Laserchirurgie und -therapie

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Der spezifische Absorptionskoeffizient μ_a für Knorpelgewebe zeigt einen strukturierten Verlauf.

Insbesondere im Bereich der UV-Absorption ist in der logarithmischen Darstellung ein hoher Absorptionskoeffizient bei 275 und 335 nm festzustellen. Demgegenüber weisen die Werte für den Streukoeffizienten μs bis ca. 400 nm eine Zunahme auf, zu höheren Wellenlängen ist ein monoton abnehmender Verlauf für μs festzustellen. Für den Anisotropiefaktor g ist eine steigende Zunahme im Wert für die Vorwärtsstreuung zu höheren Wellenlängen hin zu verzeichnen.

39 4 Medizinische Lasersysteme

In den letzten Jahren hat der Laser in fast allen medizinischen Fachgebieten seinen festen Platz erworben. Durch die Entwicklung der verschiedensten Applikationsformen wurde es möglich, den Lasereinsatz auf immer neue Anwendungsgebiete zu erweitern [Hopf 2002, Müller 2003, Muschter 1997, Phillip 1995a,b, Rolle 2003, Vogl 1997, 2000 und 2001, Waldschmidt 1996, 1997 und 2004, Weidelich 2003]. Dabei ist zu unterscheiden zwischen dem Einsatz des Lasers als einem Hilfsinstrument im Rahmen einer größeren Operation oder als eigentliches Therapie-verfahren bei endoskopischen Eingriffen, Kathetereingriffen oder sonstigen Laserbestrahlungen.

Ein anderes Einteilungsprinzip ist die Körperregion. So finden sich Eingriffe an der Körperoberfläche, endoskopische Eingriffe oder der Lasereinsatz im Rahmen der offenen Chirurgie in vielen Fachgebieten. Bei einigen Indikationen wie z. B. Hämangiome wurde die Laserbehandlung zur Therapie der Wahl [Poetke 2004].

Die Vorteile des Lasers in den chirurgischen Disziplinen lassen sich unter folgenden Gesichtspunkten zusammenfassen :

- präzises Arbeiten, definierte Schnitttiefe, kleine fokale Nekrose - homogene, gut steuerbare Koagulation

- Hämostase / Minimierung des Blutverlustes

- berührungsfreie Gewebeabtragung / Minimierung des Infektionsrisikos,

- minimale Traumatisierung des umliegenden Gewebes durch kräftefreies Arbeiten - Möglichkeit des endoskopischen Einsatzes

- Verringerung der Instrumentenzahl im Operationsfeld,

- unproblematische Wiederholbarkeit der Operationen ohne Patientenbelastung

Dem Anwender steht heutzutage eine Reihe von medizinischen Lasern zur Verfügung.

Entsprechend den gewünschten Problemlösungen muss die Qualität der unterschiedlichen Lasersysteme herangezogen werden. Im folgenden werden die am häufigsten im medizinischen Bereich eingesetzten Lasersysteme vorgestellt.

Argonlaser

Argonionenlaser sind Dauerstrich(cw)-Laser, die blaugrünes Mischlicht (488 und 514 nm) oder grünes Licht (514 nm) emittieren. Der Argonionenlaser wird wegen seiner hohen Selektivität für körpereigene Chromophore (Hämoglobin, Melanin) zur Koagulation von oberflächlichen Gefäßen in der Ophthalmologie und Dermatologie benutzt. Das Licht wird über einen Lichtleiter, an dessen Ende sich ein Fokussierhandstück befindet, geführt. Es stehen auch spezielle Scanner zur Verfügung, die eine automatisierte und gleichmäßige Behandlung von größeren Arealen ermöglichen.

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Frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser (sog. KTP-Laser)

Die Frequenzverdoppelung der Nd:YAG-Laserstrahlung erfolgt mit Hilfe eines Kalium-Titanyl-Phosphat(KTP)-Kristalls. Die Welenlänge 532 m wird in Hämoglobin gut absorbiert. Die klinische Anwendung entspricht weitgehend dem Argonionenlaser. Geräte mit hohen Ausgangsleistungen (bis 15 W) ermöglichen die Anwendung kurzer Impulszeiten, so dass die Behandlung weniger schmerzhaft für den Patienten ist.

