Untersuchungen der Puls-zu-Puls-Wechselwirkung zur Schnittoptimierung hochrepetierender fs-Lasersysteme in der Medizin

• Antragsteller: Dr. Tammo Ripken
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 184423677

Die fs-Laser Puls-zu-Pulswechselwirkung in biologischem Gewebe ist nur bis dahin nahezu vollständig verstanden, wo die zeitlichen Pulsabstände groß gegen die induzierten Effekte (Plasmaausbildung, Stoßwelle, Kavitationsblase) sind, bzw. dort, wo das biologische Gewebe ohne große Einschränkungen als Wasser, wässrig oder zumindest flüssig angenommen werden kann. So sind Vorhersagen über Schnittqualität, Effizienz sowie Nebeneffekte für Schnitte in z.B. Linse und vor allem auch Kornea nicht wirklich vorhersagbar und werden vielfach schlichtweg empirisch für jeden einzelnen Anwendungsfall erneut ermittelt. Die Herausforderung ist es, diese sehr schnell ablaufenden Prozesse in sich nicht vollständig regenerierenden Medien und Gewebearten bei der Applikation von mehreren unmittelbar aufeinander folgenden und in ihren mechanischen Auswirkungen zeitlich überlappenden Laserpulsen darstellen und vergleichen zu können. Bislang ist die notwendige Reproduzierbarkeit zum Erstellen einer Bilderserie aus Einzelaufnahmen nicht gegeben.Aktuell werden solche Analysen mittels Schattenphotographie in Wasser oder wässrigen Medien durchgeführt; dabei wird zur besseren Auflösbarkeit teilweise auf räumliche Dimensionen und Zeitskalen ausgewichen, wie sie für ns-Laserpulse gelten. Die Dynamik schon einer einzelnen Kavitationsblase in Glaskörper, Linse oder Kornea ist bislang nicht in Veröffentlichungen gezeigt. Rückschlüsse werden nicht aus Grundlagenexperimenten, sondern nur aus tatsächlichen Schnitttests gezogen, die z.B. an porcinen Augen oder in tierexperimentellen Studien durchgeführt werden. Alternativ kommen vereinzelt Pump-Probe-Experimente oder kostenintensive Trommel- bzw. Hochgeschwindigkeitskameras zum Einsatz.Mit einer Erweiterung des vorhandenen Aufbaus soll hier erstmals die Dynamik von zwei und mehr miteinander wechselwirkenden Laser-induzierten optischen Durchbrüchen in Gewebe auf Zeitskalen im Nanosekunden-Bereich dargestellt werden. Hierfür wird eine chromatisch codierte Belichtungsfolge mit LED-Blitzen realisiert und auf unterschiedliche räumliche Bereiche eines sCMOS-Sensors abgebildet und somit eine Bilderserie von einem Einzelereignis aufgezeichnet. Bei gleichzeitiger Beseitigung der System-bedingten Aberrationen durch ein adaptives Optik-System wird eine hohe Vergleichbarkeit für unterschiedliche Gewebe und Gewebeproben erzielt, was wiederum eine allgemeinere Aussage zulässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Holger Lubatschowski