Diode laser thermokeratoplasty – first clinical experience

Purpose: Pulsed holmium lasers are currently used to correct hyperopia by means of laser thermokeratoplasty (LTK). Series of μs laser pulses are applied with a high repetition rate to induce shrinkage of corneal collagen fibers. The pulsed energy application results in intrastromal temperature peaks of up to 200 °C. A continuously emitting laser diode can – as we demonstrated recently in an invivo study on minipigs – be used for LTK and may be of advantage because the temperature rise is more steady. The aim of this study was to examine the safety, amount, and stability of hyperopic correction of diode LTK on blind human eyes.

Methods: We used a laserdiode that was set to continuously emit light at λ = 1.854 μm/μ_a = 1.04 mm^–1(group I, n = 4) or 1.87 μm/μ_a = 1.92 mm^–1 (group II, n = 4). Radiation energy was 100 to 150 mW for 10 s per coagulation. Eight coagulations on a single ring (group I) and 16 coagulations on a double ring (group II) diameter were applied in the cornea concentric to the entrance pupil by means of a vacuum-fixed application mask (group I = conjunctival fixation; group II = corneal fixation) and a handpiece with a focusing optic. Preoperatively as well as 1 week, 1, 2, 3, 6 12 and 18 months postoperative ophthalmologic controls were performed and the corneal refractive power was measured.

Results: In group I initial refractive changes of up to + 4.9 D were achieved (1 week postoperative). However, due to the great penetration depth of the laser irradiation, large endothelial defects resulted beneath the stromal coagulations. In group II an initial refractive change of up to + 6.8 D was achieved and as a result of the reduced penetration depth, the endothelial cell damage was much reduced. Partial regression of the refractive effect occured in all subjects, which continued in higher refractive changes during the 2^nd postoperative year. The refractive effect at 12 months was + 0.6 to + 1.5 D in group I and + 0.9 to + 5.7 D in group II. At 12 months the induced astigmatism was 0.5 to 2.2 D in group I and 0.3 to 1.6 D in group II. No serious adverse effects were noticed.

Conclusion: A continously emitting laser diode working at a wavelength of 1.87 μm can be used to correct hyperopia by means of LTK safely and effectively. Regression occurs predominantly in the first 6 postoperative months. Further studies must be conducted to determine the importance of patient inherent parameters such as age in establishing a nomogram.

Hintergrund: Gepulste Holmium-Laser werden gegenwärtig zur Hyperopiekorrektur mittels Laserthermokeratoplastik (LTK) eingesetzt. Laserpulsserien werden dabei mit einer hohen Repetitionsrate appliziert, um eine Schrumpfung der kornealen Kollagenfibrillen zu induzieren. Eine kontinuierlich emittierende Laserquelle kann – wie in einer vorangegangenen in-vivo-Studie an Minischweinen gezeigt – ebenfalls zur LTK genutzt werden und ist möglicherweise aufgrund der gleichmäßigeren Temperaturerhöhung vorteilhaft. Ziel der hier vorgestellten Studie war es, die Sicherheit sowie die Höhe und Stabilität der erzielten Refraktionsänderung der Thermokeratoplastik mittels kontinuierlich bestrahlender Laserquelle an blinden menschlichen Augen zu untersuchen.

Patienten und Methoden: Wir verwendeten eine kontinuierlich emittierende Laserdiode. Die Emissionswellenlänge bzw. der Absorptionskoeffizient wurde über die Betriebstemperatur auf λ = 1,854 μm/μ_a = 1,04 mm^–1 (Gruppe I, n = 4) oder 1,87 μm/μ_a = 1,92 mm^–1 (Gruppe II, n = 4) festgelegt. Die Bestrahlungsenergie betrug 100 bis 150 mW für jeweils 10 Sekunden pro Koagulation. Mit Hilfe einer vakuumfixierten Applikationsmaske (Gruppe I = konjunktivale Fixation; Gruppe II = korneale Fixation) und einem Handstück mit fokussierender Optik wurden 8 Koagulationen auf einem Einzelring (Gruppe I) bzw. 16 Koagulationen auf einem Doppelring (Gruppe II) konzentrisch zur Eintrittspupille in der Kornea erzeugt. Präoperativ, 1 Woche, sowie 1, 2, 3, 6, 12 und 18 Monate postoperativ wurde eine ophthalmologische Kontrolle durchgeführt und die korneale Brechkraft bestimmt.

Ergebnisse: Mit Hilfe der Dioden-LTK konnten in Gruppe I initiale Brechkraftänderungen (1 Woche postoperativ) von bis zu + 4,9 dpt erzielt werden. Durch die hohe Eindringtiefe der Laserstrahlung entstanden jedoch große Endotheldefekte unter den Koagulationen. In Gruppe II wurden initial Brechkraftänderungen von bis zu + 6,8 dpt mit einem Doppelringmuster erzielt. Der Endothelschaden war aufgrund der geringeren Eindringtiefe deutlich kleiner. Bei allen Probanden kam es zu einer partiellen Regression des refraktiven Effektes, die wenn auch deutlich verlangsamt, sich auch im 2. postoperativen Jahr teilweise noch fortsetzte. Der erzielte Effekt betrug bei Gruppe I nach 12 Monaten + 0,6 bis 1,5 dpt und bei Gruppe II + 0,9 bis + 5,7 dpt, sowie der induzierte Astigmatismus 0,5 bis 2,2 dpt (Gruppe I) und 0,3 bis 1,6 dpt (Gruppe II). Es wurden keine schweren Nebenwirkungen beobachtet.

Schlußfolgerung: Kontinuierlich ermittierende Laserdioden können bei Verwendung einer Wellenlänge von 1,87 μm sicher und erfolgreich zur Korrektur geringer und mittlerer Hyperopien mittels Thermokeratoplastik eingesetzt werden. Die Regression erfolgt im wesentlichen in den ersten 6 postoperativen Monaten. In weiteren Studien muß nun ein Nomogramm erhoben werden, um den Einfluß patienteneigener Faktoren (z. B. Alter des Probanden) zu bestimmen.