Ewa Krasicka - Verlag im Internet Gmbh

6 Problemstellung
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2 Problemstellung
Das Wort Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) bedeutet eine
Lichtverstärkung durch die stimulierte Emission von Photonen. Diese Lichtquelle erzeugt
monochromatisches (alle Wellenzüge haben die gleiche Wellenlänge, Frequenz und Energie),
kohärentes (alle Wellenzüge sind exakt in Zeit und Raum in Phase zueinander) sowie
kollimiertes (nahezu paralleler Verlauf der Strahlen) Licht. Im Vergleich mit anderen
Lichtquellen sind hiermit höhere Leistungs- bzw. Energiedichten erreichbar [33]. Seit der
Konstruktion des ersten Lasergerätes durch T.H. Maiman im Jahre 1960 ist die Zahl der
verschiedenen Laser sowie ihrer Anwendungsmöglichkeiten in einem schnellen Tempo
gewachsen. Auch im medizinischen Bereich gewinnen sie immer mehr an Bedeutung.
Bei der therapeutischen Anwendung kommt es durch die Wirkung von Laserstrahlung auf
biologisches Gewebe zu Wechselwirkungen von Photonen mit den Molekülen und
Molekülverbänden des Gewebes. Diese Wechselwirkungen werden im wesentlichen durch die
Einwirkzeit der Strahlen auf das Gewebe und von der effektiven Leistungsdichte
(Leistungsdichte = Laserstrahlleistung / Strahlfläche) bestimmt. Niedrige Leistungsdichten
und lange Expositionszeiten verursachen photochemische Prozesse, bei denen es primär zu
keiner Erwärmung des Gewebes kommt. Bei höheren Leistungsdichten und kürzeren
Einwirkzeiten treten thermische Vorgänge auf. Sehr hohe Leistungsdichten bei ultrakurzen
Bestrahlungszeiten führen zu nichtlinearen Wirkungen, wie z.B. explosionsartiger
Verdampfung des bestrahlten Gewebes (Photoablation) [50,64].
Im medizinischen Bereich finden derzeit die thermischen Laser den breitesten klinischen
Einsatz. Die thermische Wirkung des Lasers beruht auf der Umwandlung der gestreuten und
anschließend im Gewebe absorbierten Laserenergie in Wärme. Dieser Prozeß führt zu einer
Temperaturerhöhung im bestrahlten Volumen und durch Wärmeleitung zu einer
Temperaturerhöhung in dessen Umgebung. Das Ausmaß der jeweiligen thermischen Wirkung
hängt einerseits von den Eigenschaften der Laserstrahlung (Wellenlänge, Energiedichte,
Bestrahlungsdauer und Wiederholrate) ab, andererseits von den optischen (Absorption,
Streuung, Dichte) und thermischen (Wärmeleitung, Wärmespeicherung und Wärmeabfluß
durch das vaskuläre System) Eigenschaften des Gewebes [19,49,50,60,95,96,143,148].
Das Ausmaß der Zellschädigung hängt von der Temperatur ab. Bis ca. 40°C treten keine
irreversiblen Schäden auf, durch Erwärmen des Gewebes auf Temperaturen zwischen 40 und
60°C kommt es zu einer Störung der Membranfunktionen, zu enzymatischen Veränderungen
im Gewebe und nachfolgend zur Ödembildung, ab ca. 60°C kommt es zur
Eiweißdenaturierung, d.h. zu einer Koagulation, bei 100°C tritt Wasserverdampfung ein, bei
ca. 150°C beginnt die Karbonisation, und bei Temperaturen über 300°C verdampft das
Gewebe [54].
Weiterhin hat die Zeit, während der das Gewebe der Temperatur ausgesetzt ist, einen Einfluß
auf die Gewebewirkung. Die notwendige Bestrahlungszeit bis zum Eintreten des Zelltodes