Bert, Müller: Einfluß der Laserstrahlformung auf Hornhautprofil und Oberflächenrauheit bei der photorefraktiven Keratektomie mit dem 193 nm Excimer Laser

Aus der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin


Dissertation
Einfluß der Laserstrahlformung auf Hornhautprofil und Oberflächenrauheit bei der photorefraktiven Keratektomie mit dem 193 nm Excimer Laser

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von Bert Müller,
aus Berlin


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Dekan: Prof. Dr. med. J. W. Dudenhausen

Gutachter:
1. Prof. Dr. Dr. Chr. Hartmann
2. Prof. Dr. D. T. Pham
3. Prof. Dr. G. Duncker

Datum der Promotion: 14.01.2002


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Zusammenfassung

Hintergrund: Die Excimer Laser PRK zur Korrektur der geringen bis moderaten Myopie wird als präzises Verfahren der refraktiven Chirurgie angesehen und weltweit angewandt. Die Genauigkeit der PRK nimmt jedoch mit steigender Korrektur ab. Das Ziel dieser Untersuchung bestand darin, den Einfluß unterschiedlicher Laserstrahlapplikations- und -formungssysteme auf die korneale Oberflächenstruktur, das Hornhautprofil und die Zielrefraktion zu untersuchen.

Materialien und Methoden: Es wurden mit dem Meditec Mel 60 und dem Schwind Keratom, zwei Excimer Laser der Wellenlänge 193 nm, an jeweils 10 enukleierten Schweinehornhäuten eine PRK mit einer Zielkorrektur von -3, -6, -9 D mit einem Ablationsdurchmesser von 6 mm (5mm -9D) durchgeführt, ein Silikonabdruck von der Hornhautoberfläche angefertigt und mit einem dynamisch fokussierenden Topometrie System UBM Microfocus vermessen. Hornhautradius, Brechkraft der stromalen Oberfläche, Profilabweichungen von der idealen sphärischen Form sowie Rauheitsparameter der verschiedenen Zonen wurden ermittelt.

Ergebnisse: Epithelfreie Hornhäute besitzen ein sphärisches Profil. Der Meditec Mel60 Laser erzielte nach PRK von -3, -6 und -9 D sphärische Profile mit einer durchschnittlichen Refraktionsänderung von -3.4, -6.7 und -8.7 D. Das Schwind Keratom erzeugte eine mittlere Refraktionsänderung von -3.5, -5.8 und 8.4 D, wobei das korneale Ablationsprofil in allen Korrekturgruppen erhebliche Profilabweichungen in Form von zentralen Profilkuppen aufwies. Die durchschnittliche Höhe der zentralen Profilkuppen betrug nach der -3 D PRK 7.39 (±0.34) µm und stieg auf 16.31 (±1.06) µm bzw. 15.06 (±0.96) µm in der -6 und in der -9 D Serie. Die Relation zwischen der Profilkuppenhöhe und der Abtragtiefe lag zwischen 21 - 25% und konnte durch eine Anti-Central-Island Programm (ACI 100%) nur um 4% auf 18-20 % der Abtragtiefe reduziert werden. Die stromale Oberfläche der unbehandelten, epithelfreien Kontrollgruppe hat eine glatte, homogene Struktur. Die Rauheit der stromalen Oberfläche nach Ablation mit dem Meditec Laser war um 50 % stärker ausgeprägt als beim Schwind Keratom.

Diskussion: Die Beschaffenheit der stromalen Oberfläche nach der Excimer Laser PRK zur Korrektur der Myopie, wird durch die Rauheitsparameter quantitativ beschrieben und ermöglicht den direkten Vergleich zwischen den Lasersystemen. Die Rauheit ist positiv mit der Ablationstiefe und dem Ablationsdurchmesser korreliert. Je höher eine myope Korrektur angestrebt wird, desto rauher ist die stromale Oberfläche und damit das Risiko der Entwicklung einer epithelialen Hyperplasie und subepithelialer Trübungen, die im Zusammenhang mit den klinisch beobachteten Phänomenen der myopen Regression, der Abnahme der Kontrastsehschärfe, dem Verlust der bestkorrigierten Sehschärfe und monokularer Doppelbilder stehen. Ob der Unterschied der Rauheit von durchschnittlich 50% sich in der Inzidenz der klinischen Komplikationen widerspiegelt, können nur vergleichende Studien belegen. Die Vorhersagbarkeit des refraktiven Ergebnisses ist mit dem Meditec MEL 60 Laser besser einzuschätzen als das Ablationsprofil des Schwind Keratoms.

