Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Infrarot-Laserskalpell für den OP 2010

05.07.2002


Medizinisches Laserzentrum Lübeck (MLL) entwickelt neues System für die minimal-invasive Chirurgie

Seit der Erfindung des Lasers im Jahr 1960 hat die Laserstrahlung in vielen technischen Bereichen Einzug gehalten. Die Anwendungen erstrecken sich von Hochleistungslasern im Automobilbau bis hin zu winzigen Laserdioden in heimischen CD-Playern und PCs. Auch aus der modernen Medizin ist das gebündelte Licht nicht mehr wegzudenken: Die Netzhaut des Auges wird bestrahlt, um drohende Erblindungen zu vermeiden, Tumorzellen oder vorgefallenes Bandscheibengewebe verschmelzen per Laser, selbst Durchblutungsstörungen am Herzen lassen sich mit den energiereichen Lichtblitzen (Laserrevaskularisation) beeinflussen. Am häufigsten wird der Laser direkt auf der Haut angewandt: Zur Glättung von Gesichtsfalten, Entfernung von Tätowierungen oder Behandlung von Feuermalen und Blutschwämmen.

Trotz allem gibt es Grenzen für den Laser: Im "Alltagsgeschäft" greifen die Chirurgen im Operationssaal noch immer zum bewährten Skalpell. Wenn es darum geht, einen sauberen Schnitt an Lunge, Leber oder Leiste zu vollziehen, verlassen sich die Operateure lieber auf ihr mechanisches Werkzeug. Doch auch das kann sich bald ändern: Am Medizinischen Laserzentrum Lübeck (MLL, Direktor: Prof. Reginald Birngruber ) wird derzeit ein Infrarot-Laserskalpell entwickelt, das bei so genannten Schlüsselloch-Operationen in der minimal-invasiven Chirurgie herkömmliches OP-Besteck ersetzen soll. "Wenn alles klappt, rechnen wir Ende nächsten Jahres mit einem ersten klinischen Einsatz des neuen Lasers", erläutert Projektleiter Dirk Theisen, Dipl.-Ingenieur in der Arbeitsgruppe "Therapeutische Laseranwendungen" von Dipl.-Physiker Ralf Brinkmann.

Das Laserskalpell, das in Zusammenarbeit mit der Klinik für Chirurgie der Universität zu Lübeck (Direktor: Prof. Hans-Peter Bruch) möglichst bis zur Serienreife entwickelt werden soll, ist eingebettet in das CEMET-Projekt ("Center of Excellence in Medical Technology"), das unter Leitung der Universitäten Lübeck und Kiel in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Lübeck im vergangenen November gestartet wurde. Ziel von CE-MET ist es, den "Operationssaal 2010" so auszustatten, dass dort unter Einsatz modernster Technologie möglichst ergonomisch operiert werden kann. Die Bundesregierung stellt für den Aufbau dieses Kompetenzzentrums für Medizintechnik in Schleswig-Holstein rund zehn Millionen Euro zur Verfügung. Ein Teil dieser Summe, exakt 509 000 Euro, sind für die Entwicklung des Laserskalpells am MLL vorgesehen.

Der Laser wird zunächst für die minimal-invasive Chirurgie im Bauchraum konzipiert. Dort soll er, so die Vorstellung von Wissenschaftlern und Chirurgen, sowohl Gewebe schneiden als auch Blutgefäße veröden. Beides sind Arbeiten, die bei jedem Eingriff sehr häufig vorkommen und meist einen großen Teil der OP-Zeit beanspruchen. Bewährt sich der Laser, bietet er sich auch für weitere Eingriffe an, bei denen die Arbeitsgeräte der Operateure lediglich durch winzige Schnitte in den Körper geschoben werden.
Derzeit werden vor allem drei Lasersysteme in der Medizin verwandt, erläutert Dipl.-Physiker Ralf Brinkmann vom MLL. Der CO2-Laser sei prinzipiell sehr gut zum Schneiden geeignet, könne jedoch nur an der Oberfläche eingesetzt werden, weil die Strahlung sich nicht ohne weiteres ins Innere des Körpers transportieren lasse. Dieses Problem bestehe beim Neodym:YAG-Laser zwar nicht. Dafür sei dessen Schneidleistung schlechter; er eigne sich besser zum großflächigen Erhitzen von Gewebe. Ähnliches gelte für den Argon-Laser. Brinkmann: "Wir benötigen also einen Laser, der die Schneideigenschaften eines CO2-Lasers hat, dessen Energie aber ohne Verluste durch flexible Glasfasern ins Körperinnere geleitet werden kann."

Fündig geworden sind die Lübecker Forscher ganz offensichtlich in der Industrie. Dort wird seit etwa zwei Jahren ein weltweit neuartiges Lasersystem zum Schweißen von Kunststofffolien benutzt. Bei dem Laser handelt es sich um einen so genannten diodengepumpten Festkörperlaser. Das Lasermaterial ist Thulium, der benötigte Kristall ein Yttrium-Aluminium-Granat; die technische Bezeichnung des Lasers lautet Tm:YAG-Laser. Dieses System wollen die Wissenschaftler so umgestalten, dass es für den klinischen Alltag nutzbar wird.

