Heilen mit Licht Vom Einsatz des Lasers in der Medizin

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1 Heilen mit Licht Vom Einsatz des Lasers in der Medizin Holger Lubatschowski, Hannover Vortragsreihe LICHT phæno, Wolfsburg Laser in der Medizin Physikalische Grundlagen Laser Gewebe Wechselwirkung Beispiele aus der Medizin Laser in der Augenheilkunde 1

2 Lichtleistung und Leistungsdichte Lichtquelle Lichtleistung Leistungsdichte Sonne 26 Watt 5x -2 W/cm 2 0 Watt Glühlampe 3 Watt -2 W/cm 2 Laserpointer 1 mwatt 4 W/cm 2 CO 2 Laser 0 Watt 6 W/cm 2 gepulster Laser 1 GWatt 14 W/cm 2 Natürliche Lichtquellen und LASER natürliche Lichtquellen LASER kohärentes Licht 2

3 Absorption von Licht 1 1 Absorptionskoeffizient α [µm -1 ] Haemoglobin W asser Protein Melan in Wasser Eindringtiefe d [µm -1 ] Wellenlänge Wellenlänge [m] [µm] Thermische Wirkung auf das Gewebe Temperatur: C C 90-0 C > 0 C Vorgang: Optische Veränderung: Mechanische Veränderung: Aufwärmung keine keine Denaturierung von Eiweiß weißgraue Färbung, Erhöhung der Streuung Auflockerung (nach: Berlien, Müller - Angewandte Lasermedizin) Austrocknung konstante, hohe Streuung Schrumpfung, Flüssigkeitsentnahme Verdampfen Karbonisierung Verbrennen schwarze Färbung, erhöhte Absorption Verkrustung Abtragung 3

4 Thermische Wirkung auf das Gewebe Schädigung: irreversibel reversibel Laser Karbonisation Koagulation Gewebe Verschiedene Temperatureinflusszonen nach Laserstrahleinwirkung Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe 12 Photoablation Photodisruption Koagulation Vaporisation Photochemie Wechselwirkungszeit [s] -3 4

5 Photodynamische Therapie PDT Tumor gesundes Gewebe Verabreichung eines Sensitizers Photodynamische Therapie PDT Verabreichung eines Sensitizers 5

6 Photodynamische Therapie PDT Anreicherung im Tumorgewebe Photodynamische Therapie PDT Laserbestrahlung zur Fluoreszenzdiagnostik 6

7 Photodynamische Therapie PDT Laserbestrahlung zur Tumorzerstörung PDD (Photodynamische Diagnose) Anwendung in der Urologie: Harnblasenkarzinom Fluoreszenz von ProtoporphyrinIX, das sich selektiv in den Tumoren nach Verabreichung von 5-Aminolävulinsäure bildet Stepp, Kriegmair, Baumgartner 15 7

8 PDD (Photodynamische Diagnose) Anwendung in der Neurochirurgie: Malignes Gliom Fluoreszenzgestützte Resektion auf der Basis der 5-ALA- PPIX Fluoreszenz Weisslichtdarstellung des eröffneten Schädels Fluoreszenzdarstellung nach Anregung mit λ= nm Stepp, Stummer, Baumgartner Biostimulation Softlaser Low Level Laser Therapy 8

9 Biostimulation Indikationen Fazit "Softlaser" Entscheidend für den Wechselwirkungsmechanismus ist wahrscheinlich die spektrale Leistungsdichte des Lasers Nachweisbare, licht-induzierte Reaktionen lebender Zellen sind abhängig von den Bestrahlungsparametern Wellenlänge, Dosis, etc. Eine reproduzierbare Übertragung der in vitro Untersuchungen auf den Patienten ist bislang nicht belegt Zahlreiche kommerzielle Systeme sind am Markt erhältlich und befinden auch bereits im klinischen Einsatz Ein haltbarer Beweis für die Tauglichkeit als wirksame Therapiemaßnahme konnte bislang nicht erbracht werden 9

10 Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe 12 Photoablation Photodisruption Koagulation Vaporisation Photochemie Wechselwirkungszeit [s] -3 Aus den Kindertagen der Lichtkoagulation Sonnen-Lichtkoagulator ( ) Kohlebogen Lichtkoagulator Hufeisenriss nach frischer Koagulation Meyer-Schwickerath mit der Xenon- Hochdrucklampe

11 Koagulation Netzhautkoagulation zur Behandlung der proliferativen diabetischen Retinopathie Behandlung von vaskulären Veränderungen mittels Laserkoagulation 30 11

12 Behandlung von vaskulären Veränderungen mittels Laserkoagulation Behandlung eines Blutschwämmchens (Hämangiom) nach 4-maliger Therapie mit einem gepulsten Farbstofflaser (585 nm) Blutschwämmchen vor der Behandlung Koagulation und Vaporisation Ästehetische Laserchirurgie voher nachher CO 2 -Laser Er:YAG-Laser Quelle: Coherent Medical 12

13 Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe 12 Photoablation Photodisruption Koagulation Vaporisation Photochemie Wechselwirkungszeit [s] -3 Photoablation Definition Photoablation: Laserpulsdauer < thermische Relaxationszeit kalter Laserstrahl 13

