Zusammenfassung
Einleitung: Die Anwendung verschiedener Laser in der Mittelohrchirurgie wird mittlerweile routinemäßig
durchgeführt. Die zum Einsatz kommenden Lasersysteme sind vor allem der CO2 -, der Argon-, KTP- und Erbium-YAG-Laser. Nachteile entstehen jedoch entweder aufgrund
akustischer Belastung oder durch Hitzeentwicklung. Ein neuartiger Laser mit ultrakurzen
Pulsen wurde auf seine Tauglichkeit für Eingriffe in der Paukenhöhle hinsichtlich
der Ablationscharakteristik untersucht.
Material und Methoden: Die Messungen wurden mit einem Femtosekundenlaser an humanen Ossikeln und Schweinekompakta
durchgeführt. In erster Linie wurden die Abhängigkeit der Schwellenenergien von der
Pulsdauer sowie die Ablationsraten bei verschiedenen Pulsenergien untersucht. Rasterelektronenmikroskopische
Untersuchungen der erzeugten Kavitäten wurden durchgeführt, um die Qualität der optischen
Bohrungen zu beurteilen und um eventuell auftretende Schädigungen durch Hitzeeintrag
abzuschätzen.
Ergebnisse: Die Messungen zeigen, dass die benötigte Schwellenenergie deutlich niedriger liegt
als bei konventionellen Lasersystemen. Bei einer Pulsdauer von 180 fs liegt die geringstmögliche
Fluenz, die zu einem Ablationseffekt führt, bei Werten unter 1 J/cm2 . Mit steigender Pulsdauer steigt auch die erforderliche Schwellenenergie. Durch die
geringen Energielevel und die extrem kurzen Pulse mit sehr hoher Leistung entstehen
weniger thermische Schäden am umgebenden Gewebe im Vergleich zu herkömmlichen Lasersystemen.
Die Analysen der rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen demonstrieren die extreme
Präzision der erzeugten Kavitäten. Optische Bohrungen können mit einer Genauigkeit
im Mikrometerbereich durchgeführt werden.
Schlussfolgerungen: Der Femtosekundenlaser stellt eine neue Möglichkeit dar, Mittelohrstrukturen berührungsfrei
zu bearbeiten. In seiner hohen Präzision und der geringeren Schädigung umliegenden
Gewebes ist ein Vorteil gegenüber konventionellen Lasersystemen zu sehen. Neben der
Perforation der Stapesfußplatte sind weitere Einsatzmöglichkeiten in der Bearbeitung
des Ambosses, z. B. für eine verbesserte Ankopplung implantierbarer Hörgeräte oder
passiver Mittelohrprothesen, zu erwarten.
Abstract
Objectives: Laser applications within the tympanic cavity area are widely accepted. Commonly
used systems are CO2 , argon, KTP and erbium devices. The disadvantages are heat development and/or acoustic
load of the inner ear. A new laser with ultra short pulses was examined concerning
its ablation characteristics and tested for possible applications in the tympanic
cavity.
Methods: Investigations on human ossicles and bovine compacta were performed with a femtosecond
laser in order to determine the ablation parameters. This included measurements of
the dependency of the threshold energy on the pulse duration and the determination
of the ablation ratio using different pulse energy levels. On the basis of histological
slices the thermal damages of the bone were examined. Additionally, the processed
samples were analyzed with an optical microscope and with a scanning electron microscope
in order to evaluate the quality of the perforations.
Results: The measurements showed that the threshold energy has a lower level than the threshold
energy of the conventional laser systems. At a pulse duration of 180 fs the smallest
fluence, with which an erosion can be achieved, is below 1 J/cm2 . With increasing pulse duration the necessary threshold energy also rises. Due to
the low energy level necessary for ablation and the extremely short pulse duration,
less thermal damage is induced to the surrounding bone tissue as compared to conventional
laser systems. The analysis of the scanning electron microscope demonstrates the extreme
precision of this laser system. The achieved accuracy of the incisions and drillings
ranges in the µm-area.
Conclusions: The fs laser represents a new surgical tool for middle ear surgery. It works efficiently
and in a touch-free procedure. Due to its high precision and the reduced side effects
an advantage in the handling of bony structures is to be expected in relation to other
laser systems. Apart from the perforation of the stapes footplate, in particular the
handling and modelling of the incus, a further field of applications includes enhanced
coupling, e. g. for implantable hearing aids and ossicular chain replacement prosthesis.
Schlüsselwörter
Femtosekundenlaser - Stapes - Ti:Saphir - Knochen - Rasterelektronenmikroskop - Abtragverhalten
Key words
Femtosecond-laser - stapes - Ti : sapphire - bone - scanning electron microscope -
ablation characteristics
