Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

17 Laseranwendung in der Ortopädie 369
wegen der hohen Pulsenergie von bis zu 1800 mJ schon die ersten Pulse zu
einem großen Energieeintrag in ein kleines Gewebevolumen (thermale Durchdringungstiefe
ca. 250 µm). Die Energie wird durch Vibrations- und Rotationszustände
der Wassermoleküle in Wärme umgewandelt. Dies führt zu
einer schlagartigen Verdampfung des Wassers innerhalb des Gewebes, was
in Mikroexplosionen resultiert, die Gewebefragmente mit hoher kinetischer
Energie herausschleudern und dadurch einen großen Teil der Pulsenergie wegtragen.
Nachdem das ganze Wasser im Fokusvolumen verdampft ist, führen
nachfolgende Pulse zu einer rapiden Erwärmung des Gewebes. Das selbe
passiert in einem Gewebe mit niedrigem Wassergehalt, wie etwa kortikalem
Knochen. Die hohen Temperaturen führen zu einer Verkohlung der Gewebeoberfläche
innerhalb eines Bereichs von ca. 50 µm [33], was in einer noch
verstärkten Lichtabsorption und damit einer beschleunigten Erwärmung des
Gewebes resultiert. Die Temperatur innerhalb des thermalen Volumens kann
innerhalb von ein paar µs auf mehrere tausend ◦ C steigen, und somit ein
thermisches Plasma zünden [15, 19]. Dieser Vorgang wird von den typischen
Geräuschen und intensivem Fluoreszenslicht begleitet. Indem man die Gewebeoberfläche
mit einem dünnen Wasserfilm bedeckt hält, z.B. durch Spülung,
kann der gesamte laterale thermische Schaden auf 100–200 µm begrenzt werden.
Videogestützte thorakoskopische Wirbelsäulenchirurgie. Zur Sichtkontrolle
während der Operation wurde ein 3D-thorakoskopisches System für
miminal-invasive Operationen benutzt (R. Wolf, Deutschland). Die Videosignale
der CCD-Kamera des Endoscops (Abb. 17.3) mit zwei Objektivlinsen
am fernen Ende (rechtes Bild in Abb. 17.4) ist über einen Videosignalprozessor
mit einem 100-Hz-Monitor verbunden. Der Prozessor sendet abwechselnd
Bilder vom linken und rechten Kanal. Durch das Tragen einer speziellen Shutterbrille
(Abb. 17.5), die mit der Monitorfrequenz synchronisiert ist, erhält
der Chirurg ein dreidimensionales Bild des Operationsfeldes.
Für lange Operationen ist ein sog. head-mounted display (HMD) eine gute
Alternative. Das linke Bild in Abb. 17.4 zeigt ein HMD, bei dem die Displays
in einem helmartigen System untergebracht sind. Das Videosignal wird an
ein LCD vor jedem Auge gesendet.
Abb. 17.3. Komponenten eines typischen endoskopischen Systems