Holmiumlaser
Was ist ein Holmium-Laser?
Der Ho:YAG- (oder Holmium-) Laser ist eine leistungsstarke Festkörperquelle im nahen Infrarotbereich, die über Glasfaserkabel gespeist werden kann. Das macht ihn zu einem beliebten Werkzeug für chirurgische Anwendungen in der Urologie, Orthopädie, Gynäkologie, Zahnmedizin und mehr.
Ho:YAG (Holmium)-Laser sind in der Chirurgie weit verbreitet, und ein Blick auf die Grafik erklärt, warum. Das Diagramm zeigt drei verschiedene Dinge. Erstens, die Absorption von Licht durch Wasser im sichtbaren und infraroten Spektralbereich (die blaue Kurve). Zweitens, der Bereich der Wellenlängen, in dem Quarzglas durchlässig ist (der grüne Bereich). Und schließlich die Ausgangswellenlängen für mehrere verschiedene Hochleistungslaser.
Alles lebende Gewebe besteht im Wesentlichen aus Wasser. Je mehr Wasser also eine bestimmte Laserwellenlänge absorbiert, desto effizienter kann der Laser das Gewebe erhitzen und entfernen.
Quarzglas ist das Material, das zur Herstellung von Glasfaserkabeln verwendet wird. Laser mit Ausgangswellenlängen, die durch Quarzglas übertragen werden, können über Glasfaserkabel geliefert werden. Dies ist eine äußerst vorteilhafte chirurgische Modalität.
Der ideale Laser für chirurgische Eingriffe über Glasfasern hat also eine Wellenlänge, die von Wasser gut absorbiert wird und auch innerhalb des Quarzglas-Transmissionsbereichs liegt. Derzeit gibt es eigentlich nur zwei Laser, die diese Kriterien erfüllen. Der Holmiumlaser und der Thulium-Faserlaser (TFL). Die Wasserabsorption bei Wellenlängen um 1000 nm ist relativ gering, was sowohl Nd:YAG- als auch Faserlaser als chirurgische Quellen weniger nützlich macht.
Der Holmiumlaser wurde vor mehreren Jahrzehnten entwickelt und hat sich inzwischen als Quelle für viele medizinische Anwendungen etabliert. Der TFL hat tatsächlich mehr wünschenswerte Eigenschaften als der Holmiumlaser – in Bezug auf die Leistungsmerkmale, die praktischen Funktionen und die Kosten. Aber es handelt sich um eine neuere Technologie, und es wird einige Zeit dauern, bis die erforderlichen Studien und behördlichen Genehmigungen abgeschlossen sind, damit sie zu einer gängigen chirurgischen Quelle wird. Daher hat der Holmiumlaser derzeit die Vorherrschaft inne.
Die längeren Infrarot-Wellenlängen von Er:YAG- (Erbium) und CO2-Lasern bedeuten, dass sie nicht über Fasern übertragen werden können. Dies schränkt ihre Einsatzmöglichkeiten in der Chirurgie ein, obwohl sie beide in der Medizin, insbesondere in der Zahnmedizin und Dermatologie, weit verbreitet sind.
Aufbau und Eigenschaften des Ho:YAG-Lasers
Ho:YAG ist die Abkürzung für einen mit Holmium-Ionen dotierten Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall (Ho3+). Ho:YAG kann zum Bau von gepulsten Festkörperlasern mit einem Ausgang bei 2,1 µm verwendet werden.
Es gibt keine gängigen Diodenlaser, die in der Hauptabsorptionsbande von Ho:YAG bei 1,9 µm arbeiten, daher werden diese Laser in der Regel mit einer Blitzlampe gepumpt. Der Ho:YAG-Laserresonator entspricht der typischen blitzlampengepumpten Laserkonfiguration und ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Die Lichtblitze der Blitzlampe werden auf den Laserkristall fokussiert. Diese liefern Energie und der Kristall erzeugt dann Laserlichtpulse.
