WO2013020660A1 - Verfahren und vorrichtung zur kombinierten temperaturgesteuerten lasertherapie durch einen multifunktionalen therapielaser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kombinierten temperaturgesteuerten lasertherapie durch einen multifunktionalen therapielaser Download PDF

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WO2013020660A1
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pulse
pulses
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pump
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PCT/EP2012/003177
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Manfred Dick
René DENNER
Gerald Kunath-Fandrei
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Carl Zeiss Meditec Ag
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    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the combined temperature-controlled laser therapy by a multifunctional therapy laser.
  • the invention relates to a therapy laser which has a wider range of application compared to existing lasers.
  • DE 10 2009 016 184 A1 discloses a method and a device for non-invasive temperature determination on biological tissue treated with a cw treatment radiation.
  • a method and a device for non-invasive temperature determination on biological tissue treated with a cw treatment radiation By rapidly switching on the laser pumping source within approx. 1-10, short, intensive laser pulses of approx. 10 W peak power are generated, whereby the cw laser achieves a power of approx. 2 W on average. With these pulses, opto-acoustically evaluable signals are generated, which are suitable for a temperature measurement of the treated tissue.
  • the object of the present invention is to provide a laser for a wider range of applications.
  • the object is achieved by a laser therapy device (4) having a laser (1) and a control device (3), wherein the laser (1) is suitable for a cw operation solid-state laser with a pump source (2), and wherein the control device (3) is set up to receive at least one first pulse of the laser (1) in a first-pulse mode.
  • the pump source (2) can be switched on by the control device (3) at least once to a pump power stage S1 and a rise time E, after which the pump power stage S1 of the pump source (2) can be reached from the switch on, is in the range of 5 ns to 350 ns.
  • This provides a laser in which short and intense pulses can be generated in addition to the continuous operation of the cw laser by means of a special control of a continuous wave laser (cw laser) Lasers have a much higher laser pulse peak power, so that this for previously not with a cw laser therapy methods, such.
  • cw laser continuous wave laser
  • the selective photothermolysis of the retina can be used and at the same time the cw laser for therapeutic methods such.
  • B. photocoagulation hyperthermia and biostimulation in the eye is usable. Surprisingly, it has been found that primary pulses with pulse peak powers of approximately 35 W can be generated by switching on the pump source even faster than in the prior art, with the cw power z. B. only about 2 W is.
  • the resulting pulse peak power is thus more than 10 times higher than the cw laser power.
  • the resulting first pulses have a FWHM (fill width at half maximum) of about 0.25 and reach in the example of a cw laser with 2 W cw laser power a pulse energy of up to 20 ⁇ . Such pulses are suitable for. B. for biostimulation of RPE cells and photodisruption of organic tissue after selective photothermolysis.
  • the laser therapy device can be used both for a cw operation for photocoagulation with temperature control and in therapeutically effective single-pulse operation.
  • the laser is preferably a cw laser, as used for photocoagulation. It is preferably a diode-pumped solid-state laser.
  • the laser works preferably with Wavelengths in the visible and infrared wavelength range, preferably from 400 to 1000 nm, more preferably from 510 to 810 nm, and especially 532 nm, 561 nm, 577 nm, 659 nm.
  • it is a primary continuous e-mittent therapy laser.
  • It is preferably an optically excited laser whose amplifying (active) medium consists of a crystalline or glassy (amorphous) solid. In this so-called.
  • the active medium of the laser is preferably able to store the energy supplied during the pumping process for an intermediate period, for example in the form of a population inversion, and to deliver it essentially in a single pulse during an oscillation process of the light field in the laser resonator.
  • a medium is, for example, a solid-state laser medium whose energy storage time (this is also referred to as fluorescence lifetime or lifetime at the upper laser level) is typically in the range of 50 to 1 ms.
  • one or more of the following group are preferably selectable: Nd: YAG (230-240 fluorescence lifetime), all crystals, neodymium: yttrium vanadate, neodymium: yttrium aluminum garnet (Nd: YAG), Er: YAG, Tm: YAG, Ho: YAG Ho-Tm: YAG.
  • Nd YAG (230-240 fluorescence lifetime)
  • Nd YAG
  • Er YAG
  • Tm YAG
  • Ho-Tm YAG
  • a population inversion occurs when the occupation of the higher energy laser level involved in the laser gain process is greater than that of the lower laser level involved.
  • the laser is a neodymium: yttrium-vanadate solid-state laser with a wavelength of 1064 nm and with frequency doubling a wavelength of 532 nm. Because of the comparatively short fluorescence lifetime or storage time of this laser-active medium of about 100 ⁇ the turn-off time during modulation is limited to this short period of time.
  • a diode is provided as a pump source for the laser, since the modulation of the pump source here in a simple manner by the appropriate control of the diode current can be realized.
  • the laser is a disk laser. Due to the design of the laser material in the form of a very thin disc cooled in the axial direction, the construction of a thermal lens is minimized.
  • the laser is a diode-pumped neodymium: yttrium-vanadate disk laser with frequency doubling.
  • the laser is preferably suitable for cw operation when it is normally used for forms of therapy that take place in continuous irradiation mode.
  • Typical is z. B. a photocoagulation laser with a maximum cw laser power of 2 W, in stronger versions to 5 W, wherein for the photocoagulation z. B. a cw laser power of 100 mW - 500 mW, preferably at coagulation times of 10 ms - 500 ms, is already sufficient.
  • a laser can now also be used for other forms of therapy which require a higher peak power (eg cell death of the RPE by blistering due to selective photothermolysis).
  • any device is suitable, which can control a device depending on an input variable.
  • the controller preferably has both at least one input interface and at least one output interface.
  • the controller is programmable.
  • a connection-programmed control particularly preferably a stored-program control, is used.
  • the controller has a processor architecture.
  • the pump source is preferably at least one diode which can be controlled by means of current control in its radiation intensity is and stimulates the laser.
  • the pump power of the pump source is preferably controlled.
  • individual pump power stages of the pump source can be set, particularly preferably these pump power stages can be selected for any desired pump power values.
  • the pump source with a corresponding voltage and with a corresponding current to a certain pump power level can be controlled.
  • a pump source z.
  • laser diode (s) LED (s) or gas discharge lamps used. Diodes are preferred because they can be quickly connected. It is both a longitudinal and a transverse excitation of the laser medium possible.
  • the pump power is preferably the power which the pump source for exciting the laser medium, z. B. in the form of current and voltage is supplied.
  • the laser power is preferably the power that the laser emits in the form of photons.
  • the cw laser power is preferably the cw rated power of the laser.
  • the nominal cw power is preferably in the minute range or longer, stable and constantly deliverable laser power in continuous operation.
  • the cw rated power is particularly preferably a power value specified by the manufacturer for continuous operation in the, at least, minute range.
  • the average laser power is preferably the laser power which is emitted in the time average by the cw laser, preferably during a pulse operation of the cw laser or a quasi-continuous operation of the cw laser by the corresponding pulses. If z. If, for example, five treatment pulses with a duration of 10 seconds and 2 watts of laser power are emitted in one minute and the laser power is 0 watts in between, the average laser power is 1.667 watts according to: 5 ⁇ I0s- 2W, w
  • the control device is set up to maintain a pause of 40 .mu.s to 2 ms, preferably 50 to 1 ms, before the pump source switches to the pump power stage S1, in which the existing radiation field in the laser resonator degrades and a population inversion by spontaneous
  • a first pulse is a short, intense laser pulse that has a peak pulse power that is surprisingly more than ten times higher than the cw laser power and, surprisingly, more than three times higher than the peak pulse power of DE 10 2009 016 184 AI known first pulse, which is used for temperature measurement.
  • a short, intense first impulse is generated.
  • This laser pulse preferably has a pulse energy of more than 10 ⁇ , more preferably more than 17.
  • the power density of the radiation incident on the tissue is preferably adjustable.
  • the spot diameter is preferably 20 ⁇ to 8.0 mm, more preferably 50 ⁇ to 1.0 mm adjustable, more preferably it is 70 ⁇ .
  • the pulse is preferably suitable as a measuring pulse.
  • the rise time E is preferably measured from the time when the pump source is switched off, d. H.
  • the controller provides a current less than the threshold current, more preferably provides a current and a voltage of 0 A and 0 V to the pump source until the time the controller supplies the current and the voltage corresponding to a power represent the pump power stage Sl.
  • the control device preferably generates a power-on pulse whose turn-on edge within the rise time E reaches the current value for the desired pump power stage.
  • the rise time E is preferably in the range of at most 300 ns, preferably at most 250 ns, particularly preferably at most 200 ns, very particularly preferably 150 ns, particularly preferably less than 100 ns.
  • the pump source is switched off again.
  • the peak pulse power of the laser pulse increases as the rise time E is reduced.
  • the pump power stage Sl is preferably higher than the pump power stage S3, to which the pump source for the output of the cw laser power is adjustable.
  • the modulation of the laser is preferably based exclusively on the current control of the pump diodes of the solid-state laser and the laser therapy device preferably has no additional internal and / or external modulators.
  • the pump power stage S1 is at least 10% higher than a pump power stage S3, to which the pump source (2) for the output of the cw laser power of the laser (1) is adjustable.
  • the pump power stage to which the pump source for the output of the cw laser power of the laser in the cw mode is adjustable, is preferably the pump power stage required for the output of the cw rated power of the laser.
  • the pump power stage S1 is preferably 100% to 150%, particularly preferably 110% to 130%, very particularly preferably 120% of the pump power stage, to which the pump source for the output of the cw laser power in the cw mode is maximally adjustable. If z. B. in normal cw operation of the laser, a maximum current of 28 A pump diodes is supplied, is set to generate a first pulse, a current of 33 A for the power level Nl with the appropriate voltage, which corresponds to an increase to about 118% ,
  • the laser can be excited for a short time with a pump power above the pumping power intended for the cw operation, whereby the pulse peak power of a first pulse can be increased again. Due to the short-term increase in the excitation power or pump power, no damage to the laser itself.
  • control device (3) is set up to hold the pump source (2) at a pump power stage S2 for a period of time T after the rise time E.
  • the time duration T preferably directly follows the rise duration E.
  • the pump power stage S2 is preferably equal to the pump power stage Sl, particularly preferably the pump power stage S3, ie approximately one of the usual cw rated power of the laser corresponding pump power stage.
