.
Alternativ kann bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Handeinheit Kompressionsmittel zur zeitlichen Kompression der Pulse der Laserstrahlung umfasst. Ein derartiges Kompressionsmittel kann beispielsweise ein optisches Gitter, vorzugsweise ein Transmissionsgitter umfassen.Alternatively, it can be provided in an embodiment according to the invention that the hand unit comprises compression means for temporally compressing the pulses of the laser radiation. Such a compression means may for example comprise an optical grating, preferably a transmission grating.
Weiterhin kann bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Handeinheit einen elektrooptischen Scanner zur Strahlablenkung aufweisen. Derartige elektrooptische Kristalle zur räumlichen Steuerung eines Lichtstrahls basieren üblicherweise auf dem Pockels- oder Kerr-Effekt, bei dem durch Anlegen eines elektrischen Feldes an das Medium dessen optische Eigenschaften, wie etwa die Brechzahl, verändert werden. Auf diese Weise kann eine räumliche Verlagerung des Lichtstrahls ohne bewegliche Teile realisiert werden. Auch akustooptische Modulatoren können durch ein induziertes Bragg-Gitter schnell und steuerbare Strahlablenkungen bewirken. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um ein elektrooptisches Hologramm handeln, das durch Aufzeichnen eines Volumenphasenhologramms in einer flüssigen Kristallmonomermi- schung hergestellt wird und durch externe elektrische Spannungen effiziente und kontrollierbare Strahlablenkungen erzeugt.Furthermore, in one embodiment of the invention, the hand unit may comprise an electro-optical scanner for beam deflection. Such electro-optical crystals for the spatial control of a light beam are usually based on the Pockels or Kerr effect, in which the optical properties, such as the refractive index, are changed by applying an electric field to the medium. In this way, a spatial displacement of the light beam can be realized without moving parts. Also acousto-optic modulators can cause fast and controllable beam deflections by an induced Bragg grating. Alternatively, it may, for example, be an electro-optic hologram formed by recording a volume phase hologram in a liquid crystal monomer medium. produced by external electrical voltages efficient and controllable beam deflections.
Erfindungsgemäß ist außerdem eine Handeinheit zur Abgabe von durch eine Laser- einheit erzeugte gepulste Laserstrahlung vorgesehen, mitAccording to the invention, a hand unit is also provided for the delivery of pulsed laser radiation generated by a laser unit, with
- einem Fasereingang, über den die durch die Lasereinheit erzeugte Laserstrahlung in die Handeinheit eintritt,a fiber input, via which the laser radiation generated by the laser unit enters the hand unit,
- einer Optik zur Führung der Laserstrahlung, und- An optics for guiding the laser radiation, and
- einer Kompressionseinrichtung zur zeitlichen Pulskompression der über den Fasereingang eintretenden Laserstrahlung, sowie alternativ oder zusätzlich zu der Kompressionseinrichtung mita compression device for temporal pulse compression of the laser radiation entering via the fiber input, as well as alternatively or additionally to the compression device
- einem Scanner oder einem elektrooptischen Kristall zur Strahlablenkung der Laserstrahlung.- A scanner or an electro-optical crystal for beam deflection of the laser radiation.
Somit findet der erfindungsgemäße Gedanke - eine von der Laserstrahlungsquelle unabhängig bewegliche Einheit für die Ophthalmologie oder Dermatologie zu schaffen, bei deren Verwendung für den Patienten ein geringere Belastung entsteht - in einer Handeinheit Niederschlag. Das Gleiche gilt für die ebenfalls erfindungsgemäße Handeinheit zur Abgabe von durch eine Lasereinheit erzeugter gepulster Laserstrah- lung, wobei die Laserstrahlung Pulslängen im Femtosekundenbereich aufweist.Thus, the idea according to the invention - to create a unit for ophthalmology or dermatology which is independently movable from the laser radiation source and which, when used, less stress for the patient - precipitates in one hand unit. The same applies to the manual unit according to the invention for emitting pulsed laser radiation generated by a laser unit, the laser radiation having pulse lengths in the femtosecond range.
