Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

366 C. Rumpf
Hippokrates (460 v.Chr.) war der erste, der umfangreich über Wirbelsäulendeformationen
schrieb und dabei verschiedene Formen und Typen unterschied.
Er bemerkte, dass die Schwere der Deformation mit dem Alter,
bei dem sie auftrat, zusammenhing. Außerdem erfand er auch die erste Behandlungsmethode,
indem er den Körper entlang der Körperachse mechanisch
streckte. Heute konzentieren sich die meisten chirurgischen Behandlungsmethoden
von Wirbelsäulendeformationen auf invasive mechnische Techniken
mit langen Operationszeiten und starken Auswirkungen auf die Beweglichkeit
des Patienten. In den meisten Fällen wird ein rückwärtiger (dorsaler)
Ansatz gewählt, um eine feste Arthrodese durch Einsetzen von Stäben
in die Wirbelkörper zu erreichen. Diese Stäbe werden dann mit Schrauben
entlang der Wirbelsäule fixiert, um mechanische Kraft auf die Wirbelkörper
auszuüben und dadurch die Wirbelsäule aufzurichten.
Im Unterschied zu existierenden Behandlungsverfahren ist es das Ziel der
vorgestellten Methode, die Patienten mittels Laserablation des epiphysialen
Knorpels der Wirbelkörper zu behandeln. Es ist bekannt, dass eine frühzeitige
partielle Ablation der epiphysialen Wachstumsplatte (Hemiepiphysiodese)
über den Bereich mehrerer Wirbelkörper skoliosisches Wachstum verursachen
kann [4, 7, 11, 28, 32]. Die vorgestellte Laserbehandlung soll nun zeigen, dass
damit eine Veränderung des Wirbelsäulenwachstums induziert werden kann.
Wenn es gelingt, mittels Laserhemiepiphysiodese skoliotisches Wachstum zu
induzieren, dann ist im Umkehrschluss durch Laserablation auf der konvexen
Seite im Bereich mehrerer Wirbelkörper in jungen skoliotischen Patienten
mit hinreichendem Wachstumspotential eine Aufrichtung der Wirbelsäule zu
erwarten.
17.2.1 Physikalische Eigenschaften von Knochengewebe
Die Kenntnis der physikalischen Eigenschaften von Knochengewebe wie z.B.
Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und Absorptionskoeffizient sind von
wesentlicher Bedeutung für die Berechnung der Laser-Gewebe-Wechselwirkungen.
Obwohl Knochengewebe keine homogene Struktur besitzt, können
physikalische Eigenschaften als Mittelwerte für makroskopisch unterschiedliche
Komponenten von kompaktem, kortikalem Knochen und schwammförmigem,
spongiösem Knochen angegeben werden. Allerdings ergeben sich
wesentliche Unterschiede zwischen In-vitro- und In-vivo-Experimenten.
Der Wasseranteil des Gewebes ist der wichtigste Parameter für die termische
Laser-Gewebe-Wechselwirkung, insbesondere im infraroten Spektralbereich.
Je größer der Wasseranteil ist, um so stärker ist die Lichtabsorption, wie
man aus den Experimenten mit dem Ho:YAG-Laser bei einer Wellenlänge von
λ =2,12µm sehen kann. Knorpelgewebe hat einen hohen Wasseranteil von
etwa 55–85% und absorbiert deshalb Ho:YAG-Laserlicht sehr stark. Daraus
ergibt sich eine effektive Abtragung.
Im Gegensatz dazu enthält kortikales Knochengewebe nur einen Wasseranteil
von 10–15%. Deshalb kann eine effektive Laserabtragung von Knochen-