Laser

Für die fotoakustische Tomografie Diodengepumpter Festkörperlaser

AMS Technologies erweitert sein Produktspektrum um den diodengepumpten Festkörperlaser Tetra, der sehr kurze Laserpulse von 5 ns und hoher Energie (bis zu 20 µJ) mit vier Wellenlängen im sichtbaren Bereich abgibt. Mithilfe des Raman-Effekts erzeugt der Laser aus dem Licht eines 532-nm-Pumplasers zusätzlich die Wellenlängen 555 nm, 579 nm und 606 nm. Anschließend separiert ein abstimmbarer optischer Filter die vier Wellenlängen und legt jeweils eine Wellenlänge mit einer Umschaltfrequenz von bis zu 2 kHz auf den optischen Ausgang der Einheit. Damit ist Tetra etwa zehnmal schneller als bisherige abstimmbare Laser auf der Grundlage von OPOs (Optical Parametric Oscillators).

Der Laser ist aus zwei separaten Einheiten aufgebaut: Ein Gehäuse beinhaltet die Elektronik für die gesamte Stromversorgung sowie die Pumplaserdiode. Über eine optische Faser ist der Ausgang dieser Laserdiode an das zweite Gehäuse angekoppelt, das den eigentlichen Laserkopf enthält. Durch diesen Aufbau fällt die Verlustwärme der Elektronik und der Pumpdiode nur in der Stromversorgungseinheit an, und die thermische Last im Laserkopf reduziert sich deutlich. Zudem lässt sich auf diese Weise die Pumplaserdiode am Ende ihrer Lebensdauer austauschen, ohne die Ausrichtung der Geometrie im Laserkopf zu beeinträchtigen.

Die abgestrahlten Wellenlängen sind gut auf die Absorptionskurven vieler Blutbestandteile abgestimmt, womit sich der Laser besonders für die fotoakustische Tomografie in der Biomedizin eignet. Dabei regen Laserpulse organische Strukturen zum Aussenden von Ultraschallwellen an, die mit geeigneten Sensoren aufgefangen und in Bildinformationen umgewandelt werden. Besonders kurze Laserpulse, wie Tetra sie abgeben kann, erzeugen Ultraschallsignale höherer Frequenz, die wiederum zu einer besseren räumlichen Auflösung der resultierenden Bilder führen. Als Weiterentwicklung dieses Verfahrens arbeitet die multispektrale fotoakustische Tomografie mit unterschiedlichen Laserwellenlängen, um verschiedene Biomaterialien detektieren und voneinander unterscheiden zu können.

Vorteile bietet die Möglichkeit, schnell zwischen verschiedenen Wellenlängen umzuschalten: Während eines Scans von biologischem Gewebe lässt sich an jedem einzelnen Bildpunkt bei vergleichbarer Framerate statt einer Wellenlänge nun die Absorption vierer unterschiedlicher Wellenlängen nahezu simultan messen. Die hilft, Artefakte zu vermeiden, die bei mehrfachen sequenziellen Komplett-Scans mit jeweils einer Wellenlänge auftreten können.

Für den Einsatz im klinischen Umfeld ist der Laser mit einer Reihe von Merkmalen ausgestattet, um den Anforderungen medizinischer Sicherheitsnormen zu genügen. So unterbricht im Fehlerfall ein schneller, fehlertoleranter Verschluss am Laserausgang den Strahl in kürzester Zeit, um Gefährdungen eines Patienten zu vermeiden. Der DPSS-Laser Tetra befindet sich nach Auskunft des Herstellers zurzeit auf dem Weg der medizinischen Zulassung.

von mn

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