Einer der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte, im Wesentlichen auf Fasern basierende Femtosekundenlaserquelle als leicht handzuhabendes Lasergerät für ophthalmologische Anwendungen zu schaffen. Dabei findet als Laserquelle ein Femtosekundenfaserlaser Einsatz. Es hat sich gezeigt, dass bereits Pulsenergien mit ungefähr 400 Nanojoule bei 200 kHz ausreichen, um einen sehr glatten, leicht zu öffnenden Flapschnitt in weniger als 15 Sekunden durchzuführen. Der grundsätzliche Wegfall großvolumiger Netzteile und aufwendiger aktiver Kühlaggregate durch Verwendung eines Faserlasers erlaubt die Schaffung eines Femtose- kunden-LASIK-Mikrokeratoms mit vergleichbaren Abmessungen wie ein herkömmliches mechanisches, klingenbasiertes Mikrokeratom. Weiterhin ist vorgesehen, dass die geringen Pulsenergien von weniger als 1 Mikrojoule ohne Weiteres, vorab auf Pulslängen von > 1 Pikosekunde gestreckt, durch Transmissionsfasern mit großem Modenkern transmittiert werden, ohne die guten Strahlparameter der Fem- tosekundenfaserquelle zu verschlechtern oder die Faser mit großem Modemdurchmessen durch zu hohe Intensitäten zu zerstören. Die nachfolgende Pulskompression auf < 500 Femtosekunden kann dann mit miniaturisierten Optikelementen in einem Handstück vorgenommen werden. Mögliche Miniaturkomponenten sind dabei ein Transmissionsgitter zur Femtosekundenpulskompression und ein elektrooptischer Scanner, der ohne bewegliche Teile auskommt. Dieses Strahlablenkungsprinzip, das auf der Verwendung eines elektrooptischen Kristalls basiert, ermöglicht dabei völlig ausreichende Ablenkwinkel von bis zu 5° in extrem kurzen Zeiten von etwa 1 Mikro- sekunde. Damit sind für einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis über 2500 nm Laserstrahlablenkungen möglich, die bei fokussierter Strahlung Ergebnisse erzielen, die einem herkömmlichen X-Y-Galvanometerscanner vergleichbar sind. Alternativ kann eine sogenannte photonische Faser mit hohlem Kern eingesetzt werden, die bei geeigneter Dimensionierung nicht nur die Transmission, sondern auch die Kompression des Pikosekunden- bzw. Femtosekundenlaserpulses bewirken kann. Damit kann die Gitterkompression im Handstück entfallen, und dieses noch kompakter realisiert werden. Mit dieser Erfindung wird ein Femtosekundenmikrokeratom bereitgestellt, das ähnlich platzsparend als Beistellgerät für die refraktive Chirurgie geeignet ist, wie die verbreiteten mechanischen Mikrokeratome auf Klingenbasis.One of the principles of the present invention is to provide a compact, substantially fiber-based femtosecond laser source as an easy-to-use laser device for ophthalmic applications. Here, a femtosecond fiber laser is used as the laser source. It has already been shown that pulse energies of approximately 400 nanojoules at 200 kHz are sufficient for a very smooth, easy-to-open flap cut in less than 15 seconds. The omission of large-volume power supplies and complex active cooling units by using a fiber laser allows the creation of a femtosecond LASIK microkeratome of comparable dimensions to a conventional mechanical, blade-based microkeratome. It is further contemplated that the low pulse energies of less than 1 microjoule are readily propagated to pulse lengths of> 1 picosecond transmitted through long mode fiber transmission fibers without degrading the good beam parameters of the femto second fiber source or through the large mode diameter fiber to destroy high intensities. The subsequent pulse compression to <500 femtoseconds can then with miniaturized optical elements in one Handpiece to be made. Possible miniature components are a transmission grating for femtosecond pulse compression and an electro-optical scanner which requires no moving parts. This beam deflection principle, which is based on the use of an electro-optical crystal, allows completely sufficient deflection angles of up to 5 ° in extremely short times of about 1 microsecond. Thus, for a wavelength range from 400 nm to over 2500 nm laser beam deflections are possible, which achieve results with focused radiation, which are comparable to a conventional XY galvanometer scanner. Alternatively, a so-called hollow core photonic fiber can be used which, with suitable dimensioning, can effect not only the transmission but also the compression of the picosecond or femtosecond laser pulse. Thus, the grid compression can be omitted in the handpiece, and this can be realized even more compact. With this invention, a femtosecond microkeratome is provided which, in a similar space-saving manner, is suitable as a refractive surgery device, such as the common blade-based mechanical microkeratome.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings. They show:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines ophthalmologischen Lasersystems,1 shows an embodiment of an ophthalmic laser system,
Fig. 2 ein alternatives erfindungsgemäßes Lasersystem mit einfacher Fokus- sierhandeinheit zur medizinischen Anwendung undFIG. 2 shows an alternative laser system according to the invention with a simple focusing hand unit for medical application and FIG
Fig. 3 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Lasersystems mit einfacher, auswechselbarer Glasspitze zur Kontaktbehandlung von ophthalmologischen oder anderen Geweben.3 shows a further embodiment of a laser system according to the invention with a simple, exchangeable glass tip for the contact treatment of ophthalmic or other tissues.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines ophthalmologischen Lasersystems 10. Das System weist eine Lasereinheit 12 und eine Handeinheit 16 auf, die durch ein einen Lichtwellenleiter aufweisendes Kabel 14 miteinander verbunden sind. Weiterhin ist in Figur 1 ein zu behandelndes Auge 100 schematisch dargestellt.1 shows an exemplary embodiment of an ophthalmic laser system 10 according to the invention. The system has a laser unit 12 and a hand unit 16, which are connected to one another by a cable 14 having an optical waveguide. Furthermore, an eye 100 to be treated is shown schematically in FIG.
