Excimer-Laser-Angioplastie 'leill: Gswcbceifekle eines Iiingkathetersysleiiis a n peripheren arlciliard-Karls-IJiiivi~rsiiiil 'l'iibiiigc.11
Lusammcniassung . . -- -- ... P
.-
An 28 Präparaten humaner Feinoralarterien von 1 4 Patienten und an 6 Aortensegmenten führten wir eine experinientellc Studie mit einem neucn Lascrkatlieter durch. Dieses Hingkathetersystc?rn ermöglicht mit 12 zirkulär angeordneten Quarzfasern und einem zentralen Lumen die Applikation von Energien bis 20 mJ über einen flexiblen 7F-Katheter in vivo. Der Lascr emittiert ultraviolettes Licht bei einer Wellcnlänge von 308 nm. einer Piilsbreite von 6 0 n s und einer f;requeriz von 2 bis 40 Hz. Die Energiedichtc? der Einzelfasern beträgt 5 J/cm%nd überschreitet die ablative Schwelle für Kalk. Histologisch zeigt sich, abhängig von der Gewebebescliaffenheit, eine Abtragung von 1 bis 2,4pm Gewebe pro Puls. Dic experimentell ermittelte Vorschubgeschwindigkeit bei einem kalzifizierten Verschluß der A. femoralis superficialis beträgt bei 20 Hz und einer Energietransmission von 20 mJ 3-5 mm/ Minute. Die Perforationszeiten der Gefäßwand schwanken bei rechtwinkligem Anstellgrad des Endes des 1,ascrkatheters je nach Grad der Gefaßatherosklerose zwischen 9 und 116scc (20 inJ). Die Randbcreiche werden nur minimal thcrmisch alteriert.
Einleitung -
.- ..
Die moderne perkutane intravasale Therapic der arteriellen Verschlußkrankheit mit gepulsten Lasern beruht auf dem Prinzip der Photoablation. Dieser Effekt tritt bei Pulsdauern im Nanosekundenbereich und der damit verbundenen hohen Leistungsdichte auf. Die Photoablation oder auch Photodekomposition wurde erstmals bei UV-Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm und enger Pulsbreite beobachtet (22, 23). Bei den derzeit verfügbaren Geräteparametern der Excirner-Laser führt die sehr hohe Photonendichte in einem räumlich begrenzten Bereich zu einer Erhitzung und explosionsartigen Volumenausdehnung der Gewebe. Dies induziert einen schock- oder stoßwellenartigen Prozeß mit einer Mikrofragmeritation des Materials. Es wird erwogen, ob eine Wärmeübertragung auf umgebende Strukturen aufgrund -
Fort,schr.Rönlgeiistr. 152.2 (1990) 163-1 67 O GeorgThieme Verlag Stuttgart . New York
Excimer-laser-angioplasty(Part I) Tissue effects o f a ringcatheter system in yeripheral . -- artories .~
We have c:arried out an experimental study using n ncw laser catheter on 28 cadaver femoral arteries in 14 subjects and on six aortas. This ring catheter system consisls of 1 2 circular quartz fibres with a central lumen and allows the application of energies up to 20mJ through s 7F flcxible catheter in vivo. The lascr ernits ultraviolet light of a wave-length of 308nm. in pulses o i 6 0 n s iind a frequency of 2-40Hz. The energy within a single libre is 5 ~ / c m 'and exceeds the intensity reqiiired to ablate calcifications. Histologically it has beeri shown that, depending on the type of tissue, 1 to 2.4 yni of tissue per pulse is removed. Experimentally, rate of progress in a calcified occlusive lesion in the femoral artery, using 20Hz and energy transmission of 20mJ. was 3 to 5 mm per minute. Perforation of vessel wall if the catheter tip was at right angles to it depended on the degree of atherosclerosis and was between ninc and 116 seconds. Marginally, there was only minimal thermal damage.
der extrem kurzen Pulsdauer des Excinier-Lasers nicht auftreten kann (1). Pathologisch-anatornischdokumentierten elektronenoptische Ilntersuchungen eine Zerstörung von Zellorganellen, z. B. der Mitochondrien (26). Ermutigende In-vitro- und In-vivo-Resultate liegen für die ..bare fiber4'-Technik vor. das heißt für den Ilmgang mit einer iingeschützt das Laserlicht leitenden Faser (9, 13). Ziel dieser Untersuchung ist die Bestinimung der morphologischen Effekte der perkutanen transluminalen Excimer-Laser-Angioplastiemit einem neu entwickelten Multifaserkatheter auf makroskopischer und histologischer Grundlage. Wegen der großen klinischen Relevanz wurde besonderes Augenmerk auf die PerTorationseigenschaften des Systems gelegt (5). Experimentelle Untersuchungen über das Perforationsverhalten von Ringkathetern bei der peripheren Angioplastie mit ExcimerLasern liegen bisher nicht vor.
