Laser in Medizin: Cui bono?
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- Erika Schneider
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1 Laser in Medizin: Cui bono? Karl Stock Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm 50 Years Laser (SSOM) & 3D Measuring (SLN) NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs 02. Dezember 2010
2 Einführung / Historie 1960 Erster Laser 1961 science, Solon et al, physiological implications of laser beams 1962 nature, erster kommerzieller Rubin-Laser ( PISTO LASER ) mit Hinweis auf mögliche chirurgische Anwendung 1963 nature, Laser photocoagulation of the Eye 1963 science, Saks, Ruby laser as a microsurgical instrument 2
3 Historie: am Zahn first laser (Ruby) Ruby laser cw CO 2 laser Nd:YAG laser Ar+ laser qs (ns) Nd:YAG laser Er:YAG laser ArF, XeCl Excimer laser µs CO 2 laser Er:YSGG laser 2ν - Alexandrit laser ns TEA CO 2 laser ps Nd:YAG laser free electron laser (FEL) fs Nd:YLF fs Ti:Sapphire laser 3
4 Einflussgrößen Laserparameter Wellenlänge, Leistung / Energie, Bestrahlungs- / Pulsdauer, Repetitionsrate, Fokussierung Gewebeparameter Absorption / Streuung bzw. Farbe, Wärmekapazität, Wärmeleitung Indikation Lokalisation / Zugang, Größe, Tiefe, geforderte Präzision Handling / Applikatoren Kosten Diodenlaser / Azanfärbung 4
5 Lichtausbreitung: Primärprozesse Absorption µ a : starke Variation Streuung µ S : monotoner Abfall typisch: stark vorwärts gerichtet g = Absorptionskoeffizient einiger wichtiger Gewebekonstituenten 5
6 Intensitätsverlauf im Gewebe Konturplot der Intensität (Raumbestrahlungsstärke, fluence rate) im Gewebe Strahldurchm. = 1mm μ s = 1 mm -1 6
7 Schädigungszonen der Laserstrahlung in der Haut Er:YAG 1 µm Er:YSGG 2 µm CO 2 10 µm Tm:YAG 150 µm Ho:YAG 330 µm Nd:YAG mm cm 6.7µs 26.8µs 670µs 151ms 729ms 6.7s..11min Thermische Relaxationszeit: τ therm = 2 D 4α 7
8 Wirkungsmechanismen: Übersicht opto-mechanisch Leistungsdichte (W/cm 2 ) J/cm² photo-ablativ 10 3 J/cm² thermomechanisch ablativ thermischvaporisierend Sonneneinstrahlung 135 mw/cm 2 photo-chemisch Einwirkzeit (s) J.L. Boulnois
9 Fluoreszenzdiagnostik von Karies (Autofluoreszenz) λ ex = 633 nm, λ em > 665 nm
10 Fluoreszenzdiagnostik am Auge Fluoreszein blau / Indocyaningrün 780 nm Weißlicht Fluoreszein kein Laser! ICG Diabetes Typ I bei jungem Mann 10
11 Fluoreszenzdiagnostik von Blasentumoren PP IX Fluoreszenz nach Gabe von 5-Aminolaevulinsäure (5-ALA) (Xenofluoreszenz) Laser-Forschungslabor München kein Laser! 11
12 Photodynamische Therapie Behandlung der altersbedingten Makula-Degeneration (AMD) in Kombination mit Verteporfin und Laser (VISULAS 690s) Quelle: Zeiss
13 Thermische Wirkungen > 300 C Pyrolyse Verbrennung > 150 C Karbonisation 100 C Volumenverdampfung Abtrag Karbonisation Vakuolen Koagulation reversible Schäden Maillard-Reaktionen > 65 C Denaturierung von Stützproteinen Koagulation Absorption Aufheizen Wärmeleitung > 43 C Konformationsänderungen von Enzymen 13
