Femtosekundenlaser in der Ophthalmologie

Die Vielseitigkeit, Vorhersagbarkeit und einzigartigen Eigenschaften des Femtosekundenlasers haben seine Anwendung in zahlreichen Bereichen der Vorderabschnittschirurgie ermöglicht. Femtosekundenlaser erzeugen ultrakurze Pulse, die nur geringe Energiemengen verbrauchen und das umliegende Gewebe so wenig wie möglich schädigen.

Die Vielseitigkeit, Vorhersagbarkeit und die einzigartigen Eigenschaften des Femtosekundenlasers haben seine Anwendung in verschiedenen Bereichen der Vorderabschnittschirurgie ermöglicht. Femtosekundenlaser erzeugen ultrakurze Pulse, die nur geringe Energiemengen verbrauchen und das umliegende Gewebe nur minimal schädigen.

In diesem Artikel fassen wir die chirurgischen Techniken zusammen, die in der Augenchirurgie unter Verwendung des Femtosekundenlasers seit seiner Zulassung durch die US Food and Drug Administration (FDA) im Jahr 2001 entwickelt wurden. Der Femtosekundenlaser wurde zunächst zur Erzeugung von Hornhautlamellen für die Laser-in-situ-Keratomileusis (LASIK) eingeführt. Seitdem hat sich der Einsatz des Femtosekundenlasers auf andere Hornhautoperationen und seit kurzem auch auf die Kataraktchirurgie ausgeweitet.

Femtosekundenlaser-Prinzipien
Der Femtosekundenlaser ist ein Infrarotlaser (Wellenlänge: 1.053 nm) mit ultrakurzer Pulsdauer (10-15 s). Aufgrund seiner kurzen Pulsdauer ist der Femtosekundenlaser in der Lage, Laserenergie mit minimalen Kollateralschäden am angrenzenden Gewebe abzugeben. Die thermische Schädigung des benachbarten Gewebes in der Hornhaut wurde in der Größenordnung von 1 μm gemessen.1 Die Gewebereaktion, die dieser Laser nutzt, ist als Photodisruption bekannt, ein Prozess, bei dem kleine Mengen von Gewebe verdampft werden, was zur Bildung von Kavitationsgasblasen (Kohlendioxid und Wasser) führt.2

Außerdem ist der Femtosekundenlaser insofern einzigartig, als er überall innerhalb oder hinter der Hornhaut fokussiert werden kann und bis zu einem gewissen Grad in der Lage ist, optisch trübe Medien, wie z. B. eine ödematöse Hornhaut, zu durchdringen. Der Laser kann in verschiedenen geometrischen Mustern eingesetzt werden, einschließlich vertikaler, spiralförmiger oder zick-zack-förmiger Schnitte.

Femtosekundenlaser-System
Es gibt mehrere im Handel erhältliche Femtosekundenlaser-Modelle:

• Intralase FS™ (Abbott Medical Optics, Abbott Park, Illinois);
• Femtec®(20/10 Perfect Vision, heidelberg, Deutschland);
• VisuMax Femtosecond System® (Carl Zeiss Meditec, Jena, Deutschland);
• Femto LDV™ (Ziemer Group, Port, Schweiz); und
• Wavelight FS200® (Alcon, Fort Worth, Texas).

Zu den speziell für die Kataraktchirurgie entwickelten Systemen gehören:

• LenSx (Alcon, Fort Worth, Texas);
• Catalys (OptiMedica®, Sunnyvale, Kalifornien);
• LensAR (LensAR Inc., Orlando, Florida); und
• VICTUS (Technolas und Bausch and Lomb).

Die frühen Femtosekunden-Lasersysteme arbeiteten mit einer niedrigen Wiederholungsrate (15 KhZ) und benötigten daher eine höhere Energie für den Betrieb. Die neuen Geräte haben eine höhere Repetitionsrate (bis zu 150 Khz), was zu einem geringeren Energieverbrauch und einer kürzeren Verfahrensdauer führt. Darüber hinaus unterscheiden sich die Geräte in ihren programmierten und anpassbaren geometrischen Schnittmustern. Jedes Lasersystem verfügt über besondere Eigenschaften, die es für den Einsatz in bestimmten Verfahren populär machen.