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' Instii.ut iür
Ergebnisse
-
Es wurden 28 Segnieiile der Femoralarterien v i i i i 14 Pa(it?ritrri t)iiliieii 12 Stunden nach 'l'odcscintritt crdci.
Amputation untersucht. 1)ic Aa. fcnioialos wurdr+ii iiiiverselirl i r i cincr L.ängr von 15- 20cin cntnomineii. Drei cler Fenioralpräpara1.e \Z~~PSPIItotale orl(.r siibtoiale Okklusionen a u i Dic Vcrschluß Iängeri betrugen 2. Y und I 8 c m . Zusätzlich wurden h Segiiiiiiiie von 3 abdomincllcn Aorten bearbeitet. Die Präparate wurden vorher iiiit physiologisctier Roclisalzlösung gespült. um Blut und I Ii i i c t ~ t Gewebstrürnmer zu eiitferncri. An,jedem Scgmeiit M ~ U ~ ~ Riii aiifgcschnittcncrn Ziistand 2 Pcrl'oratioiieii iiiil dein Laserkatheter bei 10 und 20 n1.1erzeugt. Die statistische Auswertiing dcr Pcrrorationszeiten erfolgte iiiit dem t-'l'cst. 13ci den Gel'iil~verscliliisseii ergab sich dcr Sondcnvoiscliub aus der %eiI.iriessiiiigder Kütlietcrpassnge bei iiiaiiuell gesteiierleiri lockeren Probenkontakt mit d r m Okklusionsende. Der eingesetzte Xenonchlorid-Excimcr-Lascr (Modell M i m 10. 'i'echnolas Lascr'l'cchnik (;nibll. Criil'elfiiig) eriiitticrt irn UV-Spektrum Licht einer Wellenlänge von 308 nm. Das Fibereiiikoppelsysteiii besieht aus einem 'l'rägcr m i t Umlcnk- und Fokussierungsoptik sowie Adaptern iür vorschiedeiie Katlielrrgrößcn. Vcrwnndct wiirde ein n r i i aiitwickeltes 7F-(Außendurchiiiesser 2,4111iii)-Riiigkaltietersystem m i t einer nutzbarcn Lange von 80cm (Gesamtlänge 3m). das dic Aufnahme eines 0.44 iririioder 0.50mm-Führungsdrahtes gestaliet. n i e l.aserenergie wird über 12 7.irk11lfirarigeordiieie Qunrzfasern mit eincm Qucrschniit von je 20011m auf die athcrosklcrotischc Lasion ijbertrageii. Die optischcn Pascrn sind von eineiii biokorripatiblen Kunststolf iimgeben und aii den Enden miteinander verklebt. Die am Laserkopr geinesseiie Laserausgangsriiergie liegt bei rriaximal 150 mJ. Aufgrund von Verlusten (Umlenkspiegel etc.) liegt sie unmittelbar vor Pibereinkopplung bei maximal 80-90m.J pro Puls. Die effektiv traiisrniltierte Laserenergie am distaleii Eiide des Ringkathetersystems wurde vor und nach Laserbestrahlung mittels eines Energicmcßgcrätes kalibriert. Die ctrcktivc Energie der Laserbestrnliluiig betrug jeweils 10 und 20 m.1. die Piilsdaiier 60 11s. Dic Kalibrierung erlnlgte bei eiiier WiederholfrequenZ von 2 Hz. wälirerid die Untersiichungsfrequcnz 20 Hz betnig. Das distale Ende des Ringkathctcrs wurde senkreclit auf dic intimalc Oberfläche der CelXßwand oder das Verschlußende aulpesetzt. Eiii Pulszäliler registrierte die Pulsgesamtzahl bis zum Eintritt der Gefißwandperforation bzw. Überwindung des Verschlusses. Dicscr Zcitpunkt wurde optisch niittels Fluoreszenzpapier erfal3t. Nach Markierung der Perioraliorisstellen wurden die sichtbarer) Kraterberaridungen makroskopisch auf das Vorliegen von Cewebswandverfärbungen kontrolliert. Die Gefäße wurdcn i n 10%iger Formaldehydlösung fixiert und i n ParaiIiri eirigebettet. Nach einer sequentiellen. senkrecht zum Gefal3lumcn angefertigten Schnittfolge erfolgte die Färbung m i t HämatoxylinEosin (HE) und IElastica vnn Gieson. Die GeEiDwanddicke wurde als der Abstand von der Iiitinia bis zur Lamina elastica externa gemessen. Die Differenzierunrr von Schnittartcfaktcn und GeEiLjwandpcrforationen gelang aufgriind der Multiplizität der Lasereffekte bei einen1 Multifaserkatheter i n aneinandergrenzendcn Schnitten. Die durch den Laser induzicrtc ~crforatio~sstelle oder dcr Grad dcr Reststenose der GeEißversclilüsse. das heißt die Tiefe iirid Weite der Ablationsdeiekte wurden an einer Mikromctriccinrichtung (Mikroskop Modell Univar. Fa. Rcichcrt .Jung: MeBplatte Bitpad One, Fa. Suinmagrapliics) bestiniiiit. Die liclit.rnikroskopische Uritersiichurig der Gefäßwände nach Laserexposition crfolgtc mit 10- bis 140facher Vcrgrößcrung: vcrglcichcnd wurden unversehrte Waiidniiteile beurteilt.
