Lasertechnik: Laseranwendungen in der Medizin

Lasertechnik: Laseranwendungen in der Medizin

 

Bereits kurz nach der Entwicklung des ersten Lasers im Jahre 1960 wurden Behandlungen mit Lasern in der Medizin vorgenommen. Die ersten mit einem Laser behandelten Erkrankungen waren Feuermale, eine bestimmte Form von Muttermalen, und Netzhautablösungen. Seitdem hat sich dem Laser eine Vielzahl von Einsatzgebieten erschlossen, die sowohl eine Alternative für bisherige Behandlungsmöglichkeiten als auch gänzlich neue Therapieformen umfassen. Jahrtausendelang waren Messer und Skalpell das wichtigste Handwerkszeug der Chirurgen, heute wird auch der Laser als Schneideinstrument genutzt. Nicht nur in der Chirurgie, auch in vielen anderen Spezialgebieten, besonders in der Augenheilkunde, hat der Laser einen festen Platz eingenommen. Darüber hinaus wird der Laser auch zur Erkennung von Krankheiten, also in der Diagnostik, eingesetzt, um so beispielsweise Röntgenuntersuchungen einschränken zu können.

 

Beim Arbeiten mit dem Laser wird die zu behandelnde Stelle im Allgemeinen nicht berührt. Dadurch ist die Lasertherapie keimfrei und es kommt nur in den seltensten Fällen zu Blutungen. Dies alles macht diese Behandlungsform für die Patienten sicherer und angenehmer als viele andere Therapien; für den Arzt bedeutet die Blutlosigkeit unter anderem eine bessere Sicht auf die zu behandelnde Stelle. Darüber hinaus kann Laserstrahlung über dünne, flexible Lichtleiter und Endoskope ohne Operation »um alle Ecken« ins Körperinnere geleitet werden. Für die diagnostische und therapeutische Nutzung von Endoskopen hat sich der Begriff »minimal invasiv« eingebürgert, dies bedeutet »geringstmöglich eindringend«, steht also für eine möglichst schonende und wenig belastende Operationstechnik. Es kann allerdings derzeit noch nicht Laserstrahlung beliebiger Wellenlänge über Lichtleiter transportiert werden, CO₂-Laser können beispielsweise derzeit nur »äußerlich« angewendet werden.

 

Der entscheidende Vorteil, der dem Laser zu seiner überaus weiten Verbreitung in der modernen Medizin verholfen hat, ist jedoch die präzise, schonende Bearbeitung des zu behandelnden Gewebes, während das umliegende Gebiet kaum geschädigt wird. Hierdurch wird nicht nur die Behandlung selbst einfacher und sicherer, sondern es kommt auch viel seltener zu Komplikationen. Die Liegezeiten der Patienten im Krankenhaus verkürzen sich, und eine Vielzahl von Operationen kann ambulant durchgeführt werden. Bei allen Anwendungen ist jedoch zu beachten, dass der jeweils geeignete Laser nur von qualifiziertem Personal und fachgerecht eingesetzt wird.

 

 Wie wirkt Laserstrahlung auf Gewebe?

 

Um die lasergestützten Therapie- und Diagnoseverfahren verstehen zu können, ist es sinnvoll, zunächst zu betrachten, wie sich Laserstrahlung in biologischem Gewebe verhält und was sie dort auslöst. Die Wirkung von Licht auf biologisches Gewebe hängt von mehreren Parametern ab: der Wellenlänge und Intensität der Strahlung, der Bestrahlungszeit sowie der Art und Zusammensetzung des bestrahlten Gewebes.

 

Den einzelnen Gewebebestandteilen, beispielsweise Blut, Wasser oder Hautpigmente, kommt dabei eine wichtige Rolle zu, da sie Licht jeweils bei unterschiedlichen Wellenlängen und in unterschiedlicher Stärke absorbieren können. Aufgrund ihrer Absorptionseigenschaften können verschiedene Gewebearten mit jeweils angepassten Lasertypen gezielt bestrahlt werden. So absorbiert Blut besonders stark grünes Licht (deshalb erscheint es rot), während etwa die Augenhornhaut überwiegend aus Wasser besteht und stark im unsichtbaren infraroten Wellenlängenbereich absorbiert.

