Skip to main content
Log in

Lasertherapie in der Lunge: Biophysikalischer Hintergrund

Laser therapy of the lung: biophysical background

  • Perkutane Ablation von Lungenmetastasen
  • Published:
Der Radiologe Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Der Laser ist in der Lungenchirurgie ein bereits etabliertes Instrument. In diesem Beitrag werden speziell die biophysikalischen Hintergründe der laserinduzierten Thermotherapie (LITT) von Lungenmetastasen beschrieben. In der Gewebeoptik determinieren Absorption und Streuung die Eindringtiefe von Laserlicht. Diese Parameter verändern sich dynamisch während der Anwendung und bestimmen in Verbindung mit den thermischen Gewebeeigenschaften die maximal erzielbaren Destruktionsvolumina. Lokale Inhomogenitäten und der hohe Anteil luftgefüllter Hohlräume unterscheiden das Parenchym in dieser Hinsicht signifikant von dichteren Geweben. Neben einer Darstellung der beeinflussenden Parameter wird ein Überblick über die Therapieoptionen gegeben. Der Therapieerfolg hängt neben den genannten gewebeseitigen Parametern von Anzahl und Geometrie der Applikatoren und der applizierten Energie ab und kann mit komplexen Dosimetriemodellen im voraus kalkuliert werden.

Abstract

The laser is a well established surgical instrument in lung therapy. This report provides information on the biophysical basics of the laser-induced thermotherapy (LITT) of lung metastases. Optical properties like absorption and scattering determine the penetration depth of laser radiation in tissue. These parameters vary dynamically during the application and define in combination with thermal tissue properties the achievable destruction volume. Parenchyma behaves very differently compared to more dense tissues due to local inhomogenities and the large amount cavaties filled with air. Beside an account of the affecting parameters an overview of therapy options is given. Therapeutic results depend not only on the tissue properties but also on the technical equipment, e.g. the applicator design and the energy applied. Complex dosimetric models allow for a calculation of the lesion’s size in advance.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6
Abb. 7

Literatur

  1. Biederer J, Heller M (2003) Artificial thorax for MR imaging studies in porcine heart-lung preparations. Radiology 226(1):250–255

    PubMed  Google Scholar 

  2. Brookes J, Lees W, Bown SG (1997) Case report: interstitial laser photocoagulation for the treatment of lung cancer. Am J Roentgenol 168(2):357–358

    CAS  Google Scholar 

  3. Brudin Lh, Rhodes CG, Valind SO, Wollmer P, Hughes JMB (1987) Regional lung density and blood volume in nonsmoking and smoking subjects measured by PET. J Appl Physiol 63:1324–1334

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  4. Chhajed PN, Tamm M (2003) Radiofrequency heat ablation for lung tumors: potential applications. Med Sci Monitor 9(11):ED5–7

    Google Scholar 

  5. Drexl J, Knappe V, Hahn HK, Lehmann KS, Frericks B, Shin H, Peitgen HO (2004) Accuracy analysis of vessels segmentation for a LITT dosimetry planning system. Scientific workshop: medical robotics, navigation and visualization, Proceedingband

    Google Scholar 

  6. Dupuy DE, Mayo-Smith WW, Abbott GF, DiPetrillo T (2002) Clinical applications of radio-frequency tumor ablation in the thorax. RadioGraphics 22:259–269

    Google Scholar 

  7. Dupuy DE, Mayo-Smith WW, DiPetrillo T, Ridlen MS, Murphy BL, Cronan JJ (2001) Clinical experience of pulmonary radiofrequency ablation in 27 patients. Radiology 201(p):314

    Google Scholar 

  8. Fielding DI, Buonaccorsi G, Cowley G, Johnston AM, Hughes G, Hetzel MR, Bown SG (2001) Interstitial laser photocoagulation and interstitial photodynamic therapy of normal lung parenchyma in the pig. Lasers Med Sci 16:26–33

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  9. Fielding DI, Buonaccorsi G, Hanby AM, Hetzel MR, Bown SG (1998) Interstitial laser photocoagulation of normal lung parenchyma in rats. Thorax 53(8):692–697

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  10. Fielding DI, Giovanni A, Hanby AM, Hetzel MR, Bown SG (1996) Preclinical studies on the use of interstitial laser photocoagulation in the lung parenchyma. SPIE Proceedings 2922:354–361

    Google Scholar 

  11. Gaspar LE (1998) Brachytherapy in lung cancer. J Surg Oncol 67:60–70

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  12. Hautmann H, Busch M, Fischer R, Hauck R, Huber RM, Passlick B, Schmid L, Thetter O, Uhde C, Zimmermann F (2000) Palliative Therapie. In: Schalhorn A (Hrsg) Manual—Tumoren der Lunge und des Mediastinums. Tumorzentrum München. Zuckschwerdt, Bern Wien New York, S 91–95

  13. Hosten N, Stie A, Weigel C, Kirsch M, Puls R, Nerger U, Jahn D, Stoszczynski C, Heidecke CD, Speck U (2003) Laser-induzierte Thermotherapie (LITT) von Lungenmetastasen: Beschreibung eines miniaturisierten Applikators, Optimierung und erste Patientenbehandlungen. Fortschr Röntgenstr 175:393–400