Die Lasereinheit 12 ist eine als Tischgerät ausgeführte Femtosekundenlasereinheit, die einen Femtosekunden-Faserlaseroszillator 18, einen Verstärker 20 sowie einen Pulsstrecker 22 umfasst. Die genannten Komponenten der Lasereinheit können bau- lieh, wie in Figur 1 dargestellt, in einem einzigen Gehäuse zusammengefasst oder durch zwei oder mehrere separate, über geeignete Lichtwellenleiter verbundene Einheiten realisiert werden. Der Faserlaseroszillator 18 arbeitet in einem Wellenlängenbereich von 1020 nm bis 1070 nm. Alternativ könnte auch ein Faserlaseroszillator 5 für den Wellenbereich von 1500 nm bis 1600 nm eingesetzt werden. Nach dem Verstärker 20 stehen Pulsenergien zwischen 10 Nanojoule und > 100 Nanojoule zur Verfügung, typischerweise 300 Nanojoule. Die Pulslänge beträgt dabei 100 Femtose- kunden bis 800 Femtosekunden, typischerweise 300 Femtosekunden. Die Wiederholfrequenz für die Pulse beträgt 0,5 MHz bis 100 MHz, typischerweise 5 MHz. Der lo Pulsstrecker 22 vergrößert die Pulslänge auf Werte zwischen 1 Pikosekunde und über 10 Pikosekunden.The laser unit 12 is a femtosecond laser unit designed as a tabletop device and comprising a femtosecond fiber laser oscillator 18, an amplifier 20 and a pulse expander 22. The mentioned components of the laser unit can be built borrowed, as summarized in Figure 1, in a single housing or realized by two or more separate, connected via suitable optical waveguide units. The fiber laser oscillator 18 operates in a wavelength range of 1020 nm to 1070 nm. Alternatively, a fiber laser oscillator 5 for the wavelength range of 1500 nm to 1600 nm could be used. After amplifier 20, pulse energies between 10 nanjojoules and> 100 nanjojoules are available, typically 300 nanjojoules. The pulse length is 100 femtoseconds to 800 femtoseconds, typically 300 femtoseconds. The repetition frequency for the pulses is 0.5 MHz to 100 MHz, typically 5 MHz. The pulse expander 22 increases the pulse length to values between 1 picosecond and over 10 picoseconds.
An die Lasereinheit 12 angeschlossen ist eine in einem Kabel 14 untergebrachte passive Transmissionsfaser, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sogenannte i5 LMA-Faser ("LMA = Large Mode Area"/großes Modenfeld) ausgeführt ist. Der Kerndurchmesser derartiger Fasern beträgt typischerweise zwischen 10 und 50 μm, die Länge der Transmissionsfaser kann zwischen 0,5 m und 2 m betragen. Es sind aber auch kürzere oder deutlich längere Ausführungen denkbar. Alternativ könnte die Transmissionsfaser auch als aktive Faser ausgeführt sein, das heißt, dass die Faser o selbst als Verstärkungsmedium für die von der Lasereinheit 12 abgegebene Laserstrahlung fungiert. Die Transmissionsfaser ist zur besseren Handhabung in einem Kabel eingebettet, das zusätzlich zu dem optischen Wellenleiter noch Strom-, Vakuum- und/oder Datenleitungen umfassen kann. 5 Das Kabel 14 stellt eine Verbindung zwischen der Femtosekundenlasereinheit 12 und der als Behandlungshandstück ausgeführten Handeinheit 16 her. Das Gehäuse der Handeinheit 16 weist einen Handgriff 38 sowie einen Fasereingang 24 auf, über den die durch die Femtosekundenlasereinheit 12 erzeugte gepulste Laserstrahlung in das Handstück 16 eintritt. Dort wird der die Transmissionsfaser verlassende divergenteo Lichtstrahl mittels einer Kollimatorlinse 26 entlang einer ersten optischen Achse A kollimiert und auf ein Transmissionsgitter 28 gerichtet. Das Transmissionsgitter 28 komprimiert die in der Femtosekundenlasereinheit 12 durch den Pulsstrecker 22 gestreckten Laserpulse auf die für den ophthalmologischen Eingriff geeignete Pulsdauer von typischerweise 500 Femtosekunden oder kürzer. Der das Transmissions-5 gitter 28 verlassende Lichtstrahl wird durch einen dichroitischen Reflektionsspiegel 30 umgelenkt. Dieser dient als Strahlteiler: Er weist für die Wellenlänge der Femtose- kundenpulse eine hohe Reflektivität auf, während er für den sichtbaren Spektralbe¬ reich hoch transmissiv ist. Der Lichtstrahl wird durch den Reflexionsspiegel 30 auf einen elektrooptischen De- flektor 32 ausgerichtet. Der elektrooptische Deflektor 