Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser für minimalinvasive Gehirn-Operationen entwickelt

25.05.2012
Forscher vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) waren an der Entwicklung eines kompakten Festkörperlasersystems für die minimalinvasive Chirurgie beteiligt, das Gehirngewebe mit einer bisher unerreichten Präzision schneiden kann. Der neue Laser ist das Ergebnis eines interdisziplinären EU-Projektes, an dem Partner aus sieben europäischen Ländern mitwirkten.

Die Idee zu dem Laser geht auf ein Experiment aus dem Jahr 1999 zurück: An der Vanderbilt University in Nashville (TN), USA, entfernten Wissenschaftler einer Patientin einen Gehirntumor mit einem Freie-Elektronen-Laser bei einer Wellenlänge von 6.45 Mikrometern.


Ablation von Gewebe mit der neuen “all-solid-state” Strahlungsquelle bei 6.45 Mikrometer basierend auf Frequenzkonversion, im Vergleich mit zwei klinischen Lasern: ein 2.79 Mikrometer Erbium Festkörperlaser und ein 10.6 Mikrometer Karbondioxid Gaslaser. Fotos: University Medical Center Utrecht

Diese Wellenlänge im mittleren infraroten Spektralbereich war zuvor in vielen vorläufigen Versuchen mit weichem Gewebe als die geeignetste für solche Operationen identifiziert worden. Dass die Methode dennoch nicht in die Operationssäle Einzug hielt, hat einen einfachen Grund: Freie-Elektronen-Laser sind enorm große und teure Beschleuniger-basierte Strahlungsquellen, die in keine Klinik passen würden.

Nur mit ihnen ließ sich aber bislang diese Wellenlänge erzeugen, weil sie in einem breiten Spektralbereich „frei durchstimmbar“ sind, das heißt es lässt sich fast jede beliebige Wellenlänge einstellen. Festkörper- oder Gaslaser hingegen haben eine genau definierte Wellenlänge, welche vom optischen Verstärkermedium des Lasers abhängt. In der Laserchirurgie kommen derzeit Wellenlängen von etwa 2, 2.8 oder 10.6 Mikrometern zum Einsatz.

„Kompakte und zuverlässige Festkörperlaser für diese Wellenlänge im mittleren infraroten Bereich gab es bislang überhaupt nicht“, sagt Dr. Valentin Petrov vom MBI, Koordinator des Konsortiums. Der neue Laser generiert nun kurze Lichtimpulse bei genau 6.45 Mikrometern und das bei einer Wiederholrate von 100 bis 200 Hz, was die geplante mittlere Leistung von mehr als 1 Watt gewährleistet. Der Laser verursacht im Gewebe weniger Schaden als herkömmliche Laser, weil die Energie des Laserlichts sowohl durch Wasser als auch von nichtwässrigen Komponenten (Proteine) absorbiert wird. Die Eindringtiefe beträgt bei dieser Wellenlänge wenige Mikrometer, was etwa der Größe von Zellen entspricht - mit den bislang in der Chirurgie verwendeten Lasern waren solch präzise Schnitte nicht möglich.

2008 war das von der EU geförderte Projekt MIRSURG (Mid-Infrared Solid-State Laser Systems for Minimally Invasive Surgery) mit dem Ziel gestartet, die Lücke bei dioden-gepumpten Festkörperlasern im mittleren infraroten Spektralbereich um 6.45 Mikrometer zu schließen. Auf dem MIRSURG-Abschlusstreffen im Frühjahr 2012 in Saint-Louis, Frankreich, präsentierte das Projektteam nun einen ziemlich kompakten „all-solid-state“ Prototypen, der auf eine Tischplatte passt. Die gewünschte Wellenlänge erzeugten die Forscher durch nichtlineare Frequenzkonversion. Dabei wird ein Laserstrahl bei etwa 2 Mikrometern Wellenlänge über nichtlineare optische Kristalle ins mittlere Infrarot umgewandelt.

Die Herausforderung für die Forscher war es, die für die Ablation von weichem Gewebe am besten geeigneten und technisch machbaren Parameter gleichzeitig zu realisieren. Es gelang ihnen, die gewünschte Wellenlänge mit einer Impulsenergie von mehr als 5 Millijoule und einer Impulsdauer von etwa 30 Nanosekunden zu kombinieren, und das bei einer guten Fokussierbarkeit. Die Wiederholrate, Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit des gesamten Lasersystems scheinen ideal für praktische chirurgische Anwendungen geeignet zu sein.

Die MIRSURG-Projektpartner wollen den neuen Laser weiteroptimieren und seine Eigenschaften für das Schneiden von weichem Gewebe besser charakterisieren sowie, eventuell in einem Folgeprojekt, echte chirurgische Eingriffe mit einem Festkörperlasersystem demonstrieren. „Ich hoffe, dass solche Laser irgendwann in jedem spezialisierten Operationssaal stehen werden “, sagt Petrov.

Partner im Projekt MIRSURG:
• Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (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

www.mirsurg.eu

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

Christine Vollgraf | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.mirsurg.eu
http://www.mbi-berlin.de
http://www.fv-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Neue Hoffnung für Leberkrebspatienten
24.03.2017 | Universitätsklinikum Regensburg (UKR)

nachricht Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten
23.03.2017 | Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise