Laserlithotripsie

Was ist die Laserlithotripsie?

Die Laserlithotripsie ist ein Verfahren, das es seit den 1980er Jahren gibt. Dabei werden Laser zur Behandlung von Nierensteinen eingesetzt, da sie oft bessere Ergebnisse für die Patienten erzielen als andere Methoden. Der Holmiumlaser ist der derzeitige „Goldstandard“ für dieses Verfahren, aber da die Technologie immer weiter fortschreitet, sind Thulium-Faserlaser nun auf dem besten Weg, sich durchzusetzen.

Die Nieren filtern bei einem typischen Erwachsenen jeden Tag etwa 150 Liter Blut. Manchmal führt diese Filterung zu einer Mineralienablagerung. Dies kann durch verschiedene funktionelle Probleme, Gesundheitszustände oder diätetische Faktoren verursacht werden. In einigen Fällen kann dieses Material auskristallisieren und „Nierensteine“ bilden. 

Nierensteine können so klein wie ein Sandkorn oder so groß wie ein Golfball sein. Die meisten sind ein paar Millimeter groß oder kleiner. Steine, die weniger als 4 mm groß sind, passieren die Harnwege normalerweise von selbst und werden mit dem Urin ausgeschieden. 

Manchmal setzen sich Steine jedoch irgendwo in den Harnwegen fest, insbesondere wenn sie größer sind. Wenn ein Stein nicht von selbst (oder mit Hilfe von Medikamenten) abgeht und eine erhebliche Verstopfung der Harnwege verursacht, kann dies zu einer schweren Infektion führen. Es ist auch außerordentlich schmerzhaft. In diesem Fall ist eine medizinische Behandlung erforderlich.

 

Nierensteinentfernung durch Laserlithotripsie


Abbildung 1: Endoskopischer Korb zur Entfernung von Steinen aus Organen.

 

Behandlung von Nierensteinen

Je nach Größe des Nierensteins, seiner Zusammensetzung (es gibt mehrere verschiedene Arten) und seiner Lage gibt es verschiedene Behandlungsmöglichkeiten.

Stoßwellen-Lithotripsie (SWL)

Bei der Lithotripsie (abgeleitet aus dem Griechischen für „Steine zertrümmern“) wird ein Nierenstein mit bestimmten Mitteln zertrümmert oder pulverisiert. Dann wird er klein genug, um auf natürlichem Wege zu passieren oder chirurgisch entfernt zu werden. 

Die SWL, auch extrakorporale Stoßwellenlithotripsie (ESWL) genannt, nutzt Ultraschallstoßwellen (Schallwellen), um Steine zu zertrümmern. Bei diesem Verfahren liegt der Patient auf einem speziellen Gerät, das diese Schockwellen erzeugt.

Die SWL wird häufig zur Behandlung kleinerer Steine eingesetzt, die sich in der Niere oder im oberen Teil des Harnleiters befinden. SWL wird in der Regel ambulant unter leichter Vollnarkose oder lokaler Anästhesie durchgeführt.

Ureteroskopie

Ein Ureteroskop ist ein langer dünner Schlauch, der direkt in die Harnröhre eingeführt und dann durch die Harnwege geführt werden kann. Das Ureteroskop enthält eine Beleuchtungsquelle und eine Abbildungsoptik, mit der der Chirurg alles sehen kann. 

Das Ureteroskop hat auch einen „Korb“ an seinem Ende, um die Steine physisch einzufangen. Diese werden dann entfernt, wenn das Ureteroskop aus dem Körper zurückgezogen wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine optische Faser in das Ureteroskop eingeführt werden. Die Leistung eines gepulsten Hochleistungslasers wird durch die Faser geleitet und auf einen Stein fokussiert, um ihn zu zerkleinern. Das ist die Laserlithotripsie.

Die Patienten erhalten für die Ureteroskopie eine Vollnarkose, und der Eingriff wird normalerweise ambulant durchgeführt. Häufig wird während des Eingriffs ein herausnehmbarer Stent eingesetzt. 

Die Ureteroskopie ist die bevorzugte Methode zur Behandlung mehrerer Steine. Es ist auch besonders nützlich für Patienten, die blutverdünnende Medikamente einnehmen und daher bei jeder Behandlung, die einen Einschnitt erfordert, ein gewisses Risiko eingehen.

Perkutane Nephrolithotomie (PCNL)

Die PCNL wird bei Steinen eingesetzt, die mit anderen Mitteln nicht behandelt werden können – zum Beispiel, wenn sie zu groß, zu zahlreich oder unzugänglich sind. Bei der PCNL wird ein Einschnitt im Rücken des Patienten vorgenommen und dann ein Nephroskop in die Niere eingeführt. Die Steine werden dann mit Ultraschall pulverisiert und die Fragmente abgesaugt. Alternativ kann auch die Laserlithotripsie eingesetzt werden. 