    Google Scholar 

  14. Knappe V, Roggan A, Glotz M, Müller M, Ritz JP, Germer CT, Müller G (2001) New flexible applicators for laser-induced thermotherapy. Med Laser Appl 16:73–80

    Google Scholar 

  15. Lee JM, Youk JH, Kim YK, Han YM, Chung GH, Lee SY, Kim CS (2003) Radio-frequency thermal ablation with hypertonic saline solution injection of the lung: ex vivo and in vivo feasibility studies. Eur Radiol 13:2540–2547

    Article  PubMed  Google Scholar 

  16. Lee P, Kupeli E, Mehta AC (2002) Therapeutic bronchoscopy in lung cancer. Laser therapy, electrocautery, brachytherapy, stents, and photodynamic therapy. Clin Chest Med 23(1):241–256

    PubMed  Google Scholar 

  17. Meier S, Schenk A, Mildenberger P, Bourquain H, Pitton M, Thelen M (2004) Evaluation of a new software tool for the automatic volume calculation of hepatic tumors—first results. Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr 176(2):234–238

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  18. Mitchell HH, Hamilton TS, Stegerda FR, Bean HW (1945) The contents of the human body. J Biol Chem 158:625

    CAS  Google Scholar 

  19. Pastorino U, Buyse M, Friedel G (1997) Long-term results of lung metastasectomy: prognostic analyses based on 5206 cases. The International Registry of lung Metastases. J Thorac Cardiovasc Surg 113:37–49

    PubMed  Google Scholar 

  20. Risk J (2003) Optische Parameter von gesundem humanen Kolon-, Kolonkarzinomgewebe und kolorektalen Lebermetastasen—Evaluierung und Bedeutung für die Bestrahlungsplanung bei der laserinduzierten Thermotherapie (LITT). Dissertation aus der Abteilung für Allgemein-, Gefäß- und Thoraxchirurgie des Universitätsklinikum Benjamin Franklin, Freie Universität Berlin

  21. Roggan A (1997) Dosimetrie thermischer Laseranwendungen in der Medizin: Untersuchungen der optischen Gewebeeigenschaften und physikalisch-mathematische Modellentwicklung. In: Müller G, Berlien HP (Hrsg) Fortschritte in der Lasermedizin 16. ecomed, Landsberg/Lech

  22. Roggan A, Bindig U, Wäsche W, Zgoda F (1997) Wirkungsmechanismen von Laserstrahlung im biologischen Gewebe—Eigenschaften von biologischen Geweben. In: Berlien HP, Müller G (Hrsg) Angewandte Lasermedizin, 13. Erg. ecomed, Landsberg München Zürich, S II-3.1

  23. Roggan A, Knappe V, Ritz JP, Isbert C, Wacker F, Müller G (2000) 3D-Bestrahlungsplanung für die Laserinduzierte Thermotherapie (LITT). Z Med Phys 10:1–11

    Google Scholar 

  24. Rolle A, Koch R, Alpard SK, Zwischenberger JB (2002) Lobe-sparing resection of multiple pulmonary metastases with a new 1318-nm Nd:YAG laser—first 100 patients. Ann Thorac Surg 74(3):865–869

    Article  PubMed  Google Scholar 

  25. Sheski FD, Mathur PN (2000) Endoscopic treatment of early-stage lung cancer. Cancer Control 7(1): 35–44

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  26. Stroszczynski C, Gaffke G, Gnauck M, Puls R, Hosten N, Speck U, Ricke J, Oettle H, Hohenberger P, Felix R (2004) Aktueller Stand und Entwicklungen der Laserablation in der Tumortherapie. Radiologe 44(4):320–329

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  27. Sutedja TG, Postmus PE (1996) Photodynamic therapy in lung cancer. A review. J Photochem Photobiol B: Biology 36:199–204

    Google Scholar 

  28. Suzuki K, Moriyama N, Yokose T, Nakaya Y, Ishihara T, Niho S, Nagai K, Esumi H (1998) Preliminary study of percutaneous alcohol injection into the lung. Jpn J Cancer Res 89:89–96

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  29. Vogl TJ, Mack MG, Roggan A (2000) Magnetresonanztomographisch gesteuerte laserinduzierte Thermotherapie von Lebermetastasen. Dtsch Ärztebl 97(37):A2368–2390

    Google Scholar 

  30. Vogl TJ, Straub R, Eichler K, Sollner O, Mack MG (2004) Colorectal carcinoma metastases in liver: laser-induced interstitial thermotherapy—local tumor control rate and survival data. Radiology 230(2):450–458

    PubMed  Google Scholar 

Download references

Interessenkonflikt:

Der korrespondierende Autor versichert, dass keine Verbindungen mit einer Firma, deren Produkt in dem Artikel genannt ist, oder einer Firma, die ein Konkurrenzprodukt vertreibt, bestehen.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to V. Knappe.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Knappe, V., Mols, A. Lasertherapie in der Lunge: Biophysikalischer Hintergrund. Radiologe 44, 677–683 (2004). https://doi.org/10.1007/s00117-004-1070-4

Download citation

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00117-004-1070-4

Schlüsselwörter

Keywords

Navigation