14 Photorefraktive Keratektomie (PRK) UV-Excimer-Laser abgetragenes Gewebe Bildebene eines kurzsichtigen Auges Photorefraktive Keratektomie (PRK) UV-Laserstrahlung abgetragenes Hornhautgewebe Bildebene vor der Operation (Kurzsichtigkeit) Ebene des scharfen Sehens Ebene des scharfen Sehens Myopie Bildebene vor der Operation (Weitsichtigkeit) Hyperopi e 14

15 Laser in Situ Keratomileusis (LASIK) automatischer Mikrokeratom-Schnitt Laser in Situ Keratomileusis (LASIK) automatischer Mikrokeratom-Schnitt Aufklappen des kornealen Lappens und Laserbehandlung 15

16 Laser in Situ Keratomileusis (LASIK) automatischer Mikrokeratom-Schnitt Aufklappen des kornealen Lappens und Laserbehandlung Schließen des kornealen Lappens Laser in Situ Keratomileusis (LASIK) Dr. Kermani, Köln 16

17 Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe 12 Photoablation Photodisruption Koagulation Vaporisation Photochemie Wechselwirkungszeit [s] -3 Prinzip der Photodisruption fokussierter Laserpuls nichtlineare Absorption Plasma Schockwelle µm Kavitationsblase Gasblase 17

18 Photodisruption: Anwendungen Behandlung des Nachstars ND.YAG- Laserfilter Stereo- Mikroskop Dichroitischer Fokussierungsobjektiv Spiegel Patientenauge Fokussierebene Strahlaufweitung Nd:YAG-Laser Kontaktglas Dichroitischer Spiegel HeNe-Laser Nd:YAG-Laser HeNe-Laser Photodisruption: Anwendungen Behandlung des Nachstars 18

19 LASIK ohne Messer? blade of a micro keratome applanation cornea Wie kurz ist Ultrakurz? 1 fs = -15 s speed of light: 1.2 sec: Moon Earth speed of light: 0 fs: 30 µm In der ultrakurzen Zeit transportiert der Laserpuls nur wenige nj oder µj an Pulsenergie. Die führt aber zu Spitzenleistungen in der Größenordnung von ganzen Kraftwerken (Mega- bis Gigawatt). 19

20 LASIK ohne Messer! Intralase 2002 LASIK mit nur einem Laser? 20

21 LASIK mit nur einem Laser? LZH All Femto-LASIK ReLEx / FLEx (Femtosecond Lenticule Extraction) by Zeiss VisuMax SMILE (Small Incision Lenticule Extraction) by Zeiss VisuMax Youtube.com:SMILE ALL IN ONE Femtosecond Laser Refractive Surgery 21

22 Weitere Anwendungen an der Augenhornhaut Manchester Royal Eye Hospital Pierre Fournié, MD; Purpan Hospital France "IntraLase Enabled Keratoplasty (IEK)" davidobrart.co.uk / Addition Technology Inc Femto-Lentotomie 22

23 Katarakt (Grauer Star) Katarakt-Chirurgie ist die am häufigsten durchgeführte OP in der gesamten Medizin Katarakt-OP (Phako) 23

24 Probleme bei der Katarakt-Chirurgie Temperaturanstieg in der Vorderkammer Mögliche Schädigung des Endothels Ruptur der Linsenkapsel Training und Erfahrung notwendig Manuelle Rhexis vs Laser-Rhexis Catalys / Optimedica Dr. Georg Gerten, PAN-Klinik Köln 24

25 Femtosekunden-Laser gestützte Katarakt-Chirurgie Prof. Knorz, Mannheim, LensX Laser Presbyopie (Altersweitsichtigkeit) Ursache: Verlust der Linsenelastizität Entwickelt sich über das gesamte Leben Stört erst, wenn die Arme zu kurz werden Häufigster Sehfehler! Standard- Behandlung : Lesebrille 25

26 Presbyopie (Altersweitsichtigkeit) Presbyopie: Die Linse wächst zeitlebens, wird härter und weniger flexibel. Die Kraft der Linsenkapsel reicht nicht mehr aus, die Linse zu verformen. Akkommodation einer jungen, humanen Augenlinse ( A. Glasser) Aber: Der Zilliarmuskel bleibt aktiv Die Kapsel bleibt elastisch Therapiekonzept Die Elastizität der Linse kann durch Gleitflächen wiederhergestellt werden Gleichflächen verringern die innere Reibung Keine chirurgische Eröffnung des Auges notwendig Kein steriler OP erforderlich 26

27 Erste Ergebnisse vor Laserbehandlung nach Laserbehandlung Histopathologische Untersuchungen directly post-op 2 weeks post-op 3 months post-op 27

28 Simmulation der Akkommodation Femtosekunden-Presbyopiebehandlung Simultionen lassen einen Akkommodationsgewinn von bis zu 3 dpt erwarten Keine Anzeichen von Katarakt-Entwicklung Klinische Studie in diesem Jahr (2013) 28

29 Laser in der Medizin Laserstrahlung bewirkt unterschiedliche Effekte am Gewebe (Photochemie, Koagulation Ablation, Disruption) Laser sind teuer aber nicht immer besser als das Messer es gibt jedoch Anwendungen die der Laser erst ermöglicht Der Femtosekunden-Laser wird ein neues Zeitalter in der Augenchirurgie einleiten Die Laserchirugie am Auge hat eine Vorreiterfunktion für weitere Anwendungen in der Medizin Weitere Informationen / Kontakt: 29