Was ist ein Holmiumlaser?

Der Ho:YAG-Laser (oder Holmium-Laser) ist eine leistungsstarke Festkörper-Nahinfrarotquelle, die über eine Faser geleitet werden kann. Dies macht ihn zu einem beliebten Instrument für chirurgische Anwendungen in der Urologie, Orthopädie, Gynäkologie, Zahnmedizin und weiteren Fachbereichen.

Ho:YAG-Laser (Holmium-Laser) finden in der Chirurgie breite Anwendung, und ein Blick auf die Grafik verdeutlicht, warum. Die Grafik zeigt drei verschiedene Aspekte. Erstens die Absorption Licht durch Wasser im sichtbaren und infraroten Spektralbereich (die blaue Kurve). Zweitens den Wellenlängenbereich, in dem Quarzglas lichtdurchlässig ist (der grüne Bereich). Und schließlich die Ausgangswellenlängen verschiedener Hochleistungslaser. 

Jedes lebende Gewebe besteht im Wesentlichen aus Wasser. Je stärker das Wasser also eine bestimmte Wellenlänge absorbiert, desto effizienter kann dieser Laser das Gewebe erwärmen und entfernen. 

Quarzglas ist das Material, aus dem optische Fasern hergestellt werden. Laser mit Ausgangswellenlängen, die durch Quarzglas übertragen werden können, lassen sich über Fasern leiten. Dies ist eine äußerst vorteilhafte chirurgische Methode. 

Der ideale Laser für chirurgische Eingriffe mit Glasfaserübertragung verfügt daher über eine Wellenlänge von Wasser gut absorbiert wird und zudem im Durchlässigkeitsbereich von Quarzglas liegt. Derzeit gibt es eigentlich nur zwei Laser, die diese Kriterien erfüllen. Der Holmiumlaser der Thulium-Faserlaser TFL). Absorption Wellenlängen um 1000 nm ist relativ gering, was sowohl Nd:YAG- als auch Faserlaser als chirurgische Lichtquellen weniger geeignet macht.

Der Holmiumlaser vor mehreren Jahrzehnten entwickelt und hat sich mittlerweile als etablierte Lichtquelle für viele medizinische Anwendungen durchgesetzt. Der TFL verfügt eigentlich über vorteilhaftere Eigenschaften als der Holmiumlaser sowohl hinsichtlich der Leistungsmerkmale als auch der praktischen Eigenschaften und der Kosten. Da es sich jedoch um eine neuere Technologie handelt, wird es einige Zeit dauern, bis die erforderlichen Studien und behördlichen Zulassungen vorliegen, damit er sich als gängige Lichtquelle in der Chirurgie etablieren kann. Daher ist der Holmiumlaser unangefochten führend.

Aufgrund ihrer längeren Infrarotwellenlängen können weder Er:YAG- (Erbium-) noch _CO₂-Laser über Glasfaser übertragen werden. Dies schränkt ihre Einsatzmöglichkeiten in der Chirurgie ein, obwohl beide Laser in medizinischen Anwendungen weit verbreitet sind, insbesondere in der Zahnmedizin und der Dermatologie.

Aufbau und Eigenschaften des Ho:YAG-Lasers

Ho:YAG ist die Abkürzung für einen mit Holmium(^III) Ionen dotierten Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall. Ho:YAG kann zur Herstellung von gepulsten Festkörperlasern mit einer Wellenlänge von 2,1 µm verwendet werden. 

Es gibt keine handelsüblichen Diode , die im Absorption von Ho:YAG bei 1,9 µm arbeiten; daher werden diese Laser in der Regel mit Blitzlampen gepumpt. Der Ho: Laserresonator dem typischen Aufbau eines blitzlampengepumpten Lasers und ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Lichtstöße aus der Blitzlampe werden in den Laserkristall fokussiert. Diese liefern Energie, woraufhin der Kristall Laserlichtimpulse erzeugt. 

