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Life Science / Medizin

Mit modernen bildgebenden Verfahren entschlüsseln Wissenschaftler die letzten Geheimnisse des menschlichen Körpers. Ihre Erkenntnisse über Zellprozesse und Vorgänge auf molekularer Ebene helfen Ärzten und Medizintechnikern bei der Entwicklung neuer Diagnose- und Behandlungsmethoden. Dabei spielen Laser inzwischen eine wichtige Rolle.

Thermische Laseranwendungen

Laser mit hohen Lichtleistungen bewirken im Gewebe verschiedene thermische Effekte, die in der Medizin genutzt werden.

Thermische Laseranwendungen

Wird Gewebe mit einem Laser bestrahlt, wird je nach Gewebeart und Wellenlänge ein bestimmter Anteil des Lichts absorbiert. Dieser Mechanismus wird genutzt, um die eingebrachte Laserenergie therapeutisch einsetzen zu können. Der Absorptionskoeffizient beschreibt dabei die Wahrscheinlichkeit, mit der eingestrahltes Licht absorbiert wird, sein Kehrwert die mittlere freie Weglänge, die ein Photon im Gewebe zurücklegt, bis es absorbiert wird.

Man unterscheidet verschiedene thermische Laseranwendungen:

  • Laserkoagulation: Ab ca. 60°C wird das Gewebe koaguliert. Das bekannteste Anwendungsgebiet ist die Verödung von Blutgefäßen.
  • Vaporisation: CO2-Laser oder Diodenlaser erzeugen Temperaturen von über 300 °C, bei denen Gewebe verdampft. Dieser Effekt wird in der Chirurgie genutzt, um Weichgewebe zu schneiden.
  • Thermomechanische Ablation: Für dieses Verfahren werden gepulste Laser mit einer Wellenlänge eingesetzt, bei der eine hohe Absorption im Wasser auftritt. Die Flüssigkeit im Gewebe wird schlagartig erhitzt. Bei etwa 100 °C will das Wasser verdampfen und der rapide Druckanstieg im Gewebe führt zu einem explosionsartigen Abtrag. Dabei ist die thermische Schädigung des Gewebes wesentlich geringer als bei der Vaporisation. Insbesondere mit dem Er:YAG-Laser wird so in Hartgewebe, Knochen, Zähnen, Blasen- und Nierensteinen ein effizienter und präziser Abtrag erzielt.
  • Ablation: Für diese Technik werden Excimer-Laser mit UV-Wellenlängen, kurzen Pulsen und hoher Intensität eingesetzt. Dabei ist die Energie der Photonen so hoch, dass sogar einzelne Atome abgetragen werden können. Dieses Verfahren kommt insbesondere in der Augenheilkunde bei der Korrektur der Hornhautkrümmung zum Einsatz.
  • Photodisruption: Mit hoher Leistungsdichte ultrakurzen Pulsdauern im Nano-, Piko-, oder gar Femtosekundenbereich erzeugt der Laser ein Mikroplasma, das sich extrem schnell ausdehnt und eine akustische Stoßwelle erzeugt. Die bekannteste Anwendung ist das LASIK-Verfahren zur Korrektur der Fehlsichtigkeit.

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