Farbstofflaser

Das Funktionsprinzip des Farbstofflasers (FPDL = flashlamp pumped dye laser) basiert auf der Anregung einer organischen Farbstofflösung zur Fluoreszenz durch energiereiche Lichtblitze einer Blitzlampe. Dabei wird ein relativ breites Lichtspektrum emittiert. Mittels wellenlängenselektiver Filter wird allerdings nur eine bestimmte – je nach Lasergerät festgelegte oder wählbare – Wellenlänge verstärkt und über das Fasersystem ausgesendet. Zu den typischen verwendeten Farbstoffen zählt Rhodamin 6G, welches durch entsprechende Abstimmung Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichtes zwischen etwa 570 bis 630 nm zu erzeugen vermag. Energiedichte, Impulszeit, Intervall und Wellenlänge werden dabei für die jeweilige Indikation so aufeinander abgestimmt, dass das bestmögliche Ergebnis erzielt werden kann.

Klinische Anwendung finden diese spezialisierten Laser in der Dermatologie [Goldman 1999, Landthaler 1999].

Nd:YAG-Laser

Der Dauerstrich-Nd:YAG-Laser (1064 und 1320 nm) ist ein typischer Volumenkoagulator. Je nach verwendeter Leistungsdichte ist mit diesem Gerät eine tiefe, unspezifische Koagulation, eine Vaporisation bzw. das Schneiden von Gewebe möglich. Die Übertragbarkeit des Nd:YAG-Laserlichtes durch Glasfasern gestattet eine universelle Anwendung. Über flexible oder starre Endoskope kann es zur Koagulation von Blutungen, Fehlbildungen oder Tumoren benutzt werden; bei höherer Leistung auch zur Rekanalisation von Tumorstenosen [Philipp 1995b, Cholewa 1998, Waldschmidt 2004]. Mit einem Fokussierhandstück und entsprechend hoher Leistungsdichte sind Resektionen an parenchymatösen Organen, wie Leber, Milz, Pankreas und Niere, bei gleichzeitig guter Hämostase möglich. In den letzten Jahren wird der Nd:YAG-Laser auch zunehmend im Kontaktverfahren benutzt, d. h. eine spezielle Kontaktspitze aus synthetischem Saphir (Saphire Probe) oder aber auch die nackte Quarzglasfaser (Bare Fiber) wird direkt auf das Gewebe aufgesetzt. Durch die hohe Leistungsdichte an der Kontaktstelle kommt es dort sehr schnell zur Karbonisation und Vaporisation. Dies bedeutet aber auch, dass schon in einigen Millimetern Entfernung, insbesondere bei kurzer Expositionszeit, keine thermisch wirksame Leistungsdichte erreicht wird, da die Energie bereits absorbiert oder sehr stark gestreut wurde. Der Koagulationssaum kann so begrenzt werden.

Im Nano- und Picosekundenbereich gepulste Nd:YAG-Lasersysteme (Q-switched Nd:YAG), mit denen eine Photodisruption des Gewebes erfolgen kann, haben sich in der Ophthalmologie zur Behandlung von Nachstarmembranen, aber auch für die periphere Iridotomie zur Therapie des akuten Glaukomanfalls etablieren können. Über optomechanische Koppler werden sie auch zur Lithotripsie eingesetzt.

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Diodenlaser, die das Licht im nahen Infrarotbereich emittieren, werden seit Ende der 80-er Jahre in der Ophthalmologie eingesetzt. Aufgrund der Weiterentwicklung sowohl des spektralen Emissionsbereich als auch der Ausgangsleistung erwirbt sich der Diodenlaser ein zunehmend breites Anwendungsfeld in der Medizin. Die Vorteile des Diodenlasers gegenüber den anderen Lasersystemen sind seine kompakte Bauweise, Tragbarkeit, wasserfreie Kühlung, leichte Installation und geringer Wartungsaufwand. Diodenlaser mit einer Emissionswellenlänge von 980 nm bzw. 940 nm können weitgehend das bisherige Indikationsspektrum eines cw- Nd:YAG-Lasers abdecken. Die geringere Eindringtiefe bei 980 nm kann bei den meisten Geweben durch entsprechende Veränderungen der Applikationsparameter wie z. B. höhere Leistung und/oder längere Bestrahlungszeit ausgeglichen werden. Die Tiefenwirkung der Koagulation ist für 1064 nm und 980 nm identisch, weil die Bereiche jenseits der optischen Eindringtiefe ausschließlich durch wellenlängenunabhängige Wärmeleitung beeinflusst werden.

