Biophotonik ist Schwerpunkt auf Laser-Messe
Bei der Diagnose und Therapie von Krankheiten erweitern photonische Technologien die Möglichkeiten der Mediziner.
Biophotonik und Medizintechnik bilden einen Schwerpunkt der Weltleitmesse Laser World of Photonics 2013 und des World of Photonics Congress Mitte Mai in München. Die Wachstumsraten belegen deutlich die steigende Bedeutung der Biophotonik. Unterschiedliche Studien beziffern die Zunahme in den letzten Jahren auf sechs bis fünfzehn Prozent, Tendenz steigend.
Abb.: Völlig neue Erkenntnisse etwa im Bereich der Zellstrukturen erlaubt der Einsatz moderner Ultrakurzpulslaser in der Mikroskopie. (Bild: Toptica)
Die Laser World of Photonics 2013 gibt diesen Technologien mit dem Messeschwerpunkt Biophotonik und Medizintechnik in Halle B1 besonderes Gewicht. In der gleichen Halle finden zudem im Rahmen des World of Photonics Congress gleich vier Sessions mit Praxisvorträgen auf dem Photonic Forum in Halle B1 zu diesem Bereich statt, von Laseranwendungen in der Augenheilkunde bis zu Bildgebung und Endoskopie. Der World of Photonics Congress beleuchtet stärker die wissenschaftsorientierten Themen der Biophotonik und zwar in der Konferenz ECBO (European Conferences on Biomedical Optics) und beim Jahreskongress der Head and Neck Optical Diagnostics Society (HNODS).
Ein immer wichtigeres Feld der Biophotonik sind die optischen Biopsien. Gewebe lässt sich dabei direkt am oder im Körper des Patienten auf Veränderungen untersuchen. Bislang ist dafür die Entnahme von Gewebeproben erforderlich. So zeigt etwa Jenlab einen kompakten klinischen Multiphotonen-CARS-Tomographen, der optische Biopsien extrem hoher Auflösung mit chemischer Information liefert. Dabei werden zwei ultrakurze nahe infrarote Laserstrahlen durch einen optischen Arm geschickt und räumlich und zeitlich im zu untersuchenden Gewebe überlagert. So lassen sich Autofluoreszenzen des Gewebes durch Multiphotonenanregung und ein CARS (Coherent Anti Stokes Raman Spectroscopy)-Signal kombinieren. Derzeit erfolgt eine erste klinische Studie an der Charité an Patienten mit Hauttumoren und Psoriasis.
In der Mikroskopie ist „der wesentliche Trend die höchstauflösende Bildgebung, die superresolution microsopy“, erläutert Thomas Renner, Vice President Sales und Marketing bei Toptica Photonics. Fluoreszenzbasierte Verfahren, so Renner, könnten mittlerweile auf rein optischem Weg Strukturen weit unterhalb der klassischen Beugungsgrenze auflösen und somit zu vollkommen neuen Erkenntnissen über biologische Zellstrukturen und Bewegungsvorgänge beitragen. Benötigt werden dafür Laser mit hoher Leistung, bestmöglicher Strahlqualität und breitester Wellenlängenabdeckung im ganzen sichtbaren Bereich und darüber hinaus.
Am längsten etabliert sind die optischen Verfahren in der Ophtalmologie (Augenheilkunde). Aber auch dort bieten sie immer neue Möglichkeiten. Matthias Schulze, Marketingdirektor von Coherent, der zusammen mit Renner die Anwendersession zu „Lasern in der Analytik und Bildgebung“ leitet, hebt die Bedeutung von Ultrakurzpulslasern bei der verbesserten Behandlung von Katarakten hervor. Ihr Einsatz erlaube noch besseres Sehvermögen beim Austausch der getrübten natürlichen Linse durch eine künstliche Linse (IOL, intra ocular lens). Beispielsweise lasse sich das Auge besser auf den Einsatz von „Premium IOLs“ vorbereiten, indem man durch gezielte Schnitte Astigmatismus korrigiert, erläutert Schulze. Entsprechende Ultrakurzpulslaser zeigt Coherent auf der Fachmesse.
Abb.: Bei der Lasik-OP (Laser-in-situ-Keratomileusis) zur Korrektur der Kurzsichtigkeit wird per Laser höchst exakt ein kleines Stückchen aus der Hornhaut herausgeschnitten und durch einen kleinen seitlichen Einschnitt herausgezogen. (Bild: Carl Zeiss Meditec)
Auf einen weiteren Vorteil der optischen Verfahren weist Manfred Dick hin, Leiter Advanced Development für ophtalmologische Systeme bei Carl Zeiss Meditec. Bei der Lasik (Laser-in-situ-Keratomileusis) werden winzige Teile aus der Hornhaut herausgeschnitten, um ihre Brechkraft so zu verändern, dass der Patient ohne Brille wieder scharf sieht. Dafür werden zum einen per Wellenfrontanalyse (Aberrometrie) vor dem Eingriff die Abbildungsfehler der Hornhaut höchst genau ermittelt, damit im nächsten Schritt die Korrektur optimal erfolgen kann. Und während früher der kleine Schnitt (Flap) in die Hornhaut, durch den der Eingriff erfolgt, mechanisch mit Mikrokeratomen erzeugt wurde, so kommen heute Laser zum Einsatz.. „Mit Femtosekundenlasern lässt sich dieser Flap deutlich präziser erstellen und das Risiko von Komplikationen nach der OP nimmt ab“, erläutert Dick.
Bei Netzhauterkrankungen wie der Makula-Degeneration helfen laut Dick moderne Untersuchungssysteme, die auf hochauflösenden Scans der Netzhaut per optischer Kohärenztomografie basieren. Sie liefern Zehntausende Scans pro Sekunde und eine Auflösung von fünf Mikrometern. Auch zur photodynamischen Therapie der altersbedingten Makula-Degeneration kommen Laser zum Einsatz: Ein Wirkstoff wird in die Netzhaut eingebracht und gezielt mit Laserlicht aktiviert.
Dabei sind nicht nur der Laser allein, sondern auch weitere Systeme für den Erfolg entscheidend. Birgit Bauer, Business Manager Health-Care-Vertrieb beim Karlsruher Unternehmen Physik Instrumente, betont: „Die Laserstrahlführung in der Ophthalmologie gewinnt immer mehr an Bedeutung.“ Hierfür würden hochpräzise Piezokippspiegel als Ein- oder Mehrachsensysteme eingesetzt. Die Piezo-Aktoren bewegen sich dabei mit Auflösungen im Sub-Nanometerbereich bei hoher Dynamik und Scanfrequenzen bis zu mehreren tausend Hertz. Eine interessante Alternative zur Laserstrahlsteuerung sieht Bauer in den keramischen PILine-Ultraschallmotoren des Unternehmens. Sie zeichneten sich durch extrem hohe Geschwindigkeiten bei gleichzeitig sehr kompakten Abmessungen aus.
Coherent-Experte Dr. Matthias Schulze resümiert: Sowohl für Lasik als auch bei Kataraktoperationen „bringen Ultrakurzpulslaser mehr Berechenbarkeit und Sicherheit. Im Falle der Katarakt-OP auch besseres Sehvermögen nach der OP.“
Messe München / AH
