Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

368 C. Rumpf
17.2.2 Minimal-invasive Skoliosebehandlung
mit dem Ho:YAG-Laser
Es wird angenommen, dass nur eine vollständige Zerstörung der ” Wachstumsplatte“
(Epiphyse) ausreicht um das Wirbelsäulenwachstum zu beeinflussen.
Die Abtragung muss dabei sehr präzise sein, da die Epiphyse nur
ca. 1 mm breit ist und thermale Schädigungen der benachbarten Strukturen
minimiert werden müssen. Insbesondere darf die Hitzebelastung des Rückenmarks
42 ◦ Cnichtüberschreiten.
Nach einer Beurteilung von vier verschiedenen Lasersystemen während
umfangreicher In-vitro-Studien an Lämmerwirbelsäulen erwies sich der
Ho:YAG-Laser aufgrund seiner Wellenlänge als am besten geeignet für die
präzise Ablation des Epiphysengewebes. Das Lasersystem ist für den klinischen
Gebrauch entwickelt mit einem kompakten beweglichen Gehäuse und
einem geschlossenen Kühlsystem, was es zu einem autonomen ” Turn-key“-
System macht.
Das Lasermedium besteht aus einem mit Holmium dotierten Ytterbium-
Aluminium-Granatkristall (Yb3Al5O12) mit Dotierungsraten von 10 19 –
10 22 cm −3 . Besetzungsinversion wird durch die Absorption des Cr 3+ in das
metastabile Niveau 3 F4 erreicht und das obere 3 H4-Niveau des Tm 3+ -Ions
wird durch einen emissionslosen Übergang besetzt. Laserstrahlung der Wellenlänge
λ = 2120 nm wird emittiert beim Übergang vom 5 I7-Level zum 5 I8-
Niveau (Abb. 17.2).
Der Bereich der thermischen Beschädigung auf Grund von Karbonisation
durch den Ho:YAG-Laser variiert zwischen den verschiedenen Gewebearten
entsprechend ihrem Wassergehalt. Für Knorpelgewebe mit einem Wassergehalt
von ca. 70% wird die Abtragung bestimmt durch die Absorption des
Lichts durch die Wassermoleküle αH2O ≈ 50 cm −1 bei 2120 nm. So führen
Abb. 17.2. Energieniveaukarte eines Ho:YAG-Lasers. Das obere 3 H4-Niveau des
Tm 3+ -Ions wird durch einen strahlungsfreien Übergang besetzt. Laserstrahlung
wird beim Übergang vom 5 I7-Niveau zum 5 I8-Niveau emittiert (λ = 2120 nm)