  • the time duration T is set to a maximum value so that the sum of the pulse duration of the first pulse and T is preferably less than or equal to 1 ms, particularly preferably less than or equal to 50 ps, very particularly preferably less than or equal to 10 s and particularly preferably less than or equal to s is.
  • a duration of the extended first pulse from about 10 ⁇ to 50 s, z. B. by heat diffusion, coagulation effects occur in the tissue are not desired in therapeutic methods with short-intense pulses.
  • the time duration T is set to a maximum value of 4.8 ps, in order to reliably exclude unwanted tissue coagulation effects.
  • a laser pulse energy of the first pulse can be set by the rise time E and / or the time duration T and / or the pump power levels S1 and / or S2. Preference is thus given to the current and / or the
  • a cw solid-state laser which can be controlled via a wide parameter field and whose laser power peaks and energies of pulses in large value ranges (eg 0-100 W, preferably 0-50 W, particularly preferably 0-35 W) 0-80 ⁇ .1, preferably 0-50 ⁇ J, more preferably 0-17 ⁇ ) are adjustable. So far, only low power peaks which were suitable for measuring pulses could be generated in the cw mode in the prior art.
  • control device (3) is additionally set up to control the pump source (2) in such a way that
  • a treatment beam with a laser power can be generated, which is less than or equal to the cw laser power of the laser (1), and / or
  • - Measuring pulses and treatment pulses can be generated by the laser (1) in a temperature-controlled, quasi-continuous operation.
  • a rise time of the pump source in the range of preferably 10 ⁇ - 2 ms, more preferably 10 ⁇ - 50 ms can preferably be set to the required pump power level.
  • the fall times of a treatment pulse or beam are preferably adjustable to values in these ranges.
  • a temperature-controlled photothermal laser therapy is preferably feasible, in particular a:
  • the parameter set can be reproducibly selected so that the lesion at the time of treatment and shortly thereafter ophthalmoscopically visible and from about 3 months after treatment ophthalmoscopy is invisible (reversible photocoagulation).
  • the method described here does not have the disadvantage of all previous short pulse techniques which, due to the ever smaller therapeutic window below 20 ms pulse duration, are increasingly in danger of producing uncontrolled vascular and tissue ruptures (eg described in G. Dorin "The treatment of diabetic retinopathy: laser surgery or laser therapy? "Retina Today 6 (1) 2008).
  • thermo activation energies or thermal states of equilibrium eg vascular endothelial growth factor, VEGF, versus pigment epithelium derived factor, PEDF
  • VEGF vascular endothelial growth factor
  • PEDF pigment epithelium derived factor
  • the pump power stage to which power is turned on is preferably correspondingly reduced so that a laser pulse peak power of approximately 10 W is not exceeded.
  • the pump power after switching briefly, z is used to control the cw laser power (for example below the pump power stage required for photocoagulation).
  • a pause is preferably inserted between the two pulses, which is preferably greater than the sound propagation time in the eye, z. B. 30 ⁇ . Preference is given to measurement and treatment pulses with a
  • Repetition rate in the range of 500 Hz - 10 kHz, particularly preferably repeated by 1 kHz alternately.
  • the therapy pulse follows directly after the measuring pulse without a break. Due to the missing rising edge of the therapy pulse, the optoacoustic effect of the therapy pulse can thus be completely avoided.
  • a treatment pulse adjustable so that they generate no or only the lowest possible opto-acoustic pressure transients.
  • a modulation cycle preferably results in the following sequence:
  • parameter field is with the laser therapy device z. B. a quasi-continuous operating regime feasible.
  • the effective cw irradiation time would be only about 13% shorter (ie for the same thermal effect, the cw laser operating in quasi-continuous operation must "heat" 13% longer).
  • it has the advantage of a temperature-controlled coagulation without additional stronger cw laser or the integration of an additional measuring laser.
  • a measuring pulse preferably has pulse energies of approx. 2 -
  • the described principle according to the invention can preferably also be used in a slightly modified form.
  • a first beam source can be provided for The above-described form of laser modulation (measuring and coagulation pulse) to produce and all other beam sources for conventional temperature-controlled photothermal therapy can be used.
  • the first beam source can be operated both in a measurement and therapy regime (generation of measurement and therapy pulse) and in a pure measurement regime (generation pulse only) in which the measurement pulse is generated, while the other beam source with a different wavelength is exclusively in a therapy regimen is operable.
  • the measuring regime of the first beam source is preferably located in the parameter field described above, and both the measuring regime of the first beam source and the therapy regime of the further beam source are both controlled by the same control device.
  • the additional Liehe beam source to generate the measuring pulse can be saved.
  • the object of the invention is achieved, since the additional beam source for generating the measuring pulse can be saved.
  • the laser therapy device has at least two lasers, wherein at least one of the lasers provides at least one wavelength which can be used for at least two of the operating modes first pulse operation, continuous operation, quasi-continuous operation and temperature-controlled quasi-continuous operation.
  • control device (3) is additionally set up to control the pump source (2) such that first pulses and / or treatment pulses and / or measuring pulses or a combination of first pulses and / or treatment pulses and / or measuring pulses can be generated as pulse packets are.
  • a pulse packet consists of at least two pulses with a shorter pause between them than a pause for another pulse packet.
  • pulses or pulse packets By combining different pulses or pulse packets, a wide variety of measurement and therapy scenarios are preferably adjustable. For example, a combination of exclusively initial impulses, both as a single pulse and as pulse packets, makes selective hyperthermia of the trabecular meshwork possible, which leads to a lowering of the intraocular pressure. Furthermore, the combination of exclusively prolonged first pulses, both as individual pulses and as pulse packets in the range of 250 ns-5 s, allows selective photothermolysis / hyperthermia of the trabecular meshwork to lower the intraocular pressure. By a combination of first pulses as a single pulse or as a pulse packet as well as by the combination of prolonged first pulses, both as a single pulse as well as pulse packets in the range of
  • 250 ns-5 ⁇ is preferably a selective photothermolysis feasible in which cells of the RPE die by blistering. Due to the combination of measuring impulses and treatment pulses, z.
  • a temperature-controlled photothermal laser therapy feasible which is feasible with subliminal benefits of the treatment pulse as hyperthermia and biostimulation in suprathreshold powers of the laser pulse as irreversible or reversible photocoagulation.
  • the above-described laser therapy system can be used within known application systems such as an ophthalmic laser slit lamp, a link system for conventional ophthalmic biomicroscopes, fundus camera systems or even OCT systems.
  • the therapeutic spot size of about 10 ⁇ to about 1 mm is provided adjustable.
  • an automated or even partially automated application of the laser spots with the aid of an optical scanning system is furthermore provided. Line scans as well as flat grid scans are provided, which allow an efficient work.
  • the spatial shape and arrangement of the therapeutic laser spots can be configured such that the spot size can be adjusted by an optical system and the arrangement of a plurality of spots can be adjusted by a manual and / or automatic optical positioning. Scanning system is done.
  • the spot size is set in dependence on the pulse length and pulse energy in such a way that selective photodisruption (blistering) is achieved in the RPE.
  • the object is furthermore achieved in particular by a method for operating a laser therapy device (4), comprising the following step:
  • At least one first pulse (2) of a laser (1) which is a solid-state laser suitable for cw operation, by switching on a pump source (2) by means of a control device (3) to a pump power stage S1, wherein the switching on within a rise time E in the range of 50ns and 350 ns takes place, after which the pump power stage Sl of the pump source (2) is reached from the start.
  • the pump power stage S1 is at least 10% higher than a pump power stage S3, to which the pump source (2) for outputting the cw laser power of the laser (1) is set.
  • a further method according to the invention additionally comprises the step:
  • a further method according to the invention additionally comprises the step:
  • a further method according to the invention additionally comprises at least one of the steps: - generating a treatment beam of the laser (1) in a continuous operation with a laser power that is less than or equal to the cw laser power of the laser (1);
  • a further method according to the invention additionally comprises the step:
  • FIG. 1 shows an overview of a laser therapy device (4) according to the invention
  • FIG. 2 shows a pump power (P p ) -time (t) diagram of an inventive control of a pump source (2)
  • FIG. 3 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of inventive first pulses
  • FIG. 4 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of pulse packets according to the invention of first pulses
  • FIG. 5 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of extended first pulses with shoulder characteristic according to the invention due to holding a pump power stage S2 after switching on the pump source to a pump power stage S1.
  • FIG. 6 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of pulse packets according to the invention of elongated first pulses with shoulder characteristic, a laser power (P L ) time (t) diagram of treatment pulses according to the invention and a treatment jet according to the invention,
  • a laser power (P L ) time (t) diagram of pulse pulses of treatment pulses according to the invention a laser power (P L ) time (t) diagram of treatment pulses according to the invention without complete reduction of the pump power between the treatment pulses,
  • a laser power (P L ) time (t) diagram of treatment pulses and measuring pulses according to the invention a laser power (P L ) time (t) diagram of a CW treatment beam according to the invention.
  • FIG. 1 shows an overview of a laser therapy device 4 according to the invention.
  • the laser 1 is connected to a pump source 2, which excites it.
  • the control unit 3 is connected to the pump source 2 and arranged to control the pump source 2.
  • the laser has in its output an optical waveguide (not shown), which via a
  • Slit lamp (not shown) that directs laser light to an eye.
  • the control device 3 activates the pump source 2 by a rapid switch-on with a rise time of approximately 100 ns to a pump power stage S1.
  • a current of 33 A is delivered from the control unit 3 to the pump source 2.
  • an excessive build-up of the population inversion in the laser medium forms, which abruptly degrades again after the subsequent setting of a radiation field in the laser resonator and a short intense pulse (first pulse) arises.
  • this laser pulse achieves power peaks of about 35 W and is therefore suitable for producing therapeutic effects in the tissue. In this way, the laser power is a short time to a
  • a multiple of the cw laser power increases, approximately by a factor of 10 - 17.
  • a cw laser having a cw laser power of about 5 W in this way a first pulse with a pulse peak power of about 50 W can be generated .
  • This diverse new applications are created for this laser, the required equipment z. B. significantly reduced in a clinic.
  • FIG. 2 shows a pump power (P p ) -time (t) diagram of an inventive control of a pump source (2).
  • a first pulse is generated by the drive.
  • the pump source 2 is turned on and ramped up to a time Tl to a pump power stage Sl.
  • the difference Tl - TO corresponds to the rise time E, which in this example is 100 ns.
  • the pump power is lowered back to 0 up to a point T4.
  • the decay times A and A ' are preferably negligible compared to the time period T for small decay times.