32, der auch als Scanner bezeichnet wird, lenkt den eingehenden Lichtstrahl in Abhängigkeit von der an den Deflektor angelegten Spannung um bis zu ± 5° bei einer Ansprechzeit von ungefähr 1 Mikrosekunden ab. Dabei kann der elektrooptische Deflektor 32 entweder einen elektrooptischen Kristall umfassen, der nach dem Kerr-Prinzip arbeitet. Alternativ kann auch ein elektrooptisches holographisches Gitter eingesetzt werden, das durch Aufzeichnen eines Volumenphasenhologramms in einer flüssigen Kristallmonomermi- schung erzeugt werden kann. Mit dieser holographischen Technologie lassen sich Schaltzeiten von 50-5000 Mikrosekunden bei einer Winkelgenauigkeit von ± 3° realisieren. In beiden Fällen ist der elektrooptische Deflektor 32 in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1600 nm transmissiv.Connected to the laser unit 12 is accommodated in a cable 14 passive transmission fiber, which is designed in the present embodiment as a so-called i5 LMA fiber ("LMA = Large Mode Area" / large mode field). The core diameter of such fibers is typically between 10 and 50 microns, the length of the transmission fiber may be between 0.5 m and 2 m. But there are also shorter or significantly longer versions conceivable. Alternatively, the transmission fiber could also be embodied as active fiber, that is to say that the fiber o itself acts as a gain medium for the laser radiation emitted by the laser unit 12. The transmission fiber is embedded in a cable for ease of handling which may include power, vacuum and / or data lines in addition to the optical waveguide. The cable 14 establishes a connection between the femtosecond laser unit 12 and the handpiece 16 designed as a treatment handpiece. The housing of the hand unit 16 has a handle 38 and a fiber input 24, via which the pulsed laser radiation generated by the femtosecond laser unit 12 enters the handpiece 16. There, the divergent light beam leaving the transmission fiber is collimated by means of a collimator lens 26 along a first optical axis A and directed onto a transmission grating 28. The transmission grating 28 compresses the laser pulses stretched in the femtosecond laser unit 12 by the pulse stretcher 22 to the pulse duration, which is suitable for the ophthalmological procedure, of typically 500 femtoseconds or shorter. The light beam leaving the transmission grating 28 is deflected by a dichroic reflection mirror 30. This serves as a beam splitter: He points to the wavelength of femtosecond pulses at a high reflectivity, while it is rich ¬ highly transmissive for the visible areas of the spectrum. The light beam is aligned by the reflection mirror 30 on an electro-optical deflector 32. Electro-optic deflector 32, also referred to as a scanner, deflects the incoming beam of light as a function of the voltage applied to the deflector by up to ± 5 ° with a response time of approximately 1 microsecond. In this case, the electro-optical deflector 32 may comprise either an electro-optical crystal, which operates on the Kerr principle. Alternatively, an electro-optic holographic grating can also be used which can be produced by recording a volume phase hologram in a liquid crystal monomer mixture. With this holographic technology, switching times of 50-5000 microseconds can be achieved with an angular accuracy of ± 3 °. In both cases, the electro-optical deflector 32 is transmissive in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
Der durch den elektrooptischen Deflektor 32 abgelenkte gepulste Lichtstrahl wird über ein F-Theta-Objektiv 34 auf die Arbeitsebene 36, die durch einen Doppelpfeil symbolisiert ist, fokussiert. Mittels des F-Theta-Objektivs 34 wird der Laserstrahlfokus im gesamten Scanfeld unabhängig vom Einstrahlwinkel in der Arbeitsebene 36 gehalten.The deflected by the electro-optical deflector 32 pulsed light beam is focused via an F-theta lens 34 on the working plane 36, which is symbolized by a double arrow. By means of the F-theta objective 34, the laser beam focus is kept in the working plane 36 independently of the angle of incidence in the entire scanning field.
