Minimal-invasive Laserchirurgie

Im Rahmen der minimal-invasiven Laserchirurgie forschen wir derzeit an mehreren Projekten. Die wesentlichen sind dabei das IR-Laserskalpell sowie die laser­assistierte Resektion von Herzklappen in situ. Darüber hinaus untersuchen wir die Laser-Gewebe-Wirkung im 2-3 µm Spektralbereich und arbeiten an urologischen Fragestellungen.

Infrarot-Laserskalpell

Mit Lasern im 2-3 µm Spektralbereich wird untersucht, mit welchen laser- und Applikationsparametern hochpräzise Gewebeschnitte mit definierten thermischen Schädigungszonen durchzuführen sind. Die Laserstrahlung wird von diesem Wellenlängen besonders effektiv von Wasser absorbiert und eignet sich daher besonders zum Schneiden von Gewebe. Hierzu werden vornehmlich neueste kontinuierlich emittierende Faserlaser verwendet, die mittlerweile auch in diesem Spektralbereich verfügbar sind. Diese sind insbesondere Thulium-dotierte Faserlaser, bei denen die Wellenlänge zwischen 1,8 und 2,1 µm frei gewählt werden kann. Zur Übertragung der Laserleistung zum Applikationsort werden einfache Multimode-Quarzfasern verwendet, die direkt oder über speziell angerfertigte Lasersonden (Laserskalpell) auf das Gewebe gerichtet werden.



Das BMO ist hier in das bundesweit agierende Konsortium FUSION "FUture Environment for Gentle Liver Surgery Using Image-Guided Planning and Intra-Operative Navigation" eingebunden, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderausschreibung "Schonendes Operieren mit innovativer Technik" SOMIT gefördert. Hierbei verfolgt das Konsortium das Ziel einer individualisierten Präzisionschirurgie für die Leber.www.somit-fusion.de

Laserassistierte in situ Resektion von Herzklappen

Das Projekt verfolgt einen neuen, innovativen und minimal-invasiven Ansatz zur Behandlung von Patienten mit schweren Aortenklappenerkrankungen. Die Standardtherapie hierzu erfolgt zurzeit offen-chirurgisch unter Einsatz der Herz-Lungenmaschine. Mittels innovativer Verfahren ist es seit kurzem möglich, auf Drahtgerüste aufgebrachte Klappen (Klappenstents) über Kathetertechniken perkutan zu platzieren. Allerdings sollte zu­vor die erkrankte Klappe reseziert werden, um Komplikationen zu vermeiden, wie sie bei Ballondilatation und einer reinen Klappenstent-Implantation entstehen.

Hierzu wird bei unseren Kooperationspartnern an der Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie des UK S-H, Campus Kiel an einer perkutan einzuführenden Resektionskammer gearbeitet. Am BMO wird an einer geeigneten hochfrequent repetierenden Laserquelle geforscht, da es sich herausgestellt hat, dass kontinuier­lich emittierende Laser verkalkte Herzklappen nicht fragmentieren können und kommerziell erhältlichen gepulste Holmium-Laser zu starke thermomechanische Schäden verursachen.

Das Gemeinschaftsprojekt wird von der DFG gefördert.

Publikationen

2012

  • Rohde, Ingo and Brinkmann, Ralf and Theisen-Kunde, Dirk: Temporally stretched Q-switched pulses in the 2 µm spectral range. Laser Physics Letters, no. 9, pp. 808-813, 2012
    BibTeX
    @article{Rohde2012,
       author = {Rohde, Ingo and Brinkmann, Ralf and Theisen-Kunde, Dirk},
       title = {Temporally stretched Q-switched pulses in the 2 µm spectral range},
       journal = {Laser Physics Letters},
       volume = {9},
       number = {11},
       pages = {808-813},
       year = {2012}
    }
    