 

Je größer der Absorptionskoeffizient eines Materials bei einer bestimmten Wellenlänge ist, desto schlechter kann solch eine Strahlung in das Material eindringen — sie hat dann eine geringe Eindringtiefe. Infrarote Strahlung, wie sie zum Beispiel von einem CO₂-Laser abgegeben wird, besitzt in Körpergewebe eine Eindringtiefe von nur wenigen Mikrometern. Das grüne Licht des Argonionenlasers hingegen kann bis zu einigen Millimetern tief eindringen. Der dazwischen liegende Spektralbereich des roten und nahinfraroten Lichts bildet das »diagnostische Fenster«, da hier das Licht besonders tief in das Gewebe eindringen kann. In diesem Spektralbereich emittieren beispielsweise Neodym-YAG- und Diodenlaser.

 

Was bewirkt nun die bei der Absorption aufgenommene Lichtenergie im Körper? Grundsätzlich lassen sich die verschiedenen Arten der Wechselwirkung von Licht und Gewebe — mit steigender Lichtintensität und abnehmender Bestrahlungsdauer — in vier Kategorien klassifizieren: photochemische, photothermische, photoablative und photomechanische Mechanismen.

 

Bei sehr niedrigen Intensitäten und bei Bestrahlungsdauern im Minuten- oder sogar Stundenbereich befindet man sich im Gebiet der photochemischen Wechselwirkung. Die Energie der absorbierten Photonen (Lichtteilchen) löst im sichtbaren Spektralbereich photochemische Reaktionen im Gewebe aus, für eine Erwärmung des bestrahlten Gewebes reicht diese Energie nicht aus. Photochemische Effekte finden sich zum Beispiel bei der photodynamischen Therapie. Zusätzlich zur Anregung chemischer Reaktionen können auch komplexe biochemische Stimulationsprozesse in biologischem Gewebe in Gang gesetzt werden. Diese Biostimulation soll unter anderem bei der Wundheilung und Schmerzlinderung helfen. Ihr Wirkungsmechanismus ist jedoch noch weitgehend unbekannt.

 

Bei höheren Intensitäten erreicht man den Bereich photothermischer Wechselwirkungen. Die eingestrahlte Lichtenergie wird in Wärme umgesetzt, sodass, ab einer Temperatur von ungefähr 45 Grad Celsius, die Gewebeproteine zu denaturieren beginnen. Hierbei ist zu beachten, dass die Wärmeeinwirkung bei 45 Grad Celsius über einen Zeitraum von einigen Sekunden erfolgen muss, um eine dauerhafte Schädigung zu erreichen. Bei höheren Temperaturen reduziert sich diese Wechselwirkungszeit sogar auf wenige Milli- oder gar Mikrosekunden.

 

Unter Denaturierung versteht man allgemein den Verlust der biologischen Funktionsfähigkeit von Proteinen und anderen Biomolekülen, der zum Beispiel durch Wärme, Säuren, Ultraschall, Stöße oder Salzzugabe hervorgerufen werden kann. Eine bekannte Form der Denaturierung ist die Gerinnung. Bei der Laser-Denaturierung der Proteine kommt es zur Auflockerung der Zellmembranen und zur Vernetzung bestimmter Eiweißfasern. Man nennt dieses Verkleben der Gewebesubstanz auch »Koagulation« — abgeleitet vom lateinischen Ausdruck für Gerinnung. Der Begriff bezeichnet allgemein die nicht mehr rückgängig zu machende Zusammenballung von Molekülen, hier von Biomolekülen. Bei gelösten Molekülen führt dies oft zum Ausflocken der gelösten Substanz. Setzt man das Gewebe über Sekunden einer noch höheren Intensität aus, so können Temperaturen von über 100 Grad Celsius erreicht werden, bei denen das im Gewebe enthaltene Wasser verdampft. Diese Verdampfung kann zum Teil explosionsartig verlaufen. Das zurückbleibende Gewebe besitzt ein deutlich kleineres Volumen, sodass dieser Effekt auch zum Schneiden von Gewebe benutzt werden kann.

 

Zusätzlich zum Verdampfen des Gewebewassers bildet sich an der Oberfläche eine verkohlte oder karbonisierte Gewebeschicht aus. Diese und der koagulierte Bereich werden Nekrosezone genannt. Derartige Schädigungen des Gewebes können nicht mehr rückgängig gemacht werden.

