Worum es geht
Anfang der 1990er Jahre herrschte in der Ultrakurzpulslaserphysik Aufbruchstimmung. Es gelang die Erzeugung immer kürzerer Laserimpulse, zunächst im Bereich von Femtosekunden (10-15s). Bald war klar, dass immer kürzere Pulse die Beobachtung immer schnellerer Prozesse ermöglichen, zum Beispiel elementarer Prozesse bei chemischen Reaktionen (Nobelpreis für Chemie 1999, Ahmed Zewail).
Schließlich führte die Jagd nach immer kürzeren Laserblitzen in den unvorstellbar kurzen Attosekundenbereich (10-18s): Das bahnbrechende Experiment gelang dem Physik-Nobelpreisträger 2023, Ferenc Krausz, 2001 an der TU Wien. Mit diesen Lasern lässt sich etwa beobachten, was genau passiert, wenn ein oder mehrere Elektronen aus einem Atom herausgelöst werden.
OCT: Femtolaser und ihr Potenzial in der Medizin
Aber zurück in die 1990er Jahre: Ferenc Krausz träumte erst von den Attosekundenlasern. Seine Arbeitsgruppe und er lösten schließlich wesentliche Probleme der Lasertechnologie durch spezielle Spiegel (chirped mirrors) und Titansaphirlaser. Schließlich wurden 12 Femtosekunden erreicht. Wolfgang Drexler, Leiter des CD-Labors für Laserentwicklung und deren Anwendung in der Medizintechnik, erkannte die Chancen dieser Laser für die Medizin. Denn je kürzer der Laserimpuls, desto mehr verschiedene Wellenlängen enthält der Laserstrahl. Und je größer diese Bandbreite an Wellenlängen, desto größer die Auflösung eines Gerätes, das heute in beinahe jeder Augenarztpraxis steht: Der optischen Koheränztomographie OCT, die für die Früherkennung und Behandlung von Netzhauterkrankungen genutzt wird. Ein OCT-Gerät funktioniert ähnlich wie Ultraschall, nur wird nicht Schall, sondern Licht verwendet. Dadurch ist eine völlig kontaktlose Untersuchung möglich. Das Licht kann mit 2–3 mm weniger tief eindringen als Schall, bringt aber – abhängig von der Bandbreite – mehr Auflösung. Der Vorteil der OCT ist die große Auflösung im Mikrometerbereich, Nachteil die geringe Eindringtiefe. Das Auge bietet sich also besonders an, da es einerseits durchsichtig, andererseits klein ist. Das CD-Labor befasste sich unter anderem mit der Untersuchung der Netzhaut, die wegen ihrer geringen Dicke (250–300 Mikrometer) vollständig mit OCT abgebildet werden kann.
Die Zusammenarbeit im CD-Labor
Unternehmenspartner des CD-Labors war eine Ausgründung von Wissenschaftlern an der TU Wien, darunter auch Ferenc Krausz: FEMTOLASERS Produktions GmbH. Das Unternehmen wurde 1994 gegründet und produzierte Lasersysteme auf Basis der Ergebnisse von Krausz’ Forschungsarbeiten. Ein leistungsfähiger Femtolaser allein macht aber noch lange kein OCT-Gerät. Aufgabe des CD-Labors war es daher, die neue Technologie für die Medizin nutzbar zu machen: Spiegel, Lichtquellen, Veränderbarkeit der genutzten Wellenlängen, kompaktere Bauweise und immer wieder Tests zur Prüfung der Zuverlässigkeit. Das CD-Labor konnte zeigen, dass das Gerät funktioniert und Bilder erzeugt, die in der Medizin gebraucht werden. Seither wurden diese Geräte weiterentwickelt und deutlich kostengünstiger, die Nachfolger der damaligen Prototypen unterstützen heute bei der Diagnose und Behandlung von Netzhauterkrankungen.
Und heute?
Mit verschiedenen Aspekten der OCT befassten sich an der MedUni Wien bisher vier weitere CD-Labors. Im 2021 ausgelaufenen CD-Labor für Okuläre und dermatologische Effekte von Thiomeren etwa lag der Fokus schon auf der Anwendung von OCT, insbesondere für die detaillierte Untersuchung des Tränenfilms am Auge. An der Lichtquelle wurde hier nicht mehr gearbeitet, aber an der Anpassung von Detektoreinheit, Optik und Optomechanik (Spiegeln und Linsen) und auch an Machine Learning für die zeitliche Optimierung der Auswertung.
