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Laser in der Urologie: Technische Grundlagen

Grundlagen der Lasertechnik

Definition:

Ein Laser (Akronym für engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist eine lichtemittierendes Gerät, das nach dem physikalischen Prinzip der stimulierten Emission einen hochenergetischen Lichtstrahl erzeugt und in der Medizin zum Koagulieren und Schneiden eingesetzt wird.

Stimulierte Emmision:

Ein energetisch angeregtes Atom kann durch den Kontakt mit einem Photon die ihm zuvor zugeführte Energie in Form eines weiteren Photons abgeben, wenn der Energieunterschied der beiden Photonen genau dem Unterschied zwischen dem angeregten und dem ruhenden Atom entspricht (genaueres siehe Lehrbücher der Quantenphysik). Das zusätzliche Photon hat die gleichen Eigenschaften (Richtung, Energie) wie das auslösende Photon, sodass ein Laserstrahl mit engem Frequenzspektrum und einer Parallelität der Strahlung entsteht.

Bei der technischen Realisierung des Lasers wird in der Regel ein Medium (Gas, Flüssigkeit oder Kristall) mit Energie angeregt. Treffen nun Photonen mit geeigneter Energie auf dieses angeregte Medium, so werden zusätzliche Photonen freigesetzt und es kommt zu einer Verstärkung des Photonenstrahls. Je nach Anregung des Mediums entsteht ein Dauerstrich (continuous wave) oder Pulslaserstrahl (pulsed wave). Da der größte Teil der Energie in Form von Wärme freigesetzt wird, benötigen Laser mit hoher Energie ausgeklügelte Kühlungsmechanismen.

Laserfaser:

Die meisten Systeme verwenden fiberoptische Laserfasern für die Steuerung des Laserstrahls. Je nach Anwendung tritt der Laserstrahl gerade (end-fire) oder gewinkelt (side-fire) aus.

Laser in der urologischen Therapie

Neodym:YAG-Laser:

Als Medium wird ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Garnet-Kristall verwendet, die Wellenlänge des Laserstrahls beträgt 1064 nm (infrarotes Licht). Da dieses Licht relativ schlecht von Wasser oder Körperpigmenten absorbiert wird, hat der Nd:YAG-Laser eine relativ große Eindringtiefe von bis zu 10 mm in das Gewebe, in dem es zu einer thermischen Koagulationsnekrose mit guter Blutstillung kommt. Bei sehr hoher Energie kann auch eine Oberflächenkarbonisierung und Vaporisation des Gewebes erreicht werden.

Urologische Anwendungen des Nd:YAG-Lasers:

• Laserkoagulation von kleinen Hauttumoren (Condylomata acuminata (Feigwarzen), Peniskarzinom)
• Laserkoagulation von Harnblasentumoren
• Urethrotomie bei Harnröhrenstriktur oder Ureterotomie bei Harnleitersstriktur
• Visual laser ablation of the prostate (VLAP): veraltet, side-fire Laserapplikation mit Gewebekoagulation unter Sicht. Nach Abstoßung des nekrotischen Gewebes verbessert sich die Miktion.
• TULIP: transurethral ultrasound-guided laser-induced prostatectomy. Medizingeschichte, die Technik wird aufgrund der fehlenden direkten Visualisierung der Lasereffekte nicht mehr angewendet.

Kalium-Titanyl-Phosphat-(KTP)-Laser:

Der Kalium-Titanyl-Phosphat-(KTP)-Laser verwendet als Medium ein Kalium-Titanyl-Phosphat-Kristall, die Wellenlänge des Laserstrahls beträgt 532 nm (grünes Licht, doppelte Frequenz des Nd:YAG-Lasers). Der Laserstrahl wird stark vom Hämoglobin absorbiert, das durchblutete Gewebe reagiert mit einer Vaporisation. Die Eindringtiefe in gut durchblutetes Gewebe beträgt 1–3 mm.

Urologische Anwendungen des KTP-Lasers:

• Laservaporisation der Prostata mit gleichzeitig guter Koagulationsleistung.
• Laser Enukleation der Prostata: das Prostataadenom wird nach Einschnitten mit der Laserfaser in die Harnblase luxiert und dort zerkleinert und geborgen.

Laservaporisation der Prostata mit einem KTP-Laser.

Holmium:YAG-Laser:

Als Medium wird ein Holmium-dotierter Yttrium-Aluminium-Garnet-Kristall verwendet, die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls beträgt 2100 nm (infrarotes Licht). Der Laserstrahl wird innerhalb weniger Millimeter in Wasser gut absorbiert, es entsteht eine Vaporisationsblase. Im Gewebe erzeugt der Holmium-Laser durch Vaporisation eine gute Schneidwirkung. Die Koagulationstiefe beträgt ungefähr 2--3 mm. Die Vaporisationsblase ist hilfreich bei der Gewebedissektion und ermöglicht eine effektive Steinlithotripsie.

Urologische Anwendungen des Holmium-Lasers:

• Harnsteinlithotripsie bei URS oder perkutane Nephrolithotomie
• Urethrotomie oder Ureterotomie bei Strikturen.
• Holmium-Laser Enukleation der Prostata (HoLEP): das Prostataadenom wird nach Einschnitten mit der Laserfaser in die Harnblase luxiert und dort zerkleinert und geborgen.
• Laserkoagulation oder en-bloc Resection von Harnblasentumoren.

Desintegration eines Harnleitersteins mit einem Holmium-Laser.

Thulium:YAG-Laser:

Als Medium wird ein Thulium-dotierter Yttrium-Aluminium-Garnet-Kristall verwendet, die Wellenlänge des Dauerstrichlasers beträgt etwa 2000 nm (infrarotes Licht). Der Laserstrahl hat ähnliche Eigenschaften wie der Holmium-Laser, die Schneidewirkung am Gewebe ist jedoch besser. Die Koagulationstiefe beträgt ungefähr 2 mm.

Urologische Anwendungen des Thulium-Lasers:

Siehe Holmium-Laser.

Kohlendioxid-Laser:

Als Medium wird CO₂ verwendet, die Wellenlänge des Dauerstrichlasers beträgt etwa 10000 nm (infrarotes Licht). Für die Applikation wird keine Laserfaser sondern ein Spiegelgelenkarm verwendet. Der Laserstrahl wird gut von Wasser absorbiert, die Eindringtiefe in das Gewebe ist geringer als der Nd:YAG-Laser.

Urologische Anwendungen des CO₂-Lasers:

Laserkoagulation von kleinen Hauttumoren (Condylomata acuminata (Feigwarzen), Peniskarzinom).

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Literatur

R. M. Kuntz, “Current role of lasers in the treatment of benign prostatic hyperplasia (BPH),” Eur Urol, vol. 49, no. 6, pp. 961–9, 2006.

  English Version: Laser treatment in urologic surgery