DE4338271A1 - Einrichtung zur Kontrolle von Photokoagulationseffekten am menschlichen Auge - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Einrichtung, mit der die Wirkung von (Laser-)Licht bei der Behandlung am menschlichen Auge in Echtzeit gemessen wird, so daß die Expositionsparameter Leistung und/oder Expositionszeit geregelt werden können.

Stand der Technik

Bei der thermischen Photokoagulation der Netzhaut des menschlichen Auges, die heute überwiegend mit Lasergeräten durchgeführt wird, werden die Parameter, die das Ausmaß der chemisch-biologischen Wirkung bedingen (Herdgröße, Leistung und Expositionszeit), vom behandelnden Arzt zunächst für einen oder wenige Herde vorgewählt und anschließend anhand des Erfolges variiert. Er sieht unmittelbar nach Applikation eines Effektes an der Ausbleichung der betreffenden Netzhautstelle, ob der Effekt richtig dosiert war. Bei vorgegebener Spotgröße werden die Leistung und/oder die Expositionszeit von niedrigen Werten beginnend so lange gesteigert, bis der gewünschte Erfolg eintritt. Zur Behandlung der Netzhaut hat sich diese Vorgehensweise bewährt, da sie relativ einfach und sicher ist und die resultierende Schwankungsbreite in der chemischen bzw. biologischen Gewebsänderung tolerabel ist.

Eine ähnliche Behandlung des Ziliarkörpers des Auges, die sogenannte Zyklophotokoagulation, die für die Therapie des erhöhten Augeninnendruckes verwendet wird, kann jedoch bezüglich ihres Erfolges nicht ohne weiteres an der Ausbleichung des betreffenden Pigmentes kontrolliert werden, da dieses aus geometrischen Gründen nicht sichtbar ist. Es liegt so im Ansatzwinkel der Regenbogenhaut und wird durch diese verdeckt, daß es mit keinerlei optischen Hilfsmitteln (ohne das Auge chirurgisch zu eröffnen) von außen einsehbar ist. Die Therapie kann daher auch nicht, wie bei der Netzhautbehandlung, durch die optisch abbildenden Medien des Auges erfolgen, sondern sie muß durch die Lederhaut unmittelbar über dem Ziliarkörper ausgeführt werden. Für diese Therapie wird infrarote Laserstrahlung im Bereich von typisch 800 nm bis 1200 nm verwendet, da die Lederhaut und der darunterliegende, überwiegend blutgefüllte Ziliarkörper in diesem Wellenlängenbereich, anders als für Licht im optisch sichtbaren Bereich, ausreichend transparent ist. Die Transmission liegt für die infrarote Therapiestrahlung allerdings nur bei etwa 0,1-0,5 und hängt stark von der individuell verschiedenen Dicke der Lederhaut und des Ziliarkörpers ab. Das nicht bis zum Pigmentepithel vordringende Licht (wo es, wie gewünscht, zu einem großen Teil, jedoch auch nicht vollständig, absorbiert wird) wird von der Lederhaut und vom Ziliarkörper weitgehend nicht absorbiert, sondern diffus gestreut. Da, wie oben ausgeführt, der Therapieort vom behandelnden Arzt nicht einsehbar ist, und daher die Ausbleichung des Pigmentes nicht kontrolliert werden kann, sondern blind erfolgen muß, sind unerwünschte Wirkungen im Sinn von thermischen Schädigungen durch Überdosierungen oder erfolglose Behandlungen durch Unterdosierungen eher die Regel als die Ausnahme. Die Therapie ist daher derzeit beschränkt auf solche Patienten, bei denen die Schwere der Erkrankung (augendruckbedingte, starke Schmerzen bei weitgehend fehlenden Therapiealternativen) höher zu bewerten ist als die genannten unerwünschten Folgen durch nicht adäquat dosierte Laserbehandlung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung verfügbar zu machen, mit der das Ausmaß des Therapieeffektes bei der thermischen Photokoagulation des Pigmentepithels, speziell auch bei dem des Ziliarkörpers, in Echtzeit gemessen und dadurch das betreffende Lasergerät in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert werden kann.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vom zur Therapie verwendeten Licht wird vom Pigmentepithel ein Teil durchgelassen und anschließend am Augenhintergrund diffus gestreut, ein anderer Teil wird direkt vom Pigmentepithel diffus gestreut. Von diesem Streulicht verläßt wiederum ein Teil das Auge. Dieser Anteil wird erfindungsgemäß mit optischen Mitteln auf einen Detektor abgebildet. Wenn das Pigmentepithel durch die Therapiestrahlung ausgebleicht wird, ändern sich seine Transmission und seine Reflektivität. Der genannte Detektor registriert daher einen sich zeitlich ändernden Strahlungsfluß. Die relative zeitliche Änderung des Detektorsignals wird mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, und bei Überschreitung wird der Therapielaser abgeschaltet. Da nur relative Werte betrachtet werden, ist der zeitliche Verlauf der registrierten Detektorsignale weitgehend unabhängig von den Transmissionseigenschaften von Sklera und Ziliarkörper und den optischen Abbildungseigenschaften auf den Detektor, solange diese nur während einer Exposition, die typisch unter einer Sekunde liegt, konstant bleiben.