~
Die Gcfaßwände d e r Aa. reniorales supcrficiales hatten eiric: StHrkc v o n d ~ i r c h s c h n i t t l i c l i1 .02 rrirri (0.9 - 1.15 m n i ) . Die Aortc:nwanddicke b e t r u g i m M i t t e l I.7G m m (1,35-2.46 m m ) . Der Durchmcsscr d e r Perforatioriskanaln des I.aserriiigkatheters b t ? t r i i g i m Mittel 2.5 mrri. Die Perforationszeiten d e r F e n i o r a l a r t e r i e n schwankten b e i r e c h t w i i i k l i g e m Anstcllgrnd des distalen Eridos des 1.aserkatheters n a c h d e m Grad dcr Angiosklerose b e i c!inor Energietransinission v o n 2 0 m . l z w i s c h c n m i n i m a l 9 s bei n i c h t atherosklerotisclieii Gefäßen l i n d m a x i m a l 116 s b e i vorkalkten Plaques Cl'ab. 1 a U. b). B e i H a l b i e r u n g d e r Energietransmission p r o Laserpiils w u r d e eine 1.9fach verlängerte E x p o s i t i o n s d a ~ i e bis r z u r Perforation d e r G r f a ß w a n d festgestellt. Kalzilizicrtci A t h e r o m e erforderten z u r Abtragung u m d e n F a k t o r 1.5 b i s 3 Iängerc Zeiten d e r Energieabgabe. T)ie 6 Aortensegmenle zeigten b e i einer Energietransmission v o n 2 0 m J eine m i t t l e r e Perforationszeit v o n 55 s u n d b e i einer Encrgie v o n 10 m J eine Pert'orationszeit v o n 185 s. D i e aus d e r experimentell e r m i t t e l t e n E i n dringtiefe rectiiierisch ermittelte Vorschubgeschwindigkeit b e i histologisch hochgradig kalzifiziert erscheinenden Verschlüssen d e r A. femoralis superficialis b e t r ä g t i n Abhängigkeit v o m G r a d d e r Kalzifizierung des Vcrschliissec 0,3 b i s O,Scm/Minute. Die Schnitlserien zeigen e i n e relativ glatte B e r a n d u n g des Schußkanales m i t streckenweisen Wandunregelmäßigkeiten. D i e Weite des Schußkanales entsprach d e m Durchmesser des 1.aserkatheters. Dic m i t d e m Excimer-Laser behandelten C;ewebsoberflächen zei@en k r a t e r f ö r m i g e Strukturdefekte mit glatter Oberfläche (Abb. I ) . Jeder Laserpuls b e w i r k t eine Ablationstiefe v o n 2.4 p m bei n i c h t v e r k a l k t e m Gewebe bci einer Energietrarismission v o n 1.66 m J p r o 200 pin Einzelf'aser. D i e H a l b i e r u n g d e r E n e r g i e ü b e r t r a g u n g auf 0.83 n i J p r o Puls reduziert d i e Stärke d e r abgetra-
Tab. 1a Perforationsdauer der Gefäßwandvon humanen Femoralarterien ohne Atheroskleroseoder mit fettigen Atheromen bei Exposition mit 10 und 20 rnJ gepulster Excimer-Laserenergie(p< 0,02). ~
-
Energietransmission(mJ) 10 20
1
Anzahl der Präparate(n) Perforationszeiten(s) mittlere Perforationsdauer (s) Standardabweichung P -
.
