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Bearbeitung von Gewebe mit Lasern - Referat
Laser im medizinischen Bereich lassen sich vor allem durch ihre "Wellenlänge" (Farbe des Lichtes) und "Enegiedichte" (wieviel Energie pro Flächeneinheit freigesetz wird) charakterisieren .Außerdem ist auch noch die "Pulsdauer" entscheident. Meist verwendet man nämlich Laser, die nicht kontinuierlich Licht emittieren, sondern kurze "Pulse" ,d.h. Lichtbündel.
In nahezu allen medizinischen Anwendungen wird die hohe Leistungsdichte des fokussierten Laserstrahls ausgenutzt (Energiedichte = Leistungsdichte * Pulsdauer). Es werden daher meist Laser mit einer großen Strahlungintensität verwendet. Dies sind z.B. der Argon – Ionen - Laser, Nd : Yag Laser und der Argon – Fluor – Excimer- Laser, im normalen medizinischen Bereich auch noch der CO2 – Laser und der Rubin – Laser. Im Großteil der Fälle ist erwünscht, das Gewebe durch die hohe Strahlungsdichte zu zerstören, zu koagulieren. Hierbei werden die Eiweißmoleküle im Gewebe denaturiert, die Atome gehen untereinander neue Verbindungen ein , sie „verklumpen“ miteinander zu dichteren Stoffen. Häufig ist es aber zudem noch erwünscht Gewebe zu verbrennen und eventuell auch noch zu verdampfen. Hierbei ist meist (bei thermischer Wechselwirkung) die monochromatische Eigenschaft des Laserlichts ebenfalls von Bedeutung, man nutzt also aus, dass unterschiedlich gefärbte Gewebeteile Licht einer Wellenlänge verschieden stark absorbieren. Somit kann man bestimmte Gewebeteile thermisch zerstören , während andere kaum oder nicht belastet werden.
Es gibt verschiedene Wechselwirkungen, die zwischen der Laserstrahlung und Gewebe stattfinden können: die photochemische, thermische und Photoablation. Die Häufigkeit für das Stattfinden einer solchen Wechselwirkung bei Einstrahlung von Laserlicht hängt nicht nur von der Energiedichte der Laserstrahlung ab, sondern ebenfalls genauso von ihrer Wellenlänge. Die photochemische Wechselwirkung findet in der Medizin allgemein meist Beachtung bei der Behandlung von Tumoren, aber auch anderweitig kann sie angewendet werden, in der Augenheilkunde z.B. bei der alterbedingten, feuchten Makuladegeneration. Die Maklua ist ein gelber Fleck auf der Netzhaut, in dessen Zentrum die Fovea liegt .Bei der Erkrankung sterben im Alter im Bereich der Fovea, dem Ort des schärfsten Sehens auf der Netzhaut, Zellen des retinalen Pigmentepithels, welches sich unterhalb der Netzhaut befindet, ab, so dass die Scheibchen der Fotorezeptoren der Netzhaut,die durch die Lichtreize auf der Netzhaut zur Weiterleitung elektrischer Signale angeregt werden ,dabei jedoch gewissen Verschleißerscheinungen unterliegen und deshalb regelmäßig abgestoßen werden , nicht mehr vom Pigmentepithel entsorgt werden können und nach einiger Zeit Giftstoffe freisetzten, die die Bruch – Membran zerstören, welche das Pigmentepithel von der Aderhaut trennt. Diese Membran wird löchrig. Von der Aderhaut ausgehend wachsen dann durch die Löcher in der Bruch – Membran Blutgefäße , die sich sowohl zwischen Bruch – Membran und Pigmentepithel, als auch zwischen Pigmentepithel und Netzhaut, sie wachsen also durch das Pigmentepithel durch, ausbreiten. Sie fangen dabei wegen ihres schlechten Wandaufbaus an zu bluten, was die Retina (Netzhaut) zerstört. Bei der photodynamischen Therapie injiziert man dem Patienten einen Farbstoff, der sich in Tumoren oder unerwünschtem, degenerierten Gewebe anlagert . Durch Bestrahlung des abnormalen Gewebes mit einer Lasersstrahlung geeigneter Wellenlänge dissozieirt der Farbstoff in einzelne molekulare/atomare Bestandteile (man sagt er wird „aktiviert“ ), wovon mindestens einer dieses Gewebe zerstört (dies ist meistens singulärer Sauerstoff). Bei der feuchten Makuladegeneration injiziert man Farbstoffe , die sich in den wuchernden Gefäßen anlagern. Sie sind notwendig, damit durch Bestrahlung mit dem Laser diese Gefäße verödet werden und sich nicht mehr weiter ausdehnen können. Mit Photoablation und thermischer Wechselwirkung kann man dagegen Gewebe allgemein abtragen. Diesen Prozess muß man sich aber bei beiden Wechselwirkungen unterschiedlich vorstellen. Bei der thermischen Wechselwirkung absorbieren die Moleküle des Gewebes die Strahlung und fangen deshalb an zu schwingen. Infolge ihrer Schwingung stoßen sie inelastisch zusammen, wodurch die einen abgeregt, die anderen aber weiter in höhere Enegieniveaus angeregt werden. Aufgrund von inelastischen Stößen und Photonenabsorption hat dann ein Molekül irgendwann soviel Energie, dass es sich von den anderen trennen kann. Bei der Photoablation dagegen macht man sich zu Nutze, dass kleinere molekulare Einheiten im Gewebe ,sogenannte Monomers , welche aus bis zu 50 Atomen bestehen, durch kovalente Kohlenstoff – Kohlenstoff - Bindungen zusammengehalten werden, deren Bindungsenergie etwa bei 3,6 eV liegt. Dies ist genau die Energie eines Photons im UV Bereich. Man strahlt also Laserlicht im UV Bereich ein, und ein Monomer im Gewebe dissozieirt sofort von den übrigen.Die Wärmeleitung im Gewebe ist umso größer, je länger die Pulsdauer des Lasers ist. Wenn man mit der thermischen Wechselwirkung Gewebe abtragen will, ist es deshalb für tiefliegenderes Gewebe schonender, wenn die Pulsdauer des Lasers möglichst kurz ist. Dann wir der Großteil der Energie von oberflächlichen Gewebsschichten absorbiert. Damit der Prozess der Abtragung nicht zu lange dauert, ist eine große Energiedichte dabei immer von Vorteil. Es gilt :Energiedichte = Leistungsdichte * Pulsdauer, sind also meist große Leistungsdichten und niedrige Pulsdauern für die Abtragung von Gewebe mit thermischer Wechselwirkung erwünscht. Möchte man Gewebe einschließlich tieferliegender Schichten bloß koagulieren,gelten natürlich genau umgekehrte Überlegungen. Die Energiedichte sollte möglichst groß sein, um einen schnellen Effekt zu erzielen, die Pulsdauer aber möglichst ebenfalls groß, da so das Gewebe makroskopisch gleichmäßig belastet und koaguliert wird.
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