Bevorzugte Ausführung und Ausführungsalternativen

Ein Photodetektor, der dem Stand der Technik entsprechend als Photodiode oder Photowiderstand aus Halbleitermaterial ausgeführt sein kann und im Wellenlängenbereich der verwendeten Therapiestrahlung empfindlich ist, wird in einigen Zentimetern Abstand vor dem betreffenden Auge so montiert, daß er einen zeitlich konstanten Anteil der aus dem Auge austretenden Strahlung registriert. Je nach Größe der photosensiblen Fläche und Empfindlichkeit des Detektors kann eine Zwischenoptik erforderlich sein, um die auf den Detektor fallende Strahlungsleistung anzupassen. Um das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal zu erhöhen, kann in den Strahlengang zwischen Auge und Detektor ein schmalbandiges Filter eingesetzt werden, das nur Licht der Wellenlänge der Therapiestrahlung durchläßt, sonstige Strahlung jedoch herausfiltert. Das Ausgangssignal des Detektors, das proportional zur auf ihn fallenden Lichtleistung ist, wird nach je nach Detektortyp verschiedenen analog- elektronischen Aufbereitungsschritten über einen Analog-Digital-Converter von einem Rechner digital erfaßt. Die Schrittweite der Zeitauflösung muß dabei klein gegenüber der zu erwartenden Expositionszeit für die Therapie sein. In der Praxis liegt letztere bei typisch 0,1-1 Sekunde, so daß für die Digitalisierung 1 kHz in der Regel ausreicht. Die Registrierung über den Photodetektor wird jeweils gleichzeitig mit der Exposition für die Therapie, bevorzugt mit dem selben Schalter, der üblicherweise als Fußschalter ausgeführt ist, gestartet. Je nach Signal- zu Rausch-Verhältnis kann es vorteilhaft sein, im Rechner zunächst den Mittelwert über einige anfängliche Meßwerte (typisch 10) zu berechnen, um den Meßfehler zu verringern. Die folgenden Meßwerte werden nun durch eine Division durch den anfänglichen Meßwert (bzw. den genannten Mittelwert) normiert. Wenn an irgendeiner Stelle in der beschriebenen Signalkette ein von der vom Detektor zu messenden Lichtleistung unabhängiger, konstanter Offset entsteht, muß dieser vor der Division subtrahiert werden. Die normierten Meßwerte werden nun schrittweise mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Bei Überschreitung wird vom Rechner gesteuert die Bestrahlung des Auges durch den Therapielaser unterbrochen. Dies kann in den meisten Fällen durch eine Unterbrechung der vom genannten Fußschalter zum Laser führenden Leitung erfolgen, da in der Regel innerhalb des Lasers elektrische Mittel vorgesehen sind, die bei Öffnung des Fußschalters die Exposition unterbrechen. Der genannte Schwellwert ist einstellbar. Er hängt nur von den physikalisch-chemischen Eigenschaften im Sinn der Änderung der Transmission und Reflektivität durch die therapiebedingte Temperaturerhöhung bei der für die Therapie verwendeten Wellenlänge ab. Da die genannten Parameter wellenlängenabhängig sowohl ansteigen als auch abfallen können, ist für den Schwellwert das Vorzeichen der Überschreitung jeweils in der therapiebedingten Richtung zu verstehen. Wird der Schwellwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht erreicht, was daran liegt, daß die Leistung der Therapiestrahlung zu gering ist, um die gewünschte thermisch bedingte chemische Änderung des Pigmentepithels zu bewirken, so wird der Arzt davon durch ein vom Rechner ausgegebenes optisches oder akustisches Signal informiert. Er muß dann die Leistung des Therapiestrahls am Lasergerät erhöhen und den Vorgang wiederholen.