.-
I
7
20- 160 78 48
1 7 9-72 40,8 21
Tab. 1 b Perforationsdauer der Gefäßwandvon humanen Fernoralarterien mit verkalkten Plaques bei Expositionmit 10 und 20mlgepulster ExcimerLaserenergie(p< 0,005).
Energietransinission(mJ) 10 20
1
Anzahl der Präparate (n) Perforationszeiten(s) mittlere Perforationsdauer (s) Standardabweichung
7 67-203 120,6 57
7 24-1 16 63,l 33
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M a t e r i a l u n d Metliode
Abb.2 Aortenwand (human). Atheromatoses Beet. Tangentialer Anschnitt von vier benachbarten E~nzelkraternnach 100 Excimer-Laserpulsen(20 mJ)mit dem Multifasersystem. Außerer Kraterrand intensiv braunlich-schmale thermische Schädigungszone (EvG, x80).
Abb. 3 Distales Ende eines Ringkathelers (7F)furdie perkutane periphere ExcimerLaserangioplastie. 12 konzentrisch angeordnete Quarzfasern (200 Pm Durchmesser). Zentrales Lumen fur 0 , 0 2 0 Führungsdraht (x21).
genen C;owebsschicht aiir 1,4 kirri. Bei Vorliegen kalzifizicrter Plaques nimmt dic Ablalionstiefe auf O,S ym (Energietrarisniission 1,G6 m.1) bzw. 0.45 kim (Encrgiotraiisrriission 0.83 niJ) ab. Dic Tiefe der Krater war der Dauer der Laserexposition direkl proportional. Dc.r durcli den Laserkatheter gcschafleiie Krater bestand aus inehreren kleineren Einzellumiria mit einer Woite von 235 rim (I 80-270 pin) (Abb. 2). Dieser Durchniesser ist gering gröljcr als der einzelner Quarzfascrn (200 ym)(Abb. 3). I r i 75 %der Fälle zeigten sich an der Grenze der 1,ascrablation bis 4pm breite lakunenähnlichc Ccwebsdeiekte. die nicht durch vorhandene Gewebsstruktureri begrenzt waren (Abb. I). Unterhalb der lakunc?narligen C;ewebsverand(irunger~waren hist,ologisch keinerlei Veränderungen der wandschichten crkonribar. Zeichen einer thermischen Schädigung konnten nur bei 2 5 % der Cd?ißpräparale gefunden werden. Hier fand sich cinc 10-15 ym breite. an die lakuriären Gewebsdcfektc grc:iizeride Koagulationsnekrosc?zone (Abb. 2). Dic an deri Perhrationsstellen durchgeführten Schnitte zeigten jeweils mehrere Schul3kariäle. verursacht durch die einzelnen Qiiarzfasern (Abb. 4). Im Zentriim von 18 Wandperforationon liel ein erhaltenes zentral(:s (;ewebsareal auf. Dicsci grobpartikulären Gewcbsolemenle wiesen einen Durchmesser von 0.83 bis 1,07 nirn (Mittelwert: 0.96 mrn) auf. I n keinem Fall trat oine mechanische Pcrk)ratioii der (;eraßwand auf.
Diskussion
-
Thermische Laser werden seit mehreren Jahren zur Rckanalisatioii stenosiertcr oder okkludierter Arterien cingeselzl (18. 19). Dies ist probleniatisch. da CcfiiOspasnieii, Perforationen, Thrombusformationen lind Enibolien beobachtet wiirdcn (2-4, 12, 20). Nehcn d(!r lherrnischei~Gewebepcnctralion gibt es eine mechanische Komponente der Gcläßwaridperforation bei der perkulanen Laser-Angioplastie. Die meisten bcobac:htet.eri Perforationen konnten auf die Verwendung von bloßen optischen Fiborn („bare libers") ohne Schutz des distalen 1:aserendcs zurückgeführt werden (2, 19). Nacli Einführungvon Kathc-
Abb.4 Femoraiarterie(hiiman). Fibroser Plaque. Gleichzeitige Gefaßwandperioration an zweistellen durch Einzelfaserschußkanale(Pfeile). Zentrales grobparlikuläresGewebestuckaufg~nddesfaserfreienzentralenKanalsdes Multifaserkatheters(EVG,x40).
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Abb. 1 Aortenwand (human). Fibroser Plaque. Konischzulaiifender Krater nach 600 Excimer-Laserpulsen(10 mJ). Glatter Defektrand ohne Karbonisation mit schmaler, unter der Oberfläche gelegener Lakunenbildung(EvG. ~ 1 4 0 ) .