 

Bei noch höheren Intensitäten von einigen Megawatt pro Quadratzentimeter kann die Gewebeoberfläche innerhalb von Mikro- bis Nanosekunden (Millionstel bis Milliardstel Sekunden) abgetragen werden, es kommt zur photoablativen Wechselwirkung. Die Nebenwirkungen auf das zurückbleibende Gewebe bleiben dank der kurzen Einwirkungszeit minimal. Der Bereich der Photoablation, bei dem das Licht praktisch nicht in das Gewebe ein dringt, eignet sich für Gewebeabtragungen mit einer Abtraggenauigkeit von weniger als einem halben Mikrometer. Die zugrunde liegenden Mechanismen beruhen im ultravioletten Spektralbereich darauf, dass sich das Gewebe durch das Aufbrechen von Molekülbindungen kurzzeitig explosionsartig ausdehnt und damit abgetragen wird. Die hierfür benötigte Energie wird durch den Laser von außen zugeführt. Im infraroten Spektralbereich reicht die Photonenenergie hierfür nicht aus, es kann aber eine sehr schnelle Verdampfung des Gewebewassers ausgelöst werden. Die Volumenvergrößerung beruht dann darauf, dass der Wasserdampf ein deutlich größeres Volumen als das im Gewebe enthaltene Wasser einnimmt.

 

Am oberen Ende der Intensitätsskala liegt der Bereich der photomechanischen Wechselwirkung, auch Photodisruption genannt. Hier wird das Gewebe allerdings nur für eine extrem kurze Zeit (Nano- bis Femtosekunden, das heißt Milliardstel bis Billiardstel Sekunden) mit mehr als einem Gigawatt pro Quadratzentimeter bestrahlt (zum Vergleich: eine Femtosekunde verhält sich zu einer Sekunde wie zwei Sekunden zu 60 Millionen Jahren, etwa der Zeit seit dem Aussterben der Dinosaurier). Ein Gigawatt entspricht einer Milliarde Watt — dies ist die Leistung eines großen Kohle- oder Kernkraftwerks! Um dermaßen hohe Intensitäten zu erzielen, ist neben der Erzeugung sehr kurzer Laserpulse eine präzise Fokussierung des eingestrahlten Lichts notwendig. Durch die Absorption dieser intensiven Laserstrahlung kommt es im Brennpunkt zu einer kurzzeitigen sehr starken Aufheizung der Gewebepartikel. Die Erhitzung ist so stark, dass die Partikel nicht nur verdampfen, sondern ihre Atome und Moleküle einen großen Teil ihrer Elektronen verlieren — es bildet sich ein Plasma. Dieses Phänomen heißt auch »optischer Durchbruch«.

 

Die Temperatur des erzeugten Plasmas kann einige Zehntausend Grad betragen und der entstehende Druck über 1000 Bar. Trotz dieses extremen Materiezustands sind keinerlei thermische Schädigungen für das umliegende Gewebe zu befürchten, da die Wechselwirkungszeit des Plasmas im Bereich von Nano- bis Pikosekunden liegt (Milliardstel bis Billionstel Sekunden). Außerdem ist das Plasma auf einen winzigen Raum von wenigen Zehn Mikrometern begrenzt. Mit der Photodisruption ergeben sich therapeutische Möglichkeiten für präzise Eingriffe in solche Gewebe, die Laserlicht normalerweise nicht absorbieren können. Dies gilt insbesondere für die Augenheilkunde, da ja Linse, Hornhaut und Glaskörper durchsichtig sind. Die Gewebebearbeitung erfolgt in diesem Wechselwirkungsbereich durch die Ausbreitung einer Stoßwelle, die das Gewebe mechanisch zerreißt. Dies spielt bei der Trennung von Gewebesträngen oder der Zertrümmerung von Steinen (Lithotripsie) eine Rolle. Solch eine Stoßwelle lässt beispielsweise Gallensteine in Sekunden »zu Staub« zerfallen.

