Heilen mit Licht Vom Einsatz des Lasers in der Medizin - Phaeno

07.02.2013
Heilen mit Licht
Vom Einsatz des Lasers in der Medizin
Holger Lubatschowski, Hannover
Vortragsreihe LICHT
phæno, 8.2.2013 Wolfsburg
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Laser in der Medizin
Physikalische Grundlagen
Laser – Gewebe – Wechselwirkung
Beispiele aus der Medizin
Laser in der Augenheilkunde
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
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07.02.2013
Lichtleistung und Leistungsdichte
Lichtquelle Lichtleistung Leistungsdichte
Sonne 10 26 Watt 5x10 -2 W/cm 2
100 Watt Glühlampe 3 Watt 10 -2 W/cm 2
Laserpointer 1 mWatt 10 4 W/cm 2
CO 2 Laser 100 Watt 10 6 W/cm 2
gepulster Laser 1 GWatt 10 14 W/cm 2 H. Lubatschowski
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Natürliche Lichtquellen und LASER
“natürliche“ Lichtquellen
LASER
kohärentes Licht
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
Absorption von Licht
1
1
Absorptionskoeffizient α [µm -1 ]
-1
10
-2
10
-3
10
-4
10
-5
10
-6
10
-7
10
Haemoglobin
W asser
Protein
Melanin
Wasser
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
Eindringtiefe d [µm -1 ]
0.2 0.4 0.6 0.8 2 4 6 8 20
1
Wellenlänge Wellenlänge [m] [µm]
10
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Thermische Wirkung auf das Gewebe
Temperatur: 37 – 60°C 60 - 65°C 90 - 100°C > 100°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
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H. Lubatschowski
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07.02.2013
Thermische Wirkung auf das Gewebe
Schädigung:
irreversibel
reversibel
Laser
Karbonisation
Koagulation
Gewebe
Verschiedene Temperatureinflusszonen nach Laserstrahleinwirkung
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe
12
10
Photoablation
Photodisruption
10
10
10
10
10
Koagulation
Vaporisation
10
10
10
10
-3
10
10
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
-12
10 -9
-6 -3
Photochemie
10 10 10 10
Wechselwirkungszeit [s]
-3
10
H. Lubatschowski
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07.02.2013
Photodynamische Therapie PDT
Tumor
gesundes
Gewebe
Verabreichung eines Sensitizers
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Photodynamische Therapie PDT
Verabreichung eines Sensitizers
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07.02.2013
Photodynamische Therapie PDT
Anreicherung im Tumorgewebe
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Photodynamische Therapie PDT
Laserbestrahlung zur Fluoreszenzdiagnostik
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
Photodynamische Therapie PDT
Laserbestrahlung zur Tumorzerstörung
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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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
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07.02.2013
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=385-440nm
Stepp, Stummer, Baumgartner
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Biostimulation
Softlaser
Low Level Laser Therapy
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07.02.2013
Biostimulation
„Indikationen“
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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
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe
12
10
Photoablation
Photodisruption
10
10
10
10
10
Koagulation
Vaporisation
10
10
10
10
-3
10
10
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
-12 10 -9
-6 -3
Photochemie
10 10 10 10
Wechselwirkungszeit [s]
-3
10
H. Lubatschowski
Aus den Kindertagen der Lichtkoagulation
Sonnen-Lichtkoagulator (1947-1949)
Kohlebogen Lichtkoagulator
Hufeisenriss
nach frischer
Koagulation
Meyer-Schwickerath
mit der Xenon-
Hochdrucklampe
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07.02.2013
Koagulation
Netzhautkoagulation zur
Behandlung der
proliferativen
diabetischen
Retinopathie
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Behandlung von vaskulären Veränderungen
mittels Laserkoagulation
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07.02.2013
Behandlung von vaskulären Veränderungen
mittels Laserkoagulation
Behandlung eines Blutschwämmchens (Hämangiom)
nach 4-maliger Therapie mit einem
gepulsten Farbstofflaser (585 nm)
Blutschwämmchen vor der Behandlung
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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Koagulation und Vaporisation
Ästehetische Laserchirurgie
voher
nachher
CO 2 -Laser
Er:YAG-Laser
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Quelle: Coherent Medical
H. Lubatschowski
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07.02.2013
Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe
12
10
Photoablation
Photodisruption
10
10
10
10
10
Koagulation
Vaporisation
10
10
10
10
-3
10
10
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
-12 10 -9
-6 -3
Photochemie
10 10 10 10
Wechselwirkungszeit [s]
-3
10
H. Lubatschowski
Photoablation
Definition Photoablation:
Laserpulsdauer <
“thermische Relaxationszeit“
“kalter“ Laserstrahl
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
Photorefraktive Keratektomie (PRK)
UV-Excimer-Laser
abgetragenes
Gewebe
Bildebene eines
kurzsichtigen Auges
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Photorefraktive Keratektomie (PRK)