  • T T4 - Tl.
  • the same value as that of the pump power stage Sl is adjustable. A waste time A is thus eliminated.
  • FIG. 3 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of first impulses according to the invention.
  • the cw laser power which the laser is able to emit in a continuous laser mode is drawn in dashed lines (as in FIGS. 4 to 11).
  • the pump source is turned off as quickly as possible after reaching the pump power stage Sl, so that no shoulder characteristic of the laser power is produced after the respective pulse. Pauses of more than 100 ⁇ are maintained between the pulses, in which the pump source 2 remains switched off and in which the existing radiation field in the laser resonator is extinguished and a residual population inversion is reduced by spontaneous decay.
  • FIG. 4 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of pulse packets according to the invention of first pulses. Between the pulse packets, which consist of three first pulses, longer pauses are observed than between the individual pulses of a pulse packet. Due to the large pauses between the pulse packets, the average laser power is significantly reduced as needed and while maintaining the pulse shapes of the individual pulses.
  • FIG. 5 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of first pulses according to the invention with shoulder characteristic due to holding a pump power stage S2 after switching on the pump source to a pump power stage S1.
  • individual pulses with a high pulse peak power of the laser pulses and a high total pulse energy he can be demonstrated. This is particularly advantageous for many therapeutic applications such as selective photothermolysis, wel che.
  • SRT selective retinotherapy
  • FIG. 6 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of pulse packets according to the invention of first pulses with shoulder characteristics.
  • the shoulder of the individual first pulses lies below the laser power level which the laser would emit in continuous operation.
  • pulse packets with single pulses with a high pulse peak power and a high total pulse energy can be generated.
  • the large pauses between the pulse pulses in turn, as in Fig. 4 allow a reduction in the average power. This is for many therapeutic applications such.
  • B of selective photothermolysis particularly useful, for example, in the selective retinal therapy (SRT) of the RPE in the case of betic maculopathy or drusen in age-related macular degeneration.
  • SRT selective retinal therapy
  • FIG. 7 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of treatment pulses according to the invention and a treatment beam according to the invention.
  • the treatment pulses have a pulse peak power which corresponds to the cw laser power.
  • a single pulse has lengths in the range of 100-200 ps, in this case 200.
  • B. Breaks shorter than 100 are. In this way, a pulse operation of the cw laser z. B. feasible for photocoagulation.
  • the pauses between the pulses mean that the average power can be significantly reduced if necessary without influencing the individual impulse.
  • FIG. 8 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of pulse packets according to the invention of treatment pulses. These are z. B. can be used for therapy by hyperthermia without coagulation effects. The pauses between pulse packets in turn make it possible to reduce the average laser power.
  • FIG. 9 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of treatment pulses according to the invention without complete reduction of the pump power between the treatment pulses. Between the treatment pulses, the pumping power is kept at a level slightly above zero. In this way, pauses between the pulses are prevented, in which the upper laser level could subside and on renewed excitation a first pulse would arise.
  • a laser is thus operable with a fixed laser power level (eg, the cw rated power) while the average laser power, depending on the pulse and / or pause length between the power at which the laser is still slightly above zero in the pauses and the fixed power level is adjustable to a plurality of intermediate values.
  • a fixed laser power level eg, the cw rated power
  • the average laser power depending on the pulse and / or pause length between the power at which the laser is still slightly above zero in the pauses and the fixed power level is adjustable to a plurality of intermediate values.
  • FIG. 10 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of pulse packets according to the invention of treatment pulses without complete reduction of the pump power between the treatment pulses.
  • FIG. 11 shows a laser power (P L ) time (t) diagram of treatment pulses and measuring pulses according to the invention.
  • the pump source Before a measuring impulse, the pump source is switched off for 75 s so that the radiation field in the laser resonator and the existing population inversion decay. The pump source is then turned on for about 1 ps, whereby a pulse peak power of the laser pulse of about 10 W is obtained. This pulse is used as a measuring pulse for the temperature of the tissue to be treated. Thereafter, for approximately 30 ps, the pump power is reduced to a pump power level at which no thermal effects occur in the tissue.
  • a treatment pulse is then generated, which, however, by adjusting the pump power stage of the pump source has a laser power value of slightly above the cw rated power, so that the treatment pulses have on average a pulse energy, which is also a continuous treatment beam in continuous operation of the laser, in which the intended average cw laser power of the laser is set, has.
  • the rise and fall times of the treatment pulses are about 40 ⁇ .
  • FIG. 12 shows a laser power (P L ) -time (t) diagram of a CW treatment beam according to the invention.
  • modulation methods for a conventional cw laser are presented, the application of a cw laser z. B. widen in the clinical area in contrast to the prior art by a wide.
  • pulse peak power can be retrieved by the laser by means of a first-pulse operation, which hitherto were not considered possible for a cw laser.
  • the pulse peak power is thereby increased by a special driving of the laser by a pump source by more than 10 times the average power level of the cw laser. This makes it possible for the first time with a cw laser z.
  • therapies such as selective photothermolysis in the retinal pigment epithelium (RPE) are possible.
  • This power increase is achieved by quickly switching on the pump source in the range of 50 - 350 ns.
  • the variety of uses of a cw laser is also enriched by the step of a method according to the invention or a control device which is set up to perform this step, in which pumping is continued for a certain time T, and thus a first pulse in its laser power is versatile adjustable.
  • the laser therapy device on further modulation options that z. B. a quasi-continuous operation or operation in which a temperature-controlled quasicontinuous treatment is possible by measuring pulses and treatment pulses on.
  • the invention thus provides an apparatus and a method in which with a single laser resonator only by the targeted electrical control of the pump diodes
  • a temperature-controlled laser photocoagulation or laser therapy of the retina is effected and continue
  • RPE retinal pigment epithelium

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasertherapiegerät (4) mit einem Laser (1) und einer Steuereinrichtung (3), wobei der Laser (1) ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser mit einer Pumpquelle (2) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, mindestens einen Erstimpuls des Lasers (1) in einem Erstimpulsbetrieb zu erzeugen, wobei in dem Erstimpulsbetrieb die Pumpquelle (2) durch die Steuereinrichtung (3) mindestens einmal auf eine Pumpleistungsstufe S1 einschaltbar ist und wobei eine Anstiegsdauer E, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreichbar ist, im Bereich von 50 ns bis 350 ns liegt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lasertherapiegeräts (4), umfassend folgenden Schritt: — Erzeugen mindestens eines Erstimpulses (2) eines Lasers (1), der ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser ist, durch Einschalten einer Pumpquelle (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) auf eine Pumpleistungsstufe S1, wobei das Einschalten innerhalb einer Anstiegsdauer E im Bereich vom 50ns und 350 ns erfolgt, nach welcher die Pumpleistungsstufe S1 der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreicht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten temperaturgesteuerten Lasertherapie durch einen multifunktionalen Therapielaser Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kombinierten temperaturgesteuerten Lasertherapie durch einen multifunktionalen Therapielaser. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Therapielaser, der einen erweiterten Anwendungsbereich im Vergleich zu bestehenden Lasern aufweist.
In der DE 10 2009 016 184 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nicht invasiven Temperaturbestimmung an mit einer cw-Behandlungsstrahlung behandeltem biologischem Gewebe offenbart. Durch ein schnelles Einschalten der Laserpumpquel- le innerhalb von ca. 1 - 10 werden dabei kurze intensive Laserpulse von etwa 10 W Leistungsspitze erzeugt, wobei der cw-Laser eine Leistung von ca. 2 W im Mittel erreicht. Mit diesen Pulsen werden optoakustisch auswertbare Signale erzeugt, die für eine Temperaturmessung vom behandelten Gewebe geeignet sind.
Als nachteilig bei den Lasern des Stands der Technik wurde die beschränkte Einsetzbarkeit empfunden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laser für ein breiteres Anwendungsspektrum bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen de- finiert.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Lasertherapiegerät (4) mit einem Laser (1) und einer Steuereinrichtung (3), wobei der Laser (1) ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser mit einer Pumpquelle (2) ist, und wobei die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, mindestens einen Erstimpuls des Lasers (1) in einem Erstimpulsbetrieb zu er- zeugen, wobei in dem Erstimpulsbetrieb die Pumpquelle (2) durch die Steuereinrichtung (3) mindestens einmal auf eine Pumpleistungsstufe Sl einschaltbar ist und wobei eine Anstiegsdauer E, nach welcher die Pumpleistungsstufe Sl der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreichbar ist, im Bereich von 5 ns bis 350 ns liegt.
Damit wird ein Laser bereitgestellt, bei dem mithilfe einer speziellen Ansteuerung eines Continous-Wave-Lasers (cw- Lasers) zusätzlich zum kontinuierlichen Betrieb des cw-Lasers kurze und intensive Impulse erzeugbar sind, die trotz der geringen cw-Laserleistung bzw. Nennleistung des cw-Lasers eine um ein Vielfaches höhere Laserimpulsspitzenleistung aufweisen, sodass diese für bisher mit einem cw-Laser nicht durch- führbare Therapiemethoden, wie z. B. der selektiven Pho- tothermolyse der Netzhaut, verwendbar sind und zugleich der cw-Laser für Therapiemethoden wie z. B. Photokoagulation Hyperthermie und Biostimulation im Auge verwendbar ist. Überraschend wurde herausgefunden, dass durch ein gegenüber dem Stand der Technik noch schnelleres Einschalten der Pumpquelle Erstimpulse mit Impulsspitzenleistungen von ca. 35 W erzeugbar sind, wobei die cw-Leistung z. B. nur ca. 2 W beträgt. Die erhaltene Impulsspitzenleistung liegt damit um mehr als das 10-fache über der cw-Laserleistung. Die entstehenden Erstimpulse weisen eine FWHM (füll width at half maximum; Halbwertsbreite) von ca. 0,25 auf und erreichen in dem Beispiel eines cw-Lasers mit 2 W cw-Laserleistung eine Pulsenergie von bis zu 20 μδ. Solche Impulse eignen sich z. B. für Biostimulation der RPE-Zellen sowie Photodisruption von organischem Gewebe nach der selektiven Photothermolyse . Damit kann das Lasertherapiegerät sowohl für einen cw-Betrieb zur Photokoagulation mit Temperatursteuerung als auch im therapeutisch wirksamen Einzelimpulsbetrieb eingesetzt werden.
