Holografie und Lasertechnik in der Medizin

Forschungszentrum caesar zeigt auf der MEDICA zukunftsweisende Verfahren

Vom 20.-23.11. stellt das Forschungszentrum caesar auf der Düsseldorfer MEDICA neue medizinische Anwendungsgebiete für Lasertechnologien vor (Halle 12, Stand C32, Wissenschaftsregion Bonn). Die Wissenschaftler präsentieren eine ultraschnelle Methode zur dreidimensionalen Vermessung von Gesichtsprofilen. Außerdem stellen sie ein gepulstes CO2-Lasersystem vor, das feine Schnitte unter 200 mm durch Knochengewebe ermöglicht, ohne thermische Schäden zu verursachen.

Um Operationen in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie oder plastischen Chirurgie besser planen zu können, entwickelt die Arbeitsgruppe „Holografie und Lasertechnologie“ unter Leitung von Prof. Dr. Peter Hering ein System zur hochauflösenden dreidimensionalen Gesichtsprofilvermessung. Damit werden fotorealistische 3D-Computermodelle der Patienten erstellt. Im Gegensatz zu konventionellen Aufnahmemethoden ist beim Verfahren der caesar-Forscher ein Verwackeln der holografischen Bilder nicht möglich: Das verwendete gepulste Lasersystem hat eine extrem kurze Belichtungszeit von 25 ns. Es genügt eine einzige holografische Portraitaufnahme des Patienten; anschließend wird die darin gespeicherte dreidimensionale Oberflächeninformation mit einer Digitalkamera schichtweise aufgezeichnet und die gewonnenen Daten in ein 3D-Computermodell des Gesichts umgewandelt.

Auch ein CO2-Lasersystem als Werkzeug für die Chirurgie gehört zu den Entwicklungen der Arbeitsgruppe. Es soll langfristig die traditionelle Knochensäge ablösen, da im Gegensatz zu dieser nicht nur die Schnittführung frei wählbar, sondern auch die Schnittbreite viel kleiner ist. Zusätzlich bleibt der Metallabrieb aus, der spätere Kernspinaufnahmen verfälscht. Um die großen thermischen Nebenwirkungen zu vermeiden, die bisher den Lasereinsatz am Knochengewebe verhindert haben, arbeitet das von der caesar-Arbeitsgruppe optimierte Kurzpuls-CO2-Lasersystem in Kombination mit einem Strahlscanner und feinem Luft-Wasserspray. Knochenflüssigkeit wird bei relativ niedriger Temperatur explosionsartig verdampft, ohne dass Knochensubstanz dabei schmilzt oder karbonisiert. Das speziell entwickelte Scanverfahren ermöglicht Laserschnitte von beliebiger Konfiguration und Tiefe. Wichtige Anwendungsgebiete sind die Orthopädie (Implantate), Neurochirurgie (Schädelöffnung) und Thoraxchirurgie (Sternum).

Die computerunterstützte Chirurgie gehört zu den Schwerpunktthemen des Forschungszentrums caesar. Weitere Arbeitsgruppen aus diesem Bereich befassen sich mit der Planung und Simulation von Operationen am Computer sowie der Herstellung von Rapid-Prototyping-Modellen von Knochen und Weichgeweben.

Ein neues Anwendungsfeld für die entwickelten Verfahren liegt im Bereich der Archäologie. In Kooperation mit dem Oldenburger Landesmuseum für Natur und Mensch haben die Wissenschaftler das Gesicht einer fast 2000 Jahre alten Moorleiche dokumentiert. Dazu wurden zunächst CT-Aufnahmen des Kopfes gemacht, um aus den Datensätzen mit Hilfe des Rapid-Prototyping-Verfahrens ein Kunststoffmodell des Schädels herzustellen. Aus den holografischen Aufnahmen, die die Wissenschaftler vom ganzen Körper und speziell vom Kopf der Moorleiche erstellt haben, lassen sich 3D-Computermodelle und Tageslichthologramme des Objekts in Originalgröße anfertigen. Das Ziel des Museums ist es, mit Hilfe der gewonnenen Daten das Gesicht der Moorleiche naturgetreu rekonstruieren zu lassen.

In Halle 3, Stand C80 präsentiert die AG Biomaterialien NRW ihre Forschungsergebnisse. Als Vorsitzender des Fachausschusses „Local Drug Delivery“ stellt PD Dr. Dr. Jörg Michael Schierholz – Leiter der caesar-Arbeitsgruppe „Implant Materials“ – am Stand der AG antimikrobiell beschichtete Venenkatheter sowie antiseptische Harnwegskatheter und Osteosynthesematerialien aus. Eine klinische Studie konnte für die antibakteriellen Venenkatheter eine Reduktion von Katheterinfektionen um über 85% nachweisen – das weltweit bisher beste Resultat für solche präventiv wirksamen Implantatmaterialien.

Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research) aus Bonn hat 1999 die Forschungsarbeit aufgenommen. caesar entwickelt innovative Produkte und Verfahren und unterstützt die Wissenschaftler bei Firmenausgründungen.

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