 

 Laseranwendungen in Chirurgie, Zahnmedizin und Augenheilkunde

 

Die bekannteste Anwendung des Lasers in der Medizin findet sich in der Chirurgie: das Laserskalpell. Dabei wird die Laserstrahlung wie ein Skalpell benutzt, welches aber das zu durchtrennende Gewebe gar nicht berührt! Das Laserskalpell beruht auf der photothermischen Wirkung, dem ortsgenauen Erwärmen und Zerstören von Gewebe entlang einer sehr dünnen Schnittlinie. Blutungen werden bereits während des Schneidens automatisch gestillt, da durch den hohen Wärmeeintrag die Blutgefäße koaguliert, also »zugeschmolzen« werden. Aufgrund der photothermischen Wirkung führt eine große Eindringtiefe dazu, dass sich die Wärme in ein entsprechend großes Volumen auch außerhalb der bestrahlten Stelle ausbreitet. Daher werden — je nachdem, ob kleine und hochpräzise oder eher großflächige Schnitte durchzuführen sind — unterschiedliche Laser mit jeweils passender Eindringtiefe der Strahlung zur Behandlung ausgewählt. Für den Arzt kann die Berührungsfreiheit des Laserskalpells übrigens ein Problem darstellen, weil er keinen Kontakt mehr zum Gewebe hat und es nicht mehr »fühlen« kann.

 

Ein anderes Einsatzgebiet in der Chirurgie, bei dem ebenfalls die thermische Wirkung der Laserstrahlung genutzt wird, ist die Stillung von Blutungen. Dies geschieht vor allem in schwer zugänglichen Körperregionen, etwa bei Magen- und Darmblutungen. Hier muss die Laserstrahlung über Lichtleiter und Endoskope bis zur Blutung transportiert werden, wo sie die verletzten Adern koaguliert. Die Blutung wird dabei nicht nur gestillt, sondern es ergibt sich auch ein positiver Langzeiteffekt: Die Narbenbildung verringert an den koagulierten Stellen die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten erneuter Blutungen.

 

Über dünne Lichtleitfasern kann Laserstrahlung auch direkt in ein Blutgefäß gebracht werden. Hierdurch lässt sich ein Gefäß von Ablagerungen (beispielsweise Fetten, Eiweißen, Mineralien oder Kalk) befreien. Diese Therapie ist zum Beispiel bei Arteriosklerose notwendig, da die Ablagerungen den Blutfluss so stark behindern können, dass dieser ganz zum Erliegen kommen kann. Die Folge kann, wenn ein Herzgefäß betroffen ist, ein Herzinfarkt sein. Die Öffnung verstopfter Arterien mithilfe von Lasern wird Laserangioplastie genannt.

 

Bei der Reinigung eines schwer zugänglichen Blutgefäßes mit dem Laserendoskop dient das Licht nicht nur zur Zerstörung der Ablagerung, sondern auch zur optischen Kontrolle und zur Analyse des Gewebes. Das vom Gewebe zurückgestreute Licht wird spektral analysiert, daraus werden Informationen über Zusammensetzung und Zustand der Gefäßzellen mithilfe eines Computers gewonnen.

 

In der Zahnheilkunde existieren Geräte, mit denen versucht wird, Laser anstelle der im wahrsten Sinne des Wortes nervtötenden Bohrer zur Entfernung kariöser Stellen im Zahn einzusetzen. Hierfür kommen besonders gepulste Erbium-YAG-Laser, die im infraroten Spektralbereich arbeiten, infrage. Die Laserstrahlung wird vor allem von Wasser absorbiert, das sich dadurch schnell erhitzt, aber auch von der Zahnhartsubstanz selbst. Da Wasser in einem kariösen Bereich stärker vorhanden ist als im gesunden Zahn, kann auf diese Weise kranke Zahnsubstanz gezielt zerstört werden. Dies geschieht durch Verdampfen des Wassers und anschließende Ablation des erkrankten Zahngewebes. Wichtig ist, dass die benachbarte Zahnsubstanz dabei nur wenig erwärmt wird. Trotz der im Prinzip sehr guten Abtrageigenschaften gibt es noch Probleme bei der praktischen Ausgestaltung des Verfahrens. Noch besser sollte die Abtragung mit Lasern gelingen, die Femtosekundenpulse erzeugen können, allerdings gibt es bisher noch keine zur Führung dieser Laserstrahlung geeigneten Lichtleiter.

 

Eine andere Anwendungsmöglichkeit für den Laser besteht im präzisen, dreidimensionalen Abtasten der Zahnform für die Herstellung von Füllungen und Kronen. Aus den daraus gewonnenen Werten kann in viel kürzerer Zeit als bisher ein exakt eingepasster Zahnersatz gefertigt werden, indem eine computergesteuerte Mikrofräsmaschine mit den Daten gefüttert wird.

