Zwei Möglichkeiten das Sehen zu verbessern (pdf, 4.1 MB)

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Zwei Möglichkeiten das Sehen zu verbessern (pdf, 4.1 MB)

Laser ?

zwei Möglichkeiten

das Sehen zu verbessern

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Über 80% der Informationen über

unsere Umwelt nehmen wir über

das Auge auf

Eine Minderung oder gar der Verlust des Sehvermögens stellt eine

erhebliche Beeinträchtigung der Lebensqualität dar

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Einige Fakten rund ums Sehen

• 41 Millionen Deutsche brauchen eine Brille, 35% sind weitsichtig, 25%

kurzsichtig. 14% nachtblind.

• Kurzsichtigkeit nimmt weltweit zu, in Asien bereits bei 60%.

• 650.000 Deutsche erhalten jedes Jahr eine Kunstlinse nach einer Katarakt-OP

• in Deutschland werden pro Jahr 32 Millionen Brillen verkauft

• weltweit sind 37 Millionen Menschen blind. Nach Schätzungen

der WHO leben 90 Prozent aller blinden und sehbehinderten Menschen in

Entwicklungsländern.

• Augenkrankheiten sind Alterskrankheiten, sie sind weltweit im Zunehmen

begriffen.

• 13. Jahrhundert Erfindung der Brille

• 1920 brachte Carl Zeiss die erste serienmäßige Kontaktlinse der Welt auf den

Markt.

• 1987 wurde erstmals ein Laser zur Hornhautchirurgie eingesetzt.

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warum sehen wir unscharf ?

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Aufbau des Auges

Augenlinse

Netzhaut

Hornhaut

Lichteinfall

Glaskörper

Pupille

Iris

Sehnerv

Netzhaut

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Auge als Kamera

Objektiv

Blende

Hornhaut + Linse

Pupille

Film

Netzhaut

Entwicklung

Sehnerv

Fotoalbum

Gehirn

0.6

3

4

17 mm

Brennweite des Auges sollte etwa 24 mm sein

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Auge als Kamera

r = 8 mm

r = 12 mm

Brechungsgesetz:

n sin

α =

1 2

n sinβ

n = 1

1.336 1.41 1.337

n 1

α

n 2

8

1.376

β

Brechung an einer Kugelfläche:

f

=

n

n2

− n

2 1

f = 47.7 mm (r = 12 mm)

Brennweite zu lang !

f = 31.8 mm (r = 8 mm)

r


Die Brechung nur an der Eintrittsfläche

erklärt die Abbildung im Auge

ungenügend, d.h. Linse muss

berücksichtigt werden !

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Optische Verhältnisse am Auge

Augenmodell nach Gullstrand (4 Flächen, 4 Medien)

Brechkraft einer Linse

Brechkraft D wird in Dioptrien [dpt] gemessen

D

=

1

[ ]

f m

(D 1

vordere Fläche, D 2

hintere Fläche, d = Abstand

der Grenzflächen, n = Brechungsindex des Mediums

zwischen den Grenzflächen)

D = D + D − d D ⋅D

n

ges 1 2 1 2

Brechkraft

42.4

21.8

60.7

ca. 2/3 Hornhaut, 1/3 Linse

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Normalsichtigkeit (Emetropie)

in die Nähe

in die Ferne

11


Normalsichtigkeit (Emetropie)

‣ Licht aus der Ferne wird auf die Netzhaut fokussiert

‣ Akkomodation der Linse erlaubt scharfes Sehen auch

in der Nähe

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Akkommodation

Die Zugkräfte des Augapfels werden durch den

angespannten Ziliarmuskel aufgenommen, die

Zonularfasern entspannen sich, die Augenlinse

nimmt die entspannte Lage ein.

Augendruck

10 - 20 mm Hg

Augenlinse ohne Zugkräfte

die Linse ist in elastischer Ruhelage

sie hat maximale Dicke

Nahakkommodation

Ziliarmuskel angespannt

Ziliarmuskel

Augenlinse mit Zugkräften

die Linse flacht sich ab

Brechkraft nimmt ab

Fernakkommodation

Ziliarmuskel entspannt

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was ist der Grund für

Fehlsichtigkeit?

14


Kurzsichtigkeit (Myopie)

in die Nähe

in die Ferne

15


Kurzsichtigkeit (Myopie)

‣ Licht aus der Ferne wird vor der Netzhaut fokussiert

(Augapfel zu lang oder Brechkraft zu stark)

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Kurzsichtigkeit (Myopie)

‣ durch Zerstreuungslinse kann Brennpunkt nach

hinten auf die Netzhautebene verschoben werden.