Der Laser ist bevorzugt ein cw-Laser, wie er für die Photoko- agualation eingesetzt wird. Bevorzugt ist er ein diodengepumpter Festkörperlaser. Der Laser arbeitet bevorzugt mit Wellenlängen im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich, bevorzugt von 400 — 1000 nm, besonders bevorzugt von 510 — 810 nm, sowie speziell 532 nm, 561 nm, 577 nm, 659 nm. Bevorzugt handelt es sich um einen primär kontinuierlich e- mittierenden Therapielaser. Es handelt sich bevorzugt um einen optisch angeregten Laser, dessen verstärkendes (aktives) Medium aus einem kristallinen oder glasartigen (amorphen) Festkörper besteht. In diesem sog. Wirtsmaterial oder
Wirtskristall sind in bestimmter Konzentration (Dotierung) die laseraktiven Ionen enthalten. Das aktive Medium des Lasers ist bevorzugt in der Lage, die beim Pumpprozess zugeführte Energie für einen Zwischenzeitraum z.B. in Form einer Besetzungsinversion zu speichern und bei einem Anschwingvorgang des Lichtfeldes im Laserresonator im Wesentlichen in ei- nem Einzelimpuls abzugeben. Ein solches Medium ist z.B. ein Festkörperlaser-Medium, dessen energetische Speicherzeit (man spricht hierbei auch von Fluoreszenzlebensdauer oder Lebensdauer im oberen Laserniveau) typisch im Bereich 50 bis 1 ms liegt. Als aktive Medien mit entsprechenden Dotierungen sind bevorzugt eins oder mehrere aus folgender Gruppe wählbar: Nd : YAG ( 230-240 Fluoreszenzlebensdauer), sämtliche Kristalle, Neodym: Yttrium-Vanadat, Neodym: Yttrium-Aluminium- Granat ( Nd : YAG ) , Er : YAG, Tm: YAG, Ho : YAG Ho-Tm: YAG . Eine Besetzungsinversion liegt vor, wenn die Besetzung des energetisch höheren, am Laser-Verstärkungsprozess beteiligten oberen Laserniveaus größer ist, als die des beteiligten unteren Laserniveaus. In einem günstigen Ausführungsbeispiel ist der Laser ein Neodym: Yttrium-Vanadat-Festkörperlaser mit ei- ner Wellenlänge von 1064 nm und mit Frequenzverdoppelung einer Wellenlänge von 532 nm. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Fluoreszenzlebensdauer bzw. Speicherzeit dieses laseraktiven Mediums von ca. 100 ε, lässt sich die Ausschaltzeit bei der Modulation auf diese geringe Zeitdauer begrenzen. Vorteilhaft ist für den Laser eine Diode als Pumpquelle vorgesehen, da sich die Modulation der Pumpquelle hier in einfacher Weise durch die geeignete Ansteuerung des Diodenstromes realisieren lässt. Bevorzugt ist der Laser ein Scheibenlaser. Durch die Ausführung des Lasermaterials in Form einer sehr dünnen, in axialer Richtung gekühlten Scheibe wird der Aufbau einer thermischen Linse minimiert. Dies stellt insbesondere sicher, dass sich die Strahlparameter der Laseremission bei zeitlich variierender Ansteuerung durch die Art und während der Dauer der Modulation nicht verändern und somit der erfindungsgemäße Vorteil einer Übereinstimmung von Mess-, Behand- lungs- und Erstimpulsvolumen vollständig zum Tragen kommt. In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel ist der Laser ein diodengepumpter Neodym: Yttrium-Vanadat Scheibenlaser mit Frequenzverdopplung .
Für einen cw-Betrieb geeignet ist der Laser bevorzugt dann, wenn er normalerweise für Therapieformen angewendet wird, die im kontinuierlichen Bestrahlungsbetrieb stattfinden. Typisch ist z. B. ein Photokoagulationslaser mit einer maximalen cw- Laserleistung von 2 W, in stärkeren Versionen auch bis 5 W, wobei für die Photokoagulation z. B. eine cw-Laserleistung von 100 mW — 500 mW, bevorzugt bei Koagulationszeiten von 10 ms — 500 ms, bereits ausreichend ist. Gemäß der Erfindung kann ein solcher Laser nun auch für andere Therapieformen verwendet werden, die eine höhere Spitzenleistung erfordern (z. B. Zelltod des RPE durch Blasenbildung infolge selektiver Photothermolyse ) .
Als Steuerungseinrichtung ist jede Einrichtung geeignet, die ein Gerät abhängig von einer Eingangsgröße steuern kann. Die Steuerung weist vorzugsweise sowohl mindestens eine Eingabe- als auch mindestens eine Ausgabeschnittstelle auf. Vorzugsweise ist die Steuerung programmierbar. Vorzugsweise wird eine verbindungsprogrammierte Steuerung, besonders bevorzugt eine speicherprogrammierte Steuerung, eingesetzt. Vorzugsweise weist die Steuerung eine Prozessorarchitektur auf.
Die Pumpquelle ist bevorzugt mindestens eine Diode, die mittels Stromsteuerung in ihrer Strahlungsintensität steuerbar ist und den Laser anregt. Über Strom und Spannung ist bevorzugt die Pumpleistung der Pumpquelle steuerbar. Bevorzugt sind einzelne Pumpleistungsstufen der Pumpquelle einstellbar, besonders bevorzugt sind diese Pumpleistungsstufen für belie- bige Pumpleistungswerte wählbar. Durch die Steuereinrichtung ist die Pumpquelle mit einer entsprechenden Spannung und mit einem entsprechenden Strom auf eine bestimmte Pumpleistungsstufe ansteuerbar. Als Pumpquelle sind z. B. Laserdiode(n) , LED(s) oder Gasentladungslampen verwendbar. Dioden sind be- vorzugt, da diese schnell beschaltbar sind. Es ist sowohl eine longitudinal als auch eine transversale Anregung des Lasermediums möglich.
Die Pumpleistung ist bevorzugt die Leistung, welche der Pump- quelle zur Anregung des Lasermediums, z. B. in Form von Strom und Spannung, zugeführt wird.
Die Laserleistung ist bevorzugt die Leistung, welche der Laser in Form von Photonen abgibt.
Die cw-Laserleistung ist bevorzugt die cw-Nennleistung des Lasers. Die cw-Nennleistung ist bevorzugt die im Minutenbereich oder länger, stabil und konstant abgebbare Laserleistung im kontinuierlichen Betrieb. Besonders bevorzugt ist die cw-Nennleistung ein vom Hersteller angegebener Leistungswert für den kontinuierlichen Betrieb im, mindestens, Minutenbereich.
Die mittlere Laserleistung ist bevorzugt die Laserleistung, welche im zeitlichen Mittel von dem cw-Laser, bevorzugt während eines Impulsbetriebs des cw-Lasers bzw. eines quasikontinuierlichen Betriebs des cw-Lasers durch die entsprechenden Pulse, abgegeben wird. Wenn z. B. in einer Minute fünf Behandlungsimpulse mit einer Dauer von je 10 Sekunden und 2 Watt Laserleistung abgegeben werden und dazwischen die Laserleistung 0 Watt beträgt, beträgt die mittlere Laserleistung 1,667 Watt gemäß: 5· I0s- 2W , w
Im Erstimpulsbetrieb wird mindestens ein Erstimpuls des La- sers erzeugt, bevorzugt mehrere Erstimpulse hintereinander. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, vor dem Einschalten der Pumpquelle auf die Pumpleistungsstufe Sl eine Pause von 40 μβ bis 2 ms bevorzugt 50 bis 1 ms einzuhalten, in der sich das vorhandene Strahlungsfeld im Laserreso- nator abbaut und eine Besetzungsinversion durch spontanen
Zerfall degeneriert. Bevorzugt entspricht die Länger der Pause in etwa der genannten Speicherzeit des aktiven Lasermediums . Ein Erstimpuls ist ein kurzer, intensiver Laserimpuls, der eine Impulsspitzenleistung aufweist, die überraschenderweise um mehr als ein Zehnfaches höher ist, als die cw-Laserlei- stung und überraschenderweise um mehr als ein Dreifaches höher ist, als die Impulsspitzenleistung eines aus der DE 10 2009 016 184 AI bekannten Erstimpulses, der zur Temperaturmessung verwendet wird. Durch ein schnelles Einschalten der Pumpquelle im Bereich von schneller als 350 ns, bevorzugt schneller als 200 ns, insbesondere bevorzugt von schneller als 100 ns, ganz besonders bevorzugt schneller als 50 ns, insbesondere schneller als 10 ns, bevorzugt auch von 50 ns bis 350 ns wird ein kurzer, intensiver Erstimpuls erzeugt. Es kommt in Folge des mangelnden Strahlungsfeldes im Resonator zunächst zum überhöhten Aufbau einer Besetzungsinversion, welche sich nach der dann folgenden Einstellung eines Strah- lungsfeldes im Resonator (Anschwingvorgang) schlagartig wieder abbaut, wobei der kurze, intensive Erstimpuls entsteht. Dieser Laserimpuls weist bevorzugt eine Impulsenergie von mehr als 10 μ besonders bevorzugt mehr als 17 auf. Über den gewählten Spotdurchmesser des Laserstrahls ist bevorzugt die Leistungsdichte der auf dem Gewebe auftreffenden Strahlung einstellbar. Der Spotdurchmesser ist bevorzugt von 20μπι bis 8,0 mm, besonders bevorzugt 50 μπι bis 1,0 mm einstellbar, besonders bevorzugt beträgt er 70 μπι. Bei 70 μπι Spotdurchmesser und 35 W Laserleistungsspitze führt ein Erstimpuls mit einer Impulsdauer von ca. FWHM = 0,25 μβ zur therapierenden Blasenbildung im Gewebe. Bei größeren Sportdurchmessern von bevorzugt 0,5 mm und/oder kleineren Laserleistungsspitzen wie z. B. 20 W ist der Impuls bevorzugt als Messimpuls geeignet.