 

Aus der Augenheilkunde ist der Einsatz des Lasers seit seiner Entwicklung nicht mehr wegzudenken. Das erste Einsatzgebiet des Lasers war die Behandlung von Netzhautablösungen durch Koagulation am Augenhintergrund. Diese beruht auf der photothermischen Wirkung des Lasers. Lokale Ablösungen und andere Schädigungen der Netzhaut können von Entzündungen an der Netzhaut, Durchblutungsstörungen oder auch Erkrankungen wie Diabetes hervorgerufen werden. Bei der Operation wird die Netzhaut um bereits abgelöste Gebiete herum »verschweißt«, wodurch sich dort ein Narbengewebe bildet. Dies beugt einer weiteren Ablösung der Netzhaut vor. Der Laser hat hier also die Aufgabe, eine weitere Schädigung zu verhindern. An den bestrahlten Stellen werden die Sehzellen irreparabel zerstört. Dies ist jedoch nicht von Bedeutung, da 20 bis 30 Prozent der Netzhaut inaktiv sein können, ohne dass es zu einem spürbaren Verlust des Sehvermögens kommt. Dies gilt allerdings nicht für den Ort des schärfsten Sehens, dessen Sehzellen unersetzlich sind. Voraussetzung für eine erfolgreiche Behandlung ist, dass die Laserstrahlung ungehindert Hornhaut, Linse und Glaskörper des Auges durchdringen kann. Darüber hinaus muss die Strahlung durch die Pigmente der Netzhaut absorbiert werden können. Deshalb werden überwiegend Laser, die im grünen Spektralbereich emittieren, zur Behandlung von Netzhauterkrankungen eingesetzt.

 

Der vordere Teil des menschlichen Auges ist von einer Flüssigkeit, dem Kammerwasser, erfüllt. Wenn im Auge zu viel Kammerwasser produziert wird, kann es zu einer verbreiteten Augenerkrankung, dem Glaukom, besser bekannt als grünem Star, führen. Dessen Behandlung ist eine weitere wichtige Anwendung des Lasers in der Augenheilkunde. Bei dieser Erkrankung, die vor allem bei älteren Menschen auftritt, führt ein erhöhter Augeninnendruck dazu, dass der Sehnerv geschädigt wird. Als Folge kann es zur Erblindung des Patienten kommen; grüner Star ist in Industrieländern eine der häufigsten Erblindungsursachen. Ein erhöhter Augeninnendruck bedeutet, dass entweder zu viel Kammerwasser produziert wird oder zu wenig aus dem Augeninneren ausgeleitet wird. Daher bietet es sich an, zur Senkung des erhöhten Augeninnendrucks den Ort der Kammerwasserproduktion, den Strahlen- oder Ziliarkörper, teilweise zu koagulieren, sodass sich die Produktion verringert. Für diese Behandlung werden Laser im infraroten Spektralbereich eingesetzt, allen voran Neodym-YAG-Laser mit der Wellenlänge 1,06 Mikrometer und Diodenlaser mit der Wellenlänge 0,8 Mikrometer. Die Verödung des Strahlenkörpers kann übrigens erfolgen, ohne dass das Auge operativ geöffnet werden muss, wodurch sich mögliche Infektionen vermeiden lassen.

 

Der disruptive Effekt der Plasmazündung wird bei der Nachoperation des grauen Stars (Katarakt) ausgenutzt. Anders als beim grünen Star gibt es für diese Nachoperation keine konventionelle Therapie, sodass Lasertherapien einen qualitativen Fortschritt bedeuten. Beim grauen Star kommt es im Laufe der Jahre zur Eintrübung der Linse des Auges. Dadurch nimmt das Sehvermögen des Patienten bis hin zur Erblindung ab. Die Therapie besteht darin, die natürliche Linse zu zertrümmern, abzusaugen und durch eine Kunstlinse zu ersetzen. Dabei muss die hintere Schicht zwischen Linse und Glaskörper erhalten bleiben, um das Eindringen von Trümmerpartikeln der Linse in den Glaskörper beim Einsetzen der Kunstlinse zu vermeiden. Nachdem diese eingesetzt ist, kann es an der Grenzschicht zu einer erneuten Eintrübung kommen. Um diese zu beheben, wird mit Nanosekundenpulsen aus einem Neodym-YAG-Laser durch Photodisruption eine Stoßwelle erzeugt, die diese Schicht aufreißt.

