Percutaneous laser-assisted resection of the aortic valve

  • Brinkmann, Ralf (Principal Investigator (PI))
  • Lutter, Georg (Principal Investigator (PI))

Project: DFG ProjectsDFG Individual Projects

Project Details

Description

Recently, heart valve mounted metal scaffolds (valved stents) can be implanted in the position of a stenotic aortic valve via innovative transcatheter technics, i.e. transapically or transfemorally. In order to avoid complications during those catheter interventions, the diseased native valve has to be resected before.To achieve this, the operative instruments as well as the surgical technique elaborated during the first funding period will be further developed and expanded at the Department of Cardiovascular Surgery, University Hospital, Campus Kiel.In parallel, at the Institute for Biomedical Optics of the University Lübeck the pulse energies of the laser system for minimally invasive cutting of heart valves will be further enhanced. This will realize a best possible cutting efficiency for calcified as well as non-calcified heart valve tissue.The developed instrumentation will be optimized in cooperate experiments on an in vivo porcine model and a post mortem human model. Furthermore, histological investigations of laser-tissue interactions will complete the proposed project.

Key findings

In diesem Projekt wurden drei verschiedene Laser Systeme (Ho:YAG, QS, CW; Tm:YAG; Blitzlampengepumpter Ho:YAG) hinsichtlich ihrer Schneidparameter von porcinem Aortenwand Gewebe und reseziertem, stark dem verkalkten, humanen Aortenklappen-Gewebe getestet. Untersucht wurden in dieser Studie die Wechselwirkungen der Laserstrahlung mit dem Gewebe und deren Schneidleistung bzw. Zerstörungsgrad. Weiterhin wurde die benötigte Zeit gemessen, um kalzifiziertes Gewebe zu durchtrennen. Bei der Ermittlung der Schneidparameter mit dem Ho-YAG-Laser zeigen sich die besten Ergebnisse bei leichtem Kontakt mit der Probe (soft-Kontakt). Ein optimales Verhältnis von Schnitttiefe zu Schnittpräzision wurde unter einem Winkel von 75° erreicht. Bei gleicher Leistung von 5 W zeigte der Tm:YAG Laser die besten Ergebnisse bezüglich der Schnitttiefe und der geringen Denaturierungszone. Nach einer Erhöhung der Nennleistung auf 15 W erzielte der Ho:YAG (cw) diesbezüglich die besseren Ergebnisse. Durch die Erhöhung der Leistung wurde ein Anstieg der Schnitttiefe von über 200% (cw) bis zu 300% (gepulst) zu den vorherigen 5W Leitung erreicht, während die Denaturierungs- und Karbonisierungszone nur leicht anstieg. Der Erhöhung der Leistung bewirkte hingegen bei dem Tm:YAG Laser nur einen Anstieg der Schnitttiefe von etwa 26%. Bei Weichgewebe ist die Schneidleistung des Gewebes im cw-Modus deutlich höher als mit dem gepulsten Laser. Beim Schneiden von kalzifizierten Herzklappen hingegen zeigt das entwickelte Ho:YAG Lasersystem Vorteile gegenüber den cw-Systemen. Eine Verbesserung der Schneideffizienz von kalzifizierten Aortenklappen und eine damit einhergehende schnellere Behandlung kann durch eine weitere Erhöhung der Pulsenergie erreicht werden. Zur Untersuchung der Resektionseffizienz wurde ein Resektionsinstrument entwickelt, das eine gemeinsame Faserführung mit dem Endoskop enthält. Zusätzlich ist ein Spül- Mechanismus integriert, mit dem abgetrenntes Gewebe abgesaugt werden kann. Aufgrund der inhomogenen Topographie des kalzifizierten Aortenklappengewebes war ein kontinuierlicher leichter Kontakt (soft-Kontakt) während des Schneidprozesses nicht umsetzbar. Die in-vitro Zeitmessung konnte keine signifikanten Unterschiede zwischen den Lasersystemen zeigen. Die Resektionszeit schwankte hierbei stark zwischen 24 s und 60 s. Die mittlere Resektionszeit betrug 38 s. Die Schnitteffizienz hängt hierbei im wesentlichen von der Faserführung ab. Ein Großteil der Zeit wird jedoch für das Einfangen der Segel benötigt. Eine optimierte Positionierung der Schnittkammer sollte in Zukunft eine sichere Resektion am schlagenden Herzen unter Anwendung des Rapid-Pacing-Verfahrens gewährleisten. Um dieses Ziel zu erreichen wäre ein Ansatz, eine weitere Endoskop-Kamera und eine OCT Sonde an die Spitze des Instrumentes zu setzen, um somit eine bessere visuelle Darstellung zu erhalten.
Statusfinished
Effective start/end date01.08.1331.07.18

Collaborative partners

  • University of Kiel (Joint applicant, Co-PI) (lead)

UN Sustainable Development Goals

In 2015, UN member states agreed to 17 global Sustainable Development Goals (SDGs) to end poverty, protect the planet and ensure prosperity for all. This project contributes towards the following SDG(s):

  • SDG 9 - Industry, Innovation, and Infrastructure

Research Areas and Centers

  • Academic Focus: Biomedical Engineering

DFG Research Classification Scheme

  • 205-26 Cardiothoracic and Vascular Surgery

Fingerprint

Explore the research topics touched on by this project. These labels are generated based on the underlying awards/grants. Together they form a unique fingerprint.