2010

  • Bombien, R. and Lesche, C. and Lozonschi, L. and Feucker, M. and Brinkmann, R. and Dahmen, C. and Schunke, M. and Cremer, J. and Lutter, G.: Percutaneous Aortic Valve Replacement: Emerging Tractability for Sufficient Intracardiac Resection of the Aortic Valve. Innovations (Phila), no. 5, pp. 55-59, 2010
    BibTeX
    @article{Bombien,
       author = {Bombien, R. and Lesche, C. and Lozonschi, L. and Feucker, M. and Brinkmann, R. and Dahmen, C. and Schunke, M. and Cremer, J. and Lutter, G.},
       title = {Percutaneous Aortic Valve Replacement: Emerging Tractability for Sufficient Intracardiac Resection of the Aortic Valve},
       journal = {Innovations (Phila)},
       volume = {5},
       number = {1},
       pages = {55-59},
       note = {Philadelphia, Pa.
    Innovations (Phila). 2010 Jan;5(1):55-59.},
       abstract = {OBJECTIVE:: The feasibility of endovascular resection of highly calcified aortic valves has already been demonstrated by our group. Different endovascular and intracardiac tractability methods were applied. In this study, these technologies were analyzed comparing the tractability, the resection time, and the lesions in the surrounding tissue. METHODS:: All aortic valve resections (seven human hearts and 21 porcine hearts) were performed using a Thulium:YAG laser (continuous wave, wavelength of 2.01 mum, 20 watts power rating). In the first resection system, the laser fiber was controlled by a free in-lying flexible endoscope (O 2.5 mm, length of 600 mm). The distal part of the endoscope (40 mm) was moved in one plane by proximal manual control (three degrees of freedom). The resection system was separated into defined rooms assigning one room for one tool. The fiber was controlled by the above-mentioned endoscope (*) (three degrees of freedom). The third resection system was a mechanical microactuator carrying the laser fiber (three degrees of freedom). The fourth resection system contains a rotatable inlay with defined rooms and a newly designed nitinol (NiTi) microactuator that controlled the laser fiber (four degrees of freedom). The resection time per leaflet was measured in minutes. Gross anatomy and histology in the surrounding tissue were evaluated. RESULTS:: The resection time in approaches 1, 2, 3, and 4 was 5.5 +/- 2.3 minutes, 7.4 +/- 2.7 minutes, +/- 6.6 minutes, and2.3 +/- 1.2 minutes, respectively. The gross anatomy and histology of collateral damages revealed only superficial lesions of the surrounding tissue. The amount of lesions and the resection time were lower in the fourth approach with four degrees of freedom. CONCLUSIONS:: This analysis demonstrated that a precise tractability with four degrees of freedom is necessary for a faster and safer endovascular resection of the aortic valve. The analysis will help to optimize the ongoing development of the endovascular and intracardiac resection technology.},
       year = {2010}
    }

2007

  • Theisen-Kunde, D and Ott, V and Brinkmann, R and Keller, R: Potential of a new cw 2µm laser scalpel for laparoscopic surgery. Med. Laser Appl., no. 22, pp. 139-45, 2007
    BibTeX
    @article{Theisen-Kunde,
       author = {Theisen-Kunde, D and Ott, V and Brinkmann, R and Keller, R},
       title = {Potential of a new cw 2µm laser scalpel for laparoscopic surgery},
       journal = {Med. Laser Appl.},
       volume = {22},
       number = {2},
       pages = {139-45},
       abstract = {Abstract
    The potential of a new continuous-wave (cw) thulium–YAG laser for laparoscopic small intestine resection was investigated in pigs in comparison to standard bipolar scissors.
    
    Method
    A diode-pumped solid-state thulium–YAG laser system emitting at a wavelength of 2.01 µm was used. Laser power up to 25 W in cw mode was transmitted via a quartz fibre (400 µm core diameter). In order to resect 1 m of the small intestine, the accompanied mesentery was dissected with both devices in 12 pigs (six each group). Arteries and veins of 0.25–3.2 mm inner diameter were dissected in vivo and the resistance of the occluded vessels to pressures up to 375 mmHg was measured by an in vitro set-up. Samples were prepared for histological evaluation.
    