Die PCNL wird normalerweise unter Vollnarkose durchgeführt und erfordert einen Krankenhausaufenthalt zur Erholung. Häufig wird während des Eingriffs ein herausnehmbarer Harnröhrenstent eingesetzt.

Konventionelle Chirurgie

Traditionelle chirurgische Methoden werden nur selten (in weniger als 1 % der Fälle) eingesetzt, um die größten Steine zu entfernen. Da es sich um eine invasivere Methode handelt, die einen größeren Einschnitt erfordert, ist ein Krankenhausaufenthalt notwendig. Die Erholungszeit ist länger als bei anderen Behandlungen. 

 

Holmium-Laserlithotripsie

Die Ureteroskopie (in der Regel in Kombination mit der Laserlithotripsie) ist die am häufigsten verwendete Methode zur Behandlung von Nierensteinen, da sie Vorteile gegenüber anderen Modalitäten bietet. Zum Beispiel ist es bei Steinen unabhängig von deren Größe, Lage oder Zusammensetzung wirksam. Für SWL trifft das nicht zu. Außerdem hat die Laserlithotripsie höhere Erfolgsraten als die SWL. Außerdem bleiben in der Regel keine Fragmente im Harntrakt zurück, die noch groß genug sind, um eine Verstopfung zu verursachen.   

Der Holmium:YAG-Laser (Ho:YAG) ist das führende Instrument für die Lithotripsie. Dies ist ein blitzlampengepumpter Festkörperlaser, der gepulste Hochleistung bei einer Wellenlänge von 2,1 µm erzeugt. 

Der Ho:YAG-Laser ist aus mehreren Gründen populär geworden. Seine Wellenlänge wird zum Beispiel gut von Wasser absorbiert, so dass er Steine effizient abtragen kann. Es kann auch mit Fasern versehen werden, was für die Verwendung mit einem Ureteroskop unerlässlich ist. 

Das Ho:YAG ist auch ein flexibles Werkzeug. Mehrere Laserausgangsparameter – Wiederholrate, Pulsenergie und Pulsdauer – können eingestellt werden. Dies ermöglicht dem Chirurgen, eine Vielzahl von Methoden zur Steinentfernung anzuwenden. 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 den Fangkorb, um diese größeren Stücke zu entfernen.

Längere Laserpulsdauern können verwendet werden, um die Retropulsion von Steinen zu reduzieren. Dies ist der Begriff für die Bewegung des Steins oder der Fragmente weg von der Faserspitze nach der Ablation. Die Begrenzung der Retropulsion ist vorteilhaft, da der Chirurg das Endoskop weniger bewegen muss, um diese entkommenen Steinfragmente zu lokalisieren und einzufangen. 

 

Thulium-Faserlaser

Trotz des Erfolgs und der breiten Akzeptanz des Ho:YAG-Lasers für die Lithotripsie ist er kein perfektes Instrument. In den letzten Jahren hat sich der Thulium-Faserlaser (TFL) als eine Alternative herauskristallisiert, die erhebliche Vorteile in Bezug auf Kosten, Zuverlässigkeit, Leistung und Behandlungseffektivität bietet. 

Der TFL verfügt über die gleiche Konfiguration wie die meisten Faserlaser. Das Pumplicht eines Diodenlasers wird nämlich in eine Verstärkungsfaser eingekoppelt, in diesem Fall eine Thulium-dotierte Faser wie die NuTDF-Serie von Coherent. Der Laserresonator wird von dieser Faser gebildet, die Faser-Bragg-Gitter (FBGs) als Endspiegel enthält. 

Diese Konstruktion bietet eine Reihe von praktischen Vorteilen gegenüber der blitzlampengepumpten Ho:YAG-Technologie, darunter:

Höherer Steckdosen-Wirkungsgrad

Der größte Teil des von einer Taschenlampe erzeugten Lichts wird verschwendet und in Wärme umgewandelt. Im Gegensatz dazu fließt der größte Teil der Diodenlaserleistung in das Pumpen der Tm-dotierten Faser, was zu einer höheren Betriebseffizienz und einem geringeren Stromverbrauch führt. 

Vereinfachte Kühlung

Die große Abwärmemenge eines Ho:YAG-Lasers erfordert eine Wasserkühlung mit allen damit verbundenen Kosten und Schwierigkeiten. TFLs können in der Regel luftgekühlt werden. 