Das Handstϋck 16 besitzt zwei optische Hauptachsen A und B. Die bereits erwähnte erste optische Achse A wird durch die Kollimationslinse 26 im Zusammenspiel mit dem Fasereingang 24 definiert, die zweite wird durch den Reflexionsspiegel 30 zusammen mit den nachfolgenden Komponenten Deflektor 32 und F-Theta-Objektiv 34 festgelegt. Das F-Theta-Objektiv 34 ist in einer bevorzugten Ausführungsform inThe handpiece 16 has two main optical axes A and B. The aforementioned first optical axis A is defined by the collimating lens 26 in interaction with the fiber input 24, the second is defined by the reflection mirror 30 together with the following components deflector 32 and F-theta. Lens 34 fixed. The F-theta objective 34 is in a preferred embodiment in FIG
Richtung der optischen Achse B verschiebbar, um eine Tiefenverstellung der Arbeitsebene 36 und damit auch eine dreidimensionale Formgebung des Flapschnittes zu ermöglichen.Direction of the optical axis B slidably to allow a depth adjustment of the working plane 36 and thus a three-dimensional shape of the flap section.
Ferner ist in dem Handstück 16 eine CCD-Kamera 40 untergebracht. Diese ist entlang der optischen Achse B auf der Seite des Reflektionsspiegels 30 angeordnet, die dem zu behandelnden Auge 100 abgewandt ist. Mittels der CCD-Kamera kann aufgrund der Transmissivität aller optischen Elemente entlang der optischen Achse B im sichtbaren Bereich die Flaperzeugung mittels Femtosekundenlaserpulsen in Echtzeit ver- folgt und gegebenenfalls gesteuert werden. Das Gehäuse des Handstücks 16 ist mit einem Abstandskegel 44 versehen, der mit einem an dem Auge 100 befestigten Saugring 42 koppelbar ist. Der Abstandskegel 44 umfasst weiterhin ein Applanations- fenster 46, dessen Funktion nachstehend erläutert wird. In Hg. 1 ist zudem das zu behandelnde menschliche Auge 100 schematisch dargestellt. Es sind der Glaskörper 110 sowie die Lederhaut 120, die in dem vorderen Augenbereich an die zu behandelnde Hornhaut (Kornea) 130 angrenzt, skizziert. Weiterhin sind die Linse 140 sowie gegenüberliegend der Linse schematisch der Austritt des Sehnervs angedeutet.Further, in the handpiece 16, a CCD camera 40 is housed. This is arranged along the optical axis B on the side of the reflection mirror 30, which faces away from the eye 100 to be treated. Due to the transmissivity of all optical elements along the optical axis B in the visible range, the CCD camera can be used to track the plane production by means of femtosecond laser pulses in real time and if necessary to control it. The housing of the handpiece 16 is provided with a spacer cone 44 which can be coupled with a suction ring 42 attached to the eye 100. The spacer cone 44 further comprises an applanation window 46, the function of which will be explained below. In addition, the human eye 100 to be treated is shown schematically in FIG. The vitreous body 110 and the dermis 120, which adjoins the cornea (cornea) 130 to be treated in the anterior eye region, are sketched. Furthermore, the lens 140 and opposite the lens are schematically indicated the exit of the optic nerve.