Ho:YAG-Laser sind im Handel mit (durchschnittlichen) Ausgangsleistungen von etwa 20 W bis 150 W erhältlich. Da die Anregung des Laserkristalls mit einer breitbandigen (Blitzlampen-)Quelle ineffizient ist, haben diese Laser einen relativ hohen Energiebedarf und erzeugen zudem eine beträchtliche Menge an Abwärme. Daher benötigen sie in der Regel eine 230-V-Stromversorgung und eine Wasserkühlung. 

Die Pulscharakteristik eines Ho:YAG-Lasers lässt sich durch eine Änderung der Betriebsweise der Blitzlampe variieren. Dies bietet dem Chirurgen Flexibilität bei der genauen Steuerung der Wechselwirkung des Laserlichts mit dem Gewebe. 

Diese Vielfalt an handelsüblichen Produkten sowie der große Parameterbereich, in dem ein Ho:YAG-Laser betrieben werden kann, ermöglichen es, dass diese Quellen für eine Vielzahl medizinischer Anwendungen eingesetzt werden können. Aus diesem Grund werden sie oft als das „Schweizer Taschenmesser unter den Lasern“ bezeichnet. Im Folgenden werden einige der wichtigsten chirurgischen Anwendungen von Ho:YAG-Lasern vorgestellt.

Laserlithotripsie

Laserlithotripsie ist eine der Hauptanwendungen für Ho:YAG-Laser. Dabei wird der Laser eingesetzt, um einen Nierenstein zu zertrümmern, der sich irgendwo im Harntrakt festgesetzt hat. Laserlithotripsie liefert Laserlithotripsie bessere Ergebnisse als alternative Methoden wie die Stoßwellenlithotripsie, Ureteroskopie oder perkutane Nephrolithotomie PCNL). 

Laserlithotripsie meist in Kombination mit Ureteroskopie durchgeführt. Ein Ureteroskop ein langer, dünner, flexibler Schlauch, der direkt in die Harnröhre eingeführt und dann durch die Blase bis in den Harnleiter vorgeschoben werden kann. Das Ureteroskop eine Lichtquelle und eine Bildgebungsoptik, die es dem Chirurgen ermöglichen, es zu führen und die Steine zu erkennen.

Bei der Lithotripsie wird eine optische Faser in das Ureteroskop eingeführt. Der Ho:YAG-Laser wird in die Faser fokussiert und über diese auf den Stein gerichtet. Das Laserlicht wird vom Stein absorbiert und zersplittert ihn.

Bei der Lithotripsie ermöglicht die Möglichkeit, die Ausgangsparameter (Wiederholungsrate, Pulsenergie und Pulsdauer) des Ho:YAG-Lasers zu variieren, dem Chirurgen den Einsatz verschiedener Methoden zur Steinentfernung. So führt beispielsweise die Verwendung niedrigerer Pulsenergien bei höheren Wiederholungsraten typischerweise zu einem „Zerkleinern“ (Entstehung von Steinfragmenten im Submillimeterbereich). Dabei ist es das Ziel, den Stein in Stücke zu zerbrechen, die klein genug sind, um auf natürlichem Wege ausgeschieden zu werden. 

Die Verwendung höherer Pulsenergien bei niedrigeren Wiederholungsraten führt zur Bildung größerer Bruchstücke. Bei diesem als „Fragmentierung mit Extraktion“ bezeichneten Verfahren Ureteroskop der Chirurg diese größeren Bruchstücke anschließend Ureteroskop eines Auffangkorbs am Ureteroskop .

Prostatachirurgie

Die benigne Prostatahyperplasie (BPH) ist die medizinische Bezeichnung für eine vergrößerte Prostata. Dies kann zu Reizungen und Schwierigkeiten beim Wasserlassen führen. Etwa die Hälfte aller Männer leidet im Alter von 60 Jahren in gewissem Maße an einer BPH. 

