Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

15 Laser-Gewebe-Wechselwirkungen 335
Abb. 15.10. Thermische Komponente der UV-Ablation von PMMA mit drei verschiedenen
Excimerlasern (ArF-Laser bei 193 nm, KrF-Laser bei 248 nm und XeCl
bei 308 nm). Aus [9] nach [13]
15.5 Photodisruptive/plasmainduzierte
Wechselwirkung
15.5.1 Grundlagen der photodisruptiven/plasmainduzierten
Wechselwirkung
Übersteigen die Leistungsdichten auf der Gewebeoberfläche Werte um
10 11 W/cm 2 , wird dort ein Plasma erzeugt. Unter einem Plasma versteht
man einen hochionisierten Zustand.
Eine Ionisierung der Atome bzw. Moleküle und damit verbunden die
Freisetzung von Elektronen kann auf zweierlei Arten vonstatten gehen: bei
Nanosekundenpulsen, wie sie z.B. über eine Güteschaltung realisiert werden
können, erhitzt sich das Gewebe im Fokus kurzzeitig auf über 1000 K, sodass
thermische Ionisation ermöglicht wird. Bei noch kürzeren Pulsen (über
Modenkopplung erzeugte ps- oder fs-Pulse) kommt es aufgrund des hohen
Photonenflusses zu einer Photonenionisation. Liegt die Photonenenergie über
der Ionisationsenergie, spricht man von single-photon-process. Andernfalls
müssen mehrere Photonen miteinander koppeln, um die Ionisationsenergie
zu erreichen, und man spricht von multi-photon-process.
Es kann also zu einer Ionisation von Atomen bzw. Molekülen kommen und
somit zur Erzeugung freier Elektronen, sog. lucky electrons. Diese Elektronen
dienen nun als Auslöser der Plasmabildung. Sie werden über das vorhandene
Strahlungsfeld beschleunigt (inverse Bremsstrahlung) und geben schließlich
ihre Energie durch Stoßionisation an andere Atome ab, die dann ihrerseits