Kleinere Größe

Der Verzicht auf ein Wasserkühlsystem spart Platz, und das Pumpdiodenlaser-Modul selbst ist viel kompakter als ein Blitzlampensystem.

Geringere Anforderungen an den Betrieb

Der TFL kann mit normalem Strom (110 V oder 220 V) betrieben werden, ohne dass eine spezielle Hochstrom- oder Hochspannungsversorgung erforderlich ist. Außerdem ist er klein. Die TFLs können also problemlos transportiert und dann einfach angeschlossen werden, um sie praktisch überall einzusetzen.

Die Leistungscharakteristik der TFL bietet auch für die Lithotripsie erhebliche Vorteile. Zum einen gibt die TFL bei 1940 nm aus. Wasser absorbiert diese Wellenlänge etwa viermal so stark wie die Ho:YAG-Wellenlänge. Dies ermöglicht eine viel effizientere Steinabtragung.

 

Ein TFL bietet signifikante Vorteile für die Laserlithotripsie

Abbildung 2: Ein TFL liefert eine Leistung bei einer Wellenlänge, die der Absorptionsspitze von Wasser im nahen Infrarot sehr nahe kommt, und kann effizienter über Fasern übertragen werden. Dies macht ihn zu einer wesentlich idealeren chirurgischen Quelle als den Ho:YAG-Laser.

Ein zweiter Vorteil ergibt sich aus dem hochwertigen Ausgangsstrahl des TFL. Der Ho:YAG-Laser erzeugt einen ungleichmäßigen Multi-Mode-Strahl. Dies ist bei Glasfasern mit einem Kerndurchmesser von weniger als 200 µm schwer zu koppeln. Dies senkt die optische Effizienz des Systems und schränkt auch die Möglichkeit ein, einen kleinen fokussierten Punkt am Ausgang der Faser zu erreichen.

Im Gegensatz dazu liefert die TFL ein nahezu beugungsbegrenztes, gaußförmig verteiltes Ausgabeprofil, das frei von Hot Spots ist. Dieser Strahl kann leicht in Glasfasern mit einem Kerndurchmesser von nur 50 µm fokussiert werden. Dies macht es einfacher, ein Ureteroskop zu bauen, das einen kleinen, fokussierten Punkt erzeugt, wodurch eine effizientere Behandlung erreicht wird.

Der TFL hat auch einen viel größeren Betriebsbereich in Bezug auf die Pulsenergie, die Wiederholungsrate (Pulsfrequenz) und sogar die Pulsform. Damit steht den Ärzten ein viel größerer „Parameterraum“ zur Verfügung, in dem sie arbeiten können und der mehr chirurgische Modalitäten ermöglicht. 

So kann der TFL beispielsweise Pulsenergien erzeugen, die zehnmal niedriger sind als die des Ho:YAG, aber auch Pulswiederholraten, die mehr als zehnmal höher sind. Diese Kombination ermöglicht eine fortschrittlichere Anwendung von „Stäubungstechniken“ zur Steinabtragung. Die Fähigkeit des TFL, längere Pulse als Ho:YAG zu erzeugen, schränkt die Retropulsion weiter ein. Außerdem korreliert eine längere Pulsdauer direkt mit einem geringeren Rückbrand der Faserspitze und einer geringeren Degradation. 

Schließlich könnte die Möglichkeit, das Licht einer TFL durch eine Faser mit kleinerem Durchmesser zu leiten, eine neue Generation effektiverer Ureteroskope ermöglichen. Durch die Verkleinerung der Fasern ist mehr Platz für den Spülstrom vorhanden, was dem Chirurgen eine bessere Sicht ermöglicht. Dadurch kann das Instrument kleiner und die Faser flexibler werden, so dass es in einer größeren Bandbreite von chirurgischen Szenarien eingesetzt werden kann.  

Obwohl die TFL in fast jeder Hinsicht eine bessere Quelle für die Lithotripsie ist, sind medizinische Anwender nur langsam bereit, neue Technologien zu übernehmen. Sie brauchen klinische Studien, die die Vorteile einer neuen Methode belegen und quantifizieren, um sie davon zu überzeugen, sie anzuwenden. Und sie müssen im Umgang mit den neuen Tools geschult werden. Außerdem gibt es eine Reihe von regulatorischen Hindernissen bei der Qualifizierung einer neuen medizinischen Technologie für den allgemeinen Gebrauch. Es ist jedoch fast unvermeidlich, dass die TFLs im Laufe der Zeit Ho:YAG als bevorzugte Quelle für die Laserlithotripsie ablösen werden. 

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