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Die Herstellung von hochpräzisen Transplantaten für die lamellierende Keratoplastik und von Epikeratophakie-Lentikeln mit Hilfe des Excimer-Lasers bei 193 nm und eines computergesteuerten Positioniersystems

Spektrum der Augenheilkunde (Impact Factor: 0.18). 6(4):176-179. DOI: 10.1007/BF03162995

ABSTRACT Es wird ein neues System vorgestellt, welches es ermöglicht, mittels Laserablation aus Spenderhornhäuten Lentikeln für die
aphake und myope Epikeratophakie sowie für die lamellierende Keratoplastik herzustellen. Unter Verwendung eines computergesteuerten
Positioniersystems wird die Spenderhornhaut in einem fokussierten Excimer-Laserstrahl (ArF, 193 nm) bewegt. Der hier verwendete
Photoablationsprozeß ermöglicht eine effektive Abtragung mit Schädigungszonen kleiner 0,3 um im Gewebe, das die Abtragezone
umgibt.

Die Computersoftware ermöglicht eine benutzerfreundliche Auswahl verschiedenster Parameter, so wie den Durchmesser der optischen
Zone, die Form der Randzone, die Brechkraft, die zentrale und minimale Dicke sowie die Umrißform des Transplantates.

Es werden Daten über die Stabilität der Hornhautdicke während des Bearbeitungsprozesses sowie eine Methode zur Kontrolle der
Qualität und Reproduzierbarkeit des Ablationsprozesses unter Verwendung von PMMA-Scheiben präsentiert. Histologische und elektronenmikroskopische
Ergebnisse von Lentikeln, die mit dem „Excimer-Laser-Corneal Shaping System“ hergestellt wurden, werden gezeigt.

A new system is presented for variable laser-ablation of donor corneas into lenticules used for aphakic and myopic epikeratophakia,
as well as for lamellar keratoplasty. With the help of a computer-controlled positioning system using high-precision micropositioning
elements the donor cornea is moved in a holding device in front of a focused excimer laser beam (ArF, λ = 193 nm). This photo-ablation
lathing process is known to cause a damage zone of less than 0.3 urn which assures an optimal viability of the stromal cells
in close approximation to the treated surface.

The computer software allows the fast and convenient selection of a variety of parameters, such as the diameter of the optical
zone, the shape of the wing zone, the refractive power, the central and the minimal thickness, and the overall contour of
the lenticule. The selection of parameters for lamellar transplantation encompasses not only the thickness of the graft but
also the overall configuration using a scanning device for selection of the shape and size.

Laboratory data on the stability of the corneal thickness during the lasing process, as well as a method for quality control
and reproducibility of the ablation using PMMA discs are presented. Furthermore, histological and electron microscopical results
of lenticules prepared from human donor corneas with this “Excimer-Laser Corneal Shaping System” are shown.

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    ABSTRACT: To present the excimer laser corneal shaping system (ELCS-S), an add-on device to the Keratom, a commercially available 193-nm excimer laser built by Schwind. The system is designed for the preparation of donor corneas under sterile conditions using the ultraviolet laser to offer greatest possible flexibility. Lenticules for planolamellar grafting and refractive epikeratoplasty, as well as donor buttons for penetrating keratoplasty can be computer-designed by the surgeon or technician and lathed with the system. Using the excimer laser corneal shaping system (ELCS-S) on human donor corneas, the central surface of the epikeratoplasty lenticule exhibited only narrow, flat concentric notches corresponding to the single lathing steps. Transmission electron microscopy revealed a damage zone of less than 0.3 microm in close approximation to the treated surface. The final thickness revealed a difference of less than +/-53 microm from the intended, initially programmed value. Ultrastructural studies showed the perpendicular stromal surface of the penetrating keratoplasty buttons to be smooth with minimal protrusion of Descemet's membrane. Endothelial injury was observed in a zone averaging between 40 and 100 microm adjacent to the cutting edge only. The excimer laser corneal shaping system (ELCS-S) allows a computer-controlled, surgeon-designed, sterile preparation of lamellar and penetrating corneal grafts with the use of the excimer laser. This could offer significant advantages in comparison to presently available systems for lamellar dissection and trephination.
    Journal of refractive surgery (Thorofare, N.J.: 1995) 16(1):23-31. · 2.47 Impact Factor
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    ABSTRACT: Das schon vor Jahren in einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Allgemeine Physik der Technischen Universität Wien und der Universitätsklinik für Augenheilkunde entwickelte System (ELCS-System), welches eine universelle Bearbeitung von Spenderhornhäuten mittels eines Excimer-Lasers erlaubt, ist seit kurzem als Teil des Schwind-Labor-Excimer-Lasers erhältlich. Es können damit sowohl Hornhaut-Lentikel für die lamelläre und refraktive Keratoplastik als auch Transplantate für die penetrierende Keratoplastik angefertigt werden. Neuerliche Laboruntersuchungen nach der Bearbeitung zeigten eine sehr gute Oberflächenqualität mit lediglich geringen konzentrischen Stufenbildungen, welche den Abtragekreisen entsprechen. Die Schädigungszone im Gewebe unter der Abtragezone war kleiner als 0,3 μm. Dickemessungen wiesen eine Schwankungsbreite zum Sollwert von ± 53 μm auf (Ultraschall-Pachymeter mit Hornhaut-Kontakt). Die Schnittfläche der penetrierenden Transplantate, bei deren Präparation der Durchmesser, die Form, sowie der Schnittwinkel frei gewählt werden können, zeigte eine regelmäßige Oberfläche und eine minimale Protrusion der Descemet’schen Membran. Eine Endothelzellschädigung erfolgte lediglich in einem Bereich von ca. 50 μm von der Kante an gemessen. Das ELCS-System wird eine wesentliche Verbesserung der Präparation gegenüber den bisher verwendeten Methoden (Kryodrehbank, Mikrokeratom, Rotorkeratom) zur Herstellung von lameliierenden Hornhauttransplantaten ermöglichen, da einerseits eine mechanische Schädigung der Spenderhornhaut entfällt und andererseits eine höhere Präzision gegeben ist. The commercially available Schwind-excimer-laser has been equipped with an additional device, the “Excimer Laser Corneal Shaping system”, that allows a variable UV-laser preparation of donor corneas. The technique has been developed some years ago in a collaboration between the Institute for General Physics, Vienna University of Technology and the Second Department of Ophthalmology. With its use both, lenticules for planolamellar keratoplasty and refractive epikeratoplasty, as well as donor buttons for penetrating keratoplasty can be designed and cut according to the surgeons specifications. Recent laboratory results showed an excellent quality of the centrally ablated surface as well as surface of the penetrating cut with only narrow concentric “notches” corresponding to the lathing steps starting close to the central area. Higher stromal magnification on TEM revealed a damage zone of less than 0.3 μm in close approximation to the treated surface. The resulting thickness revealed a difference of less than ± 53 μm from the intended value (measured by using contact ultrasound pachymetry). In penetrating keratoplasty, where the shape, the diameter and the cutting angle can be choosen independently, ultrastructural studies showed the perpendicular stromal surface to be smooth with a minimal protrusion of Descemet’s membrane. Endothelial injury was only observed in a narrow zone of about 50 μm adjacent to the cutting edge. The ELCS-system will offer a considerable improvement for the preparation of corneal grafts when compared to presently available techniques like the cryolathe, the mikrokeratome or rotorkeratome, because it can avoid mechanical damage to the donor cornea and potentially allows for a much higher precision.
    Spektrum der Augenheilkunde 11(2):53-58. · 0.18 Impact Factor