    Results
    With respect to intestine resection with bipolar scissors, bleeding occurred significantly less (25%) and dissection time was reduced by 19% using the 2 µm laser scalpel. With the 2 µm laser scalpel, small vessels (<0.5 mm) were successfully occluded up to 100% (arteries) and 89% (veins), larger vessels (1–2.3 mm) to 74% (arteries) and 65% (veins) in vivo. In the in vitro pressure measurement with 375 mmHg, 30% of veins and 35% of arteries stayed closed. In conclusion, the first experiments show that the 2 µm laser scalpel is a promising dissection device for minimally invasive surgery. 
    Zusammenfassung
    In einer vergleichenden Tierstudie wurde das Potential eines neuen cw Thulium–YAG-Lasersystems mit dem einer kommerziell erhältlichen bipolaren Schere zur laparoskopischen Resektion des Dünndarms verglichen.
    
    Methode
    Es wurde ein diodengepumptes Thulium–YAG-Festkörper-Lasersystem mit einer Emissionswellenlänge von 2,01 µm verwendet. Die Laserleistung betrug 25 W (Dauerstrich) und die Laserstrahlung wurde mittels einer Quarzglasfaser (Kerndurchmesser 400 µm) zum Applikationsort transmittiert. Zur Entnahme von 1 m Dünndarm wurde zunächst mit beiden Dissektionsgeräten das angrenzende Mesenterium an 12 Schweinen (6 je Instrument) durchtrennt. Zur Untersuchung der Hämostaseeigenschaften des 2 µm Laserskalpells wurden ausgewählte Arterien und Venen mit einem inneren Durchmesser von 0,25 bis 3,2 mm in vivo durchtrennt. In einer anschließenden in vitro Untersuchung wurde der Gefäßverschluss mit einem Druck von 375 mmHg überprüft. Zur histologischen Auswertung wurden Gewebeproben entnommen, mittels H&E gefärbt und lichtmikroskopisch untersucht.
    
    Ergebnisse
    Im Vergleich zur konventionellen bipolaren Schere konnte in der durchgeführten Studie die Anzahl der auftretenden Blutungen mit dem 2 µm Laserskalpell signifikant (25%) und die gesamte Resektionszeit um 19% (nicht signifikant) reduziert werden. Die Hämostase von Gefäßen, welche mittels des 2 µm Laserskalpells durchtrennt wurden, betrug bei Durchmessern <0.5 mm 100% bei den Arterien und 89% bei den Venen. Bei größeren Gefäßen (1–2.3 mm innerer Durchmesser) wurden 74% der Arterien und 65% der Venen dauerhaft in vivo koaguliert. Bei den in vitro Untersuchungen der koagulierten Gefäße mit einem Druck von 375 mmHg waren noch insgesamt 35% der Arterien und 30% der Venen verschlossen.
    
    In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass das 2 µm Laserskalpell ein vielversprechendes Instrument für die laparoskopische Chirurgie darstellt.
    
    Resúmen
    En este estudio se investigó el potencial del nuevo láser cw thulium–YAG comparado al uso de la tijera bipolar estándar en intervenciones laparoscópicas en intestino delgado de cerdos.
    
    Método
    Se utilizó un láser thulium–YAG de estado sólido bombeado por diodos que emite en una longitud de onda de 2.01 µm. Una potencia láser de hasta 25 W de onda continua (cw) fue trasmitida a través de una fibra de cuarzo de 400 µm de diámetro. El mesenterio que acompaña al intestino delgado fue diseccionado utilizando uno de los dos sistemas en 12 cerdos (6 con cada instrumento). Se seccionaron in vivo, arterias y venas de 0.25 a 3.2 mm de diámetro interno y se midió in vitro la resistencia de los vasos ocluídos con una presión de hasta 375 mmHg. Las muestras fueron preparadas luego para evaluaciones histológicas.
    