Schlagwörter:
Myopie, PRK, Hornhautprofil, Excimer Laser


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Abstract

Influence of Beam Delivery and Beam Shaping System to the Corneal Profile and Surface Roughness after Myopic 193 nm Excimer Laser PRK

Purpose: To evaluate the predictability of refractive outcome, sphericitiy of corneal profiles and surface roughness parameters after myopic PRK with different, commercially available excimer laser beam delivery and beam shaping systems.

Materials and Methods: Myopic Excimer Laser PRK of -3, -6 and -9 D in 6mm ablation zone (5 mm in -9 D) on performed on porcine eyes was performed with the Aesculap Meditec Mel 60, a slit scanning Laser and the Schwind Keratom I, a broad area laser with band mask beam shaping. A silicone replica was obtained to conserve the corneal profile and measured with a dynamic focusing topometry system (UBM Microfocus) to obtain radius, corrected corneal refraction and corneal surface roughness parameters.

Results: Untreated corneas of the control group displayed spherical profiles. PRK of intended -3, -6 and -9 D correction with the slit scanning Aesculap Meditec Mel60 excimer laser achieved a refractive change of an average -3.4, -6.7 and -8.7 D respectively without major profile deviations. PRK with the Schwind Keratom, a broad area beam excimer laser resulted a refractive change of -3.5, -5.8 and -8.4 D respectively. The Ablation created considerable central profile deviations representing central islands of 7.39 (±0.34) µm after -3 D, 16.31 (±1.06) µm and 15.06 (±0.96) µm height after - 6 and -9 D PRK, respectively. Mean central island height was 21 - 25% of ablation depth and was reduced by anti-central-island-program to 18-20 % of ablation depth. Stromal surface roughness increased with ablation depth and was significantly rougher after scanning beam ablation compared to broad area ablation.

Conclusions: Profile deviations increase with higher corrections and lessen the predictability of the refractive results. The Aesculap Meditec MEL60 Slit scanning system creates predictable spherical corneal profiles. The Schwind Keratom broad area laser create with band mask beam shaping central islands increasing with higher corrections. The application of an Anti-Central-Island Program does not eliminate the central profile elevations sufficiently. Stromal surface was rougher after scanning beam compared to broad area beam ablation.

Keywords:
myopia, PRK, corneal profiles, excimer laser


Seiten: [2] [3] [4] [5] [6] [7] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteEinfluß der Laserstrahlformung auf Hornhautprofil und Oberflächenrauheit bei der photorefraktiven Keratektomie mit dem 193 nm Excimer Laser
Selbständigkeitserklärung
Danksagung
Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1Dioptrischer Apparat und Fehlsichtigkeit
1.2Verfahren der refraktiven Chirurgie
1.3Photorefraktive Keratektomie der Myopie
1.4nm - Excimer Laser
1.5Laserstrahlführung und Laserstrahlformung
1.6Ablative Photodekomposition
2 Begründung des Themas
3 Material und Methoden
3.1Excimer Laser
3.1.1Schwind Keratom
3.1.2Aesculap Meditec MEL60
3.2Versuchsaufbau
3.3Silikonabdruck
3.4Infrarotphasenkontrastmikroskopie
3.5UBM Microfocus - Meßgerät
3.6Hornhautradius und Hornhautprofil
3.7Rauheitsparameter
3.8Auswertung und Statistik
4 Ergebnisse
4.1Änderung der kornealen Brechkraft
4.2Hornhautprofil
4.2.1Gesamtprofilhöhe
4.2.2Zentrale Profilunregelmäßigkeiten (sog. zentrale Inseln)
4.3Oberflächenrauheit
4.3.1Kontrollgruppe
4.3.2Großflächige Ablation mit dem Schwind Keratom
4.3.3Spaltförmige Ablation mit dem Aesculap Meditec Mel 60 Excimer Laser
5 Diskussion
5.1Abtragung von Hornhautgewebe
5.2Kalibration des Lasers
5.3Bestimmung des Hornhautprofils
5.4Refraktionsänderung
5.5Zentrale Profilunregelmäßigkeiten („Central Islands“)
5.6Beurteilung der Oberflächenrauheit
5.7Beeinflussung der Oberflächenrauheit
5.7.1Epithel der Hornhaut
5.7.2Hornhautstroma
5.7.3Laserimpulswechselwirkungen
5.7.4Weitere Faktoren
Bibliographie Literaturverzeichnis
Lebenslauf