Der Bedarf ist vorhanden, weiß Chirurg Dr. Robert Keller aus täglicher Erfahrung. Derzeit werden bei der minimal-invasiven Chirurgie spezielle Scheren zum Durchtrennen des Gewebes verwandt. Weil nur möglichst wenig Arbeitskanäle (= Hautschnitte) bei den Schlüsselloch-Operationen eingerichtet werden, muss eine solche Schere jedes Mal durch ein anderes Instrument ersetzt werden, um ein Blutgefäß zu veröden. Dr. Keller, der in die Laserentwicklung eingebunden ist, hofft nun auf ein universelles Instrument, das beide Arbeiten durchführen kann. "Das wäre eine erhebliche Zeitersparnis und würde die Operationsdauer erheblich verkürzen", ist der Chirurg sicher.

Die Vision geht noch ein Stück weiter: In das System könnte ein Rückkoppelungsmechanismus integriert werden, der den Laser automatisch stoppt, wenn er größeren Blutgefäßen zu nahe kommt, die nicht verletzt werden dürfen. Auch scheint es möglich, dass das Gerät selbst die benötigte Energiemenge steuert, um Bindegewebe zu durchtrennen oder kleine Gefäße zu veröden. Das Auge des Chirurgen bleibt aber auch weiterhin unverzichtbar, gibt Projektleiter Theisen Entwarnung, doch könnten solche automatisierten Signalprozesse den Operateur entlasten.

Bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Zunächst muss der Industrie-Laser auf die medizinischen Anforderungen abgestimmt werden. Von besonderer Bedeutung sind hier Eindringtiefe und Schneidleistung des Lasers. Erste Versuche mit einem Prototypen haben ergeben, dass der Laser Gewebe, das wie beim Menschen zum größten Teil aus Wasser besteht, stark und schnell erhitzen kann, so dass es verdampft und somit präzise abgetragen wird. Physiker Ralf Brinkmann: "Damit hätten wir genau die Schneidwirkung, die wir erreichen wollen."

Zudem ist die Laserstrahlung durch robuste, hoch flexible Quarzglasfasern nahezu verlustfrei übertragbar. Die Glasfasern, deren Durchmesser nur 0,1 bis 0,6 Millimeter betragen, sind mit einer Kunststoffhülle überzogen. Sie lassen sich mehrfach um den Finger wickeln, in alle gewünschten Richtungen drehen und wenden, ohne einen nennenswerten Energieverlust zu verursachen. Dies ist gerade bei der Schlüsselloch-Chirurgie von Bedeutung, wenn an entlegeneren Stellen im Bauchraum geschnitten und verödet werden muss.
Doch noch sind eine Reihe von Fragen offen:

  • Wie gut lässt sich der Laser bei durchblutetem Gewebe einsetzen und wie gut können kleine Gefäße blutungsfrei verödet werden? Bisher gilt fließendes Blut als problematisch, weil der Strom die erzeugten Temperaturen reduziert und somit höhere Laserleistungen zum Schneiden benötigt werden.
  • Mit welcher Spitze muss die hauchdünne Faser ausgestattet sein? Quarzglasfasern leiten zwar Energie optimal weiter, sie sind jedoch sehr empfindlich. Wird die Leistung des Lasers gesteigert, schmilzt die Spitze. Benötigt werden Sonden aus Saphir oder Materialien, deren Zerstörschwelle noch höher liegt.
  • Welche Energie wird letztendlich in der klinischen Praxis benötigt? Wie hoch muss die Schnittgeschwindigkeit sein, welche Wellenlängen und welche Laserleistungen (Watt) müssen für ein optimales chirurgisches Ergebnis eingesetzt werden?
  • Und schließlich: Wie ist das neue Instrument für den Chirurgen handhabbar? Lässt es sich leicht führen, ist die Bedienung anwenderfreundlich? Die hochwertigste Technik ist nutzlos, wenn ihr Einsatz unhandlich und zu kompliziert wäre.

Fragen, deren Antworten in den nächsten zwei Jahren gefunden werden sollen. Hierzu sind erhebliche theoretische Vorleistungen und viele praktische Tests erforderlich. Techniker und Chirurgen müssen sich immer wieder austauschen, um letztlich zum gewünschten Ergebnis zu gelangen.
Noch handelt es sich um ein Forschungsprojekt. Doch alle Beteiligten sind zuversichtlich, auf dem richtigen Weg zu sein: Wenn das CEMET-Projekt "OP 2010" in acht Jahren Realität wird, so die Vorstellung der MLL-Forscher, ist der neue Laser schon längst "ein alter Hut" - denn dessen Markteinführung könnte schon 2005 gelingen, hoffen Brinkmann und Theisen.

Uwe Groenewold

Rüdiger Labahn | idw

Weitere Berichte zu: Chirurgie Gewebe Laser MLL

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht In Deutschland wächst die Zahl der Patienten mit Diabetes mellitus
23.02.2017 | Versorgungsatlas

nachricht Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt
22.02.2017 | Klinikum der Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie