The feature of bone cutting with fiber guided excimer laser beam

In der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, die zu einer effektiveren Abtragung von Gewebe beim Knochenschneiden mit fasergeführtem Excimerlaserstrahl führen können. Durch eine ringförmige Intensitätsverteilung im Laserstrahl kann das konische Schnittprofil verändert und damit die bisherige Behinderung der Nachführung der Faser aufgehoben werden

Bone drilling with fiber guided excimer laser beam

Zur Ermittlung einer optimalen Parametereinstellung des Excimerlasers für die Bearbeitung von Knochengewebe, testeten wir bei drei unterschiedlichen Impulslängen den Einfluß von Austrittsenergie und Repetitionsrate auf die Ablationstiefe.An experiment is presented which shows the relationship between energy, repetition rate and pulse width to the bone ablation rate using a fiber guided excimer laser beam

Studies in fiber guided excimer laser surgery for cutting and drilling bone and meniscus

Our experiments on transmitting high-power excimer laser pulses through optical fibers and our investigations on excimer laser ablation of hard tissue show the feasibility of using the excimer laser as an additional instrument in general and accident surgery involving minimal invasive surgery. By combining XeCl-excimer lasers and tapered fused silica fibers we obtained output fluences up to 32 J/cm2 and ablation rates of 3 m/pulse of hard tissue. This enables us to cut bone and cartilage in a period of time which is suitable for clinical operations. Various experiments weOur experiments on transmitting high-power excimer laser pulses through optical fibers and our investigations on excimer laser ablation of hard tissue show the feasibility of using the excimer laser as an additional instrument in general and accident surgery involving minimal invasive surgery. By combining XeCl-excimer lasers and tapered fused silica fibers we obtained output fluences up to 32 J/cm2 and ablation rates of 3 μm/pulse of hard tissue. This enables us to cut bone and cartilage in a period of time which is suitable for clinical operations. Various experiments were carried out on cadavers in order to optimize the parameters of the excimer laser and fibers: e.g., wavelength, pulse duration, energy, repetition rate, fiber core diameter. The surfaces of the cut tissue are comparable to cuts with conventional instruments. No carbonisation was observed. The temperature increase is below 40°C in the tissue surrounding the laser spot. The healing rate of an excimer laser cut is not slower than mechanical treatments; the quality is comparable.re carried out on cadavers in order to optimize the parameters of the excimer laser and fibers: e.g., wavelength, pulse duration, energy, repetition rate, fiber core diameter. The surfaces of the cut tissue are comparable to cuts with conventional instruments. No carbonisation was observed. The temperature increase is below 40°C in the tissue surrounding the laser spot. The healing rate of an excimer laser cut is not slower than mechanical treatments; the quality is comparable

The elaboration of excimer laser dosimetry for bone and meniscus cutting and drilling using optical fibers

In order to optimize bone and cartilage ablation various excimer laser systems at 308 nm wavelength (pulse width 28 ns, 60 ns, 300 ns) and tapered fibers (core diameter 400 μm, 600 μm, 1000 μm) were combined. By variing the major parameters such as fluence, pulselength, repetition rate, fiber diameter, medium, manner of application (drilling, cutting) we analysed the interaction of the excimer laser beam with different organic material (meniscus, bone tissue). More than 300 cuts and drillings have been realized with different parameters. The ablation rate mainly depends on fluence, repetition rate and pulse duration. The achieved ablation rate was 3 μm/puls in bone. The drilling speed of the meniscus was 6 mm/s. The samples showed no carbonisation at all, when beeing cut or drilled in liquid medium. This might be a breakthrough in fiber guided excimer laser surgery. From these and further experiments we obtain the dosimetry, which will be the basis for the elaboration of necessary operation guidelines for accident surgery