Die Anstiegsdauer E bemisst sich bevorzugt von dem Zeitpunkt, an dem die Pumpquelle abgeschaltet ist, d. h. bevorzugt wenn die Steuereinrichtung einen Strom kleiner als den Schwellstrom liefert, besonders bevorzugt einen Strom und eine Spannung von 0 A und 0 V an die Pumpquelle liefert, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Steuereinrichtung den Strom und die Spannung liefert, die eine Leistung entsprechend der Pumpleistungsstufe Sl darstellen. Bevorzugt erzeugt die Steuereinrichtung einen Stromeinschaltpuls, dessen Einschaltflanke innerhalb der Anstiegsdauer E den Stromwert für die gewünschte Pumpleistungsstufe erreicht. Bevorzugt liegt die Anstiegs- dauer E im Bereich von höchstens 300 ns, bevorzugt höchstens 250 ns, besonders bevorzugt höchstens 200 ns, ganz besonders bevorzugt 150 ns, insbesondere bevorzugt von weniger als 100 ns . Bevorzugt wird nach Ablauf der Anstiegsdauer E die Pumpquelle wieder abgeschaltet. Überraschend wurde festgestellt, dass die Impulsspitzenleistung des Laserimpulses ansteigt, wenn die Anstiegsdauer E verringert wird. Die Impulsdauer von ca. FWHM = 0,25 ε bleibt dabei im Wesentlichen konstant. Bevorzugt wird sie durch Auswahl des Lasermaterials auf den durch die Spikingfrequenz des ausgewählten Lasermaterials vorgegebenen Wert eingestellt.
Die Pumpleistungsstufe Sl ist bevorzugt höher als die Pumpleistungsstufe S3, auf welche die Pumpquelle für die Abgabe der cw-Laserleistung einstellbar ist.
Bevorzugt beruht die Modulation des Lasers ausschließlich auf der Stromsteuerung der Pumpdioden des Festkörperlasers und das Lasertherapiegerät weist bevorzugt keine zusätzlichen internen und/oder externen Modulatoren auf.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Pumpleistungsstufe Sl mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) einstellbar ist.
Die Pumpleistungsstufe, auf welche die Pumpquelle für die Ab- gäbe der cw-Laserleistung des Lasers in dem cw-Betrieb einstellbar ist, ist bevorzugt die für die Abgabe der cw- Nennleistung des Lasers benötigte Pumpleistungsstufe.
Bevorzugt beträgt die Pumpleistungsstufe Sl 100 % bis 150 %, besonders bevorzugt 110 % bis 130 %, ganz besonders bevorzugt 120 %der Pumpleistungsstufe, auf welche die Pumpquelle für die Abgabe der cw-Laserleistung in dem cw-Betrieb maximal einstellbar ist. Wenn z. B. im normalen cw-Betrieb des Lasers ein Strom von maximal 28 A den Pumpdioden geliefert wird, wird für das Erzeugen eines Erstimpulses ein Strom von 33 A für das Leistungsniveau Nl mit der entsprechenden Spannung eingestellt, was einer Erhöhung auf ca. 118 % entspricht.
Auf diese Weise ist der Laser kurzzeitig mit einer Pumpleis- tung oberhalb der für den cw-Betrieb bestimmungsgemäßen Pumpleistung anregbar, wodurch die Impulsspitzenleistung eines Erstimpulses nochmals steigerbar ist. Durch die kurzzeitige Überhöhung der Anregungsleistung bzw. Pumpleistung entstehen keine Schäden am Laser selbst.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung (3) eingerichtet, die Pumpquelle (2) für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E auf einer Pumpleistungsstufe S2 zu halten.
Auf diese Weise sind Erstimpulse erzeugbar, die nach einem Peak eine schulterartige Verlängerung aufweisen (verlängerte Erstimpulse). Die Zeitdauer T schließt bevorzugt unmittelbar an die Anstiegsdauer E an. Die Pumpleistungsstufe S2 ist bevorzugt gleich der Pumpleistungsstufe Sl, besonders bevorzugt der Pumpleistungsstufe S3, d. h. ca. einer der üblichen cw- Nennleistung des Lasers entsprechenden Pumpleistungsstufe.
Durch das Halten der Anregungsleistung auf einer Pumpleistungsstufe S2 ist zusätzliche Energie in den Erstimpuls in Form der nachlaufenden Schulter einbringbar. In bestimmten Anwendungsszenarien, in denen die Impulsenergie des nicht verlängerten Erstimpulses zu gering ist, um die gewünschte therapeutische Wirkung zu erzielen, ist somit die noch fehlende Impulsenergie über ein solches Nachpumpen nach dem Erstimpuls in das gewünschte Gewebe lieferbar.
Die Zeitdauer T wird maximal auf einen Wert eingestellt, sodass die Summe der Impulsdauer des Erstimpulses und T bevorzugt kleiner oder gleich 1 ms, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 50 ps, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10 s und insbesondere bevorzugt 5 kleiner oder gleich s ist. Bei einer Dauer des verlängerten Erstimpulses ab ca. 10 με bis 50 s können, z. B. durch Wärmediffusion, Koagulationseffekte im Gewebe auftreten die in Therapiemethoden mit kurzintensiven Impulsen nicht gewünscht sind. In einem Bei- spiel, in dem der Erstimpuls eine Impulsdauer von 200 ns aufweist wird die Zeitdauer T maximal auf einen Wert von besonders bevorzugt 4,8 ps eingestellt, um sicher ungewollte Gewebekoagulationseffekte auszuschließen . In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist eine Laserimpulsenergie des Erstimpulses durch die Anstiegsdauer E und/oder die Zeitdauer T und/oder die Pumpleistungsstufen Sl und/oder S2 einstellbar. Bevorzugt wird damit über die Stromstärke und/oder die
Schnelligkeit des Einschaltens bzw. Steilheit der Einschaltflanke, die durch die Zeitdauer E einstellbar ist, die Im- pulsspitzenleistung des Erstimpulses eingestellt. Über die Zeitdauer T, während der nach dem schnellen Einschalten noch zusätzlich eine bestimmte Pumpleistungsstufe der Pumpquelle gehalten wird, ist bevorzugt die zusätzliche Energie, die dem Impuls durch ein Nachpumpen zugeführt wird, einstellbar.
Auf diese Weise ist ein cw-Festkörperlaser bereitgestellt, der über ein weites Parameterfeld ansteuerbar ist und dessen Laserleistungsspitzen sowie Energien von Impulsen in großen Wertebereichen (z. B. 0 — 100 W, bevorzugt, 0 — 50 W, besonders bevorzugt 0 — 35 W; 0 — 80 μ.1, bevorzugt 0 — 50 μJ , besonders bevorzugt 0 — 17 μ ) einstellbar sind. Bisher waren im Stand der Technik im cw-Betrieb nur niedrige Leistungsspitzen, die für Messimpulse geeignet waren, erzeugbar.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet, die Pumpquelle (2) derart anzusteuern, dass
— durch den Laser (1) in einem kontinuierlichen Betrieb ein Behandlungsstrahl mit einer Laserleistung erzeugbar ist, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder
— durch den Laser (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb Behandlungspulse erzeugbar sind, die eine mittlere Laserleis- tung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder
— durch den Laser (1) in einem temperaturgeregelten, quasikontinuierlichen Betrieb Messpulse und Behandlungspulse erzeugbar sind.
Zur Erzeugung eines Behandlungsstrahls oder von Behandlungspulsen ist bevorzugt eine Anstiegszeit der Pumpquelle auf die dafür erforderliche Pumpleistungsstufe im Bereich von bevorzugt 10 με - 2 ms, besonders bevorzugt 10 με — 50 ms ein- stellbar. Auch die Abfallzeiten eines Behandlungspulses bzw. —Strahls sind bevorzugt auf Werte in diesen Bereichen einstellbar. Durch einen kontinuierlichen Betrieb mit einem Behandlungsstrahl ist z. B. eine leistungs- und zeitgesteuerte photothermische Lasertherapie durchführbar.
Mittels einem quasikontinuierlichen Betrieb mit Behandlungspulsen ist z. B. eine gepulste Hyperthermie bzw. Biostimulation durchführbar. In einem temperaturgeregelten quasikontinuierlichen Betrieb mit Mess- und Behandlungspulsen ist bevorzugt eine temperaturgesteuerte photothermische Lasertherapie durchführbar, insbesondere eine:
— temperaturgesteuerte Photokoagulation mit ophthalmoskopisch sichtbarer Läsion reproduzierbarer Größe,
— temperaturgesteuerte Photokoagulation mit ophthalmoskopisch unsichtbarer, aber im Fluoreszenz-Angiogramm (bzw. ICG- Angiogramm) sichtbarer Läsion reproduzierbarer Größe,
— temperaturgesteuerte Photokoagulation mit ophthalmoskopisch unsichtbarer und im Fluoreszenz-Angiogramm (bzw. ICG-
Angiogramm) ebenfalls unsichtbarer Läsion reproduzierbarer Größe ,
— temperaturgesteuerte Kurzpuls-Photokoagulation (d= 100 — 20 ms), wobei insbesondere der Parametersatz reproduzierbar so gewählt werden kann, dass die Läsion zum Zeitpunkt der Behandlung und kurz danach ophthalmoskopisch sichtbar und ab ca. 3 Monaten nach der Behandlung ophthalmoskopisch unsichtbar wird (reversible Photokoagulation). Das hier beschriebene Verfahren besitzt dabei nicht den Nachteil aller bisherigen Kurzpulstechniken, welche aufgrund des immer kleiner werdenden therapeutischen Fensters unterhalb von 20 ms Impulsdauer zunehmend Gefahr laufen, unkontrollierte Gefäß- und Geweberupturen zu erzeugen (z. B. beschrieben in G. Dorin „The treatment of diabetic retinopathy: laser sur- gery or laser therapy?" Retina Today 6(1) 2008).
— kontinuierliche, temperaturgesteuerte Hyperthermie welche mit einer reproduzierbar einstellbaren Temperatur an der Netzhaut unabhängig von individuellen „Fremdverlusten" wie z.B. Absorption und Streuung in den vorderen okularen Medien und im inneren Teil der Netzhaut wesentlich bessere klinische Ergebnisse aufgrund der Gleichförmigkeit und Re- produzierbarkeit der thermischen Wirkung auf der Netzhaut auch ohne Micro-Pulse-Verfahren erzielt.
— kontinuierliche, temperaturgesteuerte Biostimulation, bei der thermische Aktivierungsenergien bzw. thermische Gleichgewichtszustände (z. B. vascular endothelial growth factor, VEGF, versus Pigment epithelium derived factor, PEDF) reproduzierbar eingestellt bzw. kontrolliert verschoben werden können. So kann z.B. eine körpereigene Ausschüttung von VEGF und anderen angiogenen Wachstums-Faktoren reduziert werden .
