DE102009048027A1

DE102009048027A1 - Verfahren zur medizinischen Behandlung von Patienten

Info

Publication number: DE102009048027A1
Application number: DE200910048027
Authority: DE
Inventors: Olaf Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Elexxion Ag De
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2011038923A2; WO2011038923A3

Abstract

Bei einem Verfahren zur medizinischen Behandlung von Patienten mit einem Laserstrahl aus einem Halbleiter- bzw. Diodenlaser, wobei der Laserstrahl in Form von Pulsen (1.1 bis 1.6) auf den zu behandelnden Bereich appliziert wird, werden zwischen zwei Pulsen (1.1 bis 1.6) zumindest teilweise ein oder mehrere Zwischenpulse appliziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur medizinischen Behandlung von Patienten mit einem Laserstrahl aus einem Halbleiter- bzw. Diodenlaser, wobei der Laserstrahl in Form von Pulsen auf den zu behandelnden Bereich appliziert wird.
STAND DER TECHNIK
Lasersysteme stellen heute in der Medizin ein unverzichtbares Werkzeug dar. Sie ermöglichen ein präzises, punktgenaues und berührungsloses Arbeiten. Für medizinische Anwendungen gibt es eine Vielzahl von Lasersystemen. Von zentraler Bedeutung ist hierbei für jeden Laser sein aktives Medium, welches die Emissionswellenlänge vorgibt und somit das Einsatzgebiet des Lasers in der Medizin festlegt. Die Auswahl wird im wesentlichen durch die wellenlängenabhängige Absorption der Laserstrahlung im Gewebe getroffen.
Verschiedene Lasersysteme werden sowohl in der Humanmedizin, wie z. B. der Augenheilkunde, Dermatologie, plastischen Chirurgie, Gynäkologie, Neurochirurgie, Urologie und Zahnmedizin, als auch in der Tiermedizin eingesetzt. In der Zahnmedizin wird der Laser beispielsweise zur Behandlung von Parodontose und Zahnfleischerkrankungen sowie als Bohrer-Ersatz eingesetzt.
Grundlage der Erzeugung von Laserstrahlung ist immer die stimulierte Emission. Durch eine Anregung der Atome bzw. Moleküle im laseraktiven Medium erfolgt eine Besetzung höher gelegener Energieniveaus, welche für den Laserübergang verantwortlich sind. Ist die Anregung stark genug, um eine Übervölkerung des oberen Laserniveaus zu erzeugen (Pumpen), spricht man von einer Besetzungsinversion. Letztendlich kommt es, als Folge eines spontanen Emissionsüberganges zur stimulierten Emission, d. h. zu einer künstlich generierten Entvölkerung des oberen Laserniveaus und zur Abstrahlung von Laserstrahlen.
Das Verfahren, mit dem das Lasermedium angeregt wird, hängt vom verwendeten Lasermedium ab. Die drei wesentlichsten Anregungsarten sind

– Gasentladung, d. h., Plasmabildung bei Gaslasern
– optisches Pumpen bei Festkörperlasersystemen
– elektrisches Pumpen bei Diodenlaser