Ho:YAG-Laser sind im Handel mit (durchschnittlichen) Ausgangsleistungen von etwa 20 W bis 150 W erhältlich. Aufgrund der Ineffizienz des Pumpens des Laserkristalls mit einer breitbandigen Quelle (Blitzlampe) sind diese Laser relativ leistungshungrig und erzeugen zudem eine beträchtliche Menge an Abwärme. Daher benötigen sie in der Regel eine 230-V-Stromversorgung und Wasserkühlung.
Die Impulscharakteristik eines Ho:YAG-Lasers kann durch die Art und Weise, wie die Blitzlampe betrieben wird, variiert werden. Dies gibt dem Chirurgen die Flexibilität, genau zu steuern, wie das Laserlicht mit dem Gewebe interagiert.
Diese Vielfalt an kommerziell erhältlichen Produkten sowie der große Parameterbereich, in dem ein bestimmter Ho:YAG-Laser arbeiten kann, ermöglichen es diesen Quellen, ein breites Spektrum an medizinischen Anwendungen zu unterstützen. Aus diesem Grund werden sie oft als das „Schweizer Taschenmesser der Laser“ bezeichnet. Einige der wichtigsten chirurgischen Anwendungen von Ho:YAG-Lasern werden hier beschrieben.
Laserlithotripsie
Die Laserlithotripsie ist eine der Hauptanwendungen für Ho:YAG-Laser. Hier wird der Laser eingesetzt, um einen Nierenstein zu zertrümmern, der sich irgendwo im Harntrakt festgesetzt hat. Die Laserlithotripsie bietet im Allgemeinen bessere Ergebnisse als alternative Methoden wie die Stoßwellenlithotripsie, die Ureteroskopie oder die perkutane Nephrolithotomie (PCNL).
Die Laserlithotripsie wird am häufigsten in Kombination mit einer Ureteroskopie eingesetzt. Ein Ureteroskop ist ein langer, dünner, flexibler Schlauch, der direkt in die Harnröhre eingeführt und dann durch die Blase bis in den Harnleiter geführt werden kann. Das Ureteroskop enthält eine Beleuchtungsquelle und eine Abbildungsoptik, die es dem Chirurgen ermöglicht, es zu führen und die Steine zu betrachten.
Bei der Lithotripsie wird eine optische Faser in das Ureteroskop eingeführt. Der Ho:YAG-Laser wird in die Faser fokussiert und durch diese auf den Stein übertragen. Das Laserlicht wird von dem Stein absorbiert, um ihn zu zerkleinern.
Bei der Lithotripsie ermöglicht die Möglichkeit, die Ausgangsparameter (Wiederholrate, Pulsenergie und Pulsdauer) des Ho:YAG-Lasers zu variieren, dem Chirurgen eine Vielzahl von Methoden zur Steinentfernung. Die Verwendung niedrigerer Pulsenergien bei höheren Repetitionsraten führt zum Beispiel typischerweise zu „Staubbildung” (Entstehung von submillimetergroßen Steinfragmenten). Hier geht es darum, den Stein in Stücke zu zerbrechen, die klein genug sind, um von selbst zu passieren.
Die Verwendung höherer Pulsenergien bei niedrigeren Repetitionsraten erzeugt größere Trümmerteile. Bei dieser Methode, die „Fragmentierung mit Extraktion” genannt wird, verwendet der Chirurg dann einen Fangkorb am Ureteroskop, um diese größeren Stücke zu entfernen.
Prostataoperation
Benigne Prostatahyperplasie (BPH) ist der medizinische Begriff für eine vergrößerte Prostata. Dies kann zu Reizungen und Schwierigkeiten beim Wasserlassen führen. Etwa die Hälfte aller Männer hat im Alter von 60 Jahren ein gewisses Maß an BPH.