Zur Erzeugung eines Flapschnittes wird zunächst der Saugring 42 auf die Hornhaut 130 des Auges 100 aufgesetzt, ausgerichtet und angesaugt. Anschließend wird das Handstück 16 über den Abstandskegel 44 mit dem Saugring 42 beispielsweise über eine Vakuumansaugung (nicht dargestellt) verbunden. Dabei die Hornhaut 130 gegen das Applanationsfenster 46 gedrückt, wodurch die Hornhaut 130 eine im Kontaktbereich dem Applanationsfenster 46 angenäherte planare Oberfläche erhält. Gegebenenfalls kann nach dem Ankoppeln die Einstellung der Tiefe der Schnittebene über eine Verstellung des F-Theta-Objektivs 34 entlang der optischen Achse B erfolgen. Danach wird der Flapschnitt mittels der durch das Femtosekundenlasergerät 12 erzeugten und über die Transmissionsfaser 14 zu dem Handstück 16 geleiteten gepulsten Laserstrahlung durchgeführt. Dabei wird der Laserstrahl durch den elektroop- tischen Deflektor 32 in der Arbeitsebene 36 in geeigneter Weise abgelenkt, um die gewünschte Schnittgeometrie zu erzeugen. Dabei kann gegebenenfalls auch ein dreidimensionale Schnittführung durch ein Zusammenspiel von Deflektor 32 und F- Theta-Objektiv 34 realisiert werden.To produce a flap cut, the suction ring 42 is first placed on the cornea 130 of the eye 100, aligned and sucked. Subsequently, the handpiece 16 is connected via the spacer cone 44 with the suction ring 42, for example via a vacuum suction (not shown). In this case, the cornea 130 is pressed against the applanation window 46, as a result of which the cornea 130 receives a planar surface approximating the applanation window 46 in the contact region. Optionally, after the coupling, the adjustment of the depth of the cutting plane via an adjustment of the F-theta lens 34 along the optical axis B done. Thereafter, the flap is cut by means of the pulsed laser radiation generated by the femtosecond laser device 12 and conducted via the transmission fiber 14 to the handpiece 16. In this case, the laser beam is deflected by the electro-optical deflector 32 in the working plane 36 in a suitable manner to produce the desired cutting geometry. If appropriate, a three-dimensional cutting guide can also be realized by an interaction of the deflector 32 and the F-theta objective 34.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines kompakten Femtosekundenlasersystems 200 mit einem einfachen Fokussier- handstück 216 zur medizinischen Anwendung in der Ophthalmologie oder Dermatologie. Die Laserquelle in Form einer Femtosekundenlasereinheit 212 ist analog zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aufgebaut, d.h. sie umfasst ebenfalls einen Laseroszillator 218 zur Erzeugung von Laserpulsen im Femtosekundenbereich, einen Verstärker 220 sowie einen Pulsstrecker 222. Im Unterschied zu der in Fig. 1 verwendeten Transmissionsfaser wird bei der Ausführungsform der Fig. 2 eine sogenannte photonische Kristallfaser 214 mit einem Hohlkern eingesetzt. Diese bewirkt unter anderem eine zeitliche Pulskompression der von der Lasereinheit 212 erzeugten und gestreckten Pulse. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Gitterkompressi- on in dem Handstück 216. Das Handstück 216 wird nochmals kompakter, da die Pulskompression bereits in der Hohlkernfaser 214 erfolgt, die gleichzeitig als Transmissionsfaser fungiert. Da die Hohlkernfaser den Femtosekundenpuls in einen glasfreien, leeren Raum führt, wird die Faser auch von komprimierten Pulsen im Femtosekundenbereich mit hoher Intensität nicht zerstört. Dementsprechend weist das Handstück 216 in seinem Gehäuse lediglich neben einer Kollimatorlinse 226 ein Fokussierobjektiv 234 auf, das in der Fig. 2 schematisch durch zwei Linsen dargestellt ist. Der aus dem Fokussierobjektiv austretenden Lichtstrahl ist auf ein zu be- handelndes Gewebe 202 gerichtet. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Hautbereich oder um ein Gewebe im Auge handeln.FIG. 2 shows an alternative embodiment of the present invention in the form of a compact femtosecond laser system 200 with a simple focusing handpiece 216 for medical use in ophthalmology or dermatology. The laser source in the form of a femtosecond laser unit 212 is constructed analogously to the embodiment shown in FIG. 1, ie it also comprises a laser oscillator 218 for generating femtosecond laser pulses, an amplifier 220 and a pulse stretcher 222. In contrast to that used in FIG Transmission fiber is used in the embodiment of Fig. 2, a so-called photonic crystal fiber 214 with a hollow core. This causes inter alia a temporal pulse compression of the pulses generated and stretched by the laser unit 212. This eliminates the need for lattice compression in the handpiece 216. The handpiece 216 becomes even more compact since pulse compression already occurs in the hollow core fiber 214, which also acts as a transmission fiber. Since the hollow core fiber leads the femtosecond pulse into a glass-free, empty space, the fiber is also compressed by pulses in the Femtosecond area not destroyed with high intensity. Accordingly, the handpiece 216 has in its housing only next to a collimator lens 226 a focusing lens 234, which is shown schematically in FIG. 2 by two lenses. The light beam emerging from the focusing lens is directed onto a tissue 202 to be treated. This may be, for example, a skin area or a tissue in the eye.