    Resultados
    En la resección de intestino, el uso del bisturí láser de 2 µm ofrece menor sangrado (25%) y el reduce el tiempo de dissección en un 19% con respecto a las tijeras bipolares. Además, el uso del láser permite la oclusión in vivo de los pequeños vasos (diámetro menor a 0,5 mm) hasta en un 100% en arterias y un 89% en venas. Mientras que para las de mayor diámetro (de 1 a 2.3 mm) se obtuvo un 74% y 65%, respectivamente. En las mediciones in vitro de presión con 375 mmHg, un 30% de las venas y un 35% de las arterias permanecieron cerradas. En conclusión, estos primeros experimentos demuestran que el bisturí láser de 2 µm es una herramienta de disección prometedora para la cirugía laparoscópica. 
    
    Keywords: Thulium laser; Minimally invasive; Vessel sealing; Laser scalpel
    Schlüsselwörter: Thuliumlaser; Minimalinvasiv; Hämostase; Laserskalpell
    Palabras clave: Thulium láser; Cirugía mínimamente invasiva; Oclusión de vasos; Bisturí láser},
       year = {2007}
    }

2002

  • Wirbelauer, C. and Scholz, C. and Hoerauf, H. and Pham, D. T. and Laqua, H. and Birngruber, R.: Noncontact corneal pachymetry with slit lamp-adapted optical coherence tomography. American Journal of Ophthalmology, no. 133, pp. 444-450, 2002
    BibTeX Link
    @article{Wirbelauer2002,
       author = {Wirbelauer, C. and Scholz, C. and Hoerauf, H. and Pham, D. T. and Laqua, H. and Birngruber, R.},
       title = {Noncontact corneal pachymetry with slit lamp-adapted optical coherence tomography},
       journal = {American Journal of Ophthalmology},
       volume = {133},
       number = {4},
       pages = {444-450},
       note = {538DE
    Times Cited:73
    Cited References Count:35},
       abstract = {PURPOSE: The purpose of this study was to determine the accuracy, the reproducibility, and the limits of agreement of noncontact central corneal thickness measurement with slit lamp adapted optical coherence tomography (OCT). DESIGN: Nonrandomized comparative clinical trial.
    METHODS: In a prospective comparative observational study, a total of 108 consecutive patients ( 108 eyes) with normal corneas (92 eyes) and different corneal alters ations (16 eyes) participated. Six sequential measure. ments of the central corneal thickness with slit lamp-adapted OCT and with ultrasound (US) pachymetry at 1640 ms(-1) were performed. The main outcome measures were accuracy, reproducibility assessed with precision and coefficient of variation (CV), and limits of agreement of central corneal thickness measurement.
    RESULTS: The mean central corneal thickness values were 541 +/- 43 mum (OCT) and 549 +/- 44 mum (US) with a mean precision of +/- 5.8 mum (CV 1.08%) and of +/- 4.0 mum (CV 0.73%), respectively. The method comparison revealed equivalence (+/- 2SD) in the 5% range with a mean difference between both methods of 7.9 mum (1-45%). The relative error was 8.7 mum (1.6%), which corresponded to limits of agreement (+/- 2SD) ranging from -9.5 mum to 25.3 mum.
    CONCLUSIONS: Central corneal pachymetry with slit lamp,adapted OCT revealed, for clinical purposes, an excellent accuracy and reproducibility with a high degree of agreement compared with US pachymetry. Thus, the presented OCT system seems to be a promising diagnostic modality to objectively measure corneal thickness in a convenient noncontact mode. (C) 2002 by Elsevier Science Inc. All rights reserved.},
       keywords = {in-situ keratomileusis
    anterior segment
    human-eye
    thickness
    interferometry
    regression
    precision},
       ISSN = {0002-9394},
       DOI = {Pii S0002-9394(01)01425-8
    Doi 10.1016/S0002-9394(01)01425-8},
       url = {<Go to ISI>://WOS:000174798200002},
       year = {2002},
       type = {Journal Article}
    }