Ia'iir cincn T
Lusammcniassung . . -- -- ... P
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An 28 Präparaten humaner Feinoralarterien von 1 4 Patienten und an 6 Aortensegmenten führten wir eine experinientellc Studie mit einem neucn Lascrkatlieter durch. Dieses Hingkathetersystc?rn ermöglicht mit 12 zirkulär angeordneten Quarzfasern und einem zentralen Lumen die Applikation von Energien bis 20 mJ über einen flexiblen 7F-Katheter in vivo. Der Lascr emittiert ultraviolettes Licht bei einer Wellcnlänge von 308 nm. einer Piilsbreite von 6 0 n s und einer f;requeriz von 2 bis 40 Hz. Die Energiedichtc? der Einzelfasern beträgt 5 J/cm%nd überschreitet die ablative Schwelle für Kalk. Histologisch zeigt sich, abhängig von der Gewebebescliaffenheit, eine Abtragung von 1 bis 2,4pm Gewebe pro Puls. Dic experimentell ermittelte Vorschubgeschwindigkeit bei einem kalzifizierten Verschluß der A. femoralis superficialis beträgt bei 20 Hz und einer Energietransmission von 20 mJ 3-5 mm/ Minute. Die Perforationszeiten der Gefäßwand schwanken bei rechtwinkligem Anstellgrad des Endes des 1,ascrkatheters je nach Grad der Gefaßatherosklerose zwischen 9 und 116scc (20 inJ). Die Randbcreiche werden nur minimal thcrmisch alteriert.
Einleitung -
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Die moderne perkutane intravasale Therapic der arteriellen Verschlußkrankheit mit gepulsten Lasern beruht auf dem Prinzip der Photoablation. Dieser Effekt tritt bei Pulsdauern im Nanosekundenbereich und der damit verbundenen hohen Leistungsdichte auf. Die Photoablation oder auch Photodekomposition wurde erstmals bei UV-Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm und enger Pulsbreite beobachtet (22, 23). Bei den derzeit verfügbaren Geräteparametern der Excirner-Laser führt die sehr hohe Photonendichte in einem räumlich begrenzten Bereich zu einer Erhitzung und explosionsartigen Volumenausdehnung der Gewebe. Dies induziert einen schock- oder stoßwellenartigen Prozeß mit einer Mikrofragmeritation des Materials. Es wird erwogen, ob eine Wärmeübertragung auf umgebende Strukturen aufgrund -
Fort,schr.Rönlgeiistr. 152.2 (1990) 163-1 67 O GeorgThieme Verlag Stuttgart . New York
Excimer-laser-angioplasty(Part I) Tissue effects o f a ringcatheter system in yeripheral . -- artories .~
We have c:arried out an experimental study using n ncw laser catheter on 28 cadaver femoral arteries in 14 subjects and on six aortas. This ring catheter system consisls of 1 2 circular quartz fibres with a central lumen and allows the application of energies up to 20mJ through s 7F flcxible catheter in vivo. The lascr ernits ultraviolet light of a wave-length of 308nm. in pulses o i 6 0 n s iind a frequency of 2-40Hz. The energy within a single libre is 5 ~ / c m 'and exceeds the intensity reqiiired to ablate calcifications. Histologically it has beeri shown that, depending on the type of tissue, 1 to 2.4 yni of tissue per pulse is removed. Experimentally, rate of progress in a calcified occlusive lesion in the femoral artery, using 20Hz and energy transmission of 20mJ. was 3 to 5 mm per minute. Perforation of vessel wall if the catheter tip was at right angles to it depended on the degree of atherosclerosis and was between ninc and 116 seconds. Marginally, there was only minimal thermal damage.
der extrem kurzen Pulsdauer des Excinier-Lasers nicht auftreten kann (1). Pathologisch-anatornischdokumentierten elektronenoptische Ilntersuchungen eine Zerstörung von Zellorganellen, z. B. der Mitochondrien (26). Ermutigende In-vitro- und In-vivo-Resultate liegen für die ..bare fiber4'-Technik vor. das heißt für den Ilmgang mit einer iingeschützt das Laserlicht leitenden Faser (9, 13). Ziel dieser Untersuchung ist die Bestinimung der morphologischen Effekte der perkutanen transluminalen Excimer-Laser-Angioplastiemit einem neu entwickelten Multifaserkatheter auf makroskopischer und histologischer Grundlage. Wegen der großen klinischen Relevanz wurde besonderes Augenmerk auf die PerTorationseigenschaften des Systems gelegt (5). Experimentelle Untersuchungen über das Perforationsverhalten von Ringkathetern bei der peripheren Angioplastie mit ExcimerLasern liegen bisher nicht vor.