Zwei weit verbreitete chirurgische Behandlungsmethoden für die BPH sind Holmiumlaser der Prostata (HoLAP) und Holmiumlaser der Prostata (HoLEP). Beide Verfahren werden mit einem Resektoskop durchgeführt, das in die Harnröhre eingeführt wird. Das Resektoskop ist ein langer, dünner Schlauch, der eine Sichtoptik und Wasserkanäle enthält. Es ermöglicht zudem das Einführen einer Glasfaser, um den Laserstrahl die Operationsstelle zu leiten. 

Bei der HoLAP-Methode wird der Laser eingesetzt, um Gewebe abzutragen und die Prostata zu verkleinern. Das entfernte Gewebe wird verdampft, sodass kein Material für eine anschließende pathologische Untersuchung zur Verfügung steht. Das bedeutet, dass das Verfahren nicht zur Entnahme von Prostatagewebe für die Krebsvorsorge genutzt werden kann. 

Im Gegensatz dazu nutzt HoLEP eine andere Konfiguration der Faserführung, die es dem Chirurgen ermöglicht, tatsächlich größere Gewebestücke aus der Prostata herauszuschneiden (zu enukleieren). Dieses enukleierte Gewebe wird mithilfe des Resektoskops in die Blase geschoben. Am Ende des Eingriffs werden diese Gewebestücke entnommen, was eine anschließende Analyse ermöglicht.

Da bei der HoLAP-Methode die Eindringtiefe der Laserenergie geringer ist, kann die Entfernung einer bestimmten Gewebemenge länger dauern als bei der HoLEP-Methode. Die HoLAP-Methode ist jedoch im Wesentlichen ein blutarmes Verfahren, das hervorragende Ergebnisse und eine schnellere Genesung ermöglicht. Die HoLEP-Methode eignet sich zur Behandlung größerer Prostata-Erkrankungen und bietet zudem den Vorteil, dass das entnommene Gewebe für eine pathologische Untersuchung zur Verfügung steht.

Orthopädie 

Ho:YAG-Laser kommen bei einer Reihe verschiedener orthopädischer Eingriffe zum Einsatz. In der Regel werden diese arthroskopisch durchgeführt. Ein Arthroskop ist ein weiteres chirurgisches Instrument, das aus einem langen, dünnen, starren Schlauch besteht, der eine Sichtoptik und eine Lichtquelle enthält. Es kann auch eine Glasfaser aufnehmen, um Laserstrahl zum Operationsgebiet zu ermöglichen. 

Das Arthroskop wird durch einen kleinen Schnitt in den Körper eingeführt. Der Chirurg lokalisiert den zu behandelnden Bereich und verwendet in der Regel den Holmiumlaser Gewebe zu verdampfen und das Problem zu beheben. Dadurch handelt es sich um einen minimalinvasiven Eingriff, der die Genesung des Patienten beschleunigt und Beschwerden minimiert.

Ein Beispiel hierfür ist die Laser-Diskektomie. Bei diesem Eingriff soll ein Bandscheibenvorfall reduziert werden. Konkret hat sich ein Teil der Bandscheibe nach außen gewölbt und drückt auf einen Spinalnerv, was Schmerzen oder Taubheitsgefühle verursacht. Mit dem Laser wird der vorgewölbte Bereich direkt verdampft. 

Die laserunterstützte arthroskopische Chirurgie wird auch zur Behandlung verschiedener Erkrankungen an Gelenken wie Knien, Sprunggelenken und Schultern eingesetzt. Konkret können damit Narbengewebe und Knochenläsionen entfernt sowie loses Material im Gelenk verdampft werden und vieles mehr. 

Coherent ein vollständig vertikal integrierter Hersteller von Ho:YAG- und anderen Laserkristallen. Wir unterstützen Hersteller von medizinischen Holmium-Lasern mit umfassenden Kapazitäten im Bereich der Kristallzüchtung, Messtechnik zur konsequenten Minimierung Absorption, Beschichtungsanlagen, hauseigenen Tests zur Überprüfung von Laserschäden sowie der Fertigung optomechanischer Baugruppen.