Laserskalpell

Femtosekunden-Laserpulse werden in biologischem Gewebe zur Erzeugung eines optischen Durchbruchs und der damit verbundenen Photodisruption, also einer Materialtrennung, eingesetzt. Die Schwelle für den optischen Durchburch liegt bei einer freien Elektronendichte von 10¹⁸-10²²cm^-3, die im Fokusvolumen durch Multiphotonenprozesse erzeugt wird. Dafür muss eine entsprechende Photonendichte erreicht werden. Die Photonendichte kann über die Pulsdauer (zeitliche Begrenzung), die Größe des Fokusvolumens (räumliche Begrenzung) und die Pulsenergie variiert werden. Um das Ausmaß der peripheren Gewebeschädigung zu reduzieren, ist eine minimierte Pulsenergie erforderlich. Um dennoch die erforderliche Photonendichte zur erzeugen, wird der Puls sowohl durch Verwendung von Pulslängen im Femtosekunden-Bereich zeitlich begrenzt als auch durch eine Erzeugung eines beugungsbegrenzten Fokus mithilfe von adaptiver Optik räumlich begrenzt. Damit kann die erforderliche Pulsenergie zur Erzeugung eines optischen Durchbruchs gesenkt werden.

Augenfehler und adaptive Optik

Das menschliche Auge weist im Allgemeinen unterschiedlich stark ausgeprägte Abbildungsfehler auf, im einfachsten Fall eine Weit- oder Kuzrsichtigkeit (Hyperopie / Myopie) aber auch Hornhautverkrümmungen oder Fehler höherer Ordnung. Bei einem chirurgischen Einsatz von Femtosekunden-Laserpulsen im hinteren Augenabschnitt wird der Fokus durch diese Aberrationen verzerrt und damit potentiell das Ausmaß der Gewebeschädigung vergrößert. Die individuellen Aberrationen eines Auges können mit einem Wellenfrontsensor vermessen und mit einem Wellenfrontmodulator kompensiert werden, so dass ein minimaler Fokus präzise Pulsapplikationen erlaubt.

Systementwicklung

Das im Rahmen dieses Projektes entwickelte System verbindet einen Femtosekunden-Laser mit einer adaptive Optik bestehend aus Hartmann-Shack-Sensor und verformbarem Spiegel. Zur Darstellung des Zielgebietes sowie zur Erfolgskontrolle wird eine Bildgebung (optische Kohärenztomographie) in das System integriert. Die Kombination von Abbildung und Applikation erfordert eine umfangreiche Simulation des optischen Systems. Entsprechend des Entwurfs wird ein Demonstrator aufgebaut und erprobt.

Spezielle Fokusformung

Zusätzlich zur Korrektur einer aberrationsbehafteten Wellenfront kann die adaptive Optik zur speziellen Fokusformung eingesetzt werden. Damit sind beliebiege Fokusformen, wie beispielsweise ein Rechteck, Dreieck oder Kreisring, möglich. Die Form kann entsprechend der Anwendung angepasst werden und so z.B. in der Mikromaterialbearbeitung eingesetzt werden.