In einer anderen Ausführung der Erfindung wird vom Rechner automatisch die Laserleistung erhöht und der Vorgang wiederholt, wenn der genannte Schwellwert nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit erreicht wird.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird auf einen Rechner verzichtet und das gleiche Ergebnis durch dem Stand der Technik entsprechende analog-elektronische Komponenten erreicht.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Photodetektor nicht vor dem betreffenden Auge angebracht, sondern ihm wird die Strahlung über einen flexiblen Lichtleiter zugeführt, der ebenso wie der Lichtleiter zum Zuführen der Therapiestrahlung direkt auf das Auge aufgesetzt wird. Vorteilhafterweise wird der Lichtleiter für den Photodetektor in das selbe Handstück integriert, in dem auch der Lichtleiter für die Therapie montiert ist.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird für das zum Photodetektor transportierte Licht der selbe Lichtleiter wie für die Therapie verwendet. Der Therapiestrahl muß zu diesem Zweck durch einen Strahlteiler unterbrochen werden. Dieser Strahlteiler ist relativ zum Therapiestrahl in einem Winkel von beispielsweise 45° angeordnet und läßt die Therapiestrahlung weitgehend durch, wobei für die Therapiestrahlung nur ein geringer Querversatz, aber keine Richtungsänderung erfolgt. Hinter dem Strahlteiler wird die Therapiestrahlung in den Lichtleiter eingekoppelt. Die aus dem Lichtleiter zurücklaufende Strahlung fällt auf den Strahlteiler und wird von ihm um 90° auf den Photodetektor abgelenkt. In dieser Anordnung erhält der Photodetektor auch einen Signalanteil, der auf Strahlung zurückzuführen ist, die an der Eintritts- und Austrittsfläche des Lichtleiters und, je nach Ausführung, noch an anderen im Strahlengang liegenden optischen Flächen reflektiert worden ist. Das Signal des Photodetektors muß daher bezüglich dieses Signalanteils im Sinn einer Offsetkorrektur korrigiert werden.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Kontrolle der Energie der verwendeten Strahlung bei der Photokoagulation des Pigmentepithels des menschlichen Auges, gekennzeichnet dadurch, daß ein Photodetektor vorhanden ist, der einen der Strahlungsleistung proportionalen Anteil der durch das Pigmentepithel durchgelassenen und anschließend am Augenhintergrund diffus gestreuten Strahlung oder der vom Pigmentepithel direkt diffus gestreuten Strahlung im zeitlichen Verlauf registriert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mit elektronischen Mitteln der relative, auf den Anfangswert der jeweiligen Therapiebestrahlung normierte Meßwert des Photodetektors gebildet und dieser mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein optischer oder akustischer Signalausgang vorhanden ist, über den der Anwender informiert wird, wenn der genannte Schwellwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht erreicht worden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß elektronische Mittel vorhanden sind, mit denen automatisch die Laserleistung erhöht wird, wenn der genannte Schwellwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht erreicht worden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß elektronische und/oder optische Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe die Strahlung des Therapielasers unterbrochen wird, wenn der genannte Schwellwert überschritten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Photodetektor vor dem betreffenden Auge befindet, und die aus den brechenden Medien des Auges austretende Strahlung registriert.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Lichtleiter vorhanden ist, der auf die Sklera des Auges aufgesetzt wird, und die vom Augenhintergrund oder vom Pigmentepithel selbst diffus reflektierte Strahlung durch die Sklera hindurch registriert und auf den Photodetektor leitet.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Photodetektor die Strahlung für seine Messung als rücklaufende Strahlung durch den selben Lichtleiter erhält, durch den auch die Therapiestrahlung zum Auge transportiert wird, wobei ein Strahlteiler die in den Lichtleiter hineinlaufende Therapiestrahlung von der zurücklaufenden Strahlung für den Photodetektor trennt.