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Form eines Femtosekun- denlasersystems 300 mit einfacher, auswechselbarer Glasspitze zur Kontaktbehand- lung von ophthalmologischem und anderem Gewebe. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist hinsichtlich Laserquelle (Lasereinheit 312 mit Laseroszillator 318, Verstärker 320 und Pulsstrecker 322) und Transmissionsfaser 314 (photonische Kristallfaser) ähnlich der der Fig. 2. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist die Ausführungsform der Fig. 3 anstatt des mit einer abbil- denden Optik versehenen Handstücks 216 ein mit einer auswechselbaren Faserspitze 304 („fiber tip") ausgestattetes Behandlungshandstück 316 auf. Diese Faserspitze 304 besteht beispielsweise aus Quarzglas - es sind auch andere ähnliche Materialien wie etwa Saphir denkbar - und bildet den Abschluss der Transmissionsfaser. Ihre Länge beträgt beispielsweise zwischen 5 und 10 mm, wobei die Spitze einen Durch- messer von ungefähr 100 μm aufweist. Diese Faserspitze 304 wirkt als lichtführendes Element für die Laserstrahlung der Lasereinheit 312, die die Transmissionsfaser 314 verlässt und zum vorderen Ende der Faserspitze 304 geführt werden soll. Die Form des vorderen Endes der Faserspitze 304 bestimmt den Fokusdurchmesser des Laserlichts auf dem zu behandelnden Gewebe 302q. Aus Sterilisationsgründen ist die Fa- serspitze 304 auswechselbar. Diese Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise für eine Glaukomlaserbehandlung, eine Resektion des Trabekelgewebes im Auge oder eine Korneakeratoplastik eingesetzt werden. Zusätzlich kann die Faserspitze 304 mit einem Temperatursensor ausgestattet sein, der eine eventuell auftretende unzulässige Erwärmung des behandelten Gewebes meldet. FIG. 3 shows a further embodiment of the invention in the form of a femtosecond laser system 300 with a simple, exchangeable glass tip for the contact treatment of ophthalmological and other tissue. The embodiment shown in FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 in terms of laser source (laser unit 312 with laser oscillator 318, amplifier 320 and pulse stretcher 322) and transmission fiber 314 (photonic crystal fiber). In contrast to the embodiment shown in FIG 3, instead of the handpiece 216 provided with an imaging optical system, a treatment handpiece 316 equipped with a replaceable fiber tip 304. For example, this fiber tip 304 consists of quartz glass - other similar materials such as sapphire are also conceivable Its length is for example between 5 and 10 mm, the tip having a diameter of approximately 100 μm, and this fiber tip 304 acts as a light guiding element for the laser radiation of the laser unit 312 exiting the transmission fiber 314 and to the front end of the fiber tip 30 4 is to be performed. The shape of the tip end of the fiber tip 304 determines the focus diameter of the laser light on the tissue 302q to be treated. For reasons of sterilization, the fiber tip 304 is replaceable. This embodiment of the invention can be used for example for a glaucoma laser treatment, a resection of the trabecular tissue in the eye or a Korneakeratoplastik. In addition, the fiber tip 304 may be equipped with a temperature sensor, which reports any possible inadmissible heating of the treated tissue.

Claims

Patentansprüche claims
5 1. System für die Ophthalmologie oder Dermatologie, mit einer Lasereinheit (12, 212, 312) zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung, wobei die Pulslänge der Laserpulse im Femtosekundenbereich liegt, einer Handeinheit (16, 216, 316) zur Abgabe von durch die Lasereinheit lo (12, 212, 312) erzeugter Laserstrahlung, und einem flexiblen Lichtwellenleiter (14, 214, 314) zur Weiterleitung der durch die Lasereinheit(12, 212, 312) erzeugten Laserstrahlung zu der Handeinheit (16, 216, 316).5. A system for ophthalmology or dermatology, comprising a laser unit (12, 212, 312) for generating pulsed laser radiation, wherein the pulse length of the laser pulses is in the femtosecond range, a hand unit (16, 216, 316) for delivery by the laser unit lo (12, 212, 312) generated laser radiation, and a flexible optical waveguide (14, 214, 314) for relaying the laser radiation generated by the laser unit (12, 212, 312) to the hand unit (16, 216, 316).
i5 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (12, 212, 312) einen Faserlaser (18, 218, 318) umfasst.i5 2. System according to claim 1, characterized in that the laser unit (12, 212, 312) comprises a fiber laser (18, 218, 318).
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lasereinheit (12, 212, 312) und Handeinheit (16, 216, 316) allein durch ein oder mehrere flexible 0 Kabel miteinander verbunden sind, von denen zumindest eines den flexiblen Lichtwellenleiter (14, 214, 314) umfasst.3. System according to claim 1 or 2, characterized in that laser unit (12, 212, 312) and hand unit (16, 216, 316) are interconnected solely by one or more flexible 0 cables, of which at least one of the flexible optical fiber ( 14, 214, 314).
