Gehirn-OP: Laser schneidet gut ab

26. September 2008
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Es ist ein ehrgeiziges Vorhaben - und Bestandteil eines neuen Trends in der Neurologie: Chirurgen wollen mit Hilfe innovativer Laser das Gehirn minimal-invasiv operieren. Gelingt das Vorhaben, eröffnen sich den Medizinern bislang unbekannte Wege in der Neurochirurgie.

Der Neurochirurg betritt den OP-Raum, und seine Gedanken drehen sich um den Table-Top. Wird es gelingen? Oder erweist sich alles, entgegen der Hoffnungen, lediglich als schwache Vorstellung? Das, woran der Arzt in diesem Szenario denkt, hat mit Vergnügen á la Table Dance nichts zu tun – es geht um eine Maschine der Zukunft, und die hat es möglicherweise in sich. Tatsächlich haben sich hierzulande Wissenschaftler des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) aufgemacht, einen neuartigen Laser zu entwickeln, der mit sehr hoher Pulsenergie arbeitet, dabei über eine hohe mittlere Leistung verfügt – und bei einer Wellenlänge von genau 6,45 Mikrometern operiert. Gelingt der Bau dieser als Table-Top-Laser getauften Maschine wirklich, erführe die Neurochirurgie eine entscheidende Weiterentwicklung: Bei exakt dieser Wellenlänge absorbieren nämlich nichtwässrige Komponenten des Gehirngewebes den Strahl – wodurch besonders präzise Schnitte möglich werden.

Herkömmliche Laser sind nicht exakt genug

Herkömmliche Laser zum Abtragen von Gewebe arbeiten bislang mit 2, 3 oder 10,6 Mikrometern Wellenlänge. Das ist zwar gut, aber nicht immer exakt genug. Die Idee, neurochirurgische Operationen mit supergenauen Lasern mittlerer infraroter Wellenlänge, also bei 6,45 Mikrometern, durchzuführen, gibt es seit mehr als 15 Jahren, nur: "Bisher konnte sie jedoch nicht umgesetzt werden, weil handhabbare Laser in diesem Wellenlängenbereich nicht existierten", wie das MBI mitteilte. Tatsächlich sind die einzigen Geräte, die es auf die hoffnungsvollen 6,45 Mikrometer bringen, in ihrer Gesamtheit eher gigantische Höllenmaschinen. Bei diesen als Freie-Elektronen-Laser (FELs) bezeichneten Anlagen handelt es sich um sogenannte Synchrotronstrahlungsquellen, die Strahlung mit sehr hoher Brillanz erzeugen. Zwar lassen sich FELs auf beliebige Wellenlängen einstellen, also mit der nötigen 6,45 Mikrtometer-Wellenlänge betreiben. Aber ein winziges Detail macht dem medizinischen Einsatzpotenzial den Garaus: Um die FELs in Gang zu bringen sind "die großen und immens teueren Teilchenbeschleuniger" nötig, an die jedes FEL gekoppelt werden muss.

Ohne Teilchenbeschleuniger kein Strahl

Was nach CERN und Weltmaschine klingt, hat für Neurochirurgen vor allem einen gravierenden Nachteil, wie die MBI-Wissenschaftler resümieren: Es "fehlen die Voraussetzungen für die Intensivmedizin". Tatsächlich erscheint der Teilchenbeschleuniger im Keller des Krankenhauses eine ferne Illusion – ebenso wie der FEL im neurochirurgischen Einsatz. All diese Probleme soll der Table-Top-Laser Schnee von gestern werden lassen. Gleich fünf europäische Forschungseinrichtungen und vier Unternehmen wollen in einem Konsortium mit den MBI-Forschern um Valentin Petrov den neuartigen Superlaser zur Marktreife bringen. Die Europäische Kommission lässt sich das dreijährige Projekt im 7. Rahmenprogramm (Information and Communication Technologies) gar 2,8 Millionen Euro kosten, das Gesamtbudget des Vorhabens beträgt 3,9 Millionen Euro. "In dieser Zeit wollen wir die technologische Machbarkeit zeigen", erklärt Petrov.

Wellenlänge wird ins erwünschte IR gewandelt

Die physikalischen Vorzeichen stehen gut. Denn bei dem Gerät handelt es sich, anders als bei den monströsen FELs, um einen schlichten Festkörper-Laser, der Licht der Wellenlänge von 1 oder 2 Mikrometern ausstrahlt. Allein das freilich wäre keine Zeile dieses Artikels wert, nur: An dieser Stelle wenden die Forscher einen einfachen, aber wirkungsvollen Trick an. Winzige Kristalle wandeln die für neurochirurgische Einsätze praktisch nutzlose Wellenlänge ins erwünschte mittlere Infrarot (IR). Die 6,45 Mikrometer lassen sich auf diese Weise erzeugen – rein theoretisch, zumindest. Denn die eigentliche Herausforderung ist es, die komplizierten Umwandlungsprozesse "mit robuster und zuverlässiger "all-solid-state"-Lasertechnologie zu realisieren", wie es beim MBI dazu heißt. Was darunter konkret zu verstehen ist, kann sich jeder Neurochirurg selbst verdeutlichen. Bräche die Erzeugung der geforderten 6,45 Mikrometer-Wellenlänge unkontrolliert und plötzlich zusammen, wäre die OP aus einem einfachen Grund vorzeitig beendet: Das Laserskalpell wäre faktisch mit einem Schlag stumpf.

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