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Femtolaser Technik

Femtosekundenlaser für die refraktive Hornhautchirurgie

Laser- Gewebe- Wechselwirkung

Die Photodisruption ist die entscheidende Wechselwirkung bei der Anwendung von Femtosekundenlasern an der Hornhaut. Zu Beginn entsteht ein Plasma durch den stark fokussierten Laserstrahl mit kurzer Pulsdauer und ausreichender Energie, welche zu einem elektrischen Feld sehr hoher Intensität führt. Die hohen Feldstärken erzeugen freie Elektronen und Ionen, die man als Plasma bezeichnen kann. Der Laserimpuls wird in dem sich ausbildenden Plasma weiter absorbiert, das Plasma expandiert und deformiert das umliegende Gewebe (es wird gespalten). Aufgrund der kurzen Lebensdauer des Plasmas erfolgt die Expansion ohne Wärmeaustausch- adiabatisch. Wegen der Kürze der Impulsdauer und der Präzision der Fokussierung sind die Kavitationsblasen relativ klein, Kollateralschäden an umliegenden Gewebe bleiben weitgehend aus.

Der Transmissionsgrad der Laserstrahlung im Femtobereich ist relativ groß und könnte das Gewebe hinter der Hornhaut schädigen- hat aber offensichtlich im Alltag keine Bedeutung erlangt.

Im klinischen Alltag werden bezüglich der Strahlenqualität und der opitschen Fokussierbarkeit hohe Anforderungen an die optische Stabilität gestellt (Raumtemperatur 20 Grad, 1 Grad Schwankungsbreite). Abweichungen führen zur Dejustage mit Zunahme der optischen Aberrationen, Zunahme des Fokusdurchmessers mit höherem Energiebedarf für den einzelnen Laserimpuls. Schlechtere Schnittqualität und höhere Energiefreisetzung (Transmission) in tiefer gelegene Teile des Auges sind die Folge.

Femtosekundenlaser in der Hornhautchirurgie

Femtolaser erfüllen für die Bearbeitung von Hornhautgewebe 4 wesentlichen Anforderungen

1. Die Wellenlänge der Laserstrahlen liegt im Bereich der Transparenz der Hornhaut. Folglich lassen sich Laserstrahlen in tiefer gelegene Anteile der Hornhaut fokussieren.
2. Dank ultrakurzer Laserimpulse diffundiert die in das Gewebe eingebrachte Energie nicht in umliegende Gewebestrukturen. Es kommt zu keinen thermischen Schädigungen des umliegenden Gewebes.
3. Die geringen Pulsenergien führen zu sehr kleinen und lokal begrenzten disruptiven Schäden mit Durchmessern von wenigen Mikrometern.
4. Repititionsraten von einigen 10kHz bieten die Grundlage für kurze Behandlungszeiten.

Da der Laserstrahl exakt positioniert werden muß haben sich die meisten Hersteller dazu entschlossen, die Laserstrahlen über eine mechanische Ankopplung an das Auge zu übertragen und hierzu die Hornhaut entweder zu applanieren (Saugring) oder durch eine sphärische Applanationsgeometrie in eine definierte Form zu bringen. Bei der letzteren Technik muß der Laserstrahl ständig in der z- Achse (Schnitttiefe im Gewebe) nachgeführt werden. Die disruptiven Effekte der Laserstrahlen müssen so eng gesetzt sein, das keine Gewebebrücken zurückbleiben. Kleine Effekte bedürfen einer höheren Anzahl an Lasereffekten mit entsprechend längerer Behandlungszeit, große Effekte erzeugen eine unregelmäßigere Schnittfläche. Außerdem trüben die sich entwickelnden Gasblasen im Hornhautgewebe den Einblick in die tiefer gelegenen Gewebe.

Femtosekundenlaser und mechanische Mikrokeratome im Vergleich bei der Lasik

Lasik mit Mikrokeratomen der neuen Generation gilt als etabliertes Verfahren. Besonders die Mikrokeratome mit geringer Flapdicke haben eine deutlich geringere Varianz in der Schnitttiefe gegenüber herkömmlichen Mikrokeratomen und sind mit Femtosekundenlasern mit optimaler optischer Justage vergleichbar. Komplikationen sind eher selten und in der Regel einfach zu beherrschen aber auch heute noch nicht völlig zu vermeiden.
In der Bewertung der Flapdicke muß beachtet werden, daß die Meßinstrumente (optische und akustische Pachymetrie) zur Bewertung von Abweichungen von einigen Mikrometern oft in ihrem Toleranzbereich ermitteln.

Klinischen Studien, die Femtosekundenlaser und Mikrokeratome der neueren Generation miteinander verglichen haben, zeigen keinen eindeutigen Trend zu Gunsten eines der Systeme: Die größten angelegten Studien in den USA zeigen nach 4 Wochen identische Ergebnisse hinsichtlich der erreichten korrigierten Sehschärfe und der induzierten Aberrationen (Verzerrungen durch den Schnitt). Die korrigierte Sehschärfe war teilweise etwas schlechter bei Schnitten mit den Femtolasern, dafür die Erholungszeit bis zum Erreichen der endgültigen Sehschärfe etwas schneller. Es wurde bei Femtolasern keine „Knopflöcher“ oder freie Flaps beobachtet, intraoperative Komplikationen in 0,8% der Fälle waren durch einen Verlust des Vakuums begründet. 50 Augen zeigten eine diffuse lamelläre Keratitis, 4 Augen zeigten Mikrofalten (bei 1000 Anwendungen). Das TLS- Syndrom (Transient Light Sensitivitiy) mit vermehrter Lichtempfindlichkeit 2 bis 6 Wochen nach der Lasik (63 Augen von 33 Patienten bei 5667 Anwendungen an 3 Zentren) wird auf eine mögliche schlechte Justage des optischen Systems bei Femtolasern zurückgeführt und ist bei der Anwendung von Mikrokeratomen unbekannt. Alle Patienten wurden hierbei erfolgreich mit Kortison- Tropfen behandelt.

In einer Studie, die die postoperative Wundheilung beurteilte, wurden bei femtolaserbehandelten Augen eine fibrotischen Flapkante beobachtet (24 Augen). Ansonsten waren die morphologischen Parameter beider Patientengruppen (20 Augen mit mechanischen Mikrokeratomen behandelt) vergleichbar.

Fazit

Der Einsatz von Femtosekundenlasern in der refraktiven Hornhautchirurgie für die Erzeugung von kornealen Flaps bei der Lasik kann heute als etabliert angesehen werden und ist mechanischen Keratomen der neueren Generation zumindest vergleichbar. Bislang gibt es 3 Gerätehersteller auf dem Markt, neue Entwicklungen von Carl Zeiss Meditec und Wavelight sind angekündigt. Die Neuentwicklungen werden sich vor allem auf die Zuverlässigkeit und die Vereinfachung der Behandlung konzentrieren.
Eigentlich interessant ist das Spektrum der Behandlungsmöglichkeiten am Auge. Bei der Hornhauttransplantation stellt der Femtosekundenlaser seine erweiterten Anwendungsmöglichkeiten unter Beweis (variabler Schnittkonus, Zick- zack Muster). In der Glaukomchirurgie und der Korrektur der Altersfehlsichtigkeit befinden sich die Studien in einem experimentellen Stadium.

Bei der Erzeugung eines einfachen Flaps für die Lasik sind gegenüber den mechanischen Keratomen der neueren Generation keinen für die Patienten nachvollziehbaren Vorteile erkennbar. Die hohen Kosten und der technische Aufwand muß bei einer geplanten Investition abgewogen werden.