Zwei weit verbreitete chirurgische Behandlungen für BPH sind die Holmiumlaser-Ablation der Prostata (HoLAP) und die Holmiumlaser-Enukleation der Prostata (HoLEP). Beide Verfahren werden mit einem Resektoskop durchgeführt, das in die Harnröhre eingeführt wird. Das Resektoskop ist ein langes, dünnes Rohr, das eine Sichtoptik und Wasserflusskanäle enthält. Außerdem kann ein Glasfaserkabel eingeführt werden, um den Laserstrahl an die Operationsstelle zu leiten.
Bei der HoLAP-Behandlung wird der Laser eingesetzt, um Gewebe abzutragen und die Prostata zu verkleinern. Das entnommene Gewebe wird verdampft, d.h. es steht nichts für die anschließende Analyse durch einen Pathologen zur Verfügung. Das bedeutet, dass das Verfahren nicht zur Biopsie von Prostatagewebe für die Krebsvorsorge verwendet werden kann.
Im Gegensatz dazu verwendet HoLEP eine andere Faserkonfiguration, die es dem Chirurgen ermöglicht, größere Stücke aus der Prostata zu schneiden (Enukleation). Dieses enukleierte Gewebe wird mit dem Resektoskop in die Blase geschoben. Am Ende der Prozedur werden diese Teile extrahiert, was eine spätere Analyse ermöglicht.
Da bei HoLAP eine geringere Eindringtiefe für die Laserenergie verwendet wird, kann die Entfernung einer bestimmten Menge an Gewebe mehr Zeit in Anspruch nehmen als bei HoLEP. Aber HoLAP ist im Wesentlichen eine unblutige Methode, die hervorragende Ergebnisse und kürzere Erholungszeiten liefert. HoLEP kann zur Behandlung größerer Prostata verwendet werden und bietet wiederum den Vorteil, dass Gewebe für die pathologische Analyse gewonnen werden kann.
Orthopädie
Ho:YAG-Laser werden bei einer Reihe verschiedener orthopädischer Verfahren eingesetzt. In der Regel werden diese mittels Arthroskopie durchgeführt. Ein Arthroskop ist ein weiteres chirurgisches Instrument, das aus einem langen, dünnen, starren Rohr besteht, das eine Sichtoptik und eine Beleuchtungsquelle enthält. Er kann auch das Glasfaserkabel aufnehmen, um den Laserstrahl in den Operationsbereich zu leiten.
Das Arthroskop wird durch einen kleinen Einschnitt in den Körper eingeführt. Der Chirurg lokalisiert den Bereich, der behandelt werden muss, und verwendet normalerweise den Holmiumlaser, um das Gewebe zu verdampfen und das Problem zu korrigieren. Dies macht es zu einem minimal-invasiven Verfahren, das die anschließende Erholung des Patienten beschleunigt und die Beschwerden minimiert.
Ein Beispiel dafür ist die Laser-Diskektomie. Hier dient der Eingriff dazu, einen Bandscheibenvorfall zu reduzieren. Konkret ist ein Teil der Bandscheibe vorgewölbt und drückt auf einen Spinalnerv, was Schmerzen oder Taubheitsgefühle verursacht. Der Laser wird verwendet, um den gewölbten Bereich direkt zu verdampfen.
Die lasergestützte arthroskopische Chirurgie wird auch zur Behandlung einer Vielzahl von Gelenkerkrankungen eingesetzt, z. B. an Knien, Knöcheln und Schultern. Insbesondere kann es Narbengewebe und knöcherne Läsionen entfernen, loses Material im Gelenk verdampfen und vieles mehr.
Coherent ist ein vollständig vertikal integrierter Hersteller von Ho:YAG- und anderen Laser-Kristallen. Wir unterstützen die Hersteller von medizinischen Holmiumlasern mit umfangreichen Kapazitäten für die Kristallzüchtung, Messtechnik zur konsequenten Minimierung der Absorption, Beschichtungsanlagen, internen Laserschadensprüfungen und der Produktion von optomechanischen Baugruppen.