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Spektrum der in der Augenheilkunde angewendeten Laser und deren Gewebewechselwirkungen
Tab. 2: Stromale Ablationstiefe [µm] in Abhängigkeit der Korrektur [D] und des Ablationsdurchmesser [mm] für die PRK und LASIK mit dem Excimer Laser bei gleicher Abtragrate
Tab. 3 Edelgas-Halogen-Gemische von Excimer Lasern und die Wellenlänge emittierter Photonen [107]
Tab. 4: Technische Parameter des Schwind Keratoms und des Aesculap Meditec Mel60 - Excimer Lasers
Tab. 5: Versuchsgruppen der pro Korrektur behandelten Augen (ACI- „Anti Central Island“ Programm, G - Glättungsimpuls)
Tab. 6: Überblick über die spezifischen Parameter des Schwind Keratoms
Tab. 7: Überblick über die spezifischen Parameter des Aesculap Meditec MEL60
Tab. 8: Technische Parameter des UBM Microfocus

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Versuchsaufbau, 2 über die pars plana Region in den Glaskörperraum eingeführte Kanülen, die mit einem Infusionssystem zur Tonisierung des Bulbus und mit einem Druckwandler zur intraokularen Druckmessung verbunden sind
Abb. 2: Das Handstück mit der integrierten Irismaske des Aesculap Meditec Mel 60 Lasers wurde in ein Stativ eingespannt, um einen konstanten intraokularen Druck bis zu 25 mmHg zu garantieren. Die Maske ist mit einer Absaugvorrichtung für die Ablationsprodukte versehen.
Abb. 3: Abbildung der Meßstation oben und des Meßprinzips des UBM Microfocus (1 Laserdiode, 2 -3 Prisma mit Strahlteiler, 5 Photodioden, 6 - 8 magnetische Autofocussiereinheit, 9 Collimatorlinse, 10 Objektiv, 13 Objekt) aus „Microfocus Berührungslos messen“, UBM-Meßtechnik GmbH [ 80 ].
Abb. 4: Graphische Darstellung der Parameter für die Brechkraft einer Linse
Abb. 5: Zusammenhang zwischen Abtragtiefe und Änderung des Hornhautradius
Abb. 6: Zusammenhang zwischen der Ablationstiefe und der Korrektur für die jeweiligen Ablationsdurchmesser, hergeleitet aus der Beziehung von Munnerlyn [ 76 ], siehe Gleichung 3.
Abb. 7: Subtraktion der an das Originalprofil der Laser-behandelten Hornhaut (rot) angepaßten Kreisfunktion, um die Profilabweichungen von der als ideal angesehenen sphärischen Referenzlinie zu betonen
Abb. 8: Höhenprofil einer zentralen Profilkuppe („zentrale Insel“) nach Subtraktion der ideal an das Profil angepaßten Kreisfunktion vom Originalprofil, Profilabweichungen entsprechen der Abweichung von der Referenzlinie (Kreisfunktion) mit H - Höhe der Profilkuppe über der Kurve, T - parazentrale Profiltiefe, Ry - Gesamthöhe der Profilabweichung, D - Durchmesser der zentralen Profilkuppe
Abb. 9: Graphische Darstellung weiterer Rauheitsparameter, Ry - Gesamtprofilhöhe des Hochpass-gefilterten Profils, Rp - Profilkuppenhöhe, Rt - Profiltaltiefe
Abb. 10: Darstellung der Hornhautbrechkräfte nach -3, -6, -9 D PRK mit dem Aesculap Meditec MEL 60 Laser (M) und mit dem Schwind Keratom (K) ohne und in Kombination mit dem ACI100-Programm.
Abb. 11: Darstellung der tatsächlich erreichten Korrekturen nach PRK für -3, -6, -9 D mit dem Meditec Aesculap MEL 60 Laser und mit dem Schwind Keratom (n=100 Augen/ 10 Augen pro Gruppe).
Abb. 12: Vergleichende Darstellung der angestrebten (rot) und tatsächlich (blau) erzielten Ablationstiefen (in µm) nach PRK für -3, -6, -9 D mit dem Meditec Aesculap MEL 60 Laser und mit dem Schwind Keratom.
Abb. 13: Profil einer epithelfreien Hornhaut (rot) und seiner Abweichungen von der idealen Kreisfunktion (schwarz) (linke Achse - Profilhöhe in µm nach Subtraktion von der Kreisfunktion, rechte Achse Gesamtprofil des Hornhautprofils in mm).
Abb. 14: Hornhautprofil (rot), angepaßte ideale Kreisfunktion (schwarz) und das Profil nach Subtraktion beider Profile (schwarz) nach -3, -6, -9 D (oben, Mitte, unten) Excimer Laser PRK mit dem Aesculap Meditec MEL 60 Laser.