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Weitsichtigkeit (Hyperopie)

in die Nähe

in die Ferne

18


Weitsichtigkeit (Hyperopie)

‣ Licht aus der Ferne wird hinter der Netzhaut fokussiert

(Augapfel zu kurz oder Linse zu wenig gekrümmt, also

Brechkraft zu schwach) 19


Weitsichtigkeit (Hyperopie)

‣ durch Sammellinse kann Brennpunkt nach vorne

auf die Netzhautebene verschoben werden.

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Stabsichtigkeit (Astigmatismus)

‣ Licht formt Linie und nicht einzelnen Punkt auf der Netzhaut

(horizontale Achse der Hornhaut weist nicht die gleiche

Krümmung auf wie ihre vertikale Achse).

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Stabsichtigkeit (Astigmatismus)

‣ Zylinder Linse verschiebt die Fokusebene eines Meridians

nach hinten auf die Netzhautebene

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Möglichkeiten des Sehkorrektur

„Klassische“ Sehkorrektur

- Brille

- Kontaktlinse

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Nachteile

Brille:

• Starke Brillen können optische Mängel haben

• Bei der Mehrstärkenbrille springt das Bild

• Nicht jeder Sehfehler kann korrigiert werden

• Die Welt wird größer oder kleiner

• Das Gesichtsfeld ist eingeschränkt

• Beschlagene Brillen sind ein Ärgernis

• Brillen zerkratzen schnell

Kontaktlinse:

• Kontaktlinsen können Augenerkrankungen

hervorrufen

• Pflegefehler haben schnell negative Folgen

• Die Verträglichkeit ist sehr unterschiedlich

• Umweltgifte können weiche Linsen

durchdringen. 24


Möglichkeiten des Sehkorrektur

„Klassische“ Sehkorrektur

- Brille

- Kontaktlinse

Moderne Laserchirurgie

- LASEK

- LASIK

-FEMTO -LASIK

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Anforderungen an den Laser

‣ extrem hohe Präzision

‣ Abtragung pro Puls < 0.5 µm (grünes Licht λ ~0.5 µm)

‣ keine thermische Schädigung des umliegenden

Gewebes

‣ effiziente Abtragung

‣ sicher

Chromosom

Haar

Excimer Laser

König et al.

Femto Sekunden Laser

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Korrektur der Fehlsichtigkeit

Kurzsichtig

UV-Laser-

Strahlung

abgetragene

Hornhaut

Weitsichtig

Bildebene vor

Korrektur

Myopie

Fokus Ebene

Bildebene vor

Korrektur

Hyperopie

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Erste refraktive Chirurgie

Um an den zu operierenden Augen eine Brechkraftveränderung

zur Beseitigung einer Fehlsichtigkeit durchführen

zu können, entwickelte er einen technischen Ablauf, der es

ermöglichte, die abgeschnittene Hornhautkappe im tief

gefrorenen und somit harten Zustand wie eine Kontaktlinse auf

einer Drehbank zu bearbeiten. Nachdem die korrigierende

Krümmung eingearbeitet war, wurde die Hornhautkappe sofort

wieder aufgetaut, auf das Hornhautbett des Patienten

zurückgelegt und mit feinen Nähten festgenäht.

Jose I. Barraquer (1948),

Spanien

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Photorefraktive Keratektomie (PRK)

älteste Laserbehandlung

• mechanisches Abschaben der Epithelschicht

• Abtragung der Hornhaut mit dem Laser

• Nachwachsen der Epithelschicht

Laserabtragung

abschaben

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Photorefraktive Keratektomie

Probleme:

• grosse postoperative Schmerzen

• volles Ergebnis erst nach etwa 3 bis 9 Monaten

(d.h. Heilungsprozess abgeschlossen)

• je höher der Sehfehler, desto höher das Risiko

• Behandlung von immer nur einem Auge

• Trübung der Hornhaut kann auftreten

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Laser-Epitheliale Keratomileusis

LASEK

20% Alkohlol

Ablösung

• Vorteile von LASEK gegenüber der

PRK (photorefraktiven Keratektomie)

- weniger Schmerz

- schnellere Erholung der Sehschärfe

• Das Epithel bleibt als Flap erhalten

Laser

zurück

klappen

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Laser –In Situ Keratomileusis