Das Hauptindikationsfeld der neuen Hochleistungsdiodenlaser ist zurzeit die Urologie [Muschter 1997]. Die Diodenlaser finden aber bereits Einzug auch in die anderen Disziplinen, z. B. HNO-Bereich [Hopf 2002].

Diodenlaser mit der Emmisionswellenlänge von 630 nm bzw. 670 nm werden als Lichtquelle für die photodynamische Therapie eingesetzt [van den Bergh 2003].

CO₂-Laser

Der Dauerstrich-CO2-Laser (10600 nm) ist wegen seiner hohen Wasserabsorption und damit geringen Eindringtiefe in das Gewebe ein sehr exaktes Schneidinstrument. Der Laser findet überall dort seine Verwendung, wo präzise Gewebeschnitte gefordert werden, ohne dass es zu einer wesentlichen thermischen Schädigung der Umgebung kommt. Seine blutstillende Wirkung ist gering, es lassen sich lediglich kapilläre Blutungen verhindern. Aufgrund ihrer starken Absorption im Wasser kann die Strahlung nicht mittels flexiblen Quarzfasern transmittiert werden. In zunehmendem Maße werden deshalb neben dem starren Spiegelgelenkarm Hohlleiter eingesetzt, die eine relativ flexible Strahlführung ermöglichen, bisher aber noch eine Reihe von Nachteilen aufweisen.

Im Fall des gepulsten CO2-Lasers wird anstatt eines kontinuierlichen Strahls eine sehr schnelle Folge kurzer Impulse mit hoher Energiedichte emittiert, was aufgrund der reduzierten Wärmeabgabe an das umliegende Gewebe einen Schneide- bzw. Vaporisationseffekt mit noch geringerer thermischen Beeinflussung der Umgebung ermöglicht. Gepulste bzw. Dauerstrich-CO₂-Laser mit speziellen Scannersystemen, die das oberflächliche Abtragen von dünnen Hautschichten ermöglichen, werden vor allem im Bereich der Dermatologie und plastischen Chirurgie verwendet [Fuchs 1996, Goldman 1999, Landthaler 1999].

Erbium:YAG-Laser

Bei den Er:YAG-Lasern handelt es sich um blitzlampengepumpte Festkörperlaser, die das Infrarotlicht der Wellenlänge 2940 nm emittieren. Dies entspricht einem Absorptionsmaximum von Wasser. Bei der Verwendung von kurzen Pulslängen (ca. 1 ms) ist ein nahezu athermisches Abtragen von extrem feinen Hautschichten (je nach verwendeter Energiedichte bis zu 10 μm) möglich. Anwendung finden die Er:YAG-Laser vor allem im Bereich der Dermatologie,

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plastischen Chirurgie und Zahnmedizin [Goldman 1999, Landthaler 1999]. Die Anwendung zur Bearbeitung von Hartgeweben wird zurzeit durch den Lichtübertragungsmodus (Spiegelgelenkarm) stark limitiert. Die Entwicklung einer Faser für den Er:YAG-Laser ist Gegenstand der Forschung.

Rubinlaser

Die Wellenlänge des Rubinlasers liegt bei 694 nm. In ihrer Auslegung als gütegeschaltete Lasergeräte (Q-switch-Rubinlaser, QSRL) liefern diese Laser hochenergetisches Licht mit einer Pulslänge von 20-40 ns. Der QSRL wird derzeit für die Behandlung von oberflächlichen pigmentierten Hautveränderungen sowie für die Entfernung von Tätowierungen angewendet.

Neuerdings stehen Rubinlasergeräte zur Verfügung, die längere Pulszeiten (0,3-5 ms) ermöglichen. Diese Geräte werden in erster Linie zur Epilation eingesetzt.

Alexandritlaser

Der Alexandritlaser emittiert Licht mit der Wellenlänge von 755 nm. Als Q-switch-Laser verfügt dieses Gerät über Pulslängen im Nanosekundenbereich. Die klinische Anwendung und Applikationstechniken entsprechen weitgehend dem QSRL. Die Langpulsalexandritlaser mit Pulslängen im ms-Bereich werden für die Laserepilation verwendet.

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Excimer-Laser sind Gaslaser, deren ebenfalls gepulste Lichtemission im ultravioletten Bereich liegt. Bei kurzen Pulszeiten und sehr hohen Spitzenenergien kommt es zum Prozess der Photoablation. Neben der Anwendung zur operativen Behandlung der Myopie in der Hornhautchirurgie wird der Excimer-Laser auch in der Laserangioplastie eingesetzt [Gross 1994].