Abb. 15: Gesamtprofilhöhe Ry nach PRK-Korrektur von -3, -6, -9 D mit dem Aesculap Meditec Mel 60 Laser (M) und dem Schwind Keratom (K) (G - Glättungsimpulse nach -6D mit Meditec Laser; ACI - Programm zur Prävention zentraler Profilkuppen).
Abb. 16: Mittlere Höhe der zentralen Profilkuppen nach Excimer Laser PRK zur Korrektur von -3, -6 und -9 D mit dem Schwind Keratom unter Verwendung des Anti-Central-Island Programmes (ACI).
Abb. 17: Darstellung der Profilabweichungen (schwarz) als Differenz des Hornhautprofils (rot) und der daran angepaßten optimalen Kreisfunktion (grau) in µm (linke Achse) nach -3 D PRK mit dem Schwind Keratom (oben) unter Verwendung des ACI-100% Programmes zur Vermeidung von zentralen Profilkuppen (unten) (Gesamtprofilhöhe in mm - rechte Achse).
Abb. 18: Darstellung der Profilabweichungen (schwarz) als Differenz des Hornhautprofils (rot) und der daran angepaßten optimalen Kreisfunktion (grau) in µm (linke Achse) nach -6 D PRK mit dem Schwind Keratom (oben) unter Verwendung des ACI-100% Programmes zur Vermeidung von zentralen Profilkuppen (unten) (Gesamtprofilhöhe in mm - rechte Achse).
Abb. 19: Darstellung der Profilabweichungen (schwarz) als Differenz des Hornhautprofils (rot) und der daran angepaßten optimalen Kreisfunktion (grau) in µm (linke Achse) nach -9 D PRK mit dem Schwind Keratom (oben) unter Verwendung des ACI-100% Programmes zur Vermeidung von zentralen Profilkuppen (unten).
Abb. 20: Silikonabguß der stromalen Oberfläche nach Entfernung des Epithels im optischen Zentrum der Hornhaut (Durchmesser 2 mm, 80x Vergrößerung) (oben) und das dazugehörige Rauheitsprofil nach Hochpaßfilterung (0.4 mm Grenzwellenlänge, 2 mm Meßstrecke).
Abb. 21: Silikonabguß der stromalen Oberfläche im optischen Zentrum der Hornhaut (Durchmesser 2 mm, 80x Vergrößerung) nach -6 D PRK mit großflächigen Impulsen des Schwind Keratoms mit Blendenbandmaske (oben) und das dazugehörige Rauheitsprofils nach Hochpaßfilterung (0.4 mm Grenzwellenlänge, 2 mm Meßstrecke) (unten). Im Zentrum fällt eine glatte Profilkuppe auf. Die Peripherie ist durch die konzentrischen Ringstrukturen gekennzeichnet.
Abb. 22: Zehnpunkthöhe Rz nach -3, -6, -9 D PRK mit dem Schwind Keratom in der zentralen und peripheren Hornhautoberfläche (jeweils 2mm Meßstrecken).
Abb. 23: Zehnpunkthöhe der Oberfläche des optischen Zentrums und der Randzone nach PRK mit dem Aesculap Meditec MEL 60 Laser nach Korrektur von -3, -6 und 9D (G - Glättungsimpulse) (n=50 Augen, 10 Augen pro Gruppe)
Abb. 24: Silikonabguß der stromalen Oberfläche im optischen Zentrum der Hornhaut (Durchmesser 2 mm, 80x Vergrößerung) nach -6 D PRK mit dem spaltförmigen Laserimpuls des Aesculap Meditec Excimer Lasers und das dazugehörige Rauheitsprofil nach Hochpaßfilterung (0.4 mm Grenzwellenlänge, 2 mm Meßstrecke).
Abb. 25: Silikonabguß der stromalen Oberfläche im optischen Zentrum der Hornhaut (Durchmesser 2 mm, 80x Vergrößerung) nach -6 D PRK mit dem spaltförmigen Laserimpuls des Aesculap Meditec Excimer Lasers und Glättung der Oberfläche mit der Immersionstechnik (oben) und das dazugehörige Rauheitsprofil (schwarz) im Vergleich zur -6 D Oberfläche ohne Glättung (rot) nach Hochpaßfilterung (0.4 mm Grenzwellenlänge, 2 mm Meßstrecke).
Abb. 26: Beziehung zwischen kornealer Rauheit im optischen Zentrum und der Korrektur nach PRK mit dem Schwind Keratom und dem Aesculap Meditec MEL 60 Laser (n=80 Augen, 10 Augen pro Gruppe; GL - Glättungsimpulse)
Abb. 27: Gegenüberstellung der Rauheit Ra und Zehnpunkthöhe Rz pro µm Ablationstiefe (oben) und pro korrigierter Dioptrie für das Schwind Keratom und den Meditec Excimer Laser
Abb. 28: Darstellung einer zentrale Profilkuppe nach - 3 D PRK mit 6mm Ablationszone mit dem Schwind Keratom im ersten postoperativen Monat

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Wed Feb 13 18:11:29 2002