 

Kurz- und Weitsichtigkeit gehen einher mit einer zu starken (Kurzsichtigkeit oder Myopie) oder zu schwachen (Weitsichtigkeit oder Hyperopie) Wölbung der Hornhaut. Der größte Teil der Lichtbrechung, ungefähr zwei Drittel, erfolgt beim Übergang des Lichts von der Luft in die Hornhaut, nur ein Drittel in der Linse selbst. Aus diesem Grund können Fehlsichtigkeiten mittels Hornhautbearbeitung korrigiert werden. Zur Korrektur der Myopie muss man dabei die Hornhaut in der Mitte abflachen, bei einer Hyperopie in der Mitte aufsteilen. Die konventionelle Augenchirurgie trägt hierzu mit einem Diamantmesser schmale Streifen ab. Der Vorteil bei einem Einsatz des Lasers bei der Hornhautabtragung liegt in einer hervorragenden Tiefengenauigkeit. Durch Photoablation lassen sich Genauigkeiten von weniger als einem halben Mikrometer bei typischen Abtragtiefen von ungefähr 100 Mikrometern erreichen.

 

Da für die Hornhautabtragung eine geringe Eindringtiefe der Laserstrahlung in die Hornhaut wichtig ist, werden dafür Argonfluorid-Excimerlaser im ultravioletten Spektralbereich bei 0,19 Mikrometern Wellenlänge eingesetzt. Diese Laser besitzen, neben der geringen Eindringtiefe ihrer Strahlung in das wässrige Hornhautgewebe, einen weiteren Vorteil: Mit ihnen lassen sich kurze Pulse im Bereich von Nanosekunden (Milliardstel Sekunden) erzeugen. Bei diesen kurzen Wechselwirkungszeiten bleiben die Schädigungen, vor allem thermischer Art, des zurückbleibenden Gewebes minimal. Behandelt werden mit dieser Methode überwiegend Kurzsichtigkeiten von —1 bis —6 Dioptrien sowie Astigmatismen bis ungefähr —3 Dioptrien. Die Dioptrie (Abkürzung: dpt) ist die gesetzliche Einheit der Brechkraft eines optischen Systems, also zum Beipiel des menschlichen Auges (bestehend aus Hornhaut, Linse und Glaskörper) oder eines Brillenglases. Die Brechkraft ist definiert als der Kehrwert der Brennweite des optischen Systems in Metern. Unter Astigmatismus versteht man in der Augenoptik die Fehlsichtigkeit durch eine ungleichmäßige Veränderung der Hornhautkrümmung. Durch unterschiedliche Brechkräfte an verschiedenen Punkten der Hornhaut wird die Abbildung auf die Netzhaut verzerrt. Es bildet sich eine Stabsichtigkeit aus.

 

Zur Korrektur der Weitsichtigkeit bestrahlt man die Hornhaut mit einem Holmium-YAG-Laser bei 2,1 Mikrometer Wellenlänge. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Bereich der Hornhaut rund um das Zentrum auf bis zu 60 Grad Celsius erwärmt. Es kommt zu einer thermisch induzierten Bindegewebsschrumpfung an den bestrahlten Stellen. Nach der Behandlung hat sich dort die Hornhaut auf ungefähr ein Drittel ihrer vorherigen Ausmaße zusammengezogen. Dieses Zusammenziehen bewirkt, dass sich die Hornhaut in der Mitte entsprechend stärker aufwölbt. Mit dieser Methode werden vor allem geringe Weitsichtigkeiten um zwei Dioptrien behandelt.

 

Für die Korrektur stärkerer Fehlsichtigkeiten bietet sich eine Kombination von Schnitt- und Abtragtechnik an. Bei dieser LASIK genannten Technik wird mit der Laserstrahlung nicht die Oberfläche der Hornhaut bearbeitet, sondern ein unter der Hornhaut liegendes Gewebestück in Form der gewünschten Linse entfernt.