Refraktive Chirurgie
Laser In Situ Keratomileusis Flaps
In der Augenchirurgie wurde der Femtosekundenlaser zunächst als Alternative zum mechanischen Mikrokeratom für die Erstellung von LASIK-Flaps populär. Der Femtosekundenlaser wird in einer vorher berechneten Tiefe auf das Hornhautstroma aufgesetzt. Die Flap-Erstellung mit dem Femtosekundenlaser wurde mit der Erstellung mit dem mechanischen Mikrokeratom verglichen. Berichten zufolge werden Aberrationen höherer Ordnung3 reduziert und die Vorhersagbarkeit der Flapdicke verbessert.4 Darüber hinaus bietet der Femtosekundenlaser mehr Optionen in Bezug auf die Flapdicke, den seitlichen Schnittwinkel, die Scharnierspezifikationen und die Abschussmuster.

Komplikationen im Zusammenhang mit der Verwendung des Femtosekundenlasers für die LASIK-Flap-Erstellung sind selten. Die undurchsichtige Blasenschicht (OBL) bildet sich entlang der Schnittebene und kann die Fähigkeit des Chirurgen oder des Excimer-Laser-Augentrackers einschränken, die Pupille zur Zentrierung zu lokalisieren. Dies kann auftreten, wenn Kavitationsblasen in das tiefe Hornhautstroma entweichen, obwohl die meisten spontan verschwinden. Das vorübergehende Lichtempfindlichkeitssyndrom (Transient Light Sensitivity Syndrome, TLSS) ist durch Photophobie und Schmerzen gekennzeichnet, die Tage bis Wochen nach einer LASIK mit Femtosekundenlaser-Flap-Erstellung auftreten können.5 Es verschwindet in der Regel nach einer aggressiven Behandlung mit topischen Steroiden.

Intrakorneale Ringsegmente
Intrakorneale Ringsegmente (INTACS) sind dünne halbkreisförmige Einsätze aus Polymethylmethacrylat, die in das Hornhautstroma implantiert werden, um die Bogenlänge der zentralen Hornhautoberfläche zu verkürzen und eine Abflachung der Hornhautoberfläche zu erreichen. Intrakorneale Ringsegmente wurden zur Behandlung von ektatischen Hornhauterkrankungen wie Keratokonus und Post-LASIK-Ektasien sowie von Myopie eingesetzt. Der Femtosekundenlaser kann so programmiert werden, dass er Tunnel für die INTACS-Implantation erzeugt. Es hat sich gezeigt, dass diese Technik in Bezug auf die visuellen und refraktiven Ergebnisse mit der manuellen Tunneldissektion vergleichbar ist.6,7 Die gleichmäßige Tiefe, die Einheitlichkeit des Schnitts und das minimale Trauma, das bei der Erzeugung der Kanäle mit dem Femtosekundenlaser entsteht, können das Einsetzen des INTACS erleichtern und die Dauer des Eingriffs minimieren.7

Astigmatische Keratotomie
Die Femtosekundenlaser-unterstützte astigmatische Keratotomie wurde in erster Linie für die Behandlung von hohem Astigmatismus nach perforierender Keratoplastik beschrieben.8,9 Da der Femtosekundenlaser in der Lage ist, Schnitte mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit zu erzeugen, kann er zur Kontrolle der gewünschten Länge, Form und Tiefe der Schnitte für die astigmatische Keratotomie verwendet werden. Mehrere Studien haben über eine verbesserte Vorhersagbarkeit und geringere Komplikationsraten, wie z. B. Mikroperforation und Dezentrierung, bei der Femtosekundenlaser-unterstützten astigmatischen Keratotomie im Vergleich zu manuellen Techniken berichtet.10,11 Axiale topografische Karten werden verwendet, um die steilen Meridiane zu identifizieren, und ein standardisiertes Nomogramm wird verwendet, um einen Operationsplan mit gepaarten Schnitten für jeden Patienten zu erstellen.

Femtosekundenlaser-assistierte Linsenextraktion
Die Femtosekundenlaser-assistierte Linsenextraktion (auch als FLEx bekannt) wird zur Korrektur von Myopie verwendet. Bei dieser Technik werden zwei lamellare Schnitte in die Hornhaut gemacht, die sich in der Peripherie überschneiden, wodurch ein Lentikel entsteht, das entfernt wird. Das Lentikel wird durch eine herkömmliche, mit dem Femtosekundenlaser erzeugte Hornhautklappe herausgezogen. Die Entfernung des Lentikels führt zu einer Verringerung der Hornhautkrümmung und damit zu einer Verringerung der Myopie. In einer Studie von Blum et al. zeigten die Ergebnisse nach sechs Monaten, dass FLEx ein sicheres und vielversprechendes Verfahren zur Behandlung von Myopie ist.12