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
' Instii.ut iür
Ergebnisse
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Es wurden 28 Segnieiile der Femoralarterien v i i i i 14 Pa(it?ritrri t)iiliieii 12 Stunden nach 'l'odcscintritt crdci.
Amputation untersucht. 1)ic Aa. fcnioialos wurdr+ii iiiiverselirl i r i cincr L.ängr von 15- 20cin cntnomineii. Drei cler Fenioralpräpara1.e \Z~~PSPIItotale orl(.r siibtoiale Okklusionen a u i Dic Vcrschluß Iängeri betrugen 2. Y und I 8 c m . Zusätzlich wurden h Segiiiiiiiie von 3 abdomincllcn Aorten bearbeitet. Die Präparate wurden vorher iiiit physiologisctier Roclisalzlösung gespült. um Blut und I Ii i i c t ~ t Gewebstrürnmer zu eiitferncri. An,jedem Scgmeiit M ~ U ~ ~ Riii aiifgcschnittcncrn Ziistand 2 Pcrl'oratioiieii iiiil dein Laserkatheter bei 10 und 20 n1.1erzeugt. Die statistische Auswertiing dcr Pcrrorationszeiten erfolgte iiiit dem t-'l'cst. 13ci den Gel'iil~verscliliisseii ergab sich dcr Sondcnvoiscliub aus der %eiI.iriessiiiigder Kütlietcrpassnge bei iiiaiiuell gesteiierleiri lockeren Probenkontakt mit d r m Okklusionsende. Der eingesetzte Xenonchlorid-Excimcr-Lascr (Modell M i m 10. 'i'echnolas Lascr'l'cchnik (;nibll. Criil'elfiiig) eriiitticrt irn UV-Spektrum Licht einer Wellenlänge von 308 nm. Das Fibereiiikoppelsysteiii besieht aus einem 'l'rägcr m i t Umlcnk- und Fokussierungsoptik sowie Adaptern iür vorschiedeiie Katlielrrgrößcn. Vcrwnndct wiirde ein n r i i aiitwickeltes 7F-(Außendurchiiiesser 2,4111iii)-Riiigkaltietersystem m i t einer nutzbarcn Lange von 80cm (Gesamtlänge 3m). das dic Aufnahme eines 0.44 iririioder 0.50mm-Führungsdrahtes gestaliet. n i e l.aserenergie wird über 12 7.irk11lfirarigeordiieie Qunrzfasern mit eincm Qucrschniit von je 20011m auf die athcrosklcrotischc Lasion ijbertrageii. Die optischcn Pascrn sind von eineiii biokorripatiblen Kunststolf iimgeben und aii den Enden miteinander verklebt. Die am Laserkopr geinesseiie Laserausgangsriiergie liegt bei rriaximal 150 mJ. Aufgrund von Verlusten (Umlenkspiegel etc.) liegt sie unmittelbar vor Pibereinkopplung bei maximal 80-90m.J pro Puls. Die effektiv traiisrniltierte Laserenergie am distaleii Eiide des Ringkathetersystems wurde vor und nach Laserbestrahlung mittels eines Energicmcßgcrätes kalibriert. Die ctrcktivc Energie der Laserbestrnliluiig betrug jeweils 10 und 20 m.1. die Piilsdaiier 60 11s. Dic Kalibrierung erlnlgte bei eiiier WiederholfrequenZ von 2 Hz. wälirerid die Untersiichungsfrequcnz 20 Hz betnig. Das distale Ende des Ringkathctcrs wurde senkreclit auf dic intimalc Oberfläche der CelXßwand oder das Verschlußende aulpesetzt. Eiii Pulszäliler registrierte die Pulsgesamtzahl bis zum Eintritt der Gefißwandperforation bzw. Überwindung des Verschlusses. Dicscr Zcitpunkt wurde optisch niittels Fluoreszenzpapier erfal3t. Nach Markierung der Perioraliorisstellen wurden die sichtbarer) Kraterberaridungen makroskopisch auf das Vorliegen von Cewebswandverfärbungen kontrolliert. Die Gefäße wurdcn i n 10%iger Formaldehydlösung fixiert und i n ParaiIiri eirigebettet. Nach einer sequentiellen. senkrecht zum Gefal3lumcn angefertigten Schnittfolge erfolgte die Färbung m i t HämatoxylinEosin (HE) und IElastica vnn Gieson. Die GeEiDwanddicke wurde als der Abstand von der Iiitinia bis zur Lamina elastica externa gemessen. Die Differenzierunrr von Schnittartcfaktcn und GeEiLjwandpcrforationen gelang aufgriind der Multiplizität der Lasereffekte bei einen1 Multifaserkatheter i n aneinandergrenzendcn Schnitten. Die durch den Laser induzicrtc ~crforatio~sstelle oder dcr Grad dcr Reststenose der GeEißversclilüsse. das heißt die Tiefe iirid Weite der Ablationsdeiekte wurden an einer Mikromctriccinrichtung (Mikroskop Modell Univar. Fa. Rcichcrt .Jung: MeBplatte Bitpad One, Fa. Suinmagrapliics) bestiniiiit. Die liclit.rnikroskopische Uritersiichurig der Gefäßwände nach Laserexposition crfolgtc mit 10- bis 140facher Vcrgrößcrung: vcrglcichcnd wurden unversehrte Waiidniiteile beurteilt.