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (16, 216, 316) im Rahmen der Beweglichkeit des Kabels unab-5 hängig von der Lasereinheit (12, 212, 312) positionierbar ist.4. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the hand unit (16, 216, 316) in the context of mobility of the cable inde pendent of the laser unit (12, 212, 312) is positionable.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (16, 216, 316) eine Koppeleinrichtung (44) aufweist, die eine mechanische Verbindung mit einem menschlichen Auge (100) oder einem auf das0 Auge (100) aufgesetzten Saugring (42) ermöglicht. A system according to any one of the preceding claims, characterized in that the hand unit (16, 216, 316) has a coupling device (44) which mechanically connects to a human eye (100) or suction ring placed on top of the eye (100) (42) allows.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (12, 212, 312) einen Pulstrecker (22, 222, 322) zur zeitlichen Streckung der Laserpulse auf Pulslängen größer als 1 Pikosekunde umfasst.6. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser unit (12, 212, 312) comprises a pulse extender (22, 222, 322) for the time extension of the laser pulses to pulse lengths greater than 1 picosecond.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Lichtwellenleiter eine photonische Transmissionsfaser (14) mit einem großen Modenfeld ist.7. System according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible optical waveguide is a photonic transmission fiber (14) with a large mode field.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des flexiblen Lichtwellenleiters (214, 314) eine Pulskompression der von der Lasereinheit (12, 212, 312) erzeugten gepulsten Laserstrahlung bewirkt.8. System according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least a portion of the flexible optical waveguide (214, 314) causes a pulse compression of the laser unit (12, 212, 312) generated pulsed laser radiation.
9. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Lichtwellenleiter eine photonische Hohlkernfaser (214, 314) ist.9. System according to claim 9, characterized in that the flexible optical waveguide is a photonic hollow core fiber (214, 314).
10. System nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (16, 216, 316) Kompressionsmittel (28) zur zeitlichen Kompression der Pulse der Laserstrahlung umfasst.10. System according to claim 1 to 7, characterized in that the hand unit (16, 216, 316) comprises compression means (28) for temporally compressing the pulses of the laser radiation.
11. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsmittel ein optisches Gitter (28), vorzugsweise ein Transmissionsgitter, umfassen.11. System according to claim 11, characterized in that the compression means comprise an optical grating (28), preferably a transmission grating.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit (16, 216, 316) einen elektrooptischen Scanner (32) zur Strahl- ablenkung aufweist12. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the hand unit (16, 216, 316) has an electro-optical scanner (32) for beam deflection
13. Handeinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Handeinheit eine Kamera (40) umfasst.13. Hand unit according to claim 14, characterized in that the hand unit comprises a camera (40).
14. Handeinheit (16) zur Abgabe von durch eine Lasereinheit (12) erzeugter gepulster Laserstrahlung, mit einem Fasereingang (24), über den die durch die Lasereinheit (12) erzeugte Laserstrahlung in die Handeinheit (16) eintritt, optischen Strahlführungsmitteln (26, 30, 34), und Kompressionsmitteln (28) zur zeitlichen Pulskompression der über den 5 Fasereingang (24) eintretenden Laserstrahlung, sowie alternativ oder zusätzlich zu den Kompressionmitteln (28) mit einem Scanner (32) zur Strahlablenkung der Laserstrahlung.14. hand unit (16) for emitting by a laser unit (12) generated pulsed laser radiation, with a fiber input (24), via which the laser radiation generated by the laser unit (12) enters the hand unit (16), optical beam guidance means (26, 30, 34), and compression means (28) for temporal pulse compression of the fiber input (24 ) entering laser radiation, as well as alternatively or additionally to the compression means (28) with a scanner (32) for beam deflection of the laser radiation.
15. Handeinheit (12, 212, 312) zur Abgabe von durch eine Lasereinheit (12, 212, lo 312) erzeugter gepulster Laserstrahlung, wobei die Laserstrahlung Pulslängen im Femtosekundenbereich aufweist, mit einem Fasereingang (24, 224, 324), über den die durch die Lasereinheit (12, 212, 312) erzeugte Laserstrahlung in die Handeinheit (16, 216, 316) eintritt und i5 - optischen Strahlführungsmitteln (29, 30, 34, 226, 234, 304). 15. hand unit (12, 212, 312) for emitting pulsed laser radiation generated by a laser unit (12, 212, lo 312), wherein the laser radiation has pulse lengths in the femtosecond range, with a fiber input (24, 224, 324) via which the laser radiation generated by the laser unit (12, 212, 312) enters the hand unit (16, 216, 316) and i5 - optical beam guiding means (29, 30, 34, 226, 234, 304).
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