 

LASIK ist die Abkürzung für »Laser in situ Keratomileusis«, frei übersetzt: »Vor-Ort-Laser-Hornhaut-Schnitttechnik«. Dabei werden die bereits beschriebenen Laserabtragmechanismen mit einer Schnitttechnik (Keratomileusis) kombiniert. Der für die Brechkraftänderung verantwortliche Laserabtrag wird bei diesem Verfahren in das Innere der Hornhaut verlegt. Hieraus ergeben sich vor allem bei der Korrektur höherer Fehlsichtigkeiten Vorteile. Die Wundheilung erfolgt hier sehr gleichmäßig. Vor allem wird bei der LASIK im Gegensatz zur herkömmlichen Hornhautchirurgie die oberste Hornhautschicht, das Epithel, nicht verletzt, sodass eine Narbenbildung nach der Behandlung vermieden wird.

 

Bei der derzeit benutzten LASIK-Methode wird mit einem scharfen Diamantmesser in die Hornhaut eine ungefähr 0,15 Millimeter dünne Scheibe eingeschnitten. Dieser Flap wird anschließend aufgeklappt, sodass die inneren Hornhautlagen für die Laserstrahlung zugänglich sind. Mit einem Excimerlaser können dann diese Schichten bis zur gewünschten Brechkraftänderung bearbeitet werden. Zum Schluss wird der Flap wieder zurückgeklappt, wobei er aufgrund innerer Bindungskräfte von selbst haften bleibt und die entstandene Wunde abdeckt.

 

Neuerdings wird der Einsatz von Femtosekundenlasern für die LASIK erforscht. Hierbei soll bereits vor dem Erzeugen des Flaps über photomechanische Wechselwirkung ein linsenförmiger Bereich im Inneren der Hornhaut, das Lentikel, präpariert werden. Nachdem mit dem Laser auch der Flap ausgeschnitten worden ist, kann das Lentikel dann in einem Stück entnommen und die Hornhaut wieder verschlossen werden. Die Zeit, während deren die Hornhaut geöffnet ist, ist bei dieser Methode drastisch verkürzt. Darüber hinaus wird die Hornhaut nicht mechanisch durch die Messerklinge geschädigt, was ebenfalls zur Vermeidung von Nebenwirkungen beiträgt.

 

 Dermatologie und Krebsbehandlung

 

Die Dermatologie ist die Lehre von den Hauterkrankungen. In der Dermatologie wird der Laser vor allem zur Behandlung und Entfernung oberflächlicher Missbildungen des Gefäßsystems verwandt. Da Blut, oder genauer der rote Blutfarbstoff Hämoglobin, grünes und gelbes Licht gut absorbiert, können hierfür die in diesem Bereich emittierenden Argonionenlaser oder auch Farbstofflaser verwendet werden. Die Blutgefäßmale, zum Beispiel Blutschwämme, Feuermale oder Besenreiser, sind rötliche oder bläuliche Flecken. Sie können durch Erwärmung und anschließende Koagulation des Adergewebes verödet werden. Für tiefer liegende Gefäße reicht die Eindringtiefe der Argonionenlaserstrahlung nicht mehr aus.

 

Mit dem CO₂-Laser oder dem Rubinlaser können auch Tätowierungen entfernt werden. Hierbei werden die Farbpigmente der Tätowierung, die in die Haut eingebracht wurden, erwärmt, bis sie verdampfen. Dieses Verfahren ist schonender als das operative Entfernen ganzer Hautstücke, allerdings ist auch mit der Laserbehandlung eine Narbenbildung möglich.

 

Viele herkömmliche Verfahren der Krebstherapie beruhen auf der chirurgischen Entfernung oder Zerstörung von Tumoren durch radioaktive Strahlung, Röntgenstrahlen oder auch durch die thermische Wirkung von Laserstrahlung. Es gibt auch noch ein ganz anderes Konzept: die Behandlung von Tumoren mit Laserstrahlung geringer Intensität. Bei diesem Verfahren werden Farbstoffmoleküle, die sich im Tumorgewebe angereichert haben, durch photochemische Prozesse in einen Zustand versetzt, in dem sie für menschliche Zellen giftig sind. Dieses Verfahren wird photodynamische Therapie (PDT) genannt. Da hierfür nur geringe Laserintensitäten erforderlich sind, ist das Verfahren viel schonender als herkömmliche Krebstherapien. Bei noch geringeren Intensitäten kann man das vom Gewebe zurückgestrahlte Fluoreszenzlicht zur Erkennung des Tumors benutzen; man spricht dann von photodynamischer Diagnose. Die PDT ist überall dort anwendbar, wo ein Tumor direkt zugänglich oder mit einem Endoskop erreichbar ist. Dies ist etwa in der Dermatologie (Hautkrebs) und der Urologie (Harnblasenkrebs) der Fall. Der Tumor darf allerdings nicht zu groß sein, da der Abbau der abgestorbenen Zellen den Körper stark belastet.