Linsenextraktion mit kleinem Schnitt
Diese Technik ähnelt der Femtosekundenlaser-unterstützten Linsenextraktion insofern, als zur Korrektur der Myopie ein Lentikel aus der Hornhaut entfernt wird, allerdings wird das Lentikel durch einen kleinen, mit dem Femtosekundenlaser erzeugten Seitenschnitt und nicht durch einen Flap entfernt. Da bei diesem Verfahren kein Flap angelegt wird, kann es zu einem geringeren Auftreten von trockenen Augen und Ektasien kommen, und auch die Gefahr von Komplikationen im Zusammenhang mit dem Flap entfällt. Berichte zeigen vielversprechende Ergebnisse bei der Korrektur der Myopie nach sechs Monaten.13,14

Hornhauttransplantation
Femtosekundenlaser-unterstützte Keratoplastik
Der Femtosekundenlaser wurde 2005 für die Erstellung von Hornhautschnitten in ganzer oder teilweiser Dicke für Keratoplastiken zugelassen. Vor dem Keratoplastik-Eingriff wird das gewünschte Schnittmuster zunächst auf der Spenderhornhaut und dann mit dem Femtosekundenlaser auf der Empfängerhornhaut angebracht. Die Inzisionen beim Empfänger werden unvollständig belassen, um den Transport des Patienten in den Operationssaal zu erleichtern. Die ungeschnittene Brücke wird dann im Operationssaal präpariert und die Keratoplastik wird in ähnlicher Weise wie bei der traditionellen Keratoplastik durchgeführt (siehe Abbildung 1).

Die Durchführung der Femtosekundenlaser-unterstützten Keratoplastik (FLAK) hat einige Vorteile gegenüber der traditionellen perforierenden Keratoplastik. Es können verschiedene Muster von Trepanationsschnitten angewandt werden, wie z. B. Hut-, Zick-Zack- oder Pilzform. Diese Konfigurationen führen zu einer größeren Oberfläche des Transplantat-Wirt-Kontakts, was sich in einer kürzeren Heilungszeit und einer schnelleren Entfernung der Nähte niederschlägt.15-17 Die Pilzkonfiguration kann bei Keratokonus vorteilhaft sein, da sie eine größere vordere refraktive Oberfläche bietet, während ein Hutmuster bei Endothelerkrankungen bevorzugt werden kann, um mehr Endothelzellen zu ersetzen.
Anteriore lamelläre Keratoplastik
Bei der anterioren lamellären Keratoplastik wird die vordere Schicht der Hornhaut transplantiert, wenn nur die vordere Lamelle erkrankt ist, wie z. B. bei vorderen Hornhautnarben, Degenerationen oder Dystrophien. Zu den Vorteilen der anterioren lamellären Keratoplastik gehören ihr weniger invasiver Charakter und das geringere Risiko einer Abstoßung. Die präzise manuelle lamelläre Dissektion ist jedoch eine Herausforderung. In einer Studie von Yoo et al. wurde die Tiefe der anterioren Hornhautpathologie mit Hilfe der optischen Kohärenztomographie des vorderen Segments bestimmt, und der Femtosekundenlaser wurde zur Präparation des Spender- und Empfängerauges verwendet, um die Femtosekundenlaser-unterstützte anteriore lamelläre Keratoplastik erfolgreich durchzuführen.18 Zu den einzigen gemeldeten Komplikationen gehörte ein trockenes Auge; ansonsten wurde kein Auftreten von Transplantatabstoßung, Infektion oder Epitheleinwuchs gemeldet. Die Ergebnisse der anterioren lamellären Keratoplastik mit dem Femtosekundenlaser müssen weiter untersucht werden, um die Vorteile gegenüber der standardmäßigen anterioren lamellären Keratoplastik zu ermitteln.

Endothelkeratoplastik
Die Descemet-Stripping-Endothelkeratoplastik hat sich zum Standardverfahren für isolierte posteriore Pathologien wie die Fuchsche Endotheldystrophie und die pseudophake bullöse Keratopathie entwickelt. Der Femtosekundenlaser wurde experimentell zur Präparation von Spendergewebe für die endotheliale Keratoplastik sowie in Vivorkaninchenmodellen eingesetzt.19,20 Erste Berichte zeigten, dass die Präparation einer Spenderhornhaut mit dem Femtosekundenlaser sicher ist.21 Cheng et al. berichteten anschließend über die erste Femtosekundenlaser-assistierte endotheliale Keratoplastik bei einem Patienten mit pseudophaker bullöser Keratopathie.22 Vier Monate nach der Operation war die hintere Hornhautscheibe klar und zeigte eine funktionelle Hornhautendothelschicht. Zu den möglichen Einschränkungen der Femtosekundenlaser-gestützten Keratoplastik gehören der Verlust von Endothelzellen, Schwierigkeiten bei der Handhabung des Spendergewebes und eine raue Transplantat-Wirt-Schnittstelle. Größere Studien sind notwendig, um dieses Verfahren zu verfeinern.