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Die Gcfaßwände d e r Aa. reniorales supcrficiales hatten eiric: StHrkc v o n d ~ i r c h s c h n i t t l i c l i1 .02 rrirri (0.9 - 1.15 m n i ) . Die Aortc:nwanddicke b e t r u g i m M i t t e l I.7G m m (1,35-2.46 m m ) . Der Durchmcsscr d e r Perforatioriskanaln des I.aserriiigkatheters b t ? t r i i g i m Mittel 2.5 mrri. Die Perforationszeiten d e r F e n i o r a l a r t e r i e n schwankten b e i r e c h t w i i i k l i g e m Anstcllgrnd des distalen Eridos des 1.aserkatheters n a c h d e m Grad dcr Angiosklerose b e i c!inor Energietransinission v o n 2 0 m . l z w i s c h c n m i n i m a l 9 s bei n i c h t atherosklerotisclieii Gefäßen l i n d m a x i m a l 116 s b e i vorkalkten Plaques Cl'ab. 1 a U. b). B e i H a l b i e r u n g d e r Energietransmission p r o Laserpiils w u r d e eine 1.9fach verlängerte E x p o s i t i o n s d a ~ i e bis r z u r Perforation d e r G r f a ß w a n d festgestellt. Kalzilizicrtci A t h e r o m e erforderten z u r Abtragung u m d e n F a k t o r 1.5 b i s 3 Iängerc Zeiten d e r Energieabgabe. T)ie 6 Aortensegmenle zeigten b e i einer Energietransmission v o n 2 0 m J eine m i t t l e r e Perforationszeit v o n 55 s u n d b e i einer Encrgie v o n 10 m J eine Pert'orationszeit v o n 185 s. D i e aus d e r experimentell e r m i t t e l t e n E i n dringtiefe rectiiierisch ermittelte Vorschubgeschwindigkeit b e i histologisch hochgradig kalzifiziert erscheinenden Verschlüssen d e r A. femoralis superficialis b e t r ä g t i n Abhängigkeit v o m G r a d d e r Kalzifizierung des Vcrschliissec 0,3 b i s O,Scm/Minute. Die Schnitlserien zeigen e i n e relativ glatte B e r a n d u n g des Schußkanales m i t streckenweisen Wandunregelmäßigkeiten. D i e Weite des Schußkanales entsprach d e m Durchmesser des 1.aserkatheters. Dic m i t d e m Excimer-Laser behandelten C;ewebsoberflächen zei@en k r a t e r f ö r m i g e Strukturdefekte mit glatter Oberfläche (Abb. I ) . Jeder Laserpuls b e w i r k t eine Ablationstiefe v o n 2.4 p m bei n i c h t v e r k a l k t e m Gewebe bci einer Energietrarismission v o n 1.66 m J p r o 200 pin Einzelf'aser. D i e H a l b i e r u n g d e r E n e r g i e ü b e r t r a g u n g auf 0.83 n i J p r o Puls reduziert d i e Stärke d e r abgetra-
Tab. 1a Perforationsdauer der Gefäßwandvon humanen Femoralarterien ohne Atheroskleroseoder mit fettigen Atheromen bei Exposition mit 10 und 20 rnJ gepulster Excimer-Laserenergie(p< 0,02). ~
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Energietransmission(mJ) 10 20
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Anzahl der Präparate(n) Perforationszeiten(s) mittlere Perforationsdauer (s) Standardabweichung P -
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20- 160 78 48
1 7 9-72 40,8 21
Tab. 1 b Perforationsdauer der Gefäßwandvon humanen Fernoralarterien mit verkalkten Plaques bei Expositionmit 10 und 20mlgepulster ExcimerLaserenergie(p< 0,005).