UV-Laserstrahlung
abgetragenes
Hornhautgewebe
Bildebene vor
der Operation
(Kurzsichtigkeit)
Ebene des
scharfen Sehens
Ebene des
scharfen Sehens
Myopie
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
Bildebene vor
der Operation
(Weitsichtigkeit)
Hyperopi
e
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07.02.2013
Laser in Situ Keratomileusis (LASIK)
automatischer
Mikrokeratom-Schnitt
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Laser in Situ Keratomileusis (LASIK)
automatischer
Mikrokeratom-Schnitt
Aufklappen des
kornealen Lappens und
Laserbehandlung
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
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07.02.2013
Laser in Situ Keratomileusis (LASIK)
automatischer
Mikrokeratom-Schnitt
Aufklappen des
kornealen Lappens und
Laserbehandlung
Schließen des
kornealen Lappens
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Laser in Situ Keratomileusis (LASIK)
Dr. Kermani, Köln
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Gewebe
12
10
Photoablation
Photodisruption
10
10
10
10
10
Koagulation
Vaporisation
10
10
10
10
-3
10
10
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
-12 10 -9
-6 -3
Photochemie
10 10 10 10
Wechselwirkungszeit [s]
-3
10
H. Lubatschowski
Prinzip der Photodisruption
fokussierter Laserpuls
nichtlineare Absorption
Plasma
Schockwelle
0.5-5 µm
Kavitationsblase
Gasblase
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
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07.02.2013
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
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Photodisruption: Anwendungen
Behandlung des Nachstars
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
LASIK ohne Messer ?
blade of a
micro keratome
applanation
cornea
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
H. Lubatschowski
Wie kurz ist Ultrakurz?
1 fs = 10 -15 s
speed of light:
1.2 sec: Moon – Earth
speed of light:
100 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).
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H. Lubatschowski
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07.02.2013
LASIK ohne Messer!
© Intralase 2002
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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LASIK mit nur einem Laser ?
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07.02.2013
LASIK mit nur einem Laser ?
© LZH
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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All Femto-LASIK
ReLEx® / FLEx
(Femtosecond Lenticule Extraction) by Zeiss VisuMax®
SMILE
(Small Incision Lenticule Extraction) by Zeiss VisuMax®
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Youtube.com:SMILE ALL IN ONE Femtosecond Laser Refractive Surgery
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07.02.2013
Weitere Anwendungen an der Augenhornhaut
www.mchenrylasik.com/CornealTransplants.aspx
Manchester Royal Eye Hospital
Pierre Fournié, MD; Purpan Hospital France
"IntraLase Enabled Keratoplasty (IEK)"
davidobrart.co.uk / Addition Technology Inc
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Femto-Lentotomie
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07.02.2013
Katarakt (Grauer Star)
Katarakt-Chirurgie ist die am häufigsten durchgeführte OP in
der gesamten Medizin
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Katarakt-OP (Phako)
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07.02.2013
“Probleme“ bei der Katarakt-Chirurgie
Temperaturanstieg in der Vorderkammer
Mögliche Schädigung des Endothels
Ruptur der Linsenkapsel
Training und Erfahrung notwendig
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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Manuelle Rhexis vs Laser-Rhexis
Catalys / Optimedica
Dr. Georg Gerten, PAN-Klinik Köln
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07.02.2013
Femtosekunden-Laser gestützte Katarakt-Chirurgie
Prof. Knorz, Mannheim, LensX Laser
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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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
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
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
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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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
Heilen mit Licht: vom Einsatz des Lasers in der Medizin
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07.02.2013
Erste Ergebnisse
vor Laserbehandlung
nach Laserbehandlung
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Histopathologische Untersuchungen
directly post-OP
2 weeks post-OP
3 months post-OP
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07.02.2013
Simmulation der Akkommodation
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Femtosekunden-Presbyopiebehandlung
Simultionen lassen einen Akkommodationsgewinn von
bis zu 3 dpt erwarten
Keine Anzeichen von Katarakt-Entwicklung
Klinische Studie in diesem Jahr (2013)
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07.02.2013
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
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Weitere Informationen / Kontakt:
www.femto-ophthalmology.com
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