Ablation of hard biological tissue with the excimer laser

Die durchgeführten Experimente zeigen die Schneid- und Bohrmöglichkeiten einer Excimerlaser-Faser-Kombination am Knochen- und Meniskusgewebe auf. Für die Abtragungsvorgänge am Meniskus konnten bereits akzeptable Operationsgeschwindigkeiten erzielt werden. An den Hart- wie auch an den Weichgeweben hinterlassen die Ablationsvorgänge dabei nur begrenzte, mikroskopisch eben erkennbare Zell- und Gewebsschädigungen. Eine weitere Steigerung der Abtragrate für Hartgewebe erscheint technisch durch eine Erhöhung der Transmissionsenergie via Faser erreichbar zu sein. Die damit verbundene Beschleunigung der Gewebeablation und der Schneidevorgänge rückt Laserstrahlung mit hoher Energiedichte wieder in das Interesse der Unfallchirurgen.Cutting and drilling of bone- and meniscus tissue were performed using a XeCl-excimer laser combined with a tapered fiber. Ablation speed on meniscus tissue is already sufficient, the thermal damage of the adjacent tissue is minimal. Increasing of energy transmission through special fibers promises higher ablation rates also on hard biological tissue and that promoted the interest in lasers again for accident surgeons

The influence of the application medium on bone ablation by a fiber guided XeCl excimer laser beam

Nach umfangreichen Studien der Ablation von unterschiedlichem Gewebe mittels eines fasergeführten XeCl-Excimeriaserstrahls kann die große Bedeutung des umgebenden Mediums an der Applikationsstelle für die Qualität der Schnitte oder Bohrungen und für die thermische Schädigung der Berandung festgestellt werden. Die athermische Photoablation ist nicht allein ausschlaggebend für die Abtragung des Materials

Temperatur-Zeit-Verläufe beim Bohren und Schneiden mit dem fasergeführten Excimerlaser (308 nm) im umgebenden Gewebe

Neu ist die sog. "Kaltschnitt- Technik" mit Hilfe des Excimerlasers. Mit diesem hochenergetischen, kurzgepulsten Laser wird der Energiebereich der Gewebsverbrennung (Karbonisierung) und auch der der Verdampfung (Vaporisation) überschritten. Es treten nichtlineare Effekte auf, bei denen es zum Aufbrechen von Molekülbindungen kommt. Die Abtragung des Materials erfolgt explosionsartig, so daß aufgrund der Schnelligkeit des Vorganges kaum eine Wärmeausbreitung in das umgebende Gewebe erfolgt. Der Prozeß (Photoablation) verläuft relativ athermisch und wurde erstmalig von Srinivasan (1982) unter Anwendung des Excimerlasers auf harten Kunststoffen beschrieben. Der Laserstrahl kann durch Glasfasern geleitet werden. Da diese Gerätekombination möglicherweise in der Hartgewebschirurgie, damit auch in der Unfallchirurgie neue Anwendungsmöglichkeiten erschließt, wurden die photothermischen Effekte des Excimerlasers an Meniskus- und Knochengewebe überprüft

Laser als Ersatz für Säge und Schere in der Unfallchirurgie? : eine vergleichende experimentelle Studie

Die Entwickung des Excimerlasers und dessen athermischer Abtragungsvorgang (Photoablation) eröffnen viele Möglichkeiten des Einsatzes in dem Gebiet der Unfallchirurgie, seitdem es mit Hilfe eines speziellen Einkoppelverfahrens gelungen ist, sehr hohe Strahlintensitäten durch Glasfasern zu transportieren. Die Charakteristika von Schnitten und Bohrungen an avitalem Meniscusknorpel und Knochen, die wir zum Studium der Gewebetrennung mit Hilfe von fasergeführten Excimerlasern durchführten, sind vergleichbar zu konventionellen chirurgischen Methoden

Schneiden und Bohren von Knochen- und Knorpelgewebe mit Excimerlasern

Es stellte sich die experimentelle Aufgabe, zu prüfen, inwieweit Excimerlaser zum Schneiden und Bohren an Hartgewebe verwendbar sind. Der entscheidende Vorteil liegt in der im wesenlichen athermischen Gewebsabtragung. Immer im Hinblick auf eine spätere klinische Anwendung, vor allem in tiefgelegenen und komplikationsträchtigen Operationsgebieten, werden während der Experimente generell Quarzfasern zur Transmission der Laserpulse und XeCI-Excimerlaser der Wellenlänge 308 nm benutzt. Durch Spezialfasern mit trichterförmig ausgebildeter Einkoppelseite konnte eine erhebliche Steigerung der ausgekoppelten Laserenergie erzielt werden