Während im Stand der Technik für einen Messimpuls Anstiegszeiten des Einschaltens der Laserpumpquelle von 1 με — 10 με gewählt wurden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen einen größeren Bereich möglicher Anstiegszeiten, nämlich von 0,1 — 10 με einzustellen. Bei kurzen Einschaltzeiten wird die Pumpleistungsstufe, auf die eingeschaltet wird, bevorzugt entsprechend reduziert, sodass eine Laserimpulsspitzenleistung von ca. 10 W nicht überschritten wird. Bevorzugt wird, um die fallende Flanke des Messimpulses für die optoakustische Wirkung zu optimieren, die Pumpleistung nach dem Anschalten kurzzeitig, z. B. für etwa 2 μβ unter die danach folgende Pumpleistungsstufe zur Abgabe der cw- Laserleistung (z. B. unter die für die Photokoagulation not- wendige Pumpleistungsstufe) geregelt. Um ein zeitliches Interferieren zwischen den optoakustischen Drucktransienten des Messpulses und des Therapiepulses zu verhindern, wird bevorzugt zwischen beiden Pulsen eine Pause eingefügt, welche bevorzugt größer als die Schalllaufzeit im Auge ist, z. B. 30 μβ. Bevorzugt werden Mess- und Behandlungspulse mit einer
Repetitionsrate im Bereich von 500 Hz — 10 kHz, besonders bevorzugt von 1 kHz alternierend wiederholt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist jedoch auch vorgesehen, dass der Therapiepuls ohne Pause direkt auf den Messpuls folgt. Durch die fehlende Anstiegsflanke des Therapiepulses kann somit die optoakustische Wirkung des The- rapiepulses gänzlich vermieden werden.
Bevorzugt sind möglichst lange Anstiegs- und Abfallzeiten, bevorzugt im Bereich von 10 s — 50 ps, eines Behandlungspulses einstellbar, so dass diese keine bzw. nur eine möglichst geringe optoakustische Drucktransienten generieren.
In einem Beispiel eines temperaturgeregelten quasikontinuierlichen Betriebs mit einer Repetitionsfrequenz von 1 kHz (Periodendauer 1000 s) ergibt sich bevorzugt ein Modulations- zyklus in folgender Abfolge:
100 s Auszeit der Pumpquelle (Löschzeit des Strahlungsfeldes sowie Inversionszerfall)
- Einschalten Pumpquelle für ca. 1 με (Anschwingvorgang des Erstpulses)
- 0,5 με Pulsdauer Erstimpuls
- 30 με Nachregelzeit hintere Impulsflanke (reduzierte
Pumpleistung)
ca. 870 ps „Bestrahlungs"-zeit mit einer kontinuierli- chen Pumpleistung für <2,5 W Laserausgangsleistung und
Anstiegs-/Abfallzeiten von je <50 μβ.
Danach wird wieder mit einer 100
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der Pumpquelle weiter verfahren und auch die übrigen Schritte so lange wie- derholt, bis z. B. ein durch die erzeugte Photokoagulation bestimmtes Abschaltkriterium erreicht ist.
Durch das hier beispielhaft genannte Parameterfeld ist mit dem Lasertherapiegerät z. B. ein quasikontinuierliches Be- triebsregime realisierbar. In diesem Beispiel des erfindungsgemäßen quasikontinuierlichen Betriebsregimes eines cw-Lasers wäre die effektive cw- Bestrahlungszeit lediglich um ca. 13% kürzer (das heißt: für den gleichen thermischen Effekt muss der im quasikontinuier- liehen Betrieb arbeitende cw-Laser 13% länger „heizen" als der im kontiuierlichen Betrieb arbeitende) . Es hat jedoch den Vorzug einer temperaturgeregelten Koagulation ohne zusätzlichen stärkeren cw-Laser oder der Integration eines zusätzlichen Messlasers.
Ein Messimpuls weist bevorzugt Pulsenergien von ca. 2 —
12 J, Impulsdauern von ca. FWHM = 0,25 με sowie steile Anfangs- und Endflanken auf. In einem Multiwellenlängen-Lasersystem ist das beschriebene erfindungsgemäße Prinzip bevorzugt auch in leicht abgewandelter Form zum Einsatz bringbar. Für den Fall, dass nicht alle eingebauten Strahlquellen aufgrund ihres physikalischen Wirkprinzips dazu in der Lage sind, durch die beschriebene Form der Ansteuerung gleichzeitig ein zur optoakustischen Anregung und zur temperaturkontrollierten photothermischen Therapie verwendbares Lasersignal zu erzeugen, so kann bevorzugt eine erste Strahlquelle dafür vorgesehen werden, die oben beschriebene Form der Lasermodulation (Mess- und Koagulati- onspuls) zu erzeugen und alle weiteren Strahlquellen zur herkömmlichen temperaturkontrollierten photothermischen Therapie genutzt werden. Damit ist die erste Strahlquelle sowohl in einem Mess- und Therapieregime (Erzeugung von Mess- und Therapiepuls) als auch in einem reinen Messregime (nur Erzeugung Messimpuls) betreibbar, in dem der Messimpuls erzeugt wird, während die weitere Strahlquelle mit einer anderen Wellenlänge ausschließlich in einem Therapieregime betreibbar ist. Bevorzugt befindet sich dabei das Messregime der ersten Strahlquelle in dem oben beschriebenen Parameterfeld und sowohl das Messregime der ersten Strahlquelle als auch das Therapieregime der weiteren Strahlquelle werden beide von derselben Steuereinrichtung gesteuert. Damit kann ebenfalls die zusätz- liehe Strahlquelle zur Erzeugung des Messimpulses eingespart werden.
Auch in diesem besonderen Fall des Multiwellenlängen- Lasersystems wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, da die zusätzliche Strahlquelle zur Erzeugung des Messimpulses eingespart werden kann. Bevorzugt weist das Lasertherapiegerät mindestens zwei Laser auf, wobei mindestens einer der Laser mindestens eine Wellenlänge bereitstellt, welche für mindes- tens zwei der Betriebsmodi Erstimpulsbetrieb, kontinuierlicher Betrieb, quasikontinuierlicher Betrieb und temperaturgeregelter quasikontinuierlicher Betrieb einsetzbar ist.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet, die Pumpquelle (2) zeitlich derart zu steuern, dass Erstimpulse und/oder Behandlungsimpulse und/oder Messimpulse oder eine Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen als Impulspakete erzeugbar sind.
Ein Impulspaket besteht mindestens aus zwei Impulsen, zwischen denen eine kürzere Pause besteht, als eine Pause zu einem anderen Impulspaket. Durch die Kombination verschiedener Impulse bzw. Impulspakete sind bevorzugt verschiedenste Mess- und Therapieszenarien einstellbar. Z. B. wird durch eine Kombination von ausschließlich Erstimpulsen, sowohl als Einzelpuls als auch als Pulspakete, eine selektive Hyperthermie des Trabekelwerkes durchführbar, welches zur Absenkung des Augeninnendrucks führt. Weiterhin ist durch die Kombination von ausschließlich verlängerten Erstimpulsen sowohl als Einzelpulse als auch als Pulspakete im Bereich von 250 ns — 5 s eine selektive Pho- tothermolyse / Hyperthermie des Trabekelwerkes zur Absenkung des Augeninnendrucks durchführbar. Durch eine Kombination von Erstimpulsen als Einzelpuls oder auch als Pulspaket als auch durch die Kombination von verlängerten Erstimpulsen, sowohl als Einzelimpuls als auch als Pulspakete im Bereich von
250 ns — 5 μβ ist bevorzugt eine selektive Photothermolyse durchführbar, bei denen Zellen des RPE durch Blasenbildung absterben. Durch die Kombination von Messimpulsen und Behand- lungsimpulsen ist z. B. eine temperaturgeregelte photothermische Lasertherapie durchführbar, die bei unterschwelligen Leistungen des Behandlungspulses als Hyperthermie und Biostimulation bei überschwelligen Leistungen des Laserimpulses als irreversible oder reversible Photokoagulation durchführbar ist.
Das erfindungsgemäße oben beschriebene Lasertherapiesystem ist innerhalb bekannter ApplikationsSysteme wie z.B. einer ophthalmologischen Laserspaltlampe, einem Link-System für herkömmliche ophthalmologische Biomikroskope, Funduskamerasysteme oder auch OCT-Systeme einsetzbar. Dabei ist die therapeutische Spotgröße von ca. 10 μπι bis ca. 1 mm einstellbar vorgesehen. Neben der manuell einstellbaren Applikation der Laserspots im Auge ist weiterhin eine automatisierte bzw. auch teilautomatisierte Applikation der Laserspots mit Hilfe eines optischen Scanningsystems vorgesehen. Dabei sind Zeilenscans als auch flächige Gitterscans vorgesehen, die ein effizientes Arbeiten gestatten. Bevorzugt sind die räumliche Form und Anordnung der therapeutischen Laserspots derart ge- staltbar, dass die Spotgröße durch ein optisches System einstellbar ist und die Anordnung einer Vielzahl von Spots durch ein manuelles und/oder automatisches optisches Positionierbzw. Scannsystem erfolgt. Insbesondere bei der Arbeit mit unterschwelligen und damit nicht ophthalmoskopisch sichtbaren Laserwirkungen ist im Applikationssystem eine Registrierung der Wirkungsorte der Laserstrahlung im Auge vorgesehen. Vorzugsweise werden hier Methoden der optischen Bildverarbeitung genutzt, die auf mar- kante Merkmale des Auges, wie z.B. die Makula, den Sehnerv oder Blutgefäße registrieren. Insbesondere für den Erstimpulsbetrieb, den verlängerten Erstimpulsbetrieb sowie den quasikontinuierlichen Impulsbetrieb für die Durchführung der selektiven Photothermolyse ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Pulslänge und Puls- energie die Spotgröße derart eingestellt wird, dass man selektive Photodisruption (Blasenbildung) im RPE erzielt.
Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lasertherapiegeräts (4), umfassend folgenden Schritt:
— Erzeugen mindestens eines Erstimpulses (2) eines Lasers (1), der ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser ist, durch Einschalten einer Pumpquelle (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) auf eine Pumpleistungsstufe Sl, wobei das Einschalten innerhalb einer Anstiegsdauer E im Bereich vom 50ns und 350 ns erfolgt, nach welcher die Pumpleistungsstufe Sl der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreicht wird.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren ist die Pump- leistungsstufe Sl mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) eingestellt wird.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt:
— Einstellen der Pumpquelle (2) auf eine Pumpleistungsstufe S2, die für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E beibehalten wird. Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt:
— Einstellen einer Laserimpulsenergie des Erstimpulses in Abhängigkeit der Zeitdauer E und/oder der Zeitdauer T und/oder der Pumpleistungsstufen Sl und/oder S2.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich mindestens einen der Schritte: — Erzeugen eines Behandlungsstrahls des Lasers (1) in einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Laserleistung, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist;
— Erzeugen von Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem qua- si-kontinuierlichen Betrieb, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist;
— Erzeugen von Messimpulsen und Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem temperaturgeregelten, quasi-kontinuierlichen Be- trieb.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt:
— Erzeugen von Impulspaketen aus Erstimpulsen und/oder Be- handlungsimpulsen und/oder Messimpulsen oder aus einer Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen.
