Thermische Nebeneffekte nach Anwendung gepulster IR-Laser am Meniskus- und Knochengewebe

Zusammenfassung

Die thermischen Nebenwirkungen fünf verschiedener Infrarot-(IR-)Laser (Nd:YAG, Tm:YAG, Ho:YAG, Er:YAG, Cr,Er:YSGG) wurden untersucht. In Meniskus- und Knochengewebe von Schlachttieren wurden insgesamt 314 Laserbohrungen gesetzt; Applikationsenergie 200 mJ, 400 mJ, 600 mJ, 800 mJ, 1000 mJ; Repetitionsrate 2 Hz, 5 Hz; Arbeitsmedium: Luft, Wasser. Der Laseraufbau erfolgte unter experimentellen Standardbedingungen. Für die Strahlführung wurde eine fokussierende Linse (f=100 mm) oder eine 600 μm Lichtleitfaser (Ho:YAG-Laser) eingesetzt. Die bohrlochnahen Gewebsschädigungen wurden makroskopisch, lichtmikroskopisch und rasterelektronenmikroskopisch untersucht. Applikationen an Luft verursachten bei allen fünf Lasern bereits makroskopisch deutlich sichtbare thermische Schädigungen. Unter Wasserspülung zeigten der Tm:YAG- und Ho:YAG Laser am Meniskus braune Gewebsverfärbungen; mit dem Nd:YAG-Laser war keine Abtragung an diesem Gewebe zu beobachten. Der Er:YAG Laser wies makroskopisch präzise Bohrlöcher auf und keine Gewebsverfärbungen. Bohrungen am Knochen mit Wasserspülung zeigten ebenfallst nur bei Anwendung des Er:YAG-Lasers saubere, thermisch nicht verfärbte Ränder. Die Ergebnisse des Cr:ErYSGG Lasers sind vergleichbar mit denen des Er:YAG-Lasers, jedoch stellte sich am Knochen eine höhere thermische Wirkung dar. Lichtmikroskopisch und rasterelektronenmikroskopisch bestätigte sich die oligothermische Wirkung des Er:YAG-Laser. Für die Zielstellung der Entwicklung minimal invasiver Operations-techniken am Hartgewebe mit IR-Lasern zeigte sich der Er:YAG-Laser daher als am besten geeignet.

Abstract

Thermal effects on meniscus and bone tissue after application of 314 boreholes using five different infrared (IR) lasers: Nd:YAG, Tm:YAG, Ho:YAG, Er:YAG, Cr,Er:YSGG (application energy 200 mJ, 400 mJ, 600 mJ, 800 mJ, 100 mJ; repetition rate 2 Hz, 5 Hz; medium air, water rinse) were analyzed. The experimental set-up comprised for the beam guiding a focussing lens (f=100 mm) or a flexible fiber (Ho:YAG). Damaged tissue was investigated macroscopically, histologically, and by scanning electron microscopy. Application in air caused carbonisation in all cases. Application in water showed thermal brown discoloring using Tm:YAG, Ho:YAG laser on meniscus tissue. The Nd:YAG did not ablate. The Er:YAG laser showed macroscopically precise boreholes without any discoloring of the adjacent tissue as well in meniscus as in bone. Cr:ErYSGG laser results were comparable with the results using an Er:YAG laser although ablation on bone tissue created higher thermal effects. For the aim of developing minimal invasive operating techniques the Er:YAG laser showed best results.