Bei den Diodenlasern werden Halbleiterkristalle als aktive Medien verwendet, die bei Anregung eine kohärente Strahlung im sichtbaren und im nahen infraroten Spektralbereich emittieren. In Halbleitern sind die Energiezustände der Elektronen nicht scharf, wie bei freien Atomen, sondern durch breite Bänder gegeben. Den Grundzustand bildet das Valenzband, den angeregten Zustand das Leistungsband. Die Anregung erfolgt üblicherweise am sogenannten pn-Übergang nach Anlegen einer äusseren Spannung. Die Elektronen werden vom Valenzband in das Leistungsband befördert, was zur Besetzungsinversion führt. Bei einer darauf folgenden stimulierten Emission kehren sie in das Valenzband zurück und senden dabei Licht aus. Die Emissionswellenlänge hängt vom energetischen Abstand zwischen Valenz- und Leistungsband ab, wobei sich der Bandabstand aus der Auswahl geeigneter Halbleiterverbindungen ergibt.
Diodenlaser werden in der Medizin seit Mitte der 90er Jahre eingesetzt. Die Hauptanwendungsgebiete sind Koagulation (Blutstillung), Chirurgie (Abtragen von Weichgewebe) und das Eliminieren von Krankheitserregern. Darüber hinaus können leistungsstarke Diodenlaser, wie sie beispielsweise in der DE 10 2004 006 932 beschrieben sind, auch zur Haarentfernung (Epilation) eingesetzt werden.
In der Zahnmedizin werden Diodenlaser für die chirurgische Schnittführung, die Abtötung von Keimen, die Softlasertherapie und zum Bleichen von Zähnen seit Mitte der 90er Jahre erfolgreich angesetzt. Während für alle benannten Anwendungen eine Leistung von 1 bis 3 Watt ausreichend ist, beeinflusst in der chirurgischen Schnittführung die Ausgangsleistung der Geräte die Schnittgeschwindigkeit. Hier ist somit eine höhere Ausgangsleistung wünschenswert. Die am Markt angebotenen Geräte erreichen jedoch nur eine Steigerung der Schnittgeschwindigkeit durch Ausgangsleistungen bis 15 Watt.
Diodenlaser sind in mehreren diskreten Wellenlängen erhältlich. Bekannt sind z. B. Wellenlängen von 635 nm (sichtbar, rot), 810 nm, 940 nm und 980 nm (alle Infrarot, unsichtbar) mit ausreichender Leistung für die beschriebenen Situationen. Darüber hinaus gibt es weitere Wellenlängen, die über eine ungenügende Ausgangsleistung für die beschriebenen Anwendungen besitzt.
In der Zahnmedizin werden hauptsächlich Diodenlaser von 810 nm und 980 nm eingesetzt.
Das Wirkungsprinzip dieser Diodenlaser am Patienten ist die Absorption des Laserlichts durch biologisches Gewebe. Die Absorption durch Wasser ist in diesem Wellenlängenbereich unerheblich (0,01% bis 0,1%). Der wesentliche Wirkmechanismus entsteht durch Absorption des Laserlichts durch Melanin (Haut) oder Hämoglobin (roter Blutfarbstoff). Die chirurgische Schnittführung mit einem Diodenlaser setzt also ein gut durchblutetes Gewebe voraus.
Anders als andere Lasersysteme (Gas- oder Festkörperlaser), welche in der Lage sind, optische Energie zu speichern und diese in einem kurzen Puls abzugeben, können Diodenlaser ähnlich wie eine Glühlampe, nur an- oder ausgeschaltet werden. Während ein Festkörperlaser wie ein Nd:YAG in kurzer Zeit (typischer Weise einige μs) einen Energieimpuls von mehr als ein Joule abgeben kann, der einer Spitzenleistung von mehreren 1000 Watt entspricht, kann der Diodenlaser nur mit einer maximalen Leistung (typischer Weise 2 bis 15 Watt) eingeschaltet werden. Geschieht dies über einen Zeitraum von einigen μs, wie beim Nd:YAG-Laser, werden auch nur Energien von einigen wenigen mJ erreicht. Diodenlaser werden daher in der medizinischen Anwendung meistens kontinuierlich (CW) oder mit relativ langen Quasi-Pulsen (einige ms) betrieben.
Für die thermische Wirkung auf das biologische Gewebe ist aber das zeitliche Energieabgabeverhalten enorm wichtig. Wird die Laserenergie in einem kurzen Puls abgegeben, ist die thermische Belastung für das Gewebe geringer. Bei extrem kurzen Pulsen im ns-fs-Bereich (Femtosekundenlaser) findet schliesslich überhaupt kein thermischer Energieübertrag auf das Gewebe mehr statt.
