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Biophotonik sorgt für schnellere Diagnosen und effizientere Therapien

In Diagnose und Therapie von Krankheiten erweitern photonische Technologien die Möglichkeiten der Mediziner immer weiter. Diagnosen werden exakter und schneller, Therapien effizienter und schonender. Daher bilden Biophotonik und Medizintechnik einen Schwerpunkt der Weltleitmesse LASER World of PHOTONICS 2013 vom 13. bis 16. Mai und des World of Photonics Congress vom 12. bis 16. Mai 2013 auf dem Gelände der Messe München und im Internationalen Congress Center München ICM.

Die wachsende Bedeutung der Biophotonik wird sehr deutlich durch die Wachstumsraten belegt. Unterschiedliche Studien beziffern die Steigerungen in den letzten Jahren auf 6 bis 15 %. Und "das Wachstum wird sich in den nächsten Jahren eher verstärken", betont Dr. Thomas Mayerhöfer, wissenschaftlicher Koordinator am Institut für photonische Technologien in Jena.

Die LASER World of PHOTONICS 2013 gibt diesen Technologien mit dem Messeschwerpunkt Biophotonik und Medizintechnik in Halle B1 besonderes Gewicht. In der gleichen Halle werden zudem im Rahmen des World of Photonics Congress gleich 4 Sessions mit Praxisvorträgen auf dem Photonic Forum in Halle B1 zu diesem Bereich stattfinden: "Laseranwendungen und optische Diagnostik in der Augenheilkunde" (13. Mai, 14 bis 17 Uhr), "Unmet needs in biophotonics technology" (14. Mai von 10 bis 13 Uhr), "Laser für die Analytik und Bildgebung in der Biophotonik" (14. Mai von 14 bis 17 Uhr) und "Visions for future diagnostics - Endoskopie" (15. Mai von 10 bis 13 Uhr).

Stärker wissenschaftsorientiert werden die Themen der Biophotonik beim World of Photonics Congress beleuchtet, und zwar in der Konferenz ECBO (European Conferences on Biomedical Optics) und beim Jahreskongress der Head and Neck Optical Diagnostics Society (HNODS). Die Konferenzen finden vom 12. bis 16. Mai im Internationalen Congress Center München - ICM statt.

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Optische Biopsien optimieren Untersuchungen

Völlig neue Erkenntnisse etwa im Bereich der Zellstrukturen erlaubt der Einsatz moderner Ultrakurzpulslaser in der Mikroskopie. (Bild: Toptica)

Ein immer wichtigeres Feld der Biophotonik werden die sogenannten optischen Biopsien. Gewebe kann dabei direkt am oder im Körper des Patienten auf Veränderungen untersucht werden. Bislang ist dafür die Entnahme von Gewebeproben erforderlich. So zeigt etwa Jenlab einen kompakten klinischen Multiphotonen-CARS-Tomographen, der optische Biopsien extrem hoher Auflösung mit chemischer Information liefert. Dabei werden zwei ultrakurze nahe infrarote Laserstrahlen durch einen optischen Arm geschickt und räumlich und zeitlich im zu untersuchenden Gewebe überlagert. Kombiniert werden dabei Autofluoreszenzen des Gewebes durch Multiphotonenanregung und ein CARS (Coherent Anti Stokes Raman Spectroscopy-)Signal. Derzeit erfolgt eine erste klinische Studie an der Charité an Patienten mit Hauttumoren und Psoriasis.

In der Mikroskopie ist "der wesentliche Trend die höchstauflösende Bildgebung, die superresolution microsopy", erläutert Dr. Thomas Renner, Vice President Sales und Marketing bei Toptica Photonics. Fluoreszenzbasierte Verfahren, so Renner, könnten mittlerweile auf rein optischem Weg Strukturen weit unterhalb der klassischen Beugungsgrenze auflösen und somit zu vollkommen neuen Erkenntnissen über biologische Zellstrukturen und Bewegungsvorgänge beitragen. Benötigt werden dafür Laser mit hoher Leistung, bestmöglicher Strahlqualität und breitester Wellenlängenabdeckung im ganzen sichtbaren Bereich und darüber hinaus.

