Der Excimer-Laser, der bei der Augenlaser-Operation eingesetzt wird, wurde in den 1970er Jahren entwickelt und im Laufe der darauffolgenden 10 Jahre für den Einsatz in der Medizin und Industrie ständig weiterentwickelt. Der Begriff “Excimer” entstand in den 1960er Jahren und bezeichnet ein angeregtes Molekül mit zwei identischen Komponenten. Man glaubte damals, dass das Argon-Molekül ein angeregtes laseraktives Medium (engl. excited dimer – daher die Bezeichnung) bildet. Obwohl sich diese Vermutung als falsch herausgestellt hat, blieb die Bezeichnung bestehen.
Der Excimer-Laser operiert im ultravioletten Licht in einer Wellenlänge von 193 bis 351 Nanometer.
Die ersten Experimente, in denen die Anwendung des neuen Lasers in der Augenmedizin getestet wurde, wurden erstmals 1981 von John Taboada für die Air Force der Vereinigten Staaten durchgeführt. Er untersuchte im Rahmen seiner Arbeit die Zerstörschwelle der Optik bei Hasenaugen und beobachtete eine strahlförmige Einkerbung in der Hornhaut. Steve Trokel war fasziniert von Taboadas Forschung und bot ihm an, ein Kapitel in seinem Buch über Pulslaser zu schreiben. Trokels Neugier veranlasste ihn dazu, selbst mit einem Excimer-Laser zu arbeiten.
Trokel erkannte das Potential des Lasers zur Verbesserung der radialen Keratotomie, deren Verwendungsbereich zum damaligen Zeitpunkt durch den mechanischen Einsatz eines Messers zur Ausführung des Schnitts eingeschränkt war. Trokel, der mittlerweile im IBM TJ Watson Labor arbeitete, interessierte sich vor allen Dingen für den Einsatz der direkten Laser-Keratomileusis zur Modellierung der Hornhaut. Im selben Labor hatte Rangaswamy Srinivasan zuvor zwei Jahre lang mit dem Laser gearbeitet und als erster die Auswirkungen des Lasers auf biologisches Material beobachtet. Innerhalb weniger Wochen nach Trokels Ankunft im Juni des Jahres 1983 begannen die Versuche an den Augen von Kälbern.
Im Jahr 1983 veröffentlichte Trokel einen bahnbrechenden Artikel, in dem er die grundlegende Wirkung des Excimer-Lasers auf die Hornhaut erläuterte. Dieser trieb die Forschung in diesem Bereich weltweit voran und führte zu ersten Versuchen der Kommerzialisierung. Trokels Artikel unterstrich vor allem:
- die Präzision des Lasers, wobei jeder Laserpuls den Bruchteil eines Mikrons des Hornhautgewebes abtrug
- die vom Laser erzeugte glatte und einheitliche Oberfläche
- die geringen Begleitschäden
- die Kontrolle über Form und Art der Gewebeabtragung sowie
- die Transparenz der Hornhaut nach dem Lasereinsatz trotz Abtragung der Bowman-Membran.
Aufbauend auf Torkels Ergebnissen beauftragte Charles Munnerlyn Trokel damit, sich an der Ablation bestimmter Formen an der Hornhaut zu versuchen. Aufgrund dieser Ergebnisse erarbeitete er die Formel zur Festlegung der Beziehung zwischen Gewebeentfernung, Größe der optischen Zone und optischem Effekt.
Munnerlyn benötigte vier Jahre für die Veröffentlichung der wissenschaftlichen Arbeit, welche schließlich 1988 erschien. In dieser Arbeit wurde der Fachbegriff photorefraktive Keratotomie, PRK, geprägt, obwohl dieser ursprünglich als zu vage erschien und der praktische Nutzen nicht ersichtlich war.
Die in dieser Arbeit erstellte “Munnerlyn-Formel” zur Berechnung der Ablationstiefe bei der Behandlung wird auch heute noch verwendet.
Eine der größten technischen Herausforderungen in der Entwicklung der PRK stellte die Konstruktion eines Apparates, mit welchem der Laserstrahl genau kontrolliert werden konnte, dar. Auf Munnerlyns Anfrage hin befasste sich die Firma CooperVision mit dieser Herausforderung und produzierte 1988 den ersten funktionierenden Prototyp.
In den darauffolgenden Jahren befassten sich viele Forscher mit den Anwendungen des 193mn-Lasers, wobei sie sich vornehmlich auf den peripheren Gebrauch, aber auch auf den therapeutischen Einsatz konzentrierten.
Forscher am LSU Eye Centre in New Orleans beschäftigten sich in den 1980er Jahren weiterhin mit der PRK und der phototherapeutischen Keratektomie (PKT). Trokel, Munnerlyn und auch Marguerite McDonald, Mitglied des International Medical Advisory Boards bei Optical Express, führten Versuche sowohl an tierischen als auch an menschlichen Augen durch. Nachdem sie Untersuchungen an den Augen toter Versuchsobjekte, lebender Hasen und Primaten und schließlich blinder und nicht-blinder Menschen durchgeführt hatten, wurden im Zeitraum 1988-1990 die ersten PRK-Operationen an Blinden, Sehenden und Menschen mit Sehschwäche durchgeführt.
Die Versuche zeigten die unkomplizierte und rückstandslose Heilung der Hornhaut sowie die Vorhersagbarkeit der refraktiven Veränderungen, die sich durch den Einsatz der PRK-Technologie ergaben. Im selben Zeitraum wurden klinische Protokolle vor, während und nach der Operation über den Narkoseeinsatz, das Absaugen, den Ablationsvorgang und die Nachsorge erstellt.
Die enormen Fortschritte machten auch in den 1990er Jahren nicht halt und führten zur Entwicklung optimaler Laserablationsmuster, zur Präzisierung des Algorithmus und zu einem besseren Verständnis des therapeutischen Nutzens.
Seit den Anfängen der PRK wurden Methoden zur Korrektur von Weitsichtigkeit und Astigmatismus entwickelt. Auch die LASIK hat ihre Wurzeln in der photorefraktiven Keratotomie. Die Weiterentwicklung der PRK ist heute unter dem Begriff LASEK bekannt.
In jüngerer Zeit hat die Wellenfront-Technologie die Optik revolutioniert. Klinisch hochwertige und sichere LASIK-Flaps (Hornhautlamellen) werden heutzutage bei der Femto-LASIK durch den Einsatz der Femtosekunden-Technologie erzeugt.
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