Beim Diodenlaser führt mit zunehmender Laserleistung, mit der sich zwar die Schnittgeschwindigkeit in der chirurgischen Anwendung steigern lässt, die thermische Belastung dazu, dass das Gewebe verbrennt. Dies wird als Carbonisierung bezeichnet und bedeutet: verkohltes Gewebe. Dadurch wird die Wundheilung gestört, es kommt zu toxischen Nebenprodukten. Der thermische Effekt der Carbonisierung limitiert also die maximal einsetzbare Laserleistung und damit die Schnittgeschwindigkeit.
Ein weiterer Aspekt der bisher bekannten Diodenlaser ist die schlechte Ankopplung der Laserstrahlung an das Gewebe. Je weniger Blutfarbstoff im Gewebe enthalten ist, desto weniger Laserstrahlung wird vom Gewebe absorbiert. In der zahnärztlichen Praxis ist dies häufig ein Problem, weil durch Anästhesiemittel die Durchblutung reduziert wird. Der Laserstrahl zeigt dann häufig keine oder nur eine schwache Reaktion auf dem bestrahlten Gewebe.
In der DE 10 2005 055 523 A1 wird ein Verfahren der o. g. Art beschrieben, bei dem der Laserstrahl in Form von Pulsen auf den zu behandelnden Bereich appliziert wird. Mit diesem Verfahren wurden hervorragende Ergebnisse erzielt.
AUFGABE
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren nach der DE 10 2005 055 523 A1 nochmals zu verbessern.
LÖSUNG DER AUFGABE
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass zwischen zwei Pulsen zumindest teilweise ein oder mehrere Zwischenpulse appliziert werden.
Durch die Zwischenpulse wird das Gewebe und natürlich auch der Patient quasi auf die eigentlichen Pulse vorbereitet, so dass das erfindungsgemässe Verfahren schonender und erträglicher verläuft. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass hierdurch auch das Verfahren beschleunigt wird. Es führt schneller zu einem gewünschten positiven Ergebnis.
Die Zwischenpulse können bevorzugt eine geringere Stärke als die eigentlichen Pulse aufweisen und kürzer sein.
FIGURENBESCHREIBUNG
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine diagrammartige Darstellung einer möglichen Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
2 eine diagrammartige Darstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens;
3 eine weitere diagrammartige Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.
Gemäss 1 ist die Energie, mit welcher ein erfindungsgemässer Diodenlaser betrieben wird in Watt, über der Zeit aufgezeigt. Dabei ist erkennbar, dass der Laserstrahl in Form von Pulsen 1.1 bzw. 1.2 ausgebracht wird. Zwischen den Pulsen 1.1 und 1.2 befindet sich ein pulsfreier Raum. Während dieser Zeit findet keine Applikation des Laserstrahls auf den zu behandelnden Bereich des Patienten statt. Die Pulse 1.1 und 1.2 werden mit etwa 30 Watt ausgebracht, die Dauer jedes Pulses 1.1 bzw. 1.2 beläuft sich auf ca. 16 μs und die Zeit zwischen den Pulsen 1.1 und 1.2 auf ca. 32 μs. Die Pulse haben eine weitgehend rechteckige Form.
Da die rechteckige Form bei einem Diodenlaser nur schwer zu erreichen ist, dürfte in der Regel nach dem erfindungsgemässen Verfahren die Pulse 1.3 und 1.4 in einer Form einer gausschen Kurve ausgegeben werden. Die ist in 2 dargestellt. Der Anstieg soll auf jeden Fall mit mehr als 0,1 Watt pro μs erfolgen, so dass eine relativ steile Glockenkurve entsteht. Der Abfall verläuft ähnlich.
In 3 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt. Hier wird der Strom bzw. die Energie immer kurz unterhalb eines Schwellwertes 2 gehalten, bei dem der Laser in Betrieb gehen würde. Dadurch wird die Zeit bis zum Ausbringen der Pulse 1.5 und 1.6 wesentlich verkürzt, so dass ein steilerer Anstieg der Glockenform der Kurve möglich ist, die sich schon beinahe der rechteckigen Form annähert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004006932 [0007]
DE 102005055523 A1 [0016, 0017]

Claims

Verfahren zur medizinischen Behandlung von Patienten mit einem Laserstrahl aus einem Halbleiter- bzw. Diodenlaser, wobei der Laserstrahl in Form von Pulsen (1.1 bis 1.6) auf den zu behandelnden Bereich appliziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Pulsen (1.1 bis 1.6) zumindest teilweise ein oder mehrere Zwischenpulse appliziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenpulse eine geringere Energie als die Pulse aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenpulse kürzer als die Pulse sind.