Kataraktchirurgie
Der Femtosekundenlaser wird derzeit auf seine Fähigkeit hin untersucht, mehrere Schritte der Kataraktchirurgie zu verbessern. Im Jahr 2009 hat die FDA den Femtosekundenlaser für die Durchführung der anterioren Kapsulotomie zur Kataraktextraktion zugelassen. Bei torischen und multifokalen Intraokularlinsen ist die Zentrierung der Kapsulorhexis besonders wichtig, da Dezentrierung, Verkippung oder Drehung dieser Linsen visuelle Aberrationen wie Halos oder erhebliche Abweichungen von den erwarteten Refraktionsergebnissen verursachen können. Die Fähigkeit des Femtosekundenlasers, vorhersagbare, konsistente und perfekt zirkuläre anteriore Kapsulotomien durchzuführen, könnte bessere Ergebnisse mit hochwertigen Intraokularlinsen ermöglichen.

Femtosekundenlaser können auch zur Fragmentierung des Linsenkerns verwendet werden. Verschiedene Schnittmuster können auf den Kern angewandt werden, um ihn „weicher“ zu machen, was letztlich zu einer geringeren Menge an Ultraschallenergie führt, die während des Phakoemulsifikationsschritts der Kataraktchirurgie benötigt wird. Klare Hornhautschnitte sind die am häufigsten durchgeführte Methode für den Zugang zur Vorderkammer bei der Kataraktchirurgie. Der Femtosekundenlaser kann zur Herstellung dieser Hornhautschnitte verwendet werden. In einer Pilotstudie erwiesen sich die mit dem Femtosekundenlaser erzeugten Hornhautschnitte als stabiler als die mit dem Keratom erzeugten Schnitte.23 Es wird angenommen, dass die echte multiplanare Konfiguration der mit dem Laser erzeugten Wunde deren Widerstand gegen Verformung und Leckage erhöht. Darüber hinaus können bei der Behandlung von Astigmatismus mit dem Femtosekundenlaser angelegte partielle Hornhautschnitte zum Zeitpunkt der Kataraktoperation die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Korrektur verbessern.24
In einer prospektiven Studie mit 200 Augen wurden 74,5 % der Augen einer Laserkapsulotomie, Linsenfragmentierung und Hornhautschnitten mit dem Femtosekundenlaser unterzogen. Zu den Komplikationen gehörten kleine anteriore Kapselanhängsel (10,5 %), anteriore radiale Risse (4 %), posteriore Kapselrupturen (3,5 %) und ein herausgefallener Kern (2 %).25 Die Autoren berichteten von einer steilen Lernkurve bei der anfänglichen Verwendung des Femtosekundenlasers für die Kataraktchirurgie, gefolgt von einer zunehmenden Leichtigkeit und Vorhersagbarkeit, sobald diese neue Technik beherrscht wurde. Weitere große Studien müssen durchgeführt werden, um die Sicherheit und Wirksamkeit dieses neuen Verfahrens zu bestätigen.

Grenzen des Femtosekundenlasers
Trotz des erfolgreichen und weit verbreiteten Einsatzes des Femtosekundenlasers in der Augenchirurgie müssen einige Grenzen eingeräumt werden. Für viele Ophthalmologen und Patienten auf der ganzen Welt ist der Zugang zu diesen teuren Lasern eine schwierige Einschränkung. Der Einsatz des Lasers bei Eingriffen, die auch einen Operationssaal erfordern, wie Keratoplastik oder Kataraktchirurgie, kann ein weiteres logistisches Problem darstellen, wenn sich das Lasersystem und der Operationssaal nicht in unmittelbarer Nähe befinden. Es ist zu erwarten, dass diese Technologie mit zunehmender chirurgischer Effizienz und verbesserten Patientenergebnissen im Laufe der Zeit zugänglicher wird.

Schlussfolgerung
Der Femtosekundenlaser ist in der Lage, präzise Schnitte zu setzen, und kann in der Vorderabschnittschirurgie auf vielfältige Weise eingesetzt werden. Die Genauigkeit, Vorhersagbarkeit und Sicherheit des Femtosekundenlasers haben seine Anwendung bei anderen Eingriffen wie Keratoplastik und Kataraktchirurgie ermöglicht. Bewertungen der verbesserten Patientenergebnisse und der gesteigerten Effizienz des Chirurgen werden den Wert und die Zukunftsaussichten des Femtosekundenlasers in der Ophthalmologie bestätigen.