Medizinische Laseranwendungen

Transkript

1 Hauke Brüning Universität Osnabrück Fachbereich Physik

2 Übersicht Einleitung Therapeutische Anwendungen Grundlagen Thermische Effekte Nicht-Lineare-Effekte Zusammenfassung

3 Laser in der Medizin Frage zum Einsatz von Lasern in der Medizin: Ist die Therapie mit dem Laser effektiver, weniger schmerzhaft und komplikationsärmer für den Patienten?

4 Grundlagen Grundlagen und Einflussfaktoren wichtige Einflussfaktoren: Gewebeart Wassergehalt Pigmentation Leistungsdichte Laserwellenlänge

5 Grundlagen Laser-Gewebe-Wechselwirkungen

6 Grundlagen photochemische Wechselwirkung Injektion eines Photosensibilisator Anreicherung im Tumorgewebe Anregung des Photosensibilisators S durch Laser in metastabilen Zustand 1 S + hν 1 S, 1 S 3 S (metastabil) Bildung von Singulett-Sauerstoff(Zellgift) Absterben der Tumorzellen 3 S + O 2 1 S + 1 S 2

7 Thermische Effekte Grundlagen und Einflussfaktoren 2-Stufen-Prozess Adsortion eines Photons, Übergang in angeregten Zustand A + hν A Abregung durch inelastische Stöße A + M(E kin ) A + M(E kin + E kin ) Zunahme der kinetischen Energie führt zu Erwärmung

8 Thermische Effekte Koagulation Bei ca. 60 kommt es zu irreversiblen Strukturveränderungen Denaturierung von Proteinen Folge ist eine Gewebeschrumpfung Anwendung bei: Tumortherapie Bandscheibenvorfällen Glättung von Hautfalten Blutstillung

9 Einleitung Therapeutische Anwendungen Zusammenfassung Thermische Effekte Verschweißen durch Koagulation, Netzhautbehandlung I Anschweißen der Netzhaut an Aderhaut I Verwendung von Argonlaser (514,5nm), Adsorption durch Hämoglobien I Einspiegelung in Spaltlampe I Verschweißen von Gefäßwänden

10 Thermische Effekte Verdampfung und Karbonisation Ab 100 C: Verdampfung von Zellflüssigkeit Austrocknug durch langsames Verdampfen minimal-invasive Tumorbehandlung Bei höheren Temperaturen verkohlt das Gewebe deutliche Veränderung des Adsorptionsverhaltens Ab etwa 300 C Gewebeabtragung durch Verbrennen und Verdampfen

11 Thermische Effekte Chirurgische Laser, Laserskalpell Es tritt immer eine Kombination der Effekte auf Die Art der Kombination ist vom Lasertyp abhängig

12 Nicht-Lineare-Effekte Photoablation Anregung repulsiver Zustände durch Multiphotonenadsorption direktes Aufbrechen der molekularen Bindung AB + n hν A + B + E kin Abhängig von Energiedichte auch explosive Ablösung unterhalb einer Schwelle gibt es fast keine Gewebeabtragung, lediglich Erwärmung oberhalb dieser Schwelle fast vollständiger Energieübertrag in Ablösung

13 Nicht-Lineare-Effekte Photoablation geringe Schädigung des umliegenden Gewebes eingesetzte Laser: ArF (193nm), KrF(248nm), dadurch problematische UV-Strahlung mit mutagener Wirkung Anwendung: Öffnung verschlossener Blutgefäße Verwendung von Glasfasern

14 Nicht-Lineare-Effekte Photodisruption, Plasmainduzierte Wechselwirkung sehr hohe Leistungsdichte, W /cm 2 Entstehung freier Elektronen M + n hν M + + e + E kin Energiezufuhr durch elektrisches Feld des Lasers Plasmabildung durch Stoßionisation Gewebezerstörung durch Schockwelle

15 Nicht-Lineare-Effekte Photodisruption, Plasmainduzierte Wechselwirkung Zerstrümmerung von Nieren- und Gallensteinen Behandlung von grauem Star: Zertrümmerung der getrübten Linse durch Ultraschall oder Laser (Nd:YLF) Einsetzen einer Kunstlinse Entfernung von Membrangewebe durch Photodisruption (Nd:YAG) Verhinderung weiterer Operationen

16 refraktive Hornhautchirurgie Veränderung der Krümmung der Hornhaut radiäre Keratomie: feine Schnitte verändern die Kräfteverteilung auf der Hornhaut photoreaktive Keratektomie: gezielte Abflachung der Hornhaut

17 LASIK Lösen der oberen Hornhautschicht Wegklappen der oberen Hornhautschicht Modellierung der Hornhaut mit Excimerlaser Anschließendes Zurückklappen

18 Weitere Anwendungen Dermatologie: Behandlung von Hautveränderungen, Hauttumoren, Entfernung von Tätowierungen Neurochirurgie HNO-Mikrochirurgie Gefäßverschließung im Verdauungstrakt Kinderchirugie: Vermeidung eines Volumenschocks

19 Vorteile und Chancen von Lasern in der Medizin Berührungsloses, steriles Arbeiten hohe Präzision bei chirurgischen Eingriffen Vielfältige Möglichkeiten der Kombination mit vorhandenen Techniken, z.b. Endoskope Möglichkeit der selektiven Zerstörung von Gewebe Vermeidung invasiver Eingriffe

20 Quellen J. Bille, W.Schlegel: Medizinische Laserphysik, Springer I.Huber, W.Lackner: Augenlaser, schlütersche 2. Auflage Eichler: Laser, Springer Vorlesung: Der Laser und seine Anwendung Laserkurs/skript/Kapitel1.PDF