Präzisere Gehirn-Operationen per Laserstrahl

Forscher des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) wollen in dem von der EU geförderten Ver­bundprojekt MIRSURG (Mid-Infrared Solid-State Laser Systems for Minimally Invasive Surgery) einen Laser entwickeln, der mini­malinvasive Operationen am Gehirn er­möglicht.

Der Laser soll eine sehr hohe Pulsenergie und hohe mittlere Leistung aufweisen und eine Wellenlänge von 6,45 Mikro­metern haben. Experimente haben gezeigt, dass Laserlicht bei dieser Wellenlänge vor allem durch nichtwässrige Komponenten des Gehirn­gewebes absorbiert wird, wodurch beson­ders präzise Schnitte möglich werden. Dies ist besonders bei Tumoroperationen wichtig.

Herkömmliche Laser zum Abtragen von Gewebe arbeiten mit 2, 3 oder 10,6 Mi­krometern Wellenlänge. Hier wird das Gewebe abgetragen, weil das darin enthaltene Wasser das Licht absorbiert und verdampft. Die Idee, neurochirurgische Operationen mit Lasern mittlerer infraroter Wellenlänge durchzufüh­ren, gibt es schon seit mehr als 15 Jahren. Bisher konnte sie jedoch nicht umgesetzt werden, weil handhabbare Laser in diesem Wellenlängenbereich nicht existierten.

Dass Gehirn-OPs mit einer Wellenlänge von 6,45 Mikrometern zu guten Ergebnissen füh­ren, zeigten frühere Tests in den USA mit Freie-Elektronen-Lasern (FELs). Solche Laser sind Synchrotronstrahlungsquellen, die ko­härente Strahlung mit sehr hoher Brillanz er­zeugen. Sie lassen sich auf beliebige Wellen­längen einstellen. Die Operationen erfolgten an extra zu diesem Zweck eingerichteten Messplätzen des FELs. Für den Routineeinsatz sind die FELs jedoch ungeeignet, weil sie an die großen und immens teueren Teilchenbe­schleuniger gekoppelt sind. Diese liefern auch durch Ausfälle und Reparaturzeiten nicht im­mer zuverlässig Strahlung, außerdem fehlen die Voraussetzungen für die Intensivmedizin.

Im Rahmen eines Konsortiums aus fünf europäischen Forschungseinrichtungen und vier Unternehmen wollen MBI-Forscher um Dr. Valentin Petrov nun sogenannte Table-Top-Laser – also Geräte, die auf einen Tisch passen – entwickeln, die sich für den routinemäßigen Einsatz in der Neurochirurgie eignen. Dabei han­delt es sich um Festkörper-Laser, die Licht der Wellenlänge von 1 oder 2 Mikrometern ausstrahlen. Durch so genannte optisch-parametrische Oszillatoren, die auf Kristallen basie­ren, in denen sich nichtlinear-optische Prozesse abspielen, wird die Wellenlänge dann ins mittlere IR umgewandelt. Beson­dere Herausforderung für die Forscher ist es, die spezifische zeitliche Struktur, die zu dem erwünschten Effekt führt, mit robuster und zuverlässiger „all-solid-state“-Lasertechno­logie zu realisieren.

Das dreijährige Projekt wird durch das 7. Rah­menprogramm (Information and Commu­nication Technologies) in einer Höhe von 2,8 Millionen Euro gefördert, das Gesamtbud­get des Projektes beträgt 3,9 Millionen Euro. „In dieser Zeit wollen wir die technologische Machbarkeit zeigen. Für die Geräteentwick­lung und Klinikstudien müsste es dann ein Folgeprojekt im Programm ,Gesundheit‘ ge­ben“, sagt Petrov. Gelingt es den Forschern, die Technologie zu etablieren, sieht Petrov noch weitere Anwendungsmöglichkeiten für solche Laser im mittleren IR in der Medizin aber auch in den Bereichen Sicherheit, Um­welt und Nanotechnologie.

Partner im Projekt MISURG:
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie im Forschungsverbund Berlin e.V., Deutschland (Koordinator); · Thales Research and Technology, Frankreich; Institute of Photonic Sciences, Spanien; · Lisa Laser Products, Deutschland; French-German Research Institute of Saint-Louis, Frankreich; Bright Solutions, Italien; Royal Institute of Technology, Schweden; Euroscan Instruments, Belgien; The University Medical Center Utrecht, Niederlande

Kontakt:
Dr. Valentin Petrov,
Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie
Tel.: 030 6392 1281, E-Mail: petrov@mbi-berlin.de