Besseres Sehvermögen nach Katarakt-Operationen

Am längsten etabliert sind die optischen Verfahren in der Ophtalmologie (Augenheilkunde). Aber auch dort bieten sie immer neue Möglichkeiten. Dr. Matthias Schulze, Marketingdirektor von Coherent, der zusammen mit Renner die Anwendersession zu "Lasern in der Analytik und Bildgebung" leitet, hebt die Bedeutung von Ultrakurzpulslasern bei der verbesserten Behandlung von Katarakten ("Grauer Star") hervor. Ihr Einsatz erlaube noch besseres Sehvermögen beim Austausch der getrübten natürlichen Linse durch eine künstliche Linse (IOL, intra ocular lens). Beispielsweise lasse sich das Auge besser auf den Einsatz von "Premium IOLs" vorbereiten, indem man durch gezielte Schnitte Astigmatismus korrigiert, erläutert Schulze. Entsprechende Ultrakurzpulslaser zeigt Coherent auf der Fachmesse.

Auf einen weiteren Vorteil der optischen Verfahren weist Dr. Manfred Dick hin, Leiter Advanced Development für ophtalmologische Systeme bei Carl Zeiss Meditec. So wird die Korrektur der Fehlsichtigkeit per LASIK (Laser-in-situ-Keratomileusis) immer weiter entwickelt. Bei der LASIK werden winzige Teile aus der Hornhaut herausgeschnitten, um ihre Brechkraft so zu verändern, dass der Patient ohne Brille wieder scharf sieht.

Dafür werden zum einen per Wellenfrontanalyse (Aberrometrie) vor dem Eingriff die Abbildungsfehler der Hornhaut höchst genau ermittelt, damit im nächsten Schritt die Korrektur optimal erfolgen kann. Und während früher der kleine Schnitt (Flap) in die Hornhaut, durch den der Eingriff erfolgt, mechanisch mit Mikrokeratomen erzeugt wurde, so kommen heute Laser zum Einsatz. Manfred Dick: "Mit Femtosekundenlasern lässt sich dieser Flap deutlich präziser erstellen und das Risiko von Komplikationen nach der OP nimmt ab. Die jüngste Generation der Femtosekundenlaser für die refraktive Chirurgie ermöglicht einen All-in-one-Eingriff, mit minimal invasiven und sehr präzisen Schnitten."

Laser aktiviert gezielt Medikamente in der Netzhaut

Bei Netzhauterkrankungen wie der Makula-Degeneration helfen moderne Untersuchungssysteme, die auf hochauflösenden Scans der Netzhaut per Optischer Kohärenztomografie basieren, erläutert Dick. Sie liefern Zehntausende Scans pro Sekunde und eine Auflösung von 5 µm. Auch zur photodynamischen Therapie der altersbedingten Makula-Degeneration kommen Laser zum Einsatz: Ein Wirkstoff wird in die Netzhaut eingebracht und gezielt mit Laserlicht aktiviert.

Dabei sind nicht nur der Laser allein, sondern auch weitere Systeme für den Erfolg entscheidend. Birgit Bauer, Business Manager Health-Care-Vertrieb beim Karlsruher Unternehmen Physik Instrumente, betont: "Die Laserstrahlführung in der Ophthalmologie gewinnt immer mehr an Bedeutung." Hierfür würden hochpräzise Piezokippspiegel als Ein- oder Mehrachsensysteme eingesetzt. Die Piezo-Aktoren bewegen sich dabei mit Auflösungen im Sub-Nanometerbereich bei hoher Dynamik und Scanfrequenzen bis zu mehreren tausend Hertz. Eine interessante Alternative zur Laserstrahlsteuerung sieht Bauer in den keramischen PILine-Ultraschallmotoren des Unternehmens. Sie zeichneten sich durch extrem hohe Geschwindigkeiten bei gleichzeitig sehr kompakten Abmessungen aus.

Coherent-Experte Dr. Matthias Schulze resümiert: Sowohl für LASIK als auch bei Kataraktoperationen "bringen Ultrakurzpulslaser mehr Berechenbarkeit und Sicherheit. Im Falle der Katarakt-OP auch besseres Sehvermögen nach der OP." Details zum World of Photonics Congress 2013: www.photonics-congress.com.

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