Laser statt Knochensäge im OP / Implantate hemmen Infektionen

Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research) aus Bonn stellt vom 21.-24.11. auf der Medica in Düsseldorf neue medizinische Laserverfahren vor (Halle 14, Stand E18, Wissenschaftsregion Bonn). caesar entwickelt ein CO₂-Laser­system, mit dem unter 200 µm feine Schnitte durch Knochengewebe möglich sind, sowie ein holografisches System zur dreidimensionalen Vermessung von Gesichtsprofilen. Eine weitere Forschungsgruppe präsentiert neue Implantatmaterialien, die gefährliche Fremdkörperinfektionen reduzieren und besser körperverträglich sind. Der Laserstrahl ist ein ideales Werkzeug für die computerunterstützte Chirurgie – eines der drei Schwerpunktthemen von caesar. Die Schnittführung ist frei wählbar, die Schnittbreite viel kleiner als bei der traditionellen Säge und es gibt keinen Metallabrieb, der z. B. Kernspinaufnahmen verfälscht. Bisher schei­terte der Lasereinsatz an Knochengewebe an zu großen thermischen Nebenwir­kun­gen. Das von caesar optimierte Kurzpuls-CO_2- Lasersystem arbeitet in Kombi­nation mit einem Strahlscanner und feinem Luft-Wasserspray. Damit sind die thermischen Schäden jetzt weit geringer als bei konventionellen Sägen. Bei relativ niedriger Temperatur wird die Knochenflüssigkeit explosionsartig verdampft, ohne dass Knochensubstanz schmilzt oder karbonisiert. Laserschnitte von beliebiger Konfi­guration und Tiefe sind mit Hilfe des speziell entwickelten Scanverfahrens möglich. Wichtige Anwendungsgebiete werden die Orthopädie (Implantate), Neurochirurgie (Schädelöffnung) und Thoraxchirurgie (Sternum) sein.

Eine zweite Entwicklung der Arbeitsgruppe „Holografie und Lasertechnologie ist ein System zur hochauflösenden dreidimensionalen Gesichtsprofilvermes­sung. Es soll dazu dienen, z.B. in der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie oder plas­tischen Chirurgie exakte 3D-Computermodelle der Patienten zu erstellen, mit deren Hilfe eine bessere Ope­rationsplanung und -prognose mög­lich ist. Das gewählte holografische Auf­nahmeprinzip und der Einsatz eines ge­pulsten Lasersystems ermöglichen die extrem kurze Belichtungszeit von 25 ns. Damit ist garantiert, dass die Bilder nicht verwackeln, wie es bei den kon­ventionellen Aufnahmemethoden vor­kommt. Es muss nur eine einzige hologra­fische Port­raitaufnahme des Patien­ten erstellt werden. Die darin gespeicherte dreidimen­sionale Oberflächenin­formation wird nach der Aufnahme mit einem Laser optisch ausgelesen und mit einer Digitalkamera schichtweise aufge­zeichnet. Aus den so gewonnenen Daten kann ein fotorealistisches 3D-Computermodell des Gesichtsprofils rekonstruiert werden.

Die Wissenschaftler kooperieren eng mit den caesar-Arbeitsgruppen „Surgical Simulation and Navigation“ und „Rapid Prototyping“. Ziel der Forschung sind leicht handhabbare computerunterstützte Verfahren für Chirurgen, die zukünf­tig die Qualität von Operationen verbessern helfen.

Am Messestand stellt außerdem die Arbeitsgruppe „Implantatmaterialien“ ihre Ergebnisse vor. Sie entwickelt in fachübergrei­fender Vernetzung von Biomate­rialwissenschaften, Infektiologie, Immunologie und klinischer Beobachtung bio­verträgliche Werkstoffe, die Biomaterial-assoziierte Infektionen reduzieren. Die Implantate wirken als „Slow-Release-Systeme“, d.h. sie geben gezielt geringe Mengen pharmazeuti­scher Substanzen ab. Kooperationspartner ist u.a. das Institut für Pharmazeutische Biologie der Universität Bonn. Erste Ergebnisse einer klinischen Pilotstudie zu antimikrobiell beschichteten Venenkathetern fallen sehr ermutigend aus. Es wurde eine Reduktion der Katheterbesiedelung um 90 Prozent erreicht – ein bisher weltweit einmaliges Ergebnis.

Ein weiteres Forschungsgebiet sind Fremdkörpermaterialien, die ohne Absto­ßungsreaktionen im umgebenden Gewebe integriert werden. Sie sollen in Zukunft beispielsweise die aseptische Hüftprothesenlockerung verringern und können damit eine längere Haltbarkeit dieser Implantate im Menschen errei­chen. Zu den besonders gefährdeten Implantaten zählen Ge­fäßprothesen, Katheter, Endoprothesen sowie das künstliche Herz.