 

Auch in der medizinischen Diagnostik, also der Erkennung und Untersuchung von Krankheiten, werden lasergestützte Verfahren heute verstärkt eingesetzt. Außer der bereits angesprochenen Fluoreszenzdiagnostik werden derzeit noch andere Methoden entwickelt, die eine ortsaufgelöste Unterscheidung verschiedener Gewebearten erlauben. Zusammengefasst werden diese Methoden unter dem Begriff optische Tomographie, so bezeichnet nach dem griechischen Wort für »Schnittbild«. Man kann Schnittbilder von lebenden Objekten gewinnen, indem man sie aus Bilddaten berechnet, die zum Beispiel mit Röntgengeräten oder hoch empfindlichen Magnetsensoren (Kernspinresonanz) gewonnen werden. Ein Computertomograph, der solche Bilder generieren kann, steht heute in jeder größeren Klinik. Aber auch hier gilt wieder, dass die bildgebenden Verfahren entweder auf die Dauer gefährlich (Röntgen) oder sehr aufwendig (Kernspintomograph) sind. Daher bemüht man sich, Tomogramme aus Bildern zu erhalten, die mit sichtbarem rotem oder infrarotem Laserlicht niedriger Intensität erzeugt werden. Mit Wellenlängen dieses Spektralbereichs (zwischen 0,65 und einem Mikrometer) gelangt man einige, maximal zehn Zentimeter tief ins Gewebe hinein. Diese Begrenzung ergibt sich nicht nur aus der Lichtabsorption, sondern auch daraus, dass die Zellbestandteile das eingestrahlte Licht diffus in alle Richtungen streuen. Diese mit einer Milchglasscheibe vergleichbare diffuse Lichtstreuung erschwert die Bildauswertung bei der optischen Tomographie, da die Körperstruk

 

Wegen der geringen Strahlenbelastung ließe sich die optische Tomographie auch für Langzeitüberwachungen, etwa auf Intensivstationen, einsetzen. Da sie allerdings nur über eine vergleichsweise geringe Auflösung verfügt, kann die optische Tomographie auch in Zukunft die Röntgen- oder Kernspintomographie nicht ersetzen, wohl aber sinnvoll ergänzen. Eine Erweiterung dieses Verfahren ist die optische Kohärenztomographie (OCT, englisch: Optical Coherence Tomography), bei der zusätzlich die Kohärenz der Laserstrahlung genutzt wird.

 

Prof. Dr. Angelika Anders von Ahlften; Dr. Beate Brase und Dr. Holger Lubatschowski, Hannover

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Lasertechnik: Laseranwendungen in der Forschung

 

Literatur:

 

Dossier: Laser in neuen Anwendungen, bearbeitet von Dieter Beste u. a. Heidelberg 1998. Sonderheft »Dossier 2/1998« der Zeitschrift »Spektrum der Wissenschaft«.

 Eichler, Jürgen / Seiler, Theo: Lasertechnik in der Medizin. Grundlagen, Systeme, Anwendungen. Berlin u. a. 1991.

 Hibst, Raimund: Technik, Wirkungsweise und medizinische Anwendungen von Holmium- und Erbium-Lasern. Landsberg am Lech 1997.

 

Laser in der Urologie. Eine Operationslehre, herausgegeben von Alfons Hofstetter. Berlin u. a. 1995.

 

Lasertechnologien und Lasermedizin. Stand und Perspektiven, herausgegeben von Hans-Dieter Reidenbach. Landsberg am Lech 1996.

 

Lasertherapie in der Zahnheilkunde, Beiträge von G. Danhof u. a. Aus dem Niederländischen. Schorndorf 1995.

 Sachsenweger, Matthias: Laser contra Brille. Neue Chancen bei Fehlsichtigkeit. Berlin 1996.