Holmium:YAG-Laser

Holmium:YAG-Laser emittiert das Licht mit der Wellenlänge von 2100 nm. Anwendung findet der Laser zur Bearbeitung von Hartsubstanzen wie Knorpel und Knochen. Dank der Möglichkeit der Faserübertragung kann der Laser endoskopisch eingesetzt werden (Arthroskopie, Lithotripsie).

HeNe-Laser

Der Helium-Neon Laser (632 nm) findet vor allem im Bereich der Low-Level-Lasertherapie (LLLT, Softlaser, Biostimulation) seinen Einsatz. Daneben werden diese Laser als Pilotlaser für die Laser, die das unsichtbare Licht aus dem UV bzw. IR-Bereich emittieren, verwendet.

Tabelle 1 stellt eine Zusammenfassung der medizinischen Anwendungsfelder für die wichtigsten medizinischen Laser dar.

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Tabelle 1: Medizinische Anwendungsfelder der wichtigsten Lasersysteme

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Laser Modus Medizinisches Anwendungsfeld

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Ar⁺, (Kr⁺) cw Dermatologie, Ophthalmologie, HNO

KTP gepulst Plastische Chirurgie, Dermatologie

FDL gepulst Dermatologie (585 nm), Urologie (504 nm) Nd:YAG cw Chirurgie, Urologie, Gynäkologie, Neurochirurgie,

Gastroenterologie, Pulmologie

Nd:YAG gepulst Ophthalmologie, Lithotripsie CO2 cw Chirurgie, Dermatologie, HNO, Gynäkologie,

Neurochirurgie, plastische Chirurgie

Er:YAG gepulst Dermatologie, plastische Chirurgie, Zahnmedizin Diodenlaser cw Chirurgie, Dermatologie (810/940/980 nm),

PDT (630 nm)

Excimer gepulst Angiologie, Ophthalmologie

Rubin gepulst Dermatologie

Alexandrit gepulst Dermatologie

Ho:YAG gepulst Urologie, Orthopädie

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Perspektiven

Vor dem Hintergrund der hier angesprochenen Anwendungen des Lasers in der Medizin wird sich auch die künftige Entwicklung abspielen. Dabei werden folgende Faktoren maßgeblich sein:

- das noch bessere Verständnis der Wirkmechanismen,

- die Verfügbarkeit technisch ausgereifter Laserkonstruktionen und entsprechender Systemkonzepte, die dann auch zu einer Kostensenkung und damit breiteren Akzeptanz des Lasers führen,

- die Verfügbarkeit flexibler, optischer Transmissionssysteme für die entsprechende Strahlung, insbesondere von geeigneten optischen Fasern sowohl für den UV- als auch für den Infrarotbereich,

- das geeignete Zubehör,

- Kombinationstherapien, bei denen der Laser nur einen Teil des Therapiekonzepts darstellt - palliative Tumorbehandlung mittels Afterloading-Verfahren, Anwendung von Photosensibilatoren zur lokalen Veränderung des Absorptionsverhaltens im biologischen Gewebe,

- dosimetrische Verfahren und smart systems sowohl zur Wirkungskontrolle als auch zur Diagnostik.

Aus technischer Sicht geht der Trend in immer stärkerem Maße zur Nutzung von Festkörperlasern und Halbleiterlasern (Diodenlasern), die zu technisch einfacheren Systemen führen. Die Entwicklung entsprechenden Zubehörs wird im Bereich der endoskopischen Laserchirurgie immer neue und erweiterte Anwendungen ermöglichen.

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In jedem Fall muss sich aber die Lasermedizin mit ihren Möglichkeiten am Stand etablierter oder alternativer technischer Verfahren messen, um so auch gezielt zu einer Verbesserung des Kosten-Nutzenverhältnisses in der Medizin beizutragen.

46 5 Problemstellung

Über das Knorpelgewebe und dessen Entwicklung, Aufbau, die intra- und interzelluläre Signalvermittlung besteht nach wie vor nur ein lückenhaftes Wissen. Ohne das grundlegende Verständnis der biochemischen Funktionsweise des Knorpelgewebes ist eine sinnvolle Behandlung nur bedingt möglich.

Im Dokument Neue Ansätze zur Knorpelgeweberestitution durch selektiven Wärmeeintrag mittels Laserstrahlung (Seite 39-47)