Sascha  Tiedemann  

Helmut  Schmidt Universität/ Uni Bw Hamburg  

Lasertechnik  in der Medizintechnik  

1.  Einleitung und geschichtlicher Hintergrund des Lasers.  3

2.  Was ist ein Laser und wie funktioniert er ?- Versuch einer einfachen Darstellung.  5

3.  Der Laser in der Medizin.  7

3.1  Der Lasereinsatz in den verschiedenen Gebieten der Medizin.  8

4.  Die Zukunft des Lasers.  16

Anhang  :  

5.  Literaturverzeichnis.  17

15.11.2011   2

Sascha Tiedemann

Helmut Schmidt Universität/ Uni Bw Hamburg

1. Einleitung und geschichtlicher Hintergrund des Lasers

In vielen Bereichen der Industrie, Wirtschaft und auch dem Leben des zivilisierten Individuums gehört der Laser zum festen Bestandteil ihres Schaffens und Bestehens. Er ist eine vielseitige Hilfe bei einer Menge von Prozessen. Manchmal ist er so stark, dass er in der Automobilindustrie Karosserien aus Stahl ausschneidet oder metallische Komponente besser zusammenschweißt als es jede Stahlniete könnte. Manchmal ist er aber auch so schwach, dass er uns eine CD oder DVD liest oder uns eine Seite im „Laserdrucker“ druckt. Er ist somit ein offensichtlich sehr flexibles und lebenserleichterndes Medium. Doch er ist nicht nur ein Medium, welches uns das Leben leichter macht, sondern auch direkt erhalten kann- in der Medizin. Der Laser scheint somit ein wichtiges Werkzeug in einer Vielzahl von medizinischen Bereichen zu sein.

Doch in welchen dieser Bereiche hat der Laser bereits Einzug gewonnen? Wie funktioniert so ein Laser? Wann trat er erstmals in Erscheinung und welches Potenzial besitzt dieser „Allrounder“?

Diese Fragen versucht die vorliegende Arbeit zu beantworten. Schon bei kurzer Betrachtung der Materie wird deutlich, dass der Laser nicht nur in seiner Funktion, sondern auch als Medium ein sehr komplexes und kompliziertes Gerät ist. Ohne jeweilige Fachkenntnis in Physik, Chemie, Biologie und Medizin ist es ein schwer zu fassendes Thema. Ziel dieser Arbeit ist es daher vor allem, dass anschaulich und verständlich in einer kleinen Einführung die Funktion eines Lasers erklärt und die Anwendungsgebiete in der Medizin dargestellt werden. Dabei wird auf mathematische Formeln und detaillierte Ausführungen von chemischen und physikalischen Prozessen verzichtet und die wichtigsten Begrifflichkeiten erklärt. Abschließend soll ein kurzer Ausblick über Lasertechnik in der näheren Zukunft gegeben werden.

So viel sei vorweg genommen: seit Albert Einstein 1917 die „Theorie der stimulierten Emission von Photonen“ (Aussendung elektromagnetischer Wellen, die ein Photon durch ein weiteres Photon reagieren lässt), aufstellte, welche eine Voraussetzung für das Funktionieren eines Lasers ist, und der Erfindung des ersten Lasers (Rubinlaser) durch Theodor Maiman im Jahre 1960, ist der Laser zu einem bedeutenden Instrument der Industrie, Kommunikation, Wissenschaft, Unterhaltungselektronik und auch im Fokus unserer Betrachtung liegend, der Medizin, geworden. 1

¹ vgl. http :wikipedia.org/wiki/laser_allgemeines 15.11.2011 3

Sascha Tiedemann

Helmut Schmidt Universität/ Uni Bw Hamburg

Abb.3 Theodor Maiman,1960 ² Abb.2 Albert Einstein,1917

² vgl. http://www.dglm.org/index.php?id=684 15.11.2011 4

Sascha Tiedemann

Helmut Schmidt Universität/ Uni Bw Hamburg

2. Was ist ein Laser und wie funktioniert er ?- Versuch einer einfachen Darstellung

Um einen Überblick von Lasertechnik in der Medizin aufstellen zu können, soll zunächst eine kurze Darstellung und Definition des Lasers erfolgen, um die Funktionsweise besser nachvollziehen zu können.

LASER ist die Abkürzung der englischen Bezeichnung „Light amplification by stimulated emission of radiation“, was zu deutsch „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission Physikalische Methode zur Erzeugung monochromatischer, kohärenter, (fast) paralleler Lichtstrahlung mit extrem hoher Energiedichte“ bedeutet.

Im Prinzip funktioniert ein Laser durch Verstärkung elektromagnetischer Wellen aus dem Spektralbereich (Frequenzbereich). Voraussetzung für die Auslösung eines Laserprozesses ist ein „Lasermaterial“, das (von Ausnahmen abgesehen) mindestens drei verschiedene Energieniveaus besitzt. Durch dauernde Zufuhr der Energie von außen wird das Medium auf ein hohes Energieniveau gepumpt, kann jedoch nur durch zusätzliche Anregung in das Grundniveau unter Aussendung von Photonen zurückfallen. Dieser Vorgang wird als „stimulierte Emission“ bezeichnet.

Dabei werden Photonen gleicher Energie mit zeitlicher und räumlicher Kohärenz (Zusammenhang) ausgesandt. Das aktive Glied in einem Laser kann ein Festkörper sein, vorzugsweise ein Kristall, z.B. aus Neodym (YAG-Laser), ein Halbleiter oder ein Gas bzw. Gasgemisch (z.B. Neon- Helium- Laser).

Diese Substanzen sind entscheidend für die Wellenlänge des jeweils emittierten Lichts im ultravioletten, sichtbaren und ultraroten Spektralbereich.

Spiegel durchdringen kann. Eine dahinter befindliche Sammellinse (hier nicht gekennzeichnet) fokussiert das Licht auf einen Punkt. 3

³ Vgl. Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch, Berlin, 1997, S. 894-895 15.11.2011 5