LASIK

• Laserabtragung erfolgt innerhalb

des Stromas

• Aufschneiden eines Flaps

(100 bis 200 µm dick)

• Vorteile:

– schnelle Erholung „wow - Effekt“

– praktisch kein Schmerz

– keine Narbenbildung

– hervorragende Vorhersagbarkeit

• Ungefähr 1.2 Millionen

Behandlungen in der USA pro Jahr

• Weltweit mehr etwa 5 Millionen

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Gewebe Abtragung

a

a

=

2

D ⋅ r

2( n −1)

≈ 1.5⋅

D ⋅ r

2

r [mm]

a [µm]

optische Zone

(2r)

Zone typ. Abtragung

5.5 mm 11.3 µm pro dpt

6.0 mm 13.5 µm pro dpt

6.5 mm 15.8 µm pro dpt

7.0 mm 18.4 µm pro dpt

Grösse der Korrektur wird durch Hornhautdicke beschränkt !

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Was ist möglich?

Kurzsichtigkeit

Weitsichtigkeit

Hornhautverkrümmung

bis - 10 Dpt

bis + 3 Dpt

bis 5 Dpt

Entscheidende Faktoren:

- Hornhautdicke

- Pupillengrösse

LASIK: Flap bereits 100 - 200 mm dick

dünnerer Flap

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Refraktive Chirurgie mit ultrakurzen Pulsen

• Wellenlänge: ~ nahes Infrarot (λ~ 1µm)

• Pulsdauer: ~ einige 100 fs (10 -13 sec.)

• Puls Energie: ~ 0.5 µJ bis 10 µJ

• Spot ∅: ~ 5 – 15 µm

• Intensität: ~ 10 15 bis 10 18 W/cm 2

• Rep. Rate: ~ 1Hz - 100 kHz

Scan

Einheit

Fokusierlinse

Kontaktglas

mit Saugring

Auge

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Femtosekunden-Laser Puls

Erde - Mond

Dicke eines Haares

384’401 km

Flugzeit ~ 1 Second

Flugzeit ~ 100 fs

Lichtgeschwindigkeit 300’000 km/s

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Histologie des fs-Laserschnitts

optimale Laserparameter

Figure: H. Lubatschoski et al.

Laserparameter nicht optimal

Figure: H. Lubatschoski et al.

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Refraktive Laser Keratektomie

Voraussetzung für ein optimales klinisches Ergebnis

ist eine präzise Diagnose des Auges

- Augen-Tracking

- Augenlänge

- Topographie des Auges

- Wellenfrontmessungen zur Bestimmung aller optischen

Fehler des Auges

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Augen-tracking

Augenbewegung wird durch

Laserscansystem vollkommen

ausgeglichen

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Optische Kohärenz Tomographie (OCT)

Messung der Geometrie des Auges

I o

Intensity

spektrale Verteilung

∆λ

Quelle

L

L’

Referenz Spiegel

λ ο

wavelength

Detektor

λ / 2

Detector

axiale Auflösung ∆L

Spiegel Bewegung

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Optische Kohärenz Tomographie (OCT)

reference mirror

A-SCAN

B-SCAN

L 1

L 2

photodiode

human eye

SLD

detection

electronics

V.J. Srinivasan et al., SPIE Vol. 6079, p607907-1-5 (2006)

d

Erlaubt präzise Ausmessung des gesamten

Auges.

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Vorteile des Lasers

1) Es werden alle optischen Fehler des Auges korrigiert, auch

solche, die durch Brille oder Kontaktlinsen nicht

ausgeglichen werden können.

2) Der Laser fertigt dem Auge einen Massanzug mit hoher

Präzision.

100%

Nachteil: relativ teuer

80%

60%

93% Benötigen keine Sehhilfe mehr

40%

20%

5%

operative

Nachkorrektur

2%

Gelegentlich

Brille

0%

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Topographie der Hornhaut

vor Operation

nach Operation

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Vorteile des Lasers

1) Es werden alle optischen Fehler des Auges korrigiert, auch

solche, die durch Brille oder Kontaktlinsen nicht

ausgeglichen werden können.

2) Der Laser fertigt dem Auge einen Massanzug mit hoher

Präzision.

100%

Nachteil: relativ teuer

80%

60%

93% Benötigen keine Sehhilfe mehr

40%

20%

5%

operative

Nachkorrektur

2%

Gelegentlich

Brille

0%

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wir haben die Wahl !

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