Energietransinission(mJ) 10 20
1
Anzahl der Präparate (n) Perforationszeiten(s) mittlere Perforationsdauer (s) Standardabweichung
7 67-203 120,6 57
7 24-1 16 63,l 33
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M a t e r i a l u n d Metliode
Abb.2 Aortenwand (human). Atheromatoses Beet. Tangentialer Anschnitt von vier benachbarten E~nzelkraternnach 100 Excimer-Laserpulsen(20 mJ)mit dem Multifasersystem. Außerer Kraterrand intensiv braunlich-schmale thermische Schädigungszone (EvG, x80).
Abb. 3 Distales Ende eines Ringkathelers (7F)furdie perkutane periphere ExcimerLaserangioplastie. 12 konzentrisch angeordnete Quarzfasern (200 Pm Durchmesser). Zentrales Lumen fur 0 , 0 2 0 Führungsdraht (x21).
genen C;owebsschicht aiir 1,4 kirri. Bei Vorliegen kalzifizicrter Plaques nimmt dic Ablalionstiefe auf O,S ym (Energietrarisniission 1,G6 m.1) bzw. 0.45 kim (Encrgiotraiisrriission 0.83 niJ) ab. Dic Tiefe der Krater war der Dauer der Laserexposition direkl proportional. Dc.r durcli den Laserkatheter gcschafleiie Krater bestand aus inehreren kleineren Einzellumiria mit einer Woite von 235 rim (I 80-270 pin) (Abb. 2). Dieser Durchniesser ist gering gröljcr als der einzelner Quarzfascrn (200 ym)(Abb. 3). I r i 75 %der Fälle zeigten sich an der Grenze der 1,ascrablation bis 4pm breite lakunenähnlichc Ccwebsdeiekte. die nicht durch vorhandene Gewebsstruktureri begrenzt waren (Abb. I). Unterhalb der lakunc?narligen C;ewebsverand(irunger~waren hist,ologisch keinerlei Veränderungen der wandschichten crkonribar. Zeichen einer thermischen Schädigung konnten nur bei 2 5 % der Cd?ißpräparale gefunden werden. Hier fand sich cinc 10-15 ym breite. an die lakuriären Gewebsdcfektc grc:iizeride Koagulationsnekrosc?zone (Abb. 2). Dic an deri Perhrationsstellen durchgeführten Schnitte zeigten jeweils mehrere Schul3kariäle. verursacht durch die einzelnen Qiiarzfasern (Abb. 4). Im Zentriim von 18 Wandperforationon liel ein erhaltenes zentral(:s (;ewebsareal auf. Dicsci grobpartikulären Gewcbsolemenle wiesen einen Durchmesser von 0.83 bis 1,07 nirn (Mittelwert: 0.96 mrn) auf. I n keinem Fall trat oine mechanische Pcrk)ratioii der (;eraßwand auf.
Diskussion
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Thermische Laser werden seit mehreren Jahren zur Rckanalisatioii stenosiertcr oder okkludierter Arterien cingeselzl (18. 19). Dies ist probleniatisch. da CcfiiOspasnieii, Perforationen, Thrombusformationen lind Enibolien beobachtet wiirdcn (2-4, 12, 20). Nehcn d(!r lherrnischei~Gewebepcnctralion gibt es eine mechanische Komponente der Gcläßwaridperforation bei der perkulanen Laser-Angioplastie. Die meisten bcobac:htet.eri Perforationen konnten auf die Verwendung von bloßen optischen Fiborn („bare libers") ohne Schutz des distalen 1:aserendcs zurückgeführt werden (2, 19). Nacli Einführungvon Kathc-
Abb.4 Femoraiarterie(hiiman). Fibroser Plaque. Gleichzeitige Gefaßwandperioration an zweistellen durch Einzelfaserschußkanale(Pfeile). Zentrales grobparlikuläresGewebestuckaufg~nddesfaserfreienzentralenKanalsdes Multifaserkatheters(EVG,x40).
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Abb. 1 Aortenwand (human). Fibroser Plaque. Konischzulaiifender Krater nach 600 Excimer-Laserpulsen(10 mJ). Glatter Defektrand ohne Karbonisation mit schmaler, unter der Oberfläche gelegener Lakunenbildung(EvG. ~ 1 4 0 ) .
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