14 Laserinduzierte Thermotherapie (LITT) Spülung 9x Nd:YAG-Laser Quelle: Prof. G. Müller 14
15 Selektive Photo-Thermolyse 415 nm 542 nm / 577 nm HbO 2 15
16 Schneiden von Weichgewebe bei hoher Absorption mit dem cw CO 2 -Laser Entfernung einer Mukozele (Schleimzyste) Wasser CO Absorptionskoeffizient / cm mm Wellenlänge / µm 16
17 Thermische Laseranwendungen Laser Nd:YAG-Laser / KTP-Laser, Argon-Laser, (gepulste) Farbstofflaser, Dioden-Laser (810nm nm), Faserlaser (1900nm), CO 2 -Laser Fachgebiete Dermatologie / Kosmetik Gefäßpathologien, Chirurgie, aktuell: Lipolysis Ophthalmologie Netzhaut anheften Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde Oralchirurgie, Keimabtötung Urologie Gynäkologie HNO Chirurgie (CO 2 -Laser) Gastroenterologie / Tumortherapie Pulmologie 17
18 Neue Entwicklungen in der Weichgewebechirurgie I Neue Wellenlängen 1470nm, 1900nm, 2,1 µm, 3 µm (CW Er:YAG-Laser) Mikrochirurgie mit minimaler Schädigung 18
19 cw CO 2 -Laser / gepulster Er:YAG-Laser auf Hartgewebe Knochen cw, < 100 W CO 2 -Laser Dentin gepulst, >1kW Er:YAG-Laser + Absorption 10x höher thermomechanische Ablation 19
20 Thermomechanische Ablation (Er:YAG Laser ) x 2000 x µs Dentin 5 µs P > kw, I > 100 kw/cm 2 x 1000 Druckaufbau optische Krater- Mikro- Eindringtiefe: ± 10µm Wände Frakturierung Bildung Wasserdampf Schmelz x 2000 x
21 Chirurgie mit dem Er:YAG-Laser Haut cw CO 2 Er:YAG Knochen 200 µm (hammer incus joint, rabbit)
22 Erbium:YAG-Laser in der Zahnheilkunde KEY 2 ab 1995 KEY-3plus KAVO, Biberach 22
23 Laser-Lithotripsie Steinzertrümmerung in der Urologie Ho:YAG-Laser E = 200 mj Abstand = 400 µm
24 Photoablation Thermomechanische Ablation Photoablation Er:YAG-Laser > 100 µm pro Puls 193 nm Excimer-Laser <1 µm pro Puls
25 Photorefraktive Keratektomie (PRK) Quelle: Asclepion Meditec 25
26 LASIK (Laser-assisted-in-situ-Keratomileusis) Quelle: Wavelight alternativ (z.b. bei dünner Hornhaut): LASEK (Laser assisted-sub-epithilial- Keratomileusis) nur das Epitel der Hornhaut wird (mit Alkohol) entfernt Mikrotom zur Durchführung des Hornhautflaps (alternativ: Femtosekunden-Laser) 26
27 Opto-mechanische Effekte Sehr hohe Intensität (Q-switch Laser) Plasmabildung starke Absorption Sehr schnelles Aufheizen Druckanstieg 1,8 µs 100 ns Stoßwellen Kollaps von Kavitations- / Dampf Blasen
28 Photodisruption in der Ophthalmologie Entfernung der Nachstarmembran Iridotomie qs Nd:YAG-Laser (694 nm, 30 ns)
29 Wirkungsmechanismen: Übersicht opto-mechanisch Leistungsdichte (W/cm 2 ) Mechanik 1 J/cm² photo-ablativ 10 3 J/cm² Temperatur thermomechanisch ablativ thermischvaporisierend 1 photo-chemisch Einwirkzeit (s) J.L. Boulnois
30 EPILOG 25 Years ILM Symposium and Celebration combined with 18th Annual Meeting of DGLM e.v. May 20 22, 2011 Ulmer Weihnachtsmarkt 30
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