Laser in der Medizin

Laser in der Medizin

 

Der Laser zeichnet sich gegenüber konventionellen Lichtquellen durch folgende Vorteile aus: spektrale Reinheit, d. h., Laserlicht hat eine feste Wellenlänge, Parallelität der Strahlung, welche daher gut fokussierbar (bündelbar) ist, und die Erzeugung kurzer energiereicher Pulse. Dadurch eignet er sich besonders gut für Anwendungen in der Medizin. Laser werden vor allem in den Bereichen Chirurgie, Augenheilkunde, Tumortherapie, Gynäkologie, Urologie, Dermatologie und HNO-Heilkunde eingesetzt. In der Medizin werden sowohl Gas- als auch Festkörperlaser verwendet. Grundsätzlich muss bei jeder Anwendung eines Lasers geklärt werden, ob der Einsatz im Gegensatz zu einer konventionellen Methode rentabel und weniger komplikationsbehaftet ist.

 

 Wirkungsmechanismen medizinischer Laserstrahlung

 

In der Medizin wird die Wirkung von Laserstrahlung, die auf Reflexion, Brechung und insbesondere Streuung und Absorption (Aufnahme) der Strahlung in biologischem Gewebe beruht, genutzt. Absorptionseffekte können nach Intensität und Einwirkzeit der Strahlung gegliedert werden.

 

Der thermische Effekt, der eine Erwärmung des Gewebes bewirkt, wird in der Lasermedizin am häufigsten benutzt. Ab etwa 60 ºC tritt eine Abtötung der Zellen und Gerinnung des Eiweiß (Koagulation) ein. Dieser Effekt verhindert Blutungen und sorgt für einen aseptischen (keimfreien) Wundverschluss. Bei 100 ºC tritt durch Verdampfung von Wasser die Austrocknung des Gewebes ein, bei höheren Temperaturen wird das Gewebe schließlich verkohlt und ab 300 ºC durch Vergasung abgetragen. Wird ein solcher Laserstrahl bewegt, erzeugt er einen Schnitt. Bei der Verdampfung und Vergasung ist eine höhere Intensität, dafür aber geringere Einwirkzeit der Laserstrahlung als bei der Koagulation erforderlich. Ein anderer Absorptionseffekt ist die Ablation. Dabei wird das bestrahlte Gewebe durch kurze Hochleistungspulse in den gasförmigen Zustand überführt, verdampft und dadurch abgetragen. Die Disruption ist ein Absorptionseffekt, der bei noch höheren Intensitäten stattfindet. Die Strahlung ist dabei so stark, dass Elektronen einzelner Atome gelöst werden. Somit entsteht ein sich ausdehnendes Plasma (Gemisch aus freien Elektronen, positiven Ionen und Neutralteilchen eines Gases), das wiederum eine Druckwelle erzeugt, die eine Amplitude bis zu 600 bar haben kann. Plasma und Druckwelle eignen sich zum Zerstören harter Stoffe. Ein weiterer Absorptionseffekt ist die photochemische Reaktion, bei der schwache Strahlung zur Auslösung chemischer Reaktionen im Gewebe benutzt wird.

 

Die Absorption ist abhängig von der Wellenlänge und der Art des Gewebes. Je größer die Absorption, desto geringer ist die Eindringtiefe der Strahlung und desto größer die Wirkung in einem bestimmten Volumen. Je nach Gewebeart und gewünschter Eindringtiefe ist somit die Wellenlänge und Intensität des Lasers zu wählen.

 

 Laserchirurgie

 

Das Schneiden von Gewebe mit einem Laserstrahl beruht auf dem thermischen Effekt oder der Ablation. Ein typischer Schneidlaser ist der CO₂-Laser (Kohlendioxidlaser). Er hat eine geringe Eindringtiefe und erzeugt deshalb einen präzisen Schnitt. Die Schnitttiefe beträgt je nach Leistung und Geschwindigkeit bis zu 10 mm. Um den Schnitt entsteht eine die Wunde verschließende Gerinnungszone.

 

Ein typisches CO₂-Lasersystem besteht aus einem Netzgerät, Gasvorratsflaschen für den Laser, dem eigentlichen Laserrohr mit Wasserkühlung, einem Spiegelgelenkarm zur Strahlführung, einem Handstück, einem Fußschalter und einem Rechner mit Bedienkonsole. Im Laserrohr wird der Laserstrahl erzeugt, der danach durch das Spiegelgelenksystem zum Handstück geführt wird. An der Bedienkonsole lässt sich die Leistung des Lasers und die Pulsdauer einstellen. Da der Infrarotstrahl des CO₂-Lasers unsichtbar ist, wird parallel ein roter Strahl eines schwachen Helium-Neon-Lasers mitgeführt.

 

 Laser in der Augenheilkunde

 

Ein Lasersystem in der Augenheilkunde besteht aus drei Strahlengängen: In dem ersten Strahlengang wird konventionelles Licht in das Innere des Auges gebracht, mit dem zweiten beobachtet der Arzt das innen ausgeleuchtete Auge und im dritten Strahlengang wird der eigentliche Laserstrahl parallel zum ersten oder zweiten eingekoppelt. Mithilfe von Lasern lassen sich z. B. Ablösungen der Netzhaut von der Lederhaut verhindern. Dazu wird die Netzhaut um eine Stelle, die sich bereits zu lösen beginnt, mittels mehrerer kleiner Punkte mit der Lederhaut durch Gerinnung »verschweißt«. Auch der graue Star, bei dem die Linse eingetrübt und verhärtet ist, kann mittels Lasertechnik behandelt werden. Die harte Linse wird mittels Ablation zerstört und durch ein künstliches Implantat ersetzt.