Die Erfindung soll nun anhand von Zeichnungen beispielhaft weiter veranschaulicht werden. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Laserthera- piegeräts (4),
Figur 2 ein Pumpleistung(Pp)-Zeit(t) -Diagramm einer erfindungsgemäßen Ansteuerung einer Pumpquelle (2), Figur 3 ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Erstimpulse,
Figur 4 ein Laserleistung(PL)-Zeit(t )-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Erstimpulsen,
Figur 5 ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer verlängerter Erstimpulse mit Schultercharakteristik aufgrund Haltens einer Pumpleistungsstufe S2 nach dem Einschalten der Pumpquelle auf eine Pumpleistungsstufe Sl,
Figur 6 ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von verlängerten Erstimpulsen mit Schultercharakteristik, ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und eines erfindungsge mäßen Behandlungsstrahls,
ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen, ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungs impulsen,
ein Laserleistung(PL) -Zeit (t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen,
ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und Messimpulse, ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm eines erfindungsgemäßen cw-BehandlungsStrahls .
Figur 1 zeigt eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Laser- therapiegeräts 4. Der Laser 1 ist mit einer Pumpquelle 2 verbunden, die diesen anregt. Die Steuereinheit 3 ist mit der Pumpquelle 2 verbunden und eingerichtet, die Pumpquelle 2 zu steuern. Optional weist der Laser in seinem Ausgang einen Lichtwellenleiter (nicht gezeichnet) auf, der über eine
Spaltlampe (nicht gezeichnet) das Laserlicht weiter an ein Auge leitet.
Im Betrieb der Erfindung steuert die Steuereinrichtung 3 die Pumpquelle 2 durch ein schnelles Einschalten mit einer An- stiegszeit von ca. 100 ns auf eine Pumpleistungsstufe Sl an. Dabei wird ein Strom von 33 A von der Steuereinheit 3 an die Pumpquelle 2 abgegeben. In Antwort auf dieses abrupte Einschalten der Pumpquelle 2 bildet sich ein überhöhter Aufbau der Besetzungsinversion im Lasermedium, welches sich nach der dann folgenden Einstellung eines Strahlungsfeldes im Laserresonator schlagartig wieder abbaut und wobei ein kurzer intensiver Puls (Erstimpuls) entsteht. Bei einer cw-Laserleistung von ca. 2 W erreicht dieser Laserimpuls Leistungsspitzenwerte von ca. 35 W und ist somit geeignet, therapeutische Wirkungen im Gewebe zu erzeugen. Auf diese Weise wird die Laserleistung kurzzeitig um ein
Vielfaches der cw-Laserleistung erhöht, ca. um den Faktor 10 — 17. Z. B. ist mit einem cw-Laser, der eine cw-Laserleistung von ca. 5 W aufweist, auf diese Weise ein Erstimpuls mit einer Impulsspitzenleistung von ca. 50 W erzeugbar. Damit sind für diesen Laser vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten geschaffen, die den erforderlichen Geräteaufwand z. B. in einer Klinik erheblich reduziert.
Figur 2 zeigt ein Pumpleistung (Pp) -Zeit (t) -Diagramm einer erfindungsgemäßen Ansteuerung einer Pumpquelle (2). In diesem Beispiel wird ein Erstimpuls durch die Ansteuerung erzeugt. Zu einem Zeitpunkt TO wird die Pumpquelle 2 eingeschaltet und bis zu einem Zeitpunkt Tl auf eine Pumpleistungsstufe Sl hochgefahren. Die Differenz Tl — TO entspricht dabei der Anstiegsdauer E, die in diesem Beispiel 100 ns beträgt. Anschließend wird die Pumpleistung auf eine Pumpleistungsstufe S2 heruntergefahren, auf der es von T2 — T3, wobei T3 — T2 = T, gehalten wird. Danach wird die Pumpleistung bis zu einem Punkt T4 wieder auf 0 abgesenkt. Die Abfallzeiten A und A' sind bevorzugt bei kleinen Abfallzeiten gegenüber der Zeitdauer T vernachlässigbar. Bevorzugt werden diese jedoch mit in die Zeitdauer T eingerechnet, sodass entgegen der hier gezeigten Darstellung T = T4 — Tl. Bevorzugt ist als Pumpleistungsstufe S2 der gleiche Wert wie der der Pumpleistungsstufe Sl einstellbar. Eine Abfallzeit A entfällt damit.
Auf diese Weise ist ein verlängerter Erstimpuls mit Schultercharakteristik des Lasers 1 erzeugbar. Über die Parameter T Sl und S2, wobei in T auch die Abfallzeiten A und A' bevor- zugt berücksichtigt werden, ist die maximale Laserimpulsleistung sowie die gesamt im verlängerten Erstimpuls transportierte Impulsenergie einstellbar. Figur 3 zeigt ein Laser.Leistung (PL) -Zeit ( t ) -Diagramm erfindungsgemäßer Erstimpulse. Gestrichelt eingezeichnet ist zudem (wie auch in den nachfolgenden Figuren 4 — 11) die cw- Laserleistung, die der Laser in einem kontinuierlichen Laserbetrieb abzugeben vermag. In diesem Beispiel wird die Pumpquelle nach Erreichen der Pumpleistungsstufe Sl möglichst schnell auch wieder abgeschaltet, sodass keine Schultercharakteristik der Laserleistung nach dem jeweiligen Impuls ent- steht. Zwischen den Impulsen werden Pausen von mehr als 100 β eingehalten, in denen die Pumpquelle 2 ausgeschaltet bleibt und in der das vorhandene Strahlungsfeld im Laserresonator gelöscht wird und sich eine restliche Besetzungsinversion durch spontanen Zerfall abbaut.
Auf diese Weise ist z. B. eine selektive Photothermolyse mit einem cw-Laser durchführbar, die im Stand der Technik nur durch speziell dafür geeignete kurzgepulste Diodenlaser möglich ist, bei denen jedoch die richtige Dosierung der Laser- energie aufgrund des Fehlens eines ophthalmoskopisch sichtbaren klinischen Endpunktes nur ausgehend von einer überdosierten sichtbaren Läsion durch Reduktion der Laserleistung dann empirisch anpassbar ist. Figur 4 zeigt ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Erstimpulsen. Zwischen den Pulspaketen, die hier aus drei Erstimpulsen bestehen, werden längere Pausen eingehalten als zwischen den Einzelpulsen eines Pulspaketes. Durch die großen Pausen zwischen den Pulspaketen ist die mittlere Laserleistung bei Bedarf deutlich und unter Beibehaltung der Impulsformen der Einzelimpulse reduzierbar.
Figur 5 zeigt ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Erstimpulse mit Schultercharakteristik aufgrund Haltens einer Pumpleistungsstufe S2 nach dem Einschalten der Pumpquelle auf eine Pumpleistungsstufe Sl. Hierdurch entsteht hinter jedem Erstimpuls eine Schulter, die dann relativ schnell wieder abklingt, da die Pumpquelle früh genüg wieder abgeschaltet wird, so dass keine thermische Koagulation stattfindet. Somit sind Einzelimpulse mit einer hohen Impulsspitzenleistung der Laserimpulse und einer hohen Impulsgesamtenergie er zeugbar. Dies ist für viele therapeutische Anwendungen wie z B. der selektiven Photothermolyse besonders vorteilhaft, wel che z. B. bei der selektiven Retinatherapie (SRT) des RPE be diabetischer Makulaopathie oder von Drusen bei altersbedingter Makuladegeneration einsetzbar ist.
Figur 6 zeigt ein Laserleistung(PL)-Zeit( t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Erstimpulsen mit Schultercharak- teristik. Die Schulter der einzelnen Erstimpulse liegt in diesem Beispiel jeweils unter dem Laserleistungsniveau, das der Laser im kontinuierlichen Betrieb ausstrahlen würde. Somit sind Pulspakete mit Einzelimpulsen mit einer hohen Impulsspitzenleistung und einer hohen Impulsgesamtenergie er- zeugbar. Die großen Pausen zwischen den Pulspakten erlauben wiederum wie in Fig. 4 eine Reduzierung der mittleren Leistung. Dies ist für viele therapeutische Anwendungen wie z. B der selektiven Photothermolyse besonders vorteilhaft, welche z.B. bei der selektiven Retinatherapie (SRT) des RPE bei dia betischer Makulopathie oder von Drusen bei altersbedingter Makuladegeneration einsetzbar ist.
Figur 7 zeigt ein Laserleistung (PL) -Zeit (t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und eines erfindungsgemäßen Behandlungsstrahls. Die Behandlungsimpulse weisen eine Impulsspitzenleistung auf, die der cw-Laserleistung entspricht Ein einzelner Puls weist dabei Längen im Bereich von 100 - 200 ps, in diesem Fall 200 auf. Zwischen den Pulsen wer den bevorzugt Pausen eingehalten, die kürzer sind als die Fluoreszenzlebensdauer des verwendeten Lasermediums, z. B. Pausen die kürzer als 100 sind. Auf diese Weise ist ein Pulsbetrieb des cw-Lasers z. B. für Photokoagulation durchführbar. Durch die Pausen zwischen den Pulsen kann die mittlere Leistung bei Bedarf deutlich reduziert werden, ohne den einzelnen Impuls zu beeinflussen.
Figur 8 zeigt ein Laserleistung (PL)-Zeit(t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen. Diese sind z. B. für die Therapie durch Hyperthermie ohne Koagulationseffekte einsetzbar. Die Pausen zwischen Pulspaketen ermögli- chen wiederum eine Reduzierung der mittleren Laserleistung.
Figur 9 zeigt ein Laserleistung(PL) -Zeit (t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen. Zwischen den Behandlungsimpulsen wird die Pumpleistung auf einem Wert von leicht über Null gehalten. Auf diese Weise werden Pausen zwischen den Pulsen verhindert, in denen das obere Laserniveau abklingen könnte und bei erneuter Anregung ein Erstimpuls entstehen würde.
Damit kommt es bei einer schnellen Anstiegszeit weniger ausgeprägt zu einer Überbesetzung des Laserniveaus, auf das angeregt wird, und damit erfolgt keine plötzliche Laserentladung nach einem schnellen Einschwingen für einen Behandlungs- impuls. Auf diese Weise werden bei gleich bleibenden Anstiegszeiten von Behandlungsimpulsen Erstimpulse noch sicherer vermieden und es sind kürzere Einschaltzeiten für einen Normalpuls einstellbar, ohne dass ein Erstimpuls auftritt. Weiterhin ist die mittlere Laserleistung flexibel, z. B. über Pulsweitenmodulation, einstellbar wobei Erstimpulse unterbunden werden. Ein Laser ist somit mit einer festen Laserleistungsstufe (z. B. der cw-Nennleistung) betreibbar, während die mittlere Laserleistung je nach Puls- und/oder Pausenlänge zwischen der Leistung, auf welcher der Laser in den Pausen noch leicht auf Werten über Null gehalten wird, und der festen Leistungsstufe auf eine Vielzahl von Zwischenwerten einstellbar ist. Bei herkömmlichen Photokoagulationslasern er- folgt mit 50 μπι bzw. 100 μιη Strahldurchmesser fast immer ein Zelltod durch Blasenbildung. Demgegenüber ist durch diese Einstellbarkeit der Laserleistung auf eine Vielzahl von Zwischenwerten und durch das Verhindern der Erstimpulse eine re- produzierbare Hyperthermie bzw. Photokoagulation selbst bei kleinen Strahldurchmessern möglich. Der Laser ist somit auch für solche Therapien einsetzbar, in denen Ausheilungseffekte durch Migrieren benachbarter RPE-Zellen auftreten. Figur 10 zeigt ein Laserleistung (PL)-Zeit (t)-Diagramm erfindungsgemäßer Pulspakete von Behandlungsimpulsen ohne vollständige Absenkung der Pumpleistung zwischen den Behandlungsimpulsen. Figur 11 zeigt ein Laserleistung (PL) -Zeit (t)-Diagramm erfindungsgemäßer Behandlungsimpulse und Messimpulse. Vor einem Messimpuls ist die Pumpquelle für 75 s ausgeschaltet, sodass das Strahlungsfeld im Laserresonator sowie die bestehende Besetzungsinversion zerfallen. Die Pumpquelle wird dann für ca. 1 ps eingeschaltet, wodurch eine Impulsspitzenleistung des Laserimpulses von ca. 10 W erhalten wird. Dieser Impuls wird als Messimpuls für die Temperatur des zu behandelnden Gewebes verwendet. Danach wird für ca. 30 ps die Pumpleistung auf eine Pumpleistungsstufe reduziert, bei der keine thermischen Effekte im Gewebe auftreten. Für ca. 780 ps wird dann ein Behandlungsimpuls erzeugt, der jedoch durch entsprechendes Einstellen der Pumpleistungsstufe der Pumpquelle einen Laserleistungswert von leicht oberhalb der cw-Nennleistung aufweist, sodass die Behandlungsimpulse im Mittel eine Impuls- energie aufweisen, die auch ein kontinuierlicher Behandlungsstrahl im kontinuierlichen Betrieb des Lasers, bei dem die bestimmungsgemäße mittlere cw-Laserleistung des Lasers eingestellt ist, aufweist. Die Anstiegs- und Abfallzeiten der Behandlungsimpulse betragen ca. 40 με .
Figur 12 zeigt ein Laserleistung(PL)-Zeit(t)-Diagramm eines erfindungsgemäßen cw-Behandlungsstrahls . Mit dieser Erfindung sind Modulationsverfahren für einen herkömmlichen cw-Laser vorgestellt, die das Anwendungsspektrum eines cw-Lasers z. B. im klinischen Bereich im Gegensatz zum Stand der Technik um ein Weites verbreitern. Insbesondere sind durch einen Erstimpulsbetrieb Impulsspitzenleistungen durch den Laser abrufbar, die bisher für einen cw-Laser nicht für möglich gehalten wurden. Die Impulsspitzenleistung wird dabei durch ein spezielles Ansteuern des Lasers durch eine Pumpquelle um mehr als das 10-fache des mittleren Leistungs- niveaus des cw-Lasers erhöht. Hierdurch sind erstmals mit einem cw-Laser z. B. Therapieformen wie die selektive Pho- tothermolyse im retinalen Pigmentepithel (RPE) möglich. Diese Leistungserhöhung wird durch ein schnelles Einschalten der Pumpquelle im Bereich von 50 — 350 ns bewirkt. Die Anwen- dungsvielfalt eines cw-Lasers wird zudem angereichert durch den Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer Steuereinrichtung, die eingerichtet ist diesen Schritt durchzuführen, bei dem zusätzlich zu dem schnellen Einschalten der Pumpquelle noch für eine gewisse Zeit T nachgepumpt wird und somit ein Erstimpuls in seiner Laserleistung vielfältig einstellbar ist. Zudem weist das Lasertherapiegerät weitere Modulationsmöglichkeiten auf, die z. B. einen quasikontinuierlichen Betrieb oder einen Betrieb, in dem durch Messimpulse und Behandlungsimpulse eine temperaturgesteuerte quasikonti- nuierliche Behandlung möglich ist, auf. Die Erfindung stellt damit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung, bei denen mit einem einzigen Laserresonator nur durch die gezielte elektrische Ansteuerung der Pumpdioden
sowohl im kontinuierlichen Laserbetrieb eine Koagulation von Gewebe erzielt wird
als auch im quasikontinuierlichen Betrieb eine temperaturgeregelte Laserkoagulation bzw. Lasertherapie der Retina bewirkt wird und weiterhin
innerhalb eines Erstimpuls-Betriebsmodus eine selektive Photothermolyse des Retinalen Pigmentepithel (RPE) ohne thermische Schädigung der Photorezeptoren (PR) oder der A- derhaut erreicht wird. Bezugszeichen
Laser
Pumpquelle
Steuereinrichtung
Lasertherapiegerät

Claims

Patentansprüche
1. Lasertherapiegerät (4) mit einem Laser (1) und einer
Steuereinrichtung (3), wobei der Laser (1) ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser mit einer Pumpquelle (2) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, mindestens einen Erstimpuls des Lasers (1) in einem Erstimpulsbetrieb zu erzeugen, wobei in dem Erstimpulsbetrieb die Pumpquelle (2) durch die Steuereinrichtung (3) mindestens einmal auf eine Pumpleistungsstufe Sl einschaltbar ist und wobei eine Anstiegsdauer E, nach welcher die Pumpleistungsstufe Sl der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreichbar ist, im Bereich von 50 ns bis 350 ns liegt.
2. Lasertherapiegerät ( 4 ) gemäß Anspruch 1 ,
wobei die Pumpleistungsstufe Sl mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3 ist, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) einstellbar ist.
3. Lasertherapiegerät (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ,
wobei die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, die Pumpquelle (2) für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E auf einer Pumpleistungsstufe S2 zu halten.
4. Lasertherapiegerät ( 4 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ,
wobei eine Laserimpulsenergie des Erstimpulses durch die Anstiegsdauer E und/oder die Anstiegsdauer T und/oder die Pumpleistungsstufen Sl und/oder S2 einstellbar ist.
5. Lasertherapiegerät ( 4 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ,
wobei die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet ist, die Pumpquelle (2) derart anzusteuern, dass
— durch den Laser ( 1 ) in einem kontinuierlichen Betrieb ein Behandlungsstrahl mit einer Laserleistung erzeugbar ist, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder
— durch den Laser (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb Behandlungspulse erzeugbar sind, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw- Laserleistung des Lasers (1) ist, und/oder
— durch den Laser (1) in einem temperaturgeregelten, quasi-kontinuierlichen Betrieb Messpulse und Behandlungspulse erzeugbar sind.
6. Lasertherapiegerät (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Steuereinrichtung (3) zusätzlich eingerichtet ist, die Pumpquelle (2) zeitlich derart zu steuern, dass Erstimpulse und/oder Behandlungsimpulse und/oder Messimpulse oder eine Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen als Impulspakete erzeugbar sind.
7. Verfahren zum Betreiben eines Lasertherapiegeräts (4), umfassend folgenden Schritt:
— Erzeugen mindestens eines Erstimpulses (2) eines Lasers (1), der ein für einen cw-Betrieb geeigneter Festkörperlaser ist, durch Einschalten einer Pumpquelle (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) auf eine Pumpleistungsstufe Sl, wobei das Einschalten innerhalb einer Anstiegsdauer E im Bereich vom 50ns und 350 ns erfolgt, nach welcher die Pumpleistungsstufe Sl der Pumpquelle (2) ab dem Einschalten erreicht wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7 ,
wobei die Pumpleistungsstufe Sl mindestens um 10% höher als eine Pumpleistungsstufe S3 ist, auf welche die Pumpquelle (2) für die Abgabe der cw-Laserleistung des Lasers (1) eingestellt wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 8,
zusätzlich umfassend den Schritt:
— Einstellen der Pumpquelle (2) auf eine Pumpleistungsstufe S2, die für eine Zeitdauer T nach der Anstiegsdauer E beibehalten wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 9,
zusätzlich umfassend den Schritt:
— Einstellen einer Laserimpulsenergie des Erstimpulses in Abhängigkeit der Anstiegsdauer E und/oder der Zeitdauer T und/oder der Pumpleistungsstufen Sl und/oder S2.
11. Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 10,
zusätzlich umfassend mindestens einen der Schritte:
— Erzeugen eines Behandlungsstrahls des Lasers (1) in einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Laserleistung, die kleiner oder gleich der cw-Laserleistung des Lasers (1) ist;
— Erzeugen von Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb, die eine mittlere Laserleistung aufweisen, die kleiner oder gleich der cw- Laserleistung des Lasers (1) ist;
— Erzeugen von Messimpulsen und Behandlungspulsen des Lasers (1) in einem temperaturgeregelten, quasikontinuierlichen Betrieb.
12. Verfahren gemäß Anspruch 7 bis 11,
zusätzlich umfassend den Schritt:
— Erzeugen von Impulspaketen aus Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen oder aus einer Kombination von Erstimpulsen